高層建筑電氣中的低壓配電設計分析

■劉祖斌 ■江蘇東方建筑設計有限公司，江蘇 南京 210008

高層建筑樓層較多，并且智能化程度高、結構功能復雜、電氣用電設備多、建筑面積廣，這對于建筑電氣低壓配電設計提出了更高的要求。我國對于高層建筑電氣中的低壓配電設計有著明確規定，在實際設計過程中，相關人員必須嚴格遵循標準的設計要求，結合高層建筑電氣系統特點，嚴格控制高層建筑低壓配電設計的各個環節，消除電氣系統的安全隱患。

1 高層建筑電氣中的低壓配電設計原則

1.1 優化設計原則

高層建筑電氣中的低壓配電設計應充分利用建筑自身的特點和優勢，在設計過程中，要考慮到低壓配電設計的資金投入，還應堅持節能減排理念，保障低壓配電設計的經濟性和合理性。首先，高層建筑電氣中的低壓配電設計方案必須具有切實可行性和適用性，使低壓配電系統可以保障整個高層建筑電氣設備的正常用電，滿足用戶對于穩定用電負荷的需求，安全、穩定地進行供電，確保高層建筑配單系統的可靠、穩定、安全運行。同時，高層建筑配電系統還應合理控制用戶的電氣設備用電量，高效、穩定地發揮電氣功能。另外，全面考慮到高層建筑各種電氣設備的用電安全，在設計低壓配電系統時，各個線路之間應保持安全距離，采用絕緣強度較高的導線，在高層建筑頂部和公共區域設置防雷擊裝置［1］，采取可靠的接地技術和防靜電技術。

1.2 合理高效原則

高層建筑電氣中的低壓配電設計應盡量降低電能損耗，包括間接損耗和直接損耗，提高低壓配電系統的節能性。在確保滿足高層建筑電氣系統使用性能的基礎上，提高低壓配電設計的安全性和合理性，節約配電系統設計和建設過程中的資源消耗，盡量保持高層建筑低壓配電系統的用電負荷均衡，盡可能的采用節能設備，減少低壓配電系統的維護檢修費用，實現電力能源的高效、穩定、可靠利用。

2 高層建筑電氣中的低壓配電設計內容

2.1 確定負荷等級，計算負荷容量

按照高層建筑電氣系統設計的相關規定，確定低壓配電的負荷等級，根據相關規定，一類高層建筑低壓配電系統的一級負荷包括疏散走道、疏散樓梯和消防電梯中的應急照明燈、消防風機房和泵房的備用照明、消防風機、消防水泵、電梯等;二級負荷包括生活泵電力等;三級負荷是指除了一級負荷和二級負荷以外的電負荷;二類高層建筑低壓配電系統的二級負荷包括疏散走道、疏散樓梯和消防電梯中的應急照明燈、消防風機房和泵房的備用照明、消防風機、消防水泵、電梯、生活泵電力等;三級負荷是指除了二級負荷以外的用電負荷。不同的負荷等級，其應用范圍也是不同的，一般情況下可將電力負荷分為商業用電和居民用電［2］。由于商業用電和居民用電采用的是不同的計算方法，因此高層建筑電氣中的低壓配電系統應商業變電配置室和居民變電配置獨立、分別設置。高層建筑居民用電主要包括動力、照明等生活方面的用電，由居民變電系統提供穩定電力。高層建筑商業用電主要包括地下室照明、商業照明、電梯、售樓中心等，由商業變電系統進行供電。設計人員在計算高層建筑電力負荷時，可采用負荷密度法和單位容量法［3］。

2.2 供配電電壓設計

高層建筑電氣中供配電電壓設計，為了確保供電系統的穩定、可靠運行，相關設計人員應嚴格按照高層建筑電氣系統設計要求進行設計。一般情況，高層建筑工程有嚴格的電力負荷要求，普通的一級電力負荷容量比較小，在選擇供配電電壓時，結合高層建筑電氣系統的設計要求和實際電力負荷需求，選擇一路或者兩路市政電源或者發電機組作為整個高層建筑低壓配電系統的電源，滿足建筑用戶的用電需求，通常采用10kV 高壓電源和380/220V 低壓配電電壓［4］。

