當前民用高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計的研究

李彥琪

摘要：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展與建筑水平的提升，高層民用建筑逐漸成為了民用建筑的主要類型，而且其高度還在不斷提升，有效緩解了因城市人口增長而引發(fā)的土地矛盾。但是，民用建筑層數(shù)以及高度的增加，不僅增加了項目施工的難度，也為電氣設(shè)計提出了更多更高的要求。所以，在民用高層建筑電氣設(shè)計過程中，不僅要掌握電氣設(shè)計的要點，更要深入研究民用高層建筑的特點以及實際需要，從而確保民用高層建筑電氣設(shè)計的安全性與可靠性。

關(guān)鍵詞：民用高層建筑;供配電系統(tǒng);電氣設(shè)計

在我國近年來經(jīng)濟快速發(fā)展中，城市化進程加快，民用高層建筑大力發(fā)展，其數(shù)量和規(guī)模在不斷擴大。在民用高層建筑建設(shè)中，要滿足居民使用性能要求和安全，需要保證其供配電系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟性和可靠性。本文主要對當前民用高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計進行分析研究，掌握其設(shè)計原則和基本思路。所以，如何制定合理的民用高層建筑電氣設(shè)計方案，并充分發(fā)揮民用高層建筑電氣系統(tǒng)的價值，是企業(yè)與設(shè)計人員都應重視并研究的課題之一。文章分析了民用高層建筑電氣設(shè)計的特點以及原則，并提出了一些民用高層建筑電氣設(shè)計的要點。

1高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計以及供配電系統(tǒng)概述

1.1高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計現(xiàn)狀

供配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中重要的組成部分，主要是由用戶以及區(qū)域變電站兩個部分組成，承擔了對電能的配電和用電的功能。在運行特征以及使用要求方面，都是電力系統(tǒng)的基本相同。高層建筑物中的供配電，主要為用戶和電氣設(shè)備的安全供電，必須要保證供配電系統(tǒng)的安全。在該電氣系統(tǒng)中，電能從電源端輸送給用戶和電氣設(shè)備，采用分配和降壓的技術(shù)，把高壓電能轉(zhuǎn)變成用戶和電氣設(shè)備直接應用的電壓等級。高層建筑物的供配電壓等及普遍在110千伏以下，在進行供配電系統(tǒng)設(shè)計時，可以從實際的用電負荷、負載的性質(zhì)以及周邊區(qū)域供電情況進行設(shè)計。與此同時，還需要保證供配電系統(tǒng)設(shè)計的容易滿足將業(yè)增容的要求。

1.2高層建筑供配電系統(tǒng)概述

民用高層建筑供配電系統(tǒng)主要承擔電力系統(tǒng)電能配用環(huán)節(jié)控制，根據(jù)實際效用差異主要可分為區(qū)域變電站、用戶變電站兩部分。其主要服務對象是建筑使用者和內(nèi)部電氣設(shè)備，需要與整體系統(tǒng)對應，保障機電工程的安全性和可靠性。相關(guān)供配電系統(tǒng)會采用功率單方向流動模式，進行電能分配和降壓處理，將外部電能轉(zhuǎn)換為可供用戶直接使用的電能。

2民用高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計基本原則

2.1可靠性原則

在民用高層建筑中，使用的人員較多，呈現(xiàn)人員分布密集的特點，因此涉及范圍也比較廣。在供配電系統(tǒng)設(shè)計中要堅持安全性、可靠性，具體規(guī)劃設(shè)計中對建筑實際用電負荷等級進行科學分析，確保其在任何運行方式下供配電系統(tǒng)可以持續(xù)進行穩(wěn)定的電力保障，為建筑提供安全可靠的電力供應。

2.2簡潔性原則

在高層建筑中使用的電氣設(shè)備較多，日常運行和維護中工作量較大。因此在設(shè)計中要盡量簡單，減少其中的一些電氣設(shè)備。在電氣系統(tǒng)和線路設(shè)計中，要使其方便使用和操作，在運行中出現(xiàn)故障時也可及時進行處理。

