高層建筑電氣設(shè)計(jì)中低壓配電系統(tǒng)安全性探索

李林杰

（北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100045）

0 引言

高層建筑與普通高度樓房的電氣設(shè)備設(shè)計(jì)相比，存在明顯的差異，常用的電氣設(shè)計(jì)方式已經(jīng)無(wú)法滿足高層建筑的低壓配電系統(tǒng)要求。高層建筑電氣設(shè)計(jì)要求日益提高。基于高層建筑的形式，無(wú)論是供電的穩(wěn)定性還是供電的安全性，都是高層建筑電氣設(shè)計(jì)比較關(guān)注的問(wèn)題。同時(shí)，結(jié)合高層建筑電氣設(shè)計(jì)情況，合理對(duì)低壓配電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保安全性，也是尤為必要的。

1 低壓配電系統(tǒng)內(nèi)涵

供電系統(tǒng)的組成部分較多，其中比較重要的是低壓配電系統(tǒng)。低壓配電系統(tǒng)主要由以下4個(gè)部分組成。

1）配電變電所。

2）配電變壓器。

3）高、低壓配電線路，其中，高壓主要是指其電壓超過(guò)1kV，低壓主要是指其電壓不超過(guò)1kV。

4）控制保護(hù)設(shè)備 在電能分配過(guò)程中，若運(yùn)行嚴(yán)重超過(guò)負(fù)荷，實(shí)際運(yùn)行中的低壓配電系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將電源線路切斷，進(jìn)入自我電動(dòng)機(jī)保護(hù)狀態(tài)。

受多種因素的影響，低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行中可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)，影響因素包括電氣線路老化、電氣設(shè)備老化、安裝技術(shù)欠缺等。就現(xiàn)階段我國(guó)電氣設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，多以裝配漏電保護(hù)器、電位連接等手段解決上述問(wèn)題。重視電氣設(shè)計(jì)相關(guān)工作，對(duì)電氣設(shè)計(jì)工作進(jìn)行嚴(yán)格審核，可以有效保證低壓配電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

2 高層建筑低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)原則分析

2.1 低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

高層建筑項(xiàng)目中，明確電氣設(shè)計(jì)中低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，可在一定程度上確保高層建筑電氣設(shè)備的運(yùn)行安全性。

1）保障供電的持續(xù)性，同時(shí)確保電源的時(shí)間性 一般而言，利用電網(wǎng)的方式能夠?yàn)楦邔咏ㄖ峁?個(gè)電源，且兩個(gè)電源具有獨(dú)立性，可達(dá)到一級(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷的要求。不過(guò)，對(duì)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障問(wèn)題也要進(jìn)行綜合考量，可安裝備用與應(yīng)急電源，這兩種電源主要由柴油發(fā)電機(jī)構(gòu)成。因而，高層建筑低壓配電的設(shè)計(jì)至少設(shè)計(jì)2個(gè)電源，以便在其中1個(gè)電源出現(xiàn)故障后，切換到另外一個(gè)電源，確保居民的用電需求和設(shè)備的使用。

2）合理設(shè)置供電電源 就高層建筑來(lái)說(shuō)，大量設(shè)備都需要電源才能夠使用。因此，在配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)保障電源的安全性尤為必要。針對(duì)生活方式的日益多樣化，高層建筑的項(xiàng)目增多。而高層建筑一旦發(fā)火災(zāi)，多數(shù)居民會(huì)選擇消防設(shè)施滅火，或是選擇安全通道逃生。不過(guò)，高層建筑的垂直交通以電梯為主，發(fā)生火災(zāi)后電源會(huì)出現(xiàn)故障，安全性較低，因而，需要合理設(shè)置高層建筑的供電電源。

2.2 低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

在高層建筑電氣設(shè)計(jì)中，低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要堅(jiān)持遵循2項(xiàng)原則。

1）優(yōu)化性原則 該原則主要是明確配電系統(tǒng)在高層建筑物中的重要性。同時(shí)，也要考慮以下3個(gè)問(wèn)題：①低壓配電系統(tǒng)資金投入的合理性 合理使用資金，確保最大程度地發(fā)揮資金的效益；②建筑物問(wèn)題自身優(yōu)勢(shì) 要明確高層建筑物在低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中具備的優(yōu)勢(shì)；③節(jié)能意識(shí) 高層建筑低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要提高節(jié)能、環(huán)保意識(shí)，在此基礎(chǔ)上，要考慮低壓配電系統(tǒng)方案對(duì)高層建筑電氣設(shè)計(jì)的適用性。

