高層建筑配電系統(tǒng)中用電安全設(shè)計分析

穆柏榮

（山西大同大學(xué) 煤炭工程學(xué)院，山西 大同 037009）

0 引 言

依據(jù)我國相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，樓層數(shù)大于10層及以上的民用建筑為高層建筑。實際中，此類建筑所需要用到的電器設(shè)備往往較多，且對電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)要求高。在對高層建筑電氣進行設(shè)計時，往往對供電安全性和用電安全性有著非常嚴(yán)格的規(guī)定。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，高層建筑越來越多，人們對電力的需求也越來越大。因此，對高層建筑電氣設(shè)計的安全性和供電穩(wěn)定性等方面提出了更高要求。

1 低壓配電系統(tǒng)安全事故概述

作為供配電系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，低壓配電系統(tǒng)主要包括高壓配電線路、配電變電所、配電變壓器以及低壓配電氣等?；谕晟频牡蛪号潆娤到y(tǒng)，當(dāng)發(fā)生供配電事故時，可以及時切除故障線路，以避免事故蔓延，從而對非故障線路和人員起到保護作用[1]。但是，實際中由于施工人員疏忽、電線、空開等原材料品質(zhì)不達標(biāo)等，極有可能造成漏電現(xiàn)象，嚴(yán)重時甚至可能引發(fā)火災(zāi)，進而給人們的生命和財產(chǎn)造成嚴(yán)重損失。目前，雖然采用漏電保護器、保護接地、電位聯(lián)結(jié)、提高驗收力度等措施規(guī)避此類問題，但是依然存在個別問題。低壓配電系統(tǒng)和人們的生活息息相關(guān)，它的安全穩(wěn)定運行直接影響人們的正常生活和地區(qū)社會的穩(wěn)定。

2 供電線路安全性分析

在確保供電滿足要求的前提下，變電所的安全性和供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接影響居民的正常用電。對于現(xiàn)階段高層民用建筑而言，往往存在大量的一級和二級負荷，實際需要配備變壓器數(shù)量在兩臺及以上。為了應(yīng)對緊急情況，通常需要額外配備專用柴油發(fā)電機作為后備應(yīng)急方案[2]。對于高層建筑而言，一旦發(fā)生線路故障，整棟建筑供電出現(xiàn)問題，柴油發(fā)電機需要在10 s內(nèi)投入運行，承擔(dān)起給整棟建筑供電的任務(wù)。此外，為了避免不必要的消耗和確保消防用電的穩(wěn)定性，一旦發(fā)生火災(zāi)事故，要求電氣設(shè)計可以自動切除非消防用電負荷，如圖1所示。

圖1 柴油發(fā)電機與變壓器線路連接

變壓器TM1和變壓器TM2之間，斷路器1QF和斷路器2QF之間與斷路器3QF基于機械、電氣聯(lián)鎖。實際上，在同一時間點，只有兩個開關(guān)可以同時處于吸合狀態(tài)，另一個必須處于開斷狀態(tài)。在實際的高層建筑電氣設(shè)計過程中，變壓器和柴油發(fā)電機之間并不存在聯(lián)系，彼此之間互相獨立。它的優(yōu)點在于排除聯(lián)鎖，同時柴油發(fā)電機也不會發(fā)生送給市電的情況。但是，設(shè)計方案存在一定弊端，在日?；谑须娺\行時，柴油發(fā)電機無法對下載負荷進行供電。Ⅲ段母線平時處于非工作狀態(tài)，因此難以及時發(fā)現(xiàn)線路上斷路器和線路存在的故障。一些高層建筑電氣設(shè)計為了避免上述情況，設(shè)計時會將柴油發(fā)電機下轄的斷路器QF和兩變壓器形成機械、電氣互鎖，進而促使Ⅲ段母線在正常運行時可以帶電。但是，正常工作時柴油發(fā)電機依然無法對一般負荷進行供電。

