建筑電氣設(shè)計(jì)中低壓配電系統(tǒng)安全性研究

于開江

摘要：從進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平高速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快，新建筑如雨后春筍般涌現(xiàn)，與此同時(shí)，大量的用電設(shè)備也隨之產(chǎn)生。用電頻率的增加及用電負(fù)荷的增長(zhǎng)使得人們對(duì)于低壓配電系統(tǒng)安全性的要求也越來(lái)越高。因此，本文針對(duì)建筑電氣設(shè)計(jì)中低壓配電系統(tǒng)進(jìn)行了一系列的研究和分析，并提出了一些關(guān)于提高其安全性的有效措施。

關(guān)鍵詞：低壓配電系統(tǒng) 安全性 分析 措施

一、關(guān)于低壓配電系統(tǒng)安全性的概述

智能產(chǎn)品和家電的快速普及讓人們?cè)谏詈娃k公中對(duì)用電量的需求越來(lái)越大，而且新建筑與傳統(tǒng)相比較，用電的負(fù)荷終端更多更分散，低壓配電系統(tǒng)的復(fù)雜性也更高。因此，在用電安全和穩(wěn)定兩方面的要求也越來(lái)越嚴(yán)格。這也表明了開展建筑電氣設(shè)計(jì)中低壓配電系統(tǒng)安全性研究的，必要性和緊迫性。事實(shí)證明，如果建筑物低壓配電系統(tǒng)的安全性方面出現(xiàn)了任何一點(diǎn)問(wèn)題，都極有可能演變成電力事故，進(jìn)而造成不可挽回的后果，并對(duì)建筑物內(nèi)的人員和財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的威脅。所以，現(xiàn)代化的建筑對(duì)低壓配電系統(tǒng)的安全性要求也在不斷提高。

低壓配電系統(tǒng)中涉及安全方面的地方有很多，但是主要表現(xiàn)在配電系統(tǒng)的選擇、設(shè)備的應(yīng)用、線纜的布局及接地等方面。低壓配電屬于一個(gè)系統(tǒng)工程，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)影響整體使用。作為電氣專業(yè)的設(shè)計(jì)者，必須要一絲不茍，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)提出并解決，真正做到從源頭提高低壓配電的安全性及穩(wěn)定性。

二、低壓配電系統(tǒng)的分類

在我國(guó)，低壓配電系統(tǒng)根據(jù)其接地型式上的不同主要分為三類，即IT系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和TN系統(tǒng)。而系統(tǒng)接地又是低壓配電系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅關(guān)系著整個(gè)低壓配電系統(tǒng)是否能正常運(yùn)行，還直接影響人身安全和設(shè)備安全。所以，合理的設(shè)計(jì)系統(tǒng)接地是建筑電氣低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中重要的任務(wù)。

（一）IT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)的電源側(cè)帶電部分是不需要進(jìn)行接地處理或者通過(guò)高阻抗來(lái)進(jìn)行接地，但是電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分卻必須要進(jìn)行獨(dú)立的接地處理。IT系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)是提高了配電系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定性和安全性，因此，常被用在對(duì)連續(xù)供電要求比較嚴(yán)格的地方。目前，在國(guó)內(nèi)工程建設(shè)中，采用IT系統(tǒng)進(jìn)行供電的工程仍然不多，尤其是在建筑電氣配電中更是少之又少。

雖然IT系統(tǒng)中可以配出中性線（N），但國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）強(qiáng)烈建議不設(shè)置中性線。主要是因?yàn)槿缭O(shè)置的中性線任何一點(diǎn)發(fā)生接地故障，都會(huì)改變整體供電系統(tǒng)的類別，不僅僅將IT系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)喪失殆盡，反而更加危險(xiǎn)。以當(dāng)時(shí)的科技水平還沒(méi)有檢測(cè)中性線絕緣狀況的能力，所以才有強(qiáng)烈不建議配出中性線的觀點(diǎn)。但是，現(xiàn)在技術(shù)上已經(jīng)可以解決檢測(cè)問(wèn)題，而且在《系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求》GB14050—2008中，IT系統(tǒng)圖就已經(jīng)配出了中性線N，使用上要安裝絕緣檢測(cè)裝置。即當(dāng)?shù)谝淮谓拥爻霈F(xiàn)故障報(bào)警時(shí)，工程人員，必須抓緊檢查并處理，出現(xiàn)第二點(diǎn)接地故障時(shí)，線路中設(shè)置的保護(hù)設(shè)備將自動(dòng)切斷電源。即使國(guó)標(biāo)中已經(jīng)明示，卻仍有很多人堅(jiān)持老思想、舊觀念，生怕出現(xiàn)問(wèn)題。這也說(shuō)明了我們對(duì)IT系統(tǒng)的了解還是不夠深入，也直接導(dǎo)致了IT系統(tǒng)不能大面積推廣。

