建筑電氣設(shè)計對低壓配電系統(tǒng)的探討

夏方浩

[摘? ? 要]高層建筑的電氣設(shè)計通常會涉及到多個環(huán)節(jié)，其中低壓配電系統(tǒng)發(fā)揮著不可替代的作用。從國內(nèi)當(dāng)前發(fā)展來說，高層建筑主要指的是超過30樓層數(shù)的建筑。同時伴隨樓層高度的上升，電氣系統(tǒng)的復(fù)雜度也會顯著增加，使得電氣設(shè)計面臨著諸多困難。實際開展高層建設(shè)電氣設(shè)計的過程中，不單單需要全面把控建筑供電系統(tǒng)的可靠性，還應(yīng)當(dāng)保證各項電氣裝置能夠發(fā)揮應(yīng)有效用。由此來說，深入研究低壓配電系統(tǒng)就具有實際意義。本文從實際高層建筑的電氣設(shè)計著手分析，針對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性等展開論述，探究如何更好的構(gòu)建電氣設(shè)計方案并將其應(yīng)用于實際之中，為高層建筑的搭建奠定穩(wěn)固基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]高層建筑;低壓配電系統(tǒng);安全性

[中圖分類號]TU85 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）10–00–03

Discussion on Low Voltage Distribution System in Architectural Electrical Design

Xia Fang-hao

[Abstract]The electrical design of high-rise buildings usually involves many aspects， among which the low-voltage distribution system plays an irreplaceable role. From the domestic current development， high-rise buildings mainly refer to buildings with more than 30 floors. At the same time， with the rise of floor height， the complexity of electrical system will also increase significantly， which makes electrical design face many difficulties. In the actual process of high-rise building electrical design， it is not only necessary to comprehensively control the reliability of building power supply system， but also to ensure the effective use of various electrical devices. Therefore， it is of practical significance to study the low-voltage distribution system. This paper analyzes the electrical design of the actual high-rise building， discusses the stability and safety of the system， and explores how to better construct the electrical design scheme and apply it in practice， so as to lay a solid foundation for the construction of high-rise buildings.

[Keywords]high rise building; low voltage distribution system; safety

伴隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的快速提升，城市化進(jìn)程有了質(zhì)的突破，越來越多的建筑拔地而起，給國家資源帶來嚴(yán)重負(fù)擔(dān)，為了解決土地資源不足的問題，高層建筑便應(yīng)運而生。電力作為日常生產(chǎn)生活中不可或缺的能源，對高層建筑的設(shè)計內(nèi)容起到重要影響。期望高層建筑電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性達(dá)到預(yù)期要求，就需要著重考慮低壓配電環(huán)節(jié)的設(shè)計效果，以此來提升電力供給的安全性。但從實際來說，低壓配電系統(tǒng)逐步應(yīng)用到高層建筑的過程中也面臨著諸多挑戰(zhàn)，尤其是低壓配電系統(tǒng)處于運行狀態(tài)中會存在安全風(fēng)險，甚至由于漏電引起火災(zāi)危害，嚴(yán)重威脅用戶的生命安全和財務(wù)安全。所以，我們應(yīng)當(dāng)深入剖析低壓配電系統(tǒng)，分析如何更加有效應(yīng)對低壓配電系統(tǒng)運行過程中面臨的風(fēng)險，為用戶安全創(chuàng)造出良好環(huán)境。

1 影響供電系統(tǒng)的安全可靠性的原因

1.1 過載及短路保護(hù)

對于原有的低壓供電系統(tǒng)來說，需要從過載和短路保護(hù)兩個方面著手，進(jìn)而保證用電裝置和系統(tǒng)線路的穩(wěn)定。

1.2 電氣接地質(zhì)量問題

從實際高層建筑電氣設(shè)計環(huán)節(jié)和施工來說，低壓配電系統(tǒng)中常常會出現(xiàn)較為混亂的接地方式，同時未能給供電系統(tǒng)建立起有效的保護(hù)措施，甚至出現(xiàn)接地方式同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定嚴(yán)重偏差的現(xiàn)象，致使電氣接地難以達(dá)到預(yù)期要求。系統(tǒng)中核心的電子裝置一旦運行在不同電位工況下，就有可能導(dǎo)致用戶觸電，進(jìn)而威脅到人身安全。

1.3 保護(hù)裝置不到位

因為低壓配電系統(tǒng)處在運行狀態(tài)時，內(nèi)部保護(hù)模塊如果設(shè)置存在異常，就會導(dǎo)致難以有效把控漏電問題，使得火災(zāi)事故的危險系數(shù)大大提升，甚至?xí)霈F(xiàn)必要的人員傷亡和財務(wù)損失。