3 低壓供電系統(tǒng)接地保護措施分析

高層建筑電氣設(shè)計的主要目的是，盡可能避免人員和財產(chǎn)受到電氣系統(tǒng)的負面影響，確保整棟建筑低壓供電的安全性和可靠性。在實際建筑電氣設(shè)計時，需要添加接地保護，具體可結(jié)合建筑工程特征和電氣設(shè)計特征。一般而言，接地保護設(shè)置應(yīng)當(dāng)依據(jù)建筑配電系統(tǒng)具體接地形式、電氣設(shè)備的實際使用需求、電氣回路保護線的截面情況等進行綜合考量設(shè)計。設(shè)計過程中，所需接地保護形式也應(yīng)當(dāng)依據(jù)總等電位進行連接，以避免外部危險電壓影響整個建筑的供電安全[3]。

3.1 低壓配電系統(tǒng)

采用TT系統(tǒng)對高層建筑低壓配電進行設(shè)計時，對電源的中性點需要進行單獨接地保護設(shè)計。同時，對電源中性點接地設(shè)置和電氣設(shè)備外漏電部分也需要進行接地保護設(shè)置。基于TT系統(tǒng)設(shè)計，電力系統(tǒng)中性線N和PE之間不存在供電關(guān)系。實際投入運行時，PE線路不進行供電。建筑電氣設(shè)計時，低壓配電系統(tǒng)中TN系統(tǒng)往往出現(xiàn)在對用電要求不高的地方，或者電容量較低、電氣設(shè)備較少的地區(qū)。個別地區(qū)公用低壓線路供電會使用該系統(tǒng)用于電力供應(yīng)。

3.2 低壓配電TN系統(tǒng)

TN系統(tǒng)是較常見的低壓配電系統(tǒng)設(shè)計方案，金屬線短路和出現(xiàn)的故障電流并不低。在接地保護設(shè)置過程中，安裝電路保護器可以對整個電路負荷和電流短路起到很好的保護作用，同時可以在低壓配電系統(tǒng)中加裝接地故障保護裝置。對高層建筑而言，電網(wǎng)布局較復(fù)雜且線路較長。在電網(wǎng)線路導(dǎo)線截面積較小的情況下，選用漏電保護裝置作為接地保護，能夠起到保護效果。基于該供電系統(tǒng)設(shè)計，應(yīng)當(dāng)將所有電氣設(shè)備外殼均與同一保護線連接，并針對性設(shè)計保護模式。此外，配電系統(tǒng)中性點之間也需要進行可靠連接。TN-C、TN-S以及TNC-S是三種較常見的TN供電系統(tǒng)模式[4]。

3.3 低壓配電IT系統(tǒng)

基于低壓配電IT系統(tǒng)，在進行接地保護時，導(dǎo)電裝置一旦出現(xiàn)問題電壓將會保持在規(guī)定的要求內(nèi)。IT系統(tǒng)接地保護不需要采用中斷供電保護形式，只需設(shè)置警報系統(tǒng)即可。一旦發(fā)生故障立即報警發(fā)出信號，相關(guān)檢修人員即可隨即到現(xiàn)場處理故障。

4 基于高層建筑接地保護設(shè)計要點

相較于常規(guī)建筑，高層建筑發(fā)生漏電起火幾率更大。因此，依據(jù)多年工作經(jīng)驗，就漏電原因進行分析。低壓配電系統(tǒng)安裝質(zhì)量不達標(biāo)，在潮濕環(huán)境和酸堿腐蝕性環(huán)境中采用明線敷設(shè)，設(shè)備未做有效防護。布線時，刀、鉗子以及錘子等工具使用過度，易損傷線路絕緣層；導(dǎo)線連接處質(zhì)量不達標(biāo)、絕緣包扎等不符合要求。此外，日常對線路和設(shè)備等疏于管理，長時間超負荷運行致使線路絕緣老化，降低線路整體質(zhì)量；使用一些產(chǎn)品質(zhì)量不達標(biāo)或者假冒的產(chǎn)品，極有可能造成后期使用時發(fā)生火災(zāi)；鼠咬、長時間浸水等外界因素，也有增加電力事故的可能性。

