高層建筑電氣設計中低壓配電系統(tǒng)安全性探討

劉新瑜

【摘要】隨著現代化建設進程的不斷加速，空間利用率更高的高層建筑成為建筑行業(yè)發(fā)展的主流趨勢。而在高層建筑中，電氣設計低壓配電系統(tǒng)安全性是關鍵問題，不僅決定建筑整體配套設施的穩(wěn)定性，同時也關系到住戶的居住體驗。但就現階段高層建筑電氣設計而言，越級跳閘、電氣接地質量不足以及電路短路等問題普遍存在。基于此，本文將在簡要分析高層建筑電氣設計基本原則以及相關概念的基礎上，就低壓配電系統(tǒng)安全問題闡述優(yōu)化對策。

【關鍵詞】高層建筑;電氣設計;配電系統(tǒng);安全性

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.30.

隨著社會技術形態(tài)的不斷發(fā)展演進，高層建筑建設不斷取得新成果。而就建筑電氣控制工作而言，相關單位必須嚴格做好設備管理維護工作，既要注重項目整體規(guī)劃，同時也要兼顧低氣壓配電系統(tǒng)設計等細節(jié)問題，確保內外部工程系統(tǒng)調制雙管齊下，提升低壓配電系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。換句話說，相關單位需要針對低壓配電系統(tǒng)的安裝制定詳盡的工作實施計劃，根據控制系統(tǒng)和控制模式加工處理部件，確保建筑整體性能居于較高水平，確保系統(tǒng)能夠切實滿足廣大用戶的實際需求。

1、低壓配電系統(tǒng)概述

低壓配電系統(tǒng)是高層建筑中的重要功能性系統(tǒng)，一般情況下，現階段應用于高層建筑中的低壓配電系統(tǒng)包括樹干式、放射式以及鏈式三類。其特征如下：

1.1樹干式

樹干式低壓配電系統(tǒng)是高層建筑中及其普及的一類配電系統(tǒng)，其主要結構是通過一條主干電纜連接分配箱和總配電箱。該系統(tǒng)優(yōu)點在于施工便捷、投入成本低，但缺點是若故障發(fā)生于主線，則分配箱將受直接影響，導致供電異常。因此，該低壓配電系統(tǒng)不適合應用于對電源供電可靠性要求較高的工程。

1.2放射式

放射式低壓配電系統(tǒng)的電力傳輸方式較為直接，即電力直接由主配電箱傳輸至分配箱。在這種模式下，各個分配箱可以實現單獨供電，即便某一環(huán)節(jié)出現問題，不會對其余配電箱產生干擾。因此，相對于樹干式低壓配電系統(tǒng)而言，放射性低壓配電系統(tǒng)安全性更高。但由于其靈活性較差，電路更加復雜，因此適用范圍是大容量設備。

1.3鏈式

由一條線路鏈接多個分配箱的系統(tǒng)設計模式被稱為鏈式低壓配電系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點在于電源沒有分支點，這意味著該系統(tǒng)適合鋪設電纜線，且投入成本較低。但是，該系統(tǒng)在可靠性方面同樣存在短板，一旦發(fā)生故障，必須關閉所有用電設備。

2、高層建筑中配電系統(tǒng)設計原則

在設計高層建筑配電系統(tǒng)過程中，相關單位必須綜合考慮建筑自身特征、整體資金投入以及節(jié)能環(huán)保等因素，確保配電系統(tǒng)方案具備適用性，進而提升建筑的綜合性能。因此，相關負責人員必須遵循如下設計原則。

2.1配電安全設計原則

配電系統(tǒng)設計不僅要求其滿足建筑日常需求，同時還要降低系統(tǒng)能源損耗。所以，在開展電氣低壓配電系統(tǒng)設計工作時，設計人員需要注重考慮節(jié)能設施的運用，加強建筑用電負荷管控力度，爭取實現對電力資源的最大化運用，以此為基準，推動高層建筑中配電系統(tǒng)運行效率的不斷提升。

2.2配電設計系統(tǒng)總原則

和傳統(tǒng)建筑形式相對比，高層建筑整體結構更加復雜、配電系統(tǒng)建設資金需求更高。針對這一問題，在開展配電系統(tǒng)電氣設計工作時，相關人員必須考慮資金分配以及資源消耗問題，制定具備節(jié)能環(huán)保意識的設計方案。與此同時，在配電系統(tǒng)設計階段，線路的間距以及絕緣性是要點，關系到人們的用電安全。所以，相關人員需要正確應用防靜電技術和防雷擊技術，在系統(tǒng)中引入具有安全保障作用的新技術，保障高層建筑配電系統(tǒng)安全性能。