2.3 合理布局變電所

結合高層建筑電氣系統的負荷容量大小和電力負荷分布情況，確定變電所的配置數量和具體位置，盡量選擇負荷率在70%～85%之間的變壓器，低壓線路供電半徑應控制在200m 范圍內，如果高層建筑的低壓配電電容量大于400kW，供配電線路距離應大于250m，并且可結合高層建筑的實際要求，適當增加變配電設備。在高層的商業建筑中，地上三層的商業樓層具有較高的商業價值，因此可將商業變電配置所設置在高層建筑的負一樓(非最底層)，便于從地下車道運輸相關變電設備，然后進行安裝。

2.4 高低電壓運行和結線方式

高層建筑電氣系統中的高低電壓運行和結線方式都應按照嚴格的設計路線要求進行。首先，電氣系統高壓線采用單母線運行的結線方式和10kV 進線，變壓器低壓側應用分段、獨立的單母線結線運行方式，每結一段單母線對應一臺變壓器，各段母線之間采用母聯開關進行聯結和操控。電氣系統在正常運行條件下，低壓配電系統每段母線都獨立運行，如果某一臺變壓器發生運行故障，工作人員可采用手動方式，將該段母線的母聯開關關閉，由同一組另一臺變壓器進行正常供電。在高層建筑電氣系統運行過程，一旦變壓器恢復正常，低壓配電母線中的母聯開關自動開啟，恢復正常的運行模式。其次，在電氣系統變壓器低壓側設計應急母線，利用正常的柴油發電機電源供給和電源用電為整個低壓配電系統的應急母線提供電量，確保高層建筑應急狀態下低壓配電的下一級電力負荷量，母線中的雙向開關不包含電氣設備和機械連鎖［5］，可有效預防向市政供電網中反向供電，并且系統采用雙重電源或者雙回路供電方式為消防設施實現負荷用電，應急設備在變配電系統末端配電箱可相互切換。

2.5 接地保護

為了提高高層建筑電氣系統的安全性，應做好低壓配電設計的接地保護，可采用TN、TT、IT 等保護模式［6］，TN 接地保護模式主要是由于系統發生故障或者金屬性短路，產生過大的電流，從而形成TN 保護機制;TT 接地保護模式是對外露導電線路進行電氣保護，將低壓配電系統的故障回路及時切斷，達到電氣保護目的。IT 系統和TT 系統接地保護原理基本一致，其主要是設置在高層建筑周圍電網的外露區域，接地保護時，若電網外露導電故障電壓在低壓配電系統的標準下，無法對供電系統進行保護性切斷。結合高層建筑電氣中的低壓配電系統要求，采用合適的接地保護模式。另外，高層建筑電氣中的低壓配電設計應選擇合適的漏電斷路器，考慮到低壓配電系統的電流大小，多大的電流漏電斷路器才會開啟保護機制，一方面，高層建筑低壓配電系統末端采用的漏電斷路器抗電擊性能應符合相關安全標注要求;另一方面，漏電斷路器額定動作電流應大于配電系統正常運行狀態下的漏電電流，在低壓配電系統的各個分支和末端線路上設置漏電斷路器，提高高層建筑電氣系統的安全性。

3 結束語

近年來，人們對于高層建筑電氣中的低壓配電設計越來越重視，相關設計人員應結合高層建筑工程的實際情況，充分考慮到電力供應能力和建筑用戶的電力需求，積極優化和改進設計，制定高效節約、科學合理的低壓配電設計方案，確保高層建筑電氣系統的安全、穩定運行。

［1］易林.高層建筑電氣中低壓配電設計研究［J］.科技傳播，2014(04):43，40.

［2］田衛波.高層建筑電氣中低壓配電設計方案研究［J］.中華民居(下旬刊)，2014(04):58.

［3］葉書明.針對高層建筑電氣設計中低壓配電系統安全性分析［J］.民營科技，2014(08):19.

［4］朱玉瀅.高層建筑電氣中低壓配電設計［J］.價值工程，2014(28):49-50.

［5］蔣娜.高層建筑電氣設計中低壓配電系統安全性探討［J］.黑龍江科技信息，2015(07):20.

［6］許青.高層建筑電氣中供配電設計研究［J］.科技風，2013(19):155.