1.4 漏電保護(hù)器使用問題

伴隨電氣裝置性能的不斷提升，漏電保護(hù)設(shè)備的應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大，能夠有效解決系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的接地異常問題，同時也可以防止用戶誤觸線路并降低火災(zāi)危害。但從實際來講，因為漏電保護(hù)設(shè)備的型號選取不當(dāng)或存在接線故障，導(dǎo)致保護(hù)功能常常難以發(fā)揮應(yīng)有效用，致使供電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性顯著下降。

1.5 越級跳閘導(dǎo)致巨額經(jīng)濟(jì)損失

越級跳閘作為高層建筑設(shè)計時難以避免的問題，常常會造成難以彌補的經(jīng)濟(jì)虧損，一旦次級回路中出現(xiàn)較大的短路電流后，不管上級回路是否搭載有保護(hù)模塊，均無法跳轉(zhuǎn)到保護(hù)狀態(tài)，致使出現(xiàn)越級跳閘現(xiàn)象，引起大規(guī)模斷電，甚至?xí)斐蔁o法彌補的經(jīng)濟(jì)虧損。

2 解決與改進(jìn)方法分析

從過載和短路兩個部分著手，以此為用電裝置的系統(tǒng)線路建立起有效的保護(hù)體系。伴隨技術(shù)水平的逐步提升，用戶生命安全和消防安全已經(jīng)滲透在系統(tǒng)設(shè)計之中。因此在當(dāng)前開展的高層建筑電氣設(shè)計環(huán)節(jié)中，最為核心的一環(huán)就是如何保證生命安全和消防安全，以此為基礎(chǔ)建立起相應(yīng)的安全體系。

2.1 供電系統(tǒng)負(fù)荷分級設(shè)計

嚴(yán)格按照國家頒布的民用建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來確定負(fù)荷等級，其中需要結(jié)合建筑的具體類型以及內(nèi)部設(shè)備的負(fù)荷情況進(jìn)行劃定。

2.1.1 變壓器設(shè)計

變壓器的設(shè)計方案應(yīng)當(dāng)全面考量各項影響因素，不單單需要分析建筑類型和內(nèi)部設(shè)備負(fù)荷情況，還需要在達(dá)到供電部門的基本要求下完成好各個環(huán)節(jié)的協(xié)作配合。實際確定變壓器容量參數(shù)時，需要通過具體計算獲取容量數(shù)值。通常負(fù)荷率需要維持在80 %，且半徑不得超過200m。但遇到下述兩種情況后，需要根據(jù)具體問題進(jìn)行配置優(yōu)化，其一是實際供電距離超出200m，其二是供電容量在500 kW以上。如果外部條件允許，應(yīng)當(dāng)在負(fù)荷中心區(qū)域構(gòu)建配電所，從而簡化系統(tǒng)方案，同時還可以提高低壓配電系統(tǒng)的可靠性，減少系統(tǒng)運行時的消耗。

2.1.2 電壓設(shè)計

實際完成高層建筑的電氣設(shè)計時，低壓配電系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)著重分析，不僅要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范要求，還應(yīng)當(dāng)參考具體的負(fù)荷等級，確定出對應(yīng)的供電方案。一般來說，低壓配電系統(tǒng)的電壓等級為380/220 V。

2.2 漏電斷路器的選擇方法

為高層建筑配備有效的接地保護(hù)體系必不可少，尤其是漏電斷路裝置，但如何選取設(shè)備型號應(yīng)當(dāng)從以下幾個方面出發(fā)。其中漏電斷路設(shè)備額定電流的影響至關(guān)重要。確定額定電流參數(shù)時，第一步要從系統(tǒng)末端具體的電擊情況進(jìn)行分析，劃定出相應(yīng)的安全范圍，尤其是控制好系統(tǒng)正常的漏電參數(shù)，保證該數(shù)值低于斷路設(shè)備的額定電流，防止對系統(tǒng)線路造成危害。基于規(guī)范化的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來選擇具體的動作電流，整個設(shè)計階段，不但需要在支路和末端位置配備斷路模塊，還需要在干線上增加漏電斷路裝置，以此來滿足電網(wǎng)的安全要求。

2.3 低壓配電系統(tǒng)的接地保護(hù)

電氣設(shè)計過程中，接地保護(hù)體系發(fā)揮著不可替代的作用，需要按照建筑實際情況和設(shè)計方案進(jìn)行確定，一般從以下3個角度著手分析：①配電系統(tǒng)的接地方式;②電氣裝置的運行情況;③保護(hù)回路的截面特點。對于電氣設(shè)計來說，需要將用戶人身安全和財務(wù)安全作為前提，從而達(dá)到安全設(shè)計的要求。期望滿足預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，接地保護(hù)就要落到實處，也就是能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)模塊的自動跳轉(zhuǎn)。實際配置接地保護(hù)時，各項接地保護(hù)方式應(yīng)當(dāng)同電位相匹配，從而降低外部電壓對系統(tǒng)內(nèi)部造成的不良影響。如果電網(wǎng)線路距離較長且截面較小，就需要借助漏電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行接地保護(hù)。

