智能化建筑電氣設(shè)計(jì)與接地保護(hù)分析

周欐顏，李世增

（1.常州劉國(guó)鈞高等職業(yè)基礎(chǔ)學(xué)校，江蘇 常州 213000；2.江蘇筑原建筑設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 常州 213000）

0 引 言

在城市快速發(fā)展與經(jīng)濟(jì)快速進(jìn)步的情況下，人們?cè)谖镔|(zhì)需求方面發(fā)生了很大改變，已經(jīng)逐漸將重點(diǎn)放在節(jié)能環(huán)保上。建筑行業(yè)中出現(xiàn)了工程能源大量浪費(fèi)的情況，若想改善這種情況，需要在智能化的基礎(chǔ)上優(yōu)化建筑電氣設(shè)計(jì)，以滿足人們對(duì)節(jié)能環(huán)保的需求。從現(xiàn)實(shí)角度來(lái)講，智能化建筑中電氣節(jié)能是不可缺少的技術(shù)之一。目前，智能化建筑對(duì)電氣設(shè)計(jì)也有了全新的要求。電器系統(tǒng)是現(xiàn)代建筑運(yùn)行的核心部分，需要通過(guò)建筑平臺(tái)實(shí)現(xiàn)其主要功能。在建筑的智能化過(guò)程中，電氣設(shè)計(jì)問(wèn)題影響著整個(gè)建筑工程的質(zhì)量。隨著科技的進(jìn)步，更多的建筑朝著智能化方向發(fā)展，因此需要采取一定的手段來(lái)解決建筑智能化電氣設(shè)計(jì)與接地問(wèn)題，以確保建筑的使用安全。

1 智能化建筑電氣設(shè)計(jì)的基本原則

在經(jīng)濟(jì)與時(shí)代快速發(fā)展的背景下，能源的消耗量逐漸提升。從日常生活角度來(lái)講，生活與日常作業(yè)都需要得到電源的支持。為了有效降低實(shí)際的電源消耗，在智能化建設(shè)中需要全面應(yīng)用與推廣電氣設(shè)計(jì)。根據(jù)目前的實(shí)際情況來(lái)看，智能化建筑電氣設(shè)計(jì)已經(jīng)取得了很大進(jìn)步。但是，由于使用的技術(shù)創(chuàng)新性嚴(yán)重不足等原因，它在很多方面依然存在問(wèn)題。

1.1 實(shí)用性

設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用效果之間有著直接聯(lián)系，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要嚴(yán)格遵守相關(guān)原則，才能確保設(shè)計(jì)的實(shí)用性和準(zhǔn)確性。建筑電氣設(shè)計(jì)堅(jiān)持實(shí)用性原則，需從建筑本身的功能性入手，明確居住者可能的生活需求和工作需求，并保證建筑電氣系統(tǒng)的功能能夠滿足這些需求，并在這一前提下應(yīng)用各種節(jié)能降耗措施降低電氣系統(tǒng)的能耗，避免節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)電氣系統(tǒng)原有功能造成影響。建筑不僅需要為群眾提供便利，而且要具備一定的舒適度。設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考察實(shí)際情況，在滿足實(shí)際需要的情況下完善設(shè)計(jì)方案，從根本上解決群眾的實(shí)際問(wèn)題，提升設(shè)計(jì)的實(shí)用性。根據(jù)群眾需求添加相應(yīng)的電氣功能，全面應(yīng)用智能電氣裝置不僅能夠全面發(fā)揮智能建筑的效果，而且能確保電氣設(shè)計(jì)的實(shí)用性。

1.2 經(jīng)濟(jì)性

在智能建筑電氣設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)濟(jì)性也是需要考慮的重要因素之一。因此，需考慮設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，預(yù)防出現(xiàn)資金消耗過(guò)大和資金嚴(yán)重浪費(fèi)等情況。在建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)中，不僅要降低能源消耗，也要全面考慮建筑在各方面的特征，保證電氣設(shè)計(jì)能夠與建筑工程的實(shí)際情況相契合，以免影響電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行與功能發(fā)揮，提升建筑物的功能性和效益性，以更好地為用戶服務(wù)。在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備階段，需要制定好減少能源耗損的方案，嚴(yán)格根據(jù)實(shí)用性原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，提升建筑的經(jīng)濟(jì)性和效益性。另外，需要使用具有創(chuàng)新性的方案與技術(shù)手段，嚴(yán)格預(yù)防資源浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生。

