淺析高層建筑電氣低壓配電設計

孟慶新

摘 要： 社會進步帶動了國家建筑行業的快速發展，當下國家高層建筑的數量和規模不斷增大，對應電力需求增加，為此必須加強低壓配電設計的有效分析和合理控制，保證電力建設的有序性。本文針對高層建筑中電氣低壓配電設計現狀進行了分析，詳細探討了高層建筑電氣低壓配電設計內容，旨在為實踐操作提供一定的借鑒價值。

關鍵詞： 高層建筑；電氣低壓配電；設計

1.高層建筑電氣中低壓配電設計現狀

1.1用電設備多

高層建筑樓層較多，并且智能化程度高、結構功能復雜、電氣用電設備多、建筑面積廣，這對于建筑電氣低壓配電設計提出了更高的要求，我國對于高層建筑電氣中的低壓配電設計有著明確規定，相關人員必須嚴格遵循標準的設計要求。目前，高層建筑往往兼具商業和生活兩種功能，這對相關配套設施提出了更高的要求，例如供水系統、供暖系統、通風系統、配電系統、消防系統等等。而這些配套設施大多涉及用電問題，因而在高層建筑中用電設備數量大、類型多，并對輸配電有這不同的需求，這加大了低壓配電設計的難度。

1.2用電量大

由于高層建筑用電設備數量多，加之用戶基數大，因而在用電量方面遠超其他類型建筑。其中如二次供水設備、電梯、家電等都屬于長期需要供電的設備，這使得高層建筑的用電需求大，用電負荷也相應增高，這對高層建筑低壓配電設計的可靠性與安全性提出了更高的要求。

1.3供電要求高

對于商住兩用的高層建筑而言，供電系統不僅需要滿足商業用電，同時還需要滿足生活用電，這就要求供電系統必須具備良好的性能。同時高層配電系統還必須保證在供電系統發生故障時，能夠通過備用供電設備滿足應急用電需求。

1.4系統復雜性高

高層建筑配電系統的設計不僅要求實用性，還必須充分考慮與其他系統之間的聯系。為保證供電的可靠性及穩定性，高層建筑通常會采用分段式供電的方法，這使得電路設計十分的繁復。

2.高層建筑電氣中的低壓配電設計內容

2.1 確定負荷等級，計算負荷容量

按照高層建筑電氣系統設計的相關規定，確定低壓配電的負荷等級，根據相關規定，一類高層建筑低壓配電系統的一級負荷包括疏散走道、疏散樓梯和消防電梯中的應急照明燈、消防風機房和泵房的備用照明、消防風機、消防水泵、電梯等； 二級負荷包括生活泵電力等； 三級負荷是指除了一級負荷和二級負荷以外的電負荷； 二類高層建筑低壓配電系統的二級負荷包括疏散走道、疏散樓梯和消防電梯中的應急照明燈、消防風機房和泵房的備用照明、消防風機、消防水泵、電梯、生活泵電力等； 三級負荷是指除了二級負荷以外的用電負荷。不同的負荷等級，其應用范圍也是不同的，一般情況下可將電力負荷分為商業用電和居民用電。由于商業用電和居民用電采用的是不同的計算方法，因此高層建筑電氣中的低壓配電系統應商業變電配置室和居民變電配置獨立、分別設置。高層建筑居民用電主要包括動力、照明等生活方面的用電，由居民變電系統提供穩定電力。高層建筑商業用電主要包括地下室照明、商業照明、電梯、售樓中心等，由商業變電系統進行供電。設計人員在計算高層建筑電力負荷時，可采用負荷密度法和單位容量法。

2.2供配電電壓設計

高層建筑電氣中供配電電壓設計，為了確保供電系統的穩定、可靠運行，相關設計人員應嚴格按照高層建筑電氣系統設計要求進行設計。一般情況，高層建筑工程有嚴格的電力負荷要求，普通的一級電力負荷容量比較小，在選擇供配電電壓時，結合高層建筑電氣系統的設計要求和實際電力負荷需求，選擇一路或者兩路市政電源或者發電機組作為整個高層建筑低壓配電系統的電源，滿足建筑用戶的用電需求，通常采用10kV 高壓電源和380 /220V 低壓配電電壓。