（二）TT系統(tǒng)

TT系統(tǒng)的電源端直接進(jìn)行接地處理，而且電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分也進(jìn)行獨(dú)立的接地設(shè)置，設(shè)備的接地屬于接地保護(hù)。由于TT系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)單相、三相混合供電，供電系統(tǒng)比較靈活，并且與TN系統(tǒng)相比可以節(jié)約部分導(dǎo)線，降低投資，所以目前多用于我國(guó)農(nóng)村低壓電網(wǎng)配電，適用于保護(hù)接地相對(duì)分散的用電區(qū)域。即使TT系統(tǒng)供電發(fā)生故障，使設(shè)備外殼帶電，那么較高的電位也不會(huì)通過(guò)接地保護(hù)線傳遞至整個(gè)系統(tǒng)。因此，TT系統(tǒng)也可以用于精密電子設(shè)備的低壓配電。

雖然TT系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)很多，但是缺點(diǎn)也是比較致命的。比如，當(dāng)系統(tǒng)故障使電氣裝置的金屬外殼帶電時(shí)，即使設(shè)備已經(jīng)做了保護(hù)接地處理，并且通過(guò)接地可以極大的減少人員觸電的危險(xiǎn)性，但是，配電回路中的保護(hù)裝置（斷路器）卻不一定能達(dá)到跳閘的條件，造成漏電設(shè)備的外殼對(duì)大地的電壓也會(huì)高于國(guó)家規(guī)定的安全電壓；當(dāng)設(shè)備的漏電電流較小時(shí)，就算線路中設(shè)有熔斷器保護(hù)裝置，那么也不一定能達(dá)到觸發(fā)熔斷的條件，通常還需要額外設(shè)置漏電保護(hù)裝置對(duì)配電回路進(jìn)行深層次的保護(hù)。通過(guò)對(duì)TT系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)的分析和認(rèn)知，發(fā)現(xiàn)TT系統(tǒng)很難勝任現(xiàn)代化建筑中低壓配電的任務(wù)。

（三）TN系統(tǒng)

TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)一樣，都是在電源端有一點(diǎn)直接進(jìn)行接地處理。不同的是，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分是通過(guò)保護(hù)中性導(dǎo)體或保護(hù)導(dǎo)體與電源端接地點(diǎn)進(jìn)行連接，而不是直接對(duì)設(shè)備進(jìn)行接地處理，這種處理方式屬于接零保護(hù)。采用TN系統(tǒng)進(jìn)行低壓配電時(shí)，電氣設(shè)計(jì)相對(duì)比較復(fù)雜，并且可根據(jù)其保護(hù)零線與工作零線的分開情況又可以劃分為三種型式，即TN-S系統(tǒng)、TN-C系統(tǒng)和TN-C-S系統(tǒng)。

TN-S系統(tǒng)中的中性線N和保護(hù)線PE是分開的，所以在保護(hù)線上就沒(méi)有電流的存在，因此對(duì)大地也無(wú)電壓，與之相連的設(shè)備外殼在正常工作時(shí)候也不會(huì)帶電，所以供電系統(tǒng)的安全性很高，目前被廣泛的應(yīng)用在工民建建筑物的低壓配電系統(tǒng)。

TN-C系統(tǒng)的中性線N和保護(hù)線PE是合并使用，由一條PEN線承擔(dān)所有的任務(wù)。但是，如果配電系統(tǒng)的三相負(fù)荷不平衡時(shí)，工作N線就會(huì)產(chǎn)生不平衡電流，設(shè)備對(duì)地也會(huì)產(chǎn)生電壓；如果N線故障或者斷線，那么PE線就會(huì)隨之帶電，直接導(dǎo)致設(shè)備外殼帶電。在設(shè)計(jì)低壓配電時(shí)候，設(shè)計(jì)者很少會(huì)選用這種帶有安全隱患的配電系統(tǒng)，所以在建筑電氣民用配電中幾乎不會(huì)采用。

TN-C-S系統(tǒng)是由TN-S系統(tǒng)和TN-C系統(tǒng)共同演變而生的產(chǎn)物，具有兩個(gè)系統(tǒng)各自的優(yōu)點(diǎn)，而且又合理的避開了各自的缺點(diǎn)。系統(tǒng)電源側(cè)的電力輸送部分采用TN-C系統(tǒng)，低壓配電部分將N線和PE線分開，不僅僅解決了TN-C系統(tǒng)的安全隱患，也減少了TN-S系統(tǒng)的導(dǎo)線敷設(shè)工程量。因?yàn)橄到y(tǒng)相對(duì)安全穩(wěn)定，所以應(yīng)用范圍也比較廣，多用于配電系統(tǒng)末端環(huán)境條件較差或有精密電子設(shè)備的場(chǎng)所。