1.3 先進(jìn)性

隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，當(dāng)下人們的安全意識(shí)已經(jīng)達(dá)到一個(gè)全新的高度，因此對(duì)智能建筑電氣系統(tǒng)的安全性要求也相對(duì)提高。目前，傳統(tǒng)建筑電氣設(shè)計(jì)理念與方法在能源利用方面存在很多弊端，還需堅(jiān)持先進(jìn)性原則，發(fā)展各種先進(jìn)設(shè)計(jì)理念與新興節(jié)能技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的全面優(yōu)化，并將能源損耗降到最低。在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的情況下，智能建筑電氣設(shè)計(jì)需要符合時(shí)代的需求。在實(shí)際開展工作時(shí)需要具備時(shí)代意義和創(chuàng)新性，設(shè)計(jì)中還需要全面使用有效的技術(shù)手段，了解智能建筑電氣設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，確保應(yīng)用過(guò)程中的先進(jìn)性，從而全面提升設(shè)計(jì)水平和綜合技術(shù)水平。

2 智能建筑電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)是智能建筑中最重要的組成部分。設(shè)計(jì)的優(yōu)劣將直接影響實(shí)際使用的效果。設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)時(shí)不僅需要考慮實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，而且要保證供電的可靠性和安全性。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，以系統(tǒng)簡(jiǎn)單明確和電能損耗小為導(dǎo)向，根據(jù)用戶需求及國(guó)家相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合理與科學(xué)的設(shè)計(jì)，從而確保用電的安全和可靠。根據(jù)供電可靠性和中斷用電造成損失的大小，建筑物內(nèi)的用電負(fù)荷可分為一級(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷以及三級(jí)負(fù)荷[1]。首先，一級(jí)負(fù)荷需要兩個(gè)獨(dú)立的電源供電。一級(jí)負(fù)荷電源可分別從兩個(gè)獨(dú)立的110 kV變電站引入，當(dāng)無(wú)法滿足從電網(wǎng)引入兩路獨(dú)立的高壓電源時(shí)，根據(jù)供電中斷允許時(shí)間，選擇使用柴油發(fā)電機(jī)或UPS、EPS作為備用電源。當(dāng)一路電源故障無(wú)法供電時(shí)，可以切換至另一路電源。其次，二級(jí)負(fù)荷需要滿足雙回路供電，當(dāng)一個(gè)回路失電時(shí)，另一個(gè)回路可以供電。最后，三級(jí)負(fù)荷一個(gè)回路供電即可。建筑供配電系統(tǒng)中，一級(jí)負(fù)荷兩個(gè)或以上的電源進(jìn)行切換時(shí)，切換時(shí)間需要滿足規(guī)范要求。此外，需采用一定的措施，防止應(yīng)急電源與正常電源并列運(yùn)行。對(duì)于消防負(fù)荷，需保證末端切換流暢。對(duì)于沖擊性負(fù)荷，采用獨(dú)立的配電回路進(jìn)行供電。低壓供電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，還需要采用一定的措施減少電壓偏壓和抑制電網(wǎng)諧波，以保證電能的質(zhì)量。在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備階段，需要嚴(yán)格根據(jù)實(shí)用性原則制定好減少能源耗損的方案，以提升電氣設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和效益性。在開展系統(tǒng)控制與連接的準(zhǔn)備階段，需要確保線路連接的安全性和暢通性，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。電氣設(shè)計(jì)中智能化系統(tǒng)尤為重要，特別是感應(yīng)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等，日后也會(huì)朝著智能化方向發(fā)展。另外，若想預(yù)防線路中出現(xiàn)互相影響的情況，需使用合理的方式控制線路，對(duì)電源線和信號(hào)傳輸設(shè)備進(jìn)行區(qū)分管理。使用的方案需要具有針對(duì)性，不能出現(xiàn)線路混亂和交叉等情況。通過(guò)這種方式可以降低多度干擾等情況的發(fā)生，提升建筑電氣系統(tǒng)實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)，為后期的維護(hù)提供便利。