2）高效性原則 重視低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的3個(gè)內(nèi)容：①盡可能實(shí)現(xiàn)用電負(fù)荷的均衡性 設(shè)計(jì)低壓配電系統(tǒng)時(shí)，要明確用電負(fù)荷，根據(jù)用電負(fù)荷需求合理設(shè)置配電系統(tǒng)；②降低維修費(fèi)用 與維修團(tuán)隊(duì)進(jìn)行合作，定期檢查、維修低壓配電系統(tǒng)，盡可能地降低配電系統(tǒng)的維修費(fèi)用；③提高能源的利用率 最大限度發(fā)揮能源的作用。就電能來(lái)說(shuō)，無(wú)論是直接損耗還是間接損耗，損耗量都偏大，因此，高層建筑電氣設(shè)計(jì)中的低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持高效性的原則，在確保配電高效、安全的同時(shí)，滿足高層建筑電氣設(shè)備的用電需求。

3 提高高層建筑低壓配電系統(tǒng)安全性的對(duì)策

3.1 合理設(shè)置自動(dòng)切斷電源的裝置

在高層建筑進(jìn)行低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，依據(jù)實(shí)際情況安裝電源自動(dòng)切斷設(shè)備是極為必要的。為提高高層建筑居民的用電安全水平，在居民人身及財(cái)產(chǎn)受到傷害的情況下，通常以自動(dòng)切斷故障電源設(shè)備的方式來(lái)降低居民遭受的傷害。設(shè)計(jì)低壓配電系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)人員通常依據(jù)建筑特點(diǎn)、設(shè)備應(yīng)用需求進(jìn)行合理規(guī)劃。為避免建筑電路對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響，一般以多種點(diǎn)位連接的方式豐富接地不保護(hù)形式。TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)是現(xiàn)代高層建筑施工中常見(jiàn)的2種接地系統(tǒng)。其中，TN系統(tǒng)是在電氣設(shè)備發(fā)生短路現(xiàn)象或電流過(guò)大時(shí)起保護(hù)作用。保護(hù)的方式是以電流保護(hù)器作為主體，對(duì)短路、超負(fù)荷裝置進(jìn)行保護(hù)。TT系統(tǒng)多用于解決因外在因素產(chǎn)生的導(dǎo)電問(wèn)題，如電氣設(shè)備的金屬外殼與接地保護(hù)系統(tǒng)直接作用發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，TT系統(tǒng)能夠及時(shí)將電源切斷。以某市某高層建筑為例，該高層建筑在施工時(shí)對(duì)自動(dòng)切斷電源裝置進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)前一年的配電系統(tǒng)的維修費(fèi)用為8 542元，而改進(jìn)后一年的配電系統(tǒng)的維修費(fèi)用下降到4 298元。由此可見(jiàn)，電源裝置設(shè)置的合理可有效降低維修費(fèi)用。

3.2 提高主接線安全的控制水平

根據(jù)高層建筑電氣設(shè)計(jì)的需求，低壓配電系統(tǒng)主接線需要分出多個(gè)分支。在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，低壓配電系統(tǒng)會(huì)對(duì)電氣設(shè)備的整體應(yīng)用效率產(chǎn)生影響。所以，一般會(huì)選擇集成取電的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓配電系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)，從根本上控制工程的投資。低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員一般會(huì)選擇交流放射式的樹干形式，交流電伏為380V/220V。此種放射式的設(shè)計(jì)方式可以充分實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)主線安全的保護(hù)。設(shè)計(jì)配電系統(tǒng)時(shí)，若供電方式為集中性，就可采用上述形式的供電模式。而若負(fù)荷量一般，選擇的供電模式就要在集中性供電的基礎(chǔ)上，與樹干供電的模式相結(jié)合。從整體上來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)高層建筑的配電系統(tǒng)時(shí)，要結(jié)合高層建筑的用電需求實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇。以某市某高層建筑為例，該高層建筑在施工時(shí)重視對(duì)主接線安全的控制水平。改進(jìn)前一年發(fā)生過(guò)6次左右安全事故，而改進(jìn)后一年僅發(fā)生過(guò)3次安全事故。可以看出，重視主接線安全，在降低安全事故發(fā)生率方面可起到重要的作用。