2.3保障安全性原則

民用高層建筑對電氣設(shè)備和功能的要求比較高，日常工作中需要進行檢修維護等，因此在設(shè)計中要保證安全性，使操作人員可以安全進行日常工作和檢修維護。

3民用高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計的要點分析

3.1使用合適的電力變壓器

在民用高層建筑中設(shè)置供配電系統(tǒng)的一個重要原因就是問了保障建筑供電的安全性和穩(wěn)定性，降低供配電過程中發(fā)生風險的概率，電力變壓器是整個供配電系統(tǒng)中的重要組成部分，也是電氣設(shè)計的重點，要求相關(guān)建設(shè)單位能夠根據(jù)不同建筑的類型為其選擇參數(shù)功能合適的電力變壓器，包括變壓器的功率和型號都要進行慎重考慮，不僅要考慮電力變壓器的現(xiàn)在的使用狀況，且還需考慮電力變壓器的回收利用，將變壓器的耗電量和使用電價費考慮在內(nèi)，選擇性價比最高的變壓器。此外在選擇電力變壓器是還要考慮到其節(jié)能和環(huán)保的特性，會不會影響到建筑的節(jié)能環(huán)保狀況，對環(huán)境造成不必要的污染，盡量為變壓器設(shè)置最合理的供電負荷，達到降低成本投入和減少電能消耗的目的。

3.2設(shè)計高效的照明系統(tǒng)

民用高層建筑的電能損耗有很大一部分都來自于建筑的照明系統(tǒng)損耗，照明系統(tǒng)是整個建筑電氣設(shè)計中極為重要的環(huán)節(jié)，照明系統(tǒng)設(shè)計的好壞與人們的日常生活質(zhì)量有關(guān)，如果不能對照明系統(tǒng)進行科學合理的設(shè)計，可能會給居民的正常生活造成困擾，因此相關(guān)建筑電氣設(shè)計單位應該重視建筑內(nèi)的照明系統(tǒng)設(shè)計。目前在民用高層建筑的照明系統(tǒng)設(shè)計過程中，擺在突出位置的就是照明的節(jié)能設(shè)計，目的是降低照明系統(tǒng)的整體能耗，利用智能化的控制體系進行照明系統(tǒng)的優(yōu)化，保證建筑的供配電電氣系統(tǒng)與照明系統(tǒng)能夠有效的相結(jié)合，發(fā)揮出最大的效用。

3.3合理設(shè)計電機拖動系統(tǒng)

現(xiàn)階段我國建筑的建設(shè)更加注重節(jié)能減排的效果，在目前我國的高層建筑中，電能消耗占據(jù)絕對主體地位的就是電機拖動系統(tǒng)，大約占據(jù)了建筑總能耗的90%，但是相關(guān)單位對電機拖動系統(tǒng)的設(shè)計和管控不夠到位，這會造成系統(tǒng)對電能的轉(zhuǎn)化效率比較低，會出現(xiàn)諸多難以解決的問題，在這種情況下，相關(guān)單位部門應該重視對電機拖動系統(tǒng)的設(shè)計，減少對功率較低的電機的資金投入，加大對功率較高的電機的資金投入，以此來保障建筑整體供配電電氣系統(tǒng)的節(jié)能效率，提高電氣系統(tǒng)的工作性能。

4民用高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計基本思路

4.1根據(jù)供電需要計算電力負荷

在建筑實際使用中，電力負荷事故發(fā)生會產(chǎn)生一定的損失，對社會也會產(chǎn)生不良影響，其電力負荷一般會分為三個等級。根據(jù)相關(guān)電氣設(shè)計規(guī)范等要求，要根據(jù)該建筑的性質(zhì)、規(guī)模和供電實際情況等確定電力負荷等級，以及電力等級、電源回路數(shù)和自備電源設(shè)置等。根據(jù)相關(guān)要求，一級負荷供電可通過兩個獨立電源實現(xiàn)，其中一個電源持續(xù)進行供電。電力負荷特別重要的情況下，要充分考慮可能出現(xiàn)的問題，在以下電源系由于故障原因無法供電，而另一電源處于檢修當中或在故障的特殊狀況下，要另外設(shè)置應急電源避免發(fā)生意外事故。其設(shè)置需綜合考慮到電網(wǎng)條件、負荷允許中斷供電時間等，采用獨立的發(fā)電機組來持續(xù)供電。二級符合供電系統(tǒng)如果出現(xiàn)變壓器或者線路故障，不可將供電終端中斷的情況下也要及時恢復。