3 智能建筑電氣配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 負(fù)荷計(jì)算

負(fù)荷計(jì)算是選擇和校驗(yàn)配電開關(guān)、電纜以及保護(hù)裝置的依據(jù)，是計(jì)算電能損耗和無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算依據(jù)，是保障低壓配電設(shè)計(jì)準(zhǔn)確的重要過(guò)程，能夠保障供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。計(jì)算負(fù)荷與實(shí)際負(fù)荷是兩個(gè)不同的概念。通過(guò)一定的計(jì)算方法，把實(shí)際負(fù)荷轉(zhuǎn)換成計(jì)算負(fù)荷，才可以用于工程實(shí)際。電氣設(shè)計(jì)師要結(jié)合負(fù)荷的使用情況進(jìn)行計(jì)算，考慮同時(shí)性，避免計(jì)算的盲目性。如果用電設(shè)備較少，同時(shí)使用概率高，可選擇較大的需要系數(shù)。如果用電設(shè)備相對(duì)較多，可根據(jù)實(shí)際使用情況，選擇適當(dāng)?shù)男枰禂?shù)。

3.2 配電方式

電氣工程節(jié)能的前提是供配電系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)。只有供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案科學(xué)合理，才可以保證用電量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。在智能建筑內(nèi)部的配電設(shè)計(jì)工作上，要盡可能地減少配電級(jí)數(shù)，同時(shí)科學(xué)設(shè)計(jì)配電路徑。此外，根據(jù)負(fù)荷的性質(zhì)，需從低壓配電室引入電源。此外，消防負(fù)荷與非消防負(fù)荷要分別配電，動(dòng)力負(fù)荷與照明負(fù)荷也要分別配電。低壓配電設(shè)計(jì)過(guò)程中，要對(duì)整個(gè)建筑負(fù)荷做出計(jì)算，隨后根據(jù)計(jì)算選擇合適的配電設(shè)備。低壓配電系統(tǒng)中主要選擇的設(shè)備包括高壓開關(guān)柜、電力變壓器、應(yīng)急發(fā)電組以及低壓配電屏等。選擇設(shè)備時(shí)，最好選擇具有五防功能的設(shè)備。同時(shí)，在安裝設(shè)備的過(guò)程中，需要充分考慮設(shè)備的維護(hù)，確保低壓設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)進(jìn)行維修與養(yǎng)護(hù)，從而保證配電的穩(wěn)定性。智能建筑中的干線電纜一般安裝于電氣豎井中，對(duì)消防與非消防負(fù)荷的電纜需要分橋架敷設(shè)。對(duì)于一部分公共設(shè)施進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，要增強(qiáng)對(duì)電纜與基礎(chǔ)設(shè)備的重視，利用國(guó)際檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)電纜線。相關(guān)技術(shù)人員要改變傳統(tǒng)低壓電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，認(rèn)識(shí)到低壓電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的不足，將新型設(shè)計(jì)理念和技術(shù)應(yīng)用于低壓電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從根本上提高電氣系統(tǒng)的整體性能。