3.3 選擇相對(duì)合適的備用電源

高層建筑因用戶數(shù)量多，在日常使用中可能會(huì)出現(xiàn)停電現(xiàn)象，以區(qū)域性為主。因而，在進(jìn)行高層建筑電氣設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合高層建筑的實(shí)際情況選擇合適的備用電源，能夠有效減少停電對(duì)居民的影響。備用電源的設(shè)置，需要圍繞安全性展開(kāi)分析和判斷。在選擇備用電源時(shí)，若以單臺(tái)機(jī)組為主，那么就需要對(duì)額定容量進(jìn)行控制，額定的容量要低于1 500kVA。備用電源于斷電后自動(dòng)啟動(dòng)，盡可能降低因停電帶來(lái)的損失。發(fā)電機(jī)達(dá)到特定程度時(shí)，需要分批投入，盡量將投入時(shí)間錯(cuò)開(kāi)，為電流的恢復(fù)提供時(shí)間。貿(mào)然恢復(fù)供電，可能會(huì)因備用電源仍在使用，而導(dǎo)致電源的負(fù)荷過(guò)大，增加居民的損失。電力恢復(fù)供電時(shí)，至少延遲1min，供電完全恢復(fù)后，電機(jī)組重復(fù)供電。

3.4 合理篩選漏電斷路器

高層建筑中的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)運(yùn)行期間需要承載的設(shè)備較多，負(fù)荷量也隨之增大，因而，高層建筑電氣設(shè)計(jì)安全性的要求日益提高。高層建筑電力運(yùn)行時(shí)，漏電斷路器的存在能夠從間接層面上實(shí)現(xiàn)對(duì)事故的避免。從某種角度來(lái)說(shuō)，漏電短路是低壓配電系統(tǒng)漏電的二次防線，能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)接零、接地的保護(hù)。無(wú)論是設(shè)計(jì)配電系統(tǒng)，還是提高用電安全性，都需要重視漏電保護(hù)器。所以，要結(jié)合高層建筑的實(shí)際情況，合理篩選漏電保護(hù)器，明確其安全額定的標(biāo)準(zhǔn)，用相對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)字對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)展開(kāi)篩選。對(duì)漏電斷路器額定的電流進(jìn)行合理選擇，通常情況下，要超過(guò)短路漏電數(shù)值。漏電斷路器要通過(guò)多種接觸模式，選擇觸電防護(hù)，避免人體接觸電源，確保高層建筑電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.5 加強(qiáng)接地保護(hù)設(shè)計(jì)

高層建筑因高度問(wèn)題，容易使供電系統(tǒng)在雷雨天氣受到影響。為確保高層建筑物用電安全，需要對(duì)建筑供電系統(tǒng)正常運(yùn)行情況加以保護(hù)，也就是在發(fā)生電路故障時(shí)，能夠快速對(duì)故障電路進(jìn)行切斷。此種對(duì)故障的處理，也就是接地保護(hù)。高層建筑接地保護(hù)的出發(fā)點(diǎn)，需要結(jié)合其電氣系統(tǒng)的特點(diǎn)。不僅要考慮高層建筑的電器及功效，還要對(duì)接地形式進(jìn)行考量。在此過(guò)程中，要堅(jiān)持具體問(wèn)題具體分析，有針對(duì)性地解決電氣設(shè)計(jì)問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，人們對(duì)高層建筑設(shè)計(jì)提出了更高的要求。高層建筑各系統(tǒng)的有效運(yùn)行，與電氣設(shè)計(jì)低壓電系統(tǒng)的安全控制密切相關(guān)。本文在了解和遵循高層建筑電氣設(shè)計(jì)中低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求與原則的基礎(chǔ)上，從合理設(shè)置自動(dòng)切斷的電源裝置、提高主接線安全的控制水平、選擇相對(duì)合適的備用電源、漏電斷路器的篩選、接地保護(hù)合理設(shè)計(jì)方面，對(duì)如何有效提高配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安全性進(jìn)行了探討，以期為提高高層建筑低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全水平提供借鑒。