三、提高低配電系統(tǒng)安全性的有效措施

（一）設(shè)置漏電斷路器

漏電斷路器可以在設(shè)備漏電時(shí)，通過(guò)漏電電流超過(guò)預(yù)定值而自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)作，進(jìn)而可以避免人身觸電，減少許多不，必要的事件發(fā)生。在設(shè)計(jì)低壓配電系統(tǒng)選擇漏電斷路器時(shí)，應(yīng)該根據(jù)使用的目的和用電設(shè)備特點(diǎn)合理選擇漏電斷路器的型號(hào)，同時(shí)也必須要考慮配電系統(tǒng)的特點(diǎn)。例如，某個(gè)建筑物電源側(cè)的變壓器中性點(diǎn)沒(méi)有進(jìn)行接地處理，這時(shí)如果有人觸電，那么零線對(duì)地會(huì)產(chǎn)生很高的電壓，在這種情況下應(yīng)該選用電壓型漏電斷路器對(duì)回路進(jìn)行保護(hù)。在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，作為設(shè)計(jì)人員還必須要充分預(yù)估用電負(fù)荷在投入使用后的情況，比如直接觸電和間接觸電的可能性，并有針對(duì)性的設(shè)置合理的漏電動(dòng)作電流和相關(guān)防護(hù)。

（二）采用接地保護(hù)方式

在設(shè)計(jì)低壓配電系統(tǒng)時(shí)，安全永遠(yuǎn)是重中之重，這包括建筑和電氣施工人員的安全以及建筑內(nèi)正常用電居民的安全。在我國(guó)低壓電網(wǎng)中一般都會(huì)通過(guò)保護(hù)接地的方式作為安全保護(hù)措施。而保護(hù)接地又分為接地保護(hù)和接零保護(hù)這兩種類型。電力系統(tǒng)接地型式主要分為三種，包括IT、TT和TN系統(tǒng)，其中IT與TT系統(tǒng)中的電氣裝置接地均屬于接地保護(hù)，其主要目的是通過(guò)限制設(shè)備漏電后對(duì)地的電壓來(lái)起到保護(hù)目的；而TN系統(tǒng)中的電氣裝置接地則屬于接零保護(hù)，通過(guò)零線來(lái)實(shí)現(xiàn)回路中保護(hù)裝置自動(dòng)動(dòng)作，切斷電源以達(dá)到安全防護(hù)的作用。接地保護(hù)的方式不同，適用的場(chǎng)合也大相徑庭，設(shè)計(jì)時(shí)必須認(rèn)清其工作的基本原理，才能做到真正意義上的安全保護(hù)。

（三）合理設(shè)計(jì)變壓器

變壓器作為低壓配電系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其安全性及穩(wěn)定性關(guān)系到整個(gè)供電系統(tǒng)。作為電氣設(shè)計(jì)者必須充分考慮用電負(fù)荷的大小、分布情況及用電特點(diǎn)等多方面因素，合理選擇變壓器的容量及布置場(chǎng)所。在滿足規(guī)范及使用要求的前提下，盡量做到簡(jiǎn)化配電系統(tǒng)，以達(dá)到提升整體的安全及穩(wěn)定的供電效果。

（四）關(guān)于線纜選擇及敷設(shè)

科學(xué)合理的線纜敷設(shè)，不僅能提高配電系統(tǒng)的使用安全性和舒適性，還能降低工程的投資，節(jié)約能源。首先，在建筑物中敷設(shè)線纜，一定要考慮避開建筑結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)點(diǎn)，防止因建筑物的沉降或其它因素導(dǎo)致線纜的損壞甚至是斷裂；其次，經(jīng)過(guò)對(duì)用電負(fù)荷的計(jì)算，根據(jù)其電流的大小和用電距離遠(yuǎn)近科學(xué)選擇線纜的截面積；最后，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷使用性質(zhì)選擇線纜的型號(hào)，比如消防用電應(yīng)選擇阻燃或耐火電纜，以達(dá)到其使用目的。

四、小結(jié)

在建筑電氣低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅僅需要人員素質(zhì)和業(yè)務(wù)上的不斷提升，也需要在設(shè)備的選擇和應(yīng)用上的層層把關(guān)，合理篩選，更加重要的是在技術(shù)上的創(chuàng)新，發(fā)掘出更加適用于現(xiàn)代化建筑的電氣設(shè)計(jì)理念或是電氣安全設(shè)備。對(duì)于低壓配電系統(tǒng)安全性的研究應(yīng)該不斷的深入，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高安全性的目標(biāo)。