2.3合理布局變電所

結合高層建筑電氣系統的負荷容量大小和電力負荷分布情況，確定變電所的配置數量和具體位置，盡量選擇負荷率在70% ～ 85% 之間的變壓器，低壓線路供電半徑應控制在200m 范圍內，如果高層建筑的低壓配電電容量大于400kW，供配電線路距離應大于250m，并且可結合高層建筑的實際要求，適當增加變配電設備。在高層的商業建筑中，地上三層的商業樓層具有較高的商業價值，因此可將商業變電配置所設置在高層建筑的負一樓（ 非最底層） ，便于從地下車道運輸相關變電設備，然后進行安裝。

2.4高低電壓運行和結線方式

高層建筑電氣系統中的高低電壓運行和結線方式都應按照嚴格的設計路線要求進行。首先，電氣系統高壓線采用單母線運行的結線方式和10kV 進線，變壓器低壓側應用分段、獨立的單母線結線運行方式，每結一段單母線對應一臺變壓器，各段母線之間采用母聯開關進行聯結和操控。電氣系統在正常運行條件下，低壓配電系統每段母線都獨立運行，如果某一臺變壓器發生運行故障，工作人員可采用手動方式，將該段母線的母聯開關關閉，由同一組另一臺變壓器進行正常供電。在高層建筑電氣系統運行過程，一旦變壓器恢復正常，低壓配電母線中的母聯開關自動開啟，恢復正常的運行模式。其次，在電氣系統變壓器低壓側設計應急母線，利用正常的柴油發電機電源供給和電源用電為整個低壓配電系統的應急母線提供電量，確保高層建筑應急狀態下低壓配電的下一級電力負荷量，母線中的雙向開關不包含電氣設備和機械連鎖，可有效預防向市政供電網中反向供電，并且系統采用雙重電源或者雙回路供電方式為消防設施實現負荷用電，應急設備在變配電系統末端配電箱可相互切換。

2.5接地保護

為了提高高層建筑電氣系統的安全性，應做好低壓配電設計的接地保護，可采用TN、TT、IT 等保護模式，TN 接地保護模式主要是由于系統發生故障或者金屬性短路，產生過大的電流，從而形成TN 保護機制； TT 接地保護模式是對外露導電線路進行電氣保護，將低壓配電系統的故障回路及時切斷，達到電氣保護目的。IT 系統和TT 系統接地保護原理基本一致，其主要是設置在高層建筑周圍電網的外露區域，接地保護時，若電網外露導電故障電壓在低壓配電系統的標準下，無法對供電系統進行保護性切斷。結合高層建筑電氣中的低壓配電系統要求，采用合適的接地保護模式。另外，高層建筑電氣中的低壓配電設計應選擇合適的漏電斷路器，考慮到低壓配電系統的電流大小，多大的電流漏電斷路器才會開啟保護機制，一方面，高層建筑低壓配電系統末端采用的漏電斷路器抗電擊性能應符合相關安全標注要求； 另一方面，漏電斷路器額定動作電流應大于配電系統正常運行狀態下的漏電電流，在低壓配電系統的各個分支和末端線路上設置漏電斷路器，提高高層建筑電氣系統的安全性。

結語：高層建筑電氣中低壓配電設計，應根據高層建筑物的整個電氣系統的特點，嚴格遵循安全、節能、高效以及最優四項設計原則，在設計方案中注意負荷等級、供電方案、線路、設備安裝以及接地保護等方面的設計要點。同時，高層建筑電氣中低壓配電設計還需要與時俱進，順應社會和科技的發展要求，不斷改進和創新設計理念、設計方法，這樣才能夠真正確保我國高層建筑的電氣系統運行效率和安全。

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