4.2高低電壓配電系統(tǒng)設(shè)計

①低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計根據(jù)JGJ242-2011《住宅建筑電氣設(shè)計規(guī)范》中6.4.4條規(guī)定，超高層住宅消防干線電纜應采用礦物絕緣電纜。普通一類高層住宅根據(jù)《建規(guī)》中10.1.10.3條規(guī)定，如消防電纜與普通電纜分開電井敷設(shè)，可不采用礦物絕緣電纜，但工程實際中普通一類高層住宅也很難分開普通與消防負荷強電井，也不能把消防電纜敷設(shè)于弱電井中，故一般一類高層住宅消防電纜也會采用礦物絕緣電纜。超高層住宅與普通一類高層住宅普通干線電纜選用無太大差距，根據(jù)規(guī)范規(guī)定一般選用低煙無鹵阻燃電纜。高層建筑物另一個關(guān)鍵的組成部分就是低壓配電系統(tǒng)，在進行電氣設(shè)計時，應該考慮好各方面的電氣保護措施，才可以讓低壓配電系統(tǒng)發(fā)揮出更好的作用，避免也不必要的安全事故。需要做好高層建筑物的接地保護設(shè)計，接地保護措施的完善，可以防止低壓配電系統(tǒng)產(chǎn)生一些突發(fā)的情況。由于低壓配電系統(tǒng)很容易受到外界的干擾，從而對正常的供電產(chǎn)生影響。低壓配電系統(tǒng)的接地主要有IT接地系統(tǒng)、TT接地系統(tǒng)以及TN接地系統(tǒng)等，如果低壓配電系統(tǒng)存在漏電問題，會對人員和設(shè)備造成很大的傷害，應該在配電保護柜中安裝漏電斷器器，避免出現(xiàn)漏電問題，可以有效的提高建筑物用電安全。

②高壓供配電系統(tǒng)的設(shè)計

對于民用高層建筑的供配電系統(tǒng)來說，一般包括高壓供配電系統(tǒng)和低壓供配電系統(tǒng)。而設(shè)計高層建筑的供配電系統(tǒng)，不僅要考慮技術(shù)因素和規(guī)范要求等因素，而且要充分研究日常使用以及管理維護等方面的需要。民用高層建筑應當充分考慮從電網(wǎng)獲取電力供應。在通常情況下，住宅區(qū)的高壓配電，一般按照總建筑面積等確定配電所，以提供有效的電力保障和電力供應。而對于單體建筑面積較大用電負荷相對分散的大型民用建筑或者高層建筑來說，可以考慮采取多臺變壓器分散配置的方式來解決。在那些民用高層建筑中，除了底層以及地下層之外，也可以在電力負荷比較集中的中間樓層以及建筑物頂層設(shè)置變壓器。而對于那些用電負荷特別大，對供電可靠性要求較高的民用高層建筑，也可以采用雙電源同時工作的方式進行設(shè)計安排。同時高層建筑由于供配電系統(tǒng)較為復雜，供電線路在整個系統(tǒng)中起著非常重要的作用。