3、高層建筑低壓配電系統(tǒng)設計現狀

3.1越級跳閘

越級跳閘是當前階段高層建筑低壓配電系統(tǒng)中出現頻率較高的一類問題，其不僅會導致建筑內部斷電，同時也會從一定程度上影響建筑的經濟效益。歸根結底，越級跳閘現象出現的根本原因在于配電系統(tǒng)中時常發(fā)生電路短路，在這一背景下，若人員不能合理選擇配電系統(tǒng)電路保護設備，就會催生越級跳閘現象。因此，出于高層建筑的經濟效益考慮，配電系統(tǒng)設計人員應高度重視配電系統(tǒng)電路保護設備選擇問題，提升電氣設計工作質量，高效規(guī)避安全隱患。

3.2電氣接地質量差

在高層建筑電氣設計過程中，接地形式混亂并非偶發(fā)現象，由此導致低壓配電系統(tǒng)施工安全事故時有發(fā)生。與此同時，部分單位不重視建立安全保護工作的落實，供電系統(tǒng)的建設與運行缺乏安全保障，也導致電氣接地工作質量與效率無法滿足高層建筑的建設需求。因此，在改良優(yōu)化高層建筑電氣設計工作的過程中，設計人員還需要將電氣設備接地工作的強化視作要點。

3.3電路短路與過載

安全性與可靠性是高層建筑對低壓配電系統(tǒng)的最根本要求。基于這一點，配電系統(tǒng)設計人員往往會加強對電路短路與過載的保護。如此，一旦配電系統(tǒng)發(fā)生故障問題，系統(tǒng)中的斷路與熔斷保護器能夠針對特定問題發(fā)揮保護作用，避免其他限額與設備運行受到干擾。但是，受到多重因素共同作用的影響，高層建筑配電系統(tǒng)中電路短路與過載現象普遍存在，不定期的對居民的用電生活產生影響，這需要設計人員從設計上持續(xù)優(yōu)化創(chuàng)新，從根源上消除問題。

3.4電路保護裝置缺乏

電路系統(tǒng)安全性必須建立在合理運用特定保護裝置保護電路的基礎上。但就現階段高層建筑電路系統(tǒng)中裝置的應用情況而言，由接零保護裝置缺乏、過流保護裝置缺乏而引起的電路漏電現象尚未得到有效控制，電路在運行過程中仍舊有一定概率發(fā)生安全事故，這可能對配電系統(tǒng)乃至整體建筑性能的發(fā)揮產生嚴重干擾。

3.5忽視漏電斷路器選擇

近幾年來，伴隨技術的創(chuàng)新和設備的升級，多元化電氣設備被應用于高層建筑低壓配電系統(tǒng)建設中，同時住戶的用電需求也日益上漲。在這種情況下，為規(guī)避電路中的接地故障，設計人員必須在配電系統(tǒng)中應用大量漏電保護器，杜絕電路漏電可能。但是，由于絕大多數建筑施工中均存在漏電保護器選擇不合理的情況，高層建筑配電系統(tǒng)仍舊缺乏全面的保障。

4、高層建筑電氣設計中低壓配電系統(tǒng)優(yōu)化策略

4.1接地保護設計

接地保護設計是高層建筑電氣設計中必不可缺的一環(huán)，面對當前階段低壓配電系統(tǒng)設計的短板問題，設計人員必須從根源著手，優(yōu)化系統(tǒng)設計。也就是說，在項目規(guī)劃起始階段，設計人員必須從配電系統(tǒng)安全性、經濟性以及穩(wěn)定性等角度出發(fā)，將低壓配電系統(tǒng)的可靠運行作為落腳點，不為安全故障的發(fā)生留下一絲可能。具體來說，在電力系統(tǒng)規(guī)劃設計階段，相關負責人員可以為系統(tǒng)加設可靠的接地保護裝置，一旦發(fā)生電路故障，接地保護裝置會于第一時間切斷故障電路，從而提升系統(tǒng)面對安全故障時的應急處理能力。值得注意的是，不同建筑中的接地保護設計不能一概而論，設計人員必須綜合考慮建筑的結構規(guī)模、電力系統(tǒng)的特點、電氣設備類型、使用狀態(tài)等，追求接地保護設計的合理性。最后，在明確建筑建立保護設計方案后，必須做總等電位連接，否則可能會受到外部電壓影響，導致系統(tǒng)電路的穩(wěn)定性受到干擾。

4.2重視漏電斷路器選擇

高層建筑是我國建筑行業(yè)發(fā)展的時代選擇，在未來一段時間內，高層建筑規(guī)模將不斷擴張、項目數量將不斷增加，間接帶動電力系統(tǒng)負荷的提升，影響電力系統(tǒng)的安全運行。所以，供電企業(yè)必須客觀面對高層建筑不斷提升的用電需求，重視漏電斷路器的選擇。事實上，斷路器在保護電力設備、預防重大事故、穩(wěn)定低壓配電系統(tǒng)的運行發(fā)揮著重要作用。由此，相關設計人員應高度重視經驗總結，根據建筑用電量選擇恰當的漏電斷路器，確保其與電力系統(tǒng)相符，避免出現電力安全問題。