在對高層建筑進行接地保護設(shè)計時，低壓配電系統(tǒng)通常設(shè)有接零和過流保護等裝置。但是，無法徹底避免漏電、火災(zāi)情況的發(fā)生，此時往往需要用到漏電斷路器?？茖W(xué)合理地應(yīng)用漏電斷路器，對安全用電具有一定意義。在進行漏電斷路器選擇時，應(yīng)當(dāng)對額定動作電流進行合理選擇。通常，電氣系統(tǒng)漏電電流較低，對整個線路影響不大。在選擇動作電流時，應(yīng)當(dāng)遵循一定的原則：分支線路和線路末端用電設(shè)備，應(yīng)當(dāng)選擇動作電流為30 mA的漏電斷路器，動作響應(yīng)時間不高于0.1 s；支線上漏電保護器，應(yīng)選擇動作電流為100 mA的漏電斷路器，動作響應(yīng)時間最好不高于0.3 s。電氣設(shè)計過程中，在分支線路和線路末尾增加用電裝置，在電路支線和電路干線需要相應(yīng)增加漏電斷路器，從而對整個低壓供配電網(wǎng)絡(luò)起到保護作用。對高層建筑電氣系統(tǒng)進行設(shè)計時，要使整個建筑能夠可靠用電和穩(wěn)定供電。為避免造成財產(chǎn)和人身受到損失，通常需要設(shè)計故障自動切除裝置和接地保護等，進一步確保用電的安全性。在進行高層建筑電氣設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)綜合考量電氣特征和建筑工程特點，針對接地保護系統(tǒng)進行設(shè)計。此外，要對電氣設(shè)備實際應(yīng)用環(huán)境等進行分析，合理選用漏電斷路器裝置。

合理的接地電阻值設(shè)計和等電位聯(lián)結(jié)等，可以一定程度上起到防范漏電火災(zāi)的效果。漏電短路器對單項220 V線路通常只提供間接接觸保護，由于勞損和質(zhì)量不穩(wěn)定等因素，極有可能造成誤動作或者拒動作等情況，因此難以單獨成為可靠的保護措施?；诘入娢宦?lián)結(jié)形式，可以有效隔離漏電電氣線路和較低電位金屬構(gòu)件之間的電火花生成，從而有效消除漏電電壓火花造成火災(zāi)的可能性。基于等電位聯(lián)結(jié)主要是指將保護接零總線和建筑總水管、總煤氣罐以及暖通等金屬管道裝置用導(dǎo)線聯(lián)結(jié)的措施，從而起到平衡整棟建筑物電位的效果，特別是對易燃易爆場所具有非常良好的應(yīng)用價值。合適的接地電阻值設(shè)計對漏電火災(zāi)防范效果較好。通常，電氣設(shè)備接地保護電阻值應(yīng)不大于4Q，當(dāng)用電設(shè)備容量較大和熔體熔斷電流較大時，可以適當(dāng)增加接地線截面，并聯(lián)接地體型設(shè)計，從而有效降低接地電阻值，提高漏電斷流電流，最終有助于相關(guān)保護裝置的感應(yīng)動作。

5 結(jié) 論

低壓配電系統(tǒng)的安全性和可靠性對高層建筑意義重大。在進行電氣設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)做好整個接地保護的設(shè)計工作，從電網(wǎng)線路設(shè)計、電氣設(shè)備施工安裝和選擇等幾方面著手，嚴(yán)格落實設(shè)計規(guī)范，確保低壓配電系統(tǒng)可以安全、穩(wěn)定、有效運行，進而確保整棟建筑電氣系統(tǒng)的可靠運行。