3.3 配電設(shè)備及電纜選擇

配電設(shè)備及電纜選擇是電氣設(shè)計(jì)中必不可少的部分。首先，在低壓配電設(shè)計(jì)過(guò)程中，可根據(jù)建筑物和負(fù)荷的性質(zhì)，選擇配電設(shè)備和電纜種類，根據(jù)負(fù)荷計(jì)算確定相應(yīng)的開關(guān)設(shè)備和電纜參數(shù)。對(duì)戶外及潮濕場(chǎng)所采用的帶剩余電流保護(hù)功能的斷路器，當(dāng)發(fā)生漏電事故時(shí)，需能及時(shí)切斷電流。其次，對(duì)一、二級(jí)負(fù)荷采用雙電源切換箱進(jìn)行供電時(shí)，利用接觸器可實(shí)現(xiàn)對(duì)一些重要設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。在選擇設(shè)備過(guò)程中，需根據(jù)設(shè)備安裝場(chǎng)所確定設(shè)備的防護(hù)等級(jí)。同時(shí)，在對(duì)設(shè)備進(jìn)行安裝過(guò)程中，需要充分考慮設(shè)備的維護(hù)問(wèn)題，確保低壓設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)進(jìn)行維修與養(yǎng)護(hù)，保證配電的穩(wěn)定性。最后，電纜選擇時(shí)，在確保電纜載流量與開關(guān)匹配的同時(shí)，需要對(duì)不同場(chǎng)所使用不同種類的電纜。對(duì)于人員密集場(chǎng)所及高層建筑，需要采用低煙無(wú)鹵阻燃的電力電纜[2]，以避免在發(fā)生火災(zāi)時(shí)電纜起火產(chǎn)生有毒氣體而危害人員安全。消防風(fēng)機(jī)和消防電梯等消防設(shè)備采用耐火電纜或礦物絕緣電纜，可保證在火災(zāi)時(shí)保障人員逃生和滅火的消防設(shè)備能繼續(xù)使用。

4 接地保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用

接地保護(hù)的目的是保證用電安全，實(shí)現(xiàn)帶電端與大地的連接。合理的接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠最大程度地將電氣帶電端的電容特點(diǎn)呈現(xiàn)出來(lái)。智能建筑電氣低壓配電設(shè)計(jì)中的接地系統(tǒng)建設(shè)，能夠進(jìn)一步提高電氣系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。根據(jù)系統(tǒng)電源點(diǎn)的對(duì)地關(guān)系，把低壓配電系統(tǒng)的接地型式分為TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)以及IT系統(tǒng)[3]。各系統(tǒng)各有特點(diǎn)，應(yīng)用場(chǎng)所也不同。電氣接地系統(tǒng)一般包括功能接地和用電設(shè)備外漏導(dǎo)電部分的保護(hù)接地兩種情況。在故障發(fā)生在電源側(cè)的情況下，電源側(cè)容易因?yàn)樘〉墓收想娏鞫鵁o(wú)法使保護(hù)電氣動(dòng)作，進(jìn)而導(dǎo)致中性點(diǎn)電位升高。一旦中性點(diǎn)電位升高，電擊大于安全電壓極限值容易產(chǎn)生電擊。

圖1和圖2分別為TN-C系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng)。TN-S系統(tǒng)在使用時(shí)如果線路較長(zhǎng)，通用的PE線一旦發(fā)生斷裂，就會(huì)導(dǎo)致PE線無(wú)法對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)。從事有關(guān)施工的技術(shù)員工，必須嚴(yán)格根據(jù)規(guī)章制度采取合理有效的施工方法。電源段在帶電的狀況下，接地系統(tǒng)能夠更好且更安全地控制存電體之間的導(dǎo)體接地，使負(fù)荷端的電氣設(shè)備采取更有效的接地方式，起到最大的保護(hù)作用，從而保證配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行和用電的安全性。安裝人員要重視電源高壓端的防雷保護(hù)和機(jī)房的電力供應(yīng)，在供電線路上安裝智能配電系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)低壓配電系統(tǒng)中的電壓安全和穩(wěn)定。同時(shí)，要按照相關(guān)等級(jí)，將相應(yīng)的浪涌保護(hù)器分別安裝在總配電柜、機(jī)房配電箱以及相關(guān)裝置，以滿足智能化建筑的防雷設(shè)計(jì)要求[4-6]。

圖1 TN-C系統(tǒng)

圖2 TN-S系統(tǒng)

5 結(jié) 論

隨著科技的快速發(fā)展，智能化已經(jīng)成為智能化建筑電氣設(shè)計(jì)主要的發(fā)展方向。智能化建筑電氣設(shè)計(jì)需要全面應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)，提升建筑物的質(zhì)量，從而增加群眾生活與工作的舒適性和安全性。相關(guān)技術(shù)人員需要做好相關(guān)的防護(hù)措施，以保障供電安全、人們使用安全以及生命財(cái)產(chǎn)安全。