4.3設備檢查調試

設備檢查調試無疑是配電系統(tǒng)安全的一道重要防線，在調試檢查過程中，工作人員必須嚴格按照標準流程檢測及調試設備。具體來說，人員首先要為低壓配電系統(tǒng)設置電源，并通過控制變換判定電源是否有效。其次，人員需要控制初始原件以及設備應用，確保其運行狀態(tài)正常。與此同時，為降低設備更換成本，延長設備使用壽命，負責人員必須定期檢修和保養(yǎng)電氣設備，及時對其在運行過程中暴露出的小問題進行處理。一般情況下，電氣設備的檢查與調試要求人員對電壓類型了如指掌，否則檢修工作存在一定的安全隱患。設備檢查調試工作對技術人員的專業(yè)性具有較高要求。因此，技術人員必須嚴格按照相關章程和操作標準展開作業(yè)。比如說，人員需要根據電阻大小合理選擇、調整、安裝和調試電流表，避免出現功率不足的問題。再比如說，設備檢查調試人員需要在實際作業(yè)流程中實時評估低壓電氣系統(tǒng)的操作值，提升電壓穩(wěn)定性，避免因低壓電器系統(tǒng)不穩(wěn)定而出現火災問題。除此以外，專業(yè)技術人員應合理并充分運用電壓值數據，以電壓值為依據評估系統(tǒng)運行狀態(tài)是否穩(wěn)定安全。具體來說，將吸進電壓為85%作為一個臨界值，當電壓值小于該數值，則可以判定系統(tǒng)處于安全運行狀態(tài)，否則需要對相關設備進行反復調試，直至電壓處于合理范圍。

4.4加強主接線安全管控

在高層建筑低壓配電系統(tǒng)中，電氣設計所占比重不容忽視，主接線安全防控至關重要， 尤其是在樹干式低壓配電系統(tǒng)中，主接線問題會導致系統(tǒng)整體異常。所以，在開展高層建筑電氣設計工作的過程中，相關設計人員必須根據建筑特點合理運用集成系統(tǒng)，對配電系統(tǒng)的性能、構成進行科學的管控。與此同時，在低壓配電系統(tǒng)中，人員必須視具體的環(huán)境因素以及結構因素，在放射式、樹干式、鏈式等配電系統(tǒng)設計方案中做出合理選擇，全方位優(yōu)化配電系統(tǒng)的安全性。

4.5合理選用備用電源

停電事故的頻繁發(fā)生將會嚴重影響居民的用電質量，最終引發(fā)高層建筑住戶的嚴重不滿。所以，為規(guī)避停電現象，相關人員需要在高層建筑電氣結構中設計備用電源，為電氣系統(tǒng)的正常運行保駕護航。具體來說，電力系統(tǒng)備用電源的設計需要重點考慮以下幾方面問題：首先，當選擇單個裝置備用電源時，備用電源額定功率不應超過1500 kVA。其次，備用電源應具備自動開啟功能，以便在電源關閉后能夠及時發(fā)揮作用。再次，當備用電源開始發(fā)揮效用后，其電機會在一定時間內達到額定轉數，此時應遵循從大到小分批投入原則，避免電源由于電壓不穩(wěn)定而被破壞。最后，在電力系統(tǒng)恢復正常供電后，大約需要30秒時間恢復功率，幾分鐘后系統(tǒng)方可正常運轉。

4.6嚴格設計負荷分級配置

在對高層建筑配電系統(tǒng)強化安全性能設計的過程中，相關工作人員應該嚴格按照行業(yè)規(guī)定完成負荷分級配置的設計工作，避免出現違規(guī)作業(yè)的情況。與此同時，電力系統(tǒng)中存在一級負荷以及特別重要負荷，負荷之間的連續(xù)性必須得到堅實保障，否則將有較大概率導致供電中斷，嚴重時可能會危及廣大住戶的生命財產安全，令各方蒙受巨大損失。除此以外，高壓建筑變壓器問題也值得電力系統(tǒng)設計人員謹慎考慮，將容量計算作為變壓器選擇的核心依據。大量設計經驗表明，變壓器的最佳負荷率不低于75%，不高于85%，且低壓供電線路的半徑應控制在200米以下，否則將對其他供電系統(tǒng)造成不同程度的干擾，發(fā)生一系列的連鎖反應。最后，在高層建筑電氣設計中，往往涉及末端漏電線路保護工作，且不僅能夠有效降低故障的發(fā)生概率，同時在火災等安全事故發(fā)生時，能夠為人員提供應急照明，為廣大住戶的生命安全提供重要保障。

結語：

綜上所述，高層建筑低壓配電系統(tǒng)的合理設計關系到建筑內住戶用電需求能否得到滿足，對建筑的整體性能具有決定性作用。因此，高層建筑電氣設計部門必須理性客觀的看待當前階段因系統(tǒng)設計不合理而存在的越級跳閘、電氣接地質量差、電路短路與過載等系列問題，遵循配電安全設計原則，做好低壓配電設計工作的各個環(huán)節(jié)，保障高層建筑電氣低壓系統(tǒng)穩(wěn)健運行，降低安全事故的發(fā)生概率，從而推動行業(yè)的繁榮發(fā)展。

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