4.3入戶的電源進線設(shè)計

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，家用電器的數(shù)量也在不斷增加，這也在一定程度上增加了家電的用電量，也就在一定程度上導致民用電力的持續(xù)上升，各種大功率的電器設(shè)備進入住宅，因此在進行電源線設(shè)計時，要對住宅的實際用電情況進行全面的考慮，不同的電氣供配電的設(shè)計方式也是不同的。大多數(shù)情況下，一般家庭供電負荷按4～8kW計算，入戶電源仍可選用單相三線制供電，電能表選10（40）A規(guī)格。《住宅設(shè)計規(guī)范》要求：電氣線路應采用符合安全和防水要求的敷設(shè)方式配線，導線應采用銅線，每套住宅進戶線截面不應小于10mm2，分支回路截面不應小于2.5mm2。同時在民用建筑供配電線路的整體設(shè)計過程中，具體的設(shè)計工作需要圍繞著建筑本身來開展，在供配電系統(tǒng)設(shè)計的過程中，要能夠綜合民用建筑的整體結(jié)構(gòu)、設(shè)備分布等多種綜合因素來進行考慮，要對每一項的特點都進行詳細的數(shù)據(jù)記錄。在對民用建筑的配電箱進行安裝時，要能夠設(shè)計一個可以自動切換的系統(tǒng)，要能夠在最大程度上保證配電線路布設(shè)的合理性。

4.4供配電系統(tǒng)配電箱的設(shè)置

根據(jù)電氣設(shè)計的相關(guān)要求，供配電系統(tǒng)的配電箱中應該安裝各種開關(guān)保護裝置、測量儀表和多種輔助設(shè)施，在完全封閉或半封閉狀態(tài)的柜體或保護屏實現(xiàn)電氣元件進行集合。一般情況下，可以采用自動開關(guān)裝置或者采用手動的方式對電路進行分斷控制，如果供配電線路存在故障，可以對故障區(qū)段進行隔離，發(fā)出相應的報警信號。

4.5設(shè)備低壓斷路器的選取

一般情況下，在民用建筑當中為了使好的對照明回路和設(shè)備供電回路進行可靠的供電，需要采用低壓斷路器裝置來對主配電保護元件進行保護和控制。與以前采用的保險絲和閘刀斷路器進行對比來看，低壓斷路器有著更為全面的保護功能，在當前的低壓配電系統(tǒng)中應用的最為廣泛。空氣開關(guān)保護裝置可以實現(xiàn)失壓保護，如果供配電網(wǎng)的電壓減少到額定電壓的50-60%，為了避免電壓低而引起的用電設(shè)備損壞，會自動對不重要的用戶或設(shè)置進行切除。

圖一設(shè)備低壓斷路器

4.6火災自動報警系統(tǒng)

超高層除按低于100m以下一類高層進行火災自動報警設(shè)計外，部分做法與普通高層建筑會有些許不同。

①報警控制器設(shè)置

GB50116-2016《火災自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中3.1.7條規(guī)定：“建筑高度超過100m的建筑中，除消防控制室內(nèi)設(shè)置的控制器外，每臺控制器直接控制的火災探測器、手動報警按鈕和模塊等設(shè)備不應跨越避難層”。在消防控制室設(shè)置集中報警控制器，未在避難層設(shè)置區(qū)域報警控制器，報警總線使用耐火線纜。

②探測器設(shè)置

《建規(guī)》中8.4.2條規(guī)定：“建筑高度大于100m的住宅建筑，應設(shè)置火災自動報警系統(tǒng)”，超高層住戶內(nèi)除衛(wèi)生間不設(shè)置探測器外，廚房設(shè)置感溫探測器，臥室、書房、客廳、餐廳等區(qū)域設(shè)置點型感煙探測器。

③避難層電話及廣播要求

避難層每隔20m設(shè)置一個消防專用電話或電話插口。各避難層內(nèi)應設(shè)獨立的火災應急廣播系統(tǒng)，宜能接收消防控制中心的有線和無線兩種廣播信號。

結(jié)語

高層建筑物中的供配電系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量直接著到廣大用戶的安全用電，需要結(jié)合建筑物的實際情況對設(shè)計方案進行系統(tǒng)全面的考慮，嚴格按著相關(guān)標準中規(guī)定的內(nèi)容進行設(shè)計，保證供配電系統(tǒng)可以達到要求。在社會經(jīng)濟快速發(fā)展中，民用高層建筑的供配電系統(tǒng)建設(shè)要求更高，要保證其安全性和可靠性，需要結(jié)合電力供應、建筑物規(guī)模和實際需求等因素進行電氣設(shè)計，并保障其運行和檢修的安全性，使其滿足實際使用需求。

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