2.3.1 低壓配電IT系統(tǒng)模式

為了達(dá)到預(yù)期配電系統(tǒng)的可靠性，設(shè)計高層建筑電氣方案時，通常會涉及到接地保護(hù)等問題。從本質(zhì)來說，接地安全主要指的是高層建筑面對異常事故時，諸如火災(zāi)，接地保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)自動跳轉(zhuǎn)，切除電路，防止事故影響進(jìn)一步擴(kuò)大，降低火災(zāi)危害。所以，接地保護(hù)方案的有效性十分關(guān)鍵。當(dāng)前，確定低壓配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計方式時，一般有IT、TT、TN3種保護(hù)方式。其中，IT保護(hù)模式就是常說的接地制。從實際來說，構(gòu)建高層建筑低壓配電系統(tǒng)的過程中，IT保護(hù)作為高效的保護(hù)形式，能夠達(dá)到預(yù)期的功能要求。通常來看，IT保護(hù)尚未配備有接地保護(hù)模塊，而是通過配置帶電區(qū)域的電抗、電阻參數(shù)進(jìn)行保護(hù)，這就導(dǎo)致系統(tǒng)運行過程中可能出現(xiàn)漏電問題。由此來說，使用IT保護(hù)方式時，應(yīng)當(dāng)配置好相應(yīng)的接地保護(hù)模塊，避免漏電問題造成不良影響。因為在低壓配電系統(tǒng)中，IT保護(hù)類型不僅可以顯著提高系統(tǒng)供電的可靠性，同時還能達(dá)到高耗電和持續(xù)供電的用戶需求。所以在目前國內(nèi)市場中，IT保護(hù)方式是高層建筑低壓配電系統(tǒng)的首選類別。

2.3.2 低壓配電TT系統(tǒng)模式

低壓配電系統(tǒng)的TT保護(hù)方式也是系統(tǒng)中使用較多的接地類型（圖1）。從實際的低壓配電系統(tǒng)來說，配置TT保護(hù)體系需要設(shè)計人員從電源中性點出發(fā)，直接裝設(shè)好相關(guān)的保護(hù)組塊，而整個過程需要以科學(xué)有效的分析作為基礎(chǔ)。除此之外，該保護(hù)方式還可以為電氣裝置外部配備導(dǎo)電保護(hù)，同時為其增設(shè)直接接地的保護(hù)體系，以此滿足高層建筑低壓配電系統(tǒng)的具體保護(hù)需求，為系統(tǒng)運行創(chuàng)建出可靠的外部環(huán)境，保證運行安全。實際中，TT保護(hù)方式大量應(yīng)用在城市公交體系之中。但對于TT保護(hù)還有著額外的規(guī)定：當(dāng)變壓裝置低壓側(cè)中性點處于接地狀態(tài)時，中性線就不可以同地聯(lián)通，并保證絕緣性能一致。為了避免中性線發(fā)生機(jī)械斷裂，其截面參數(shù)要達(dá)到表1要求。

2.3.3 低壓配電TN系統(tǒng)模式

最后來說，除去IT保護(hù)方式和TT保護(hù)方式以外，TN保護(hù)也是低壓配電系統(tǒng)常見的保護(hù)體系（圖2）。但實際應(yīng)用TN保護(hù)時，往往會遇到較多問題，尤其是需要建立起獨立的保護(hù)線路，將期望獲得保護(hù)的電氣裝置同該線路進(jìn)行連接，達(dá)到預(yù)期的接地保護(hù)要求。整個搭建過程復(fù)雜度較高，主要是因為中性點連接時，設(shè)計人員需要將被保護(hù)的電氣裝置進(jìn)行逐一測定，便于施工過程中更好的將中性點融合起來，這就會導(dǎo)致工程項目的任務(wù)量提升，同時出現(xiàn)難以消除的誤差。TN保護(hù)體系中最為常見的3種保護(hù)技術(shù)有TN-S、TN-C和TN-C-S。其中TN-S大多應(yīng)用于復(fù)雜程度較高且精密度要求較高的電子領(lǐng)域;而TNC-S主要適用在工礦企業(yè)的生產(chǎn)之中。

3 結(jié)語

綜合來講，對于高層建筑的電氣設(shè)計，首先需要對低壓配電系統(tǒng)予以充分關(guān)注，尤其是落實好接地保護(hù)，以此為核心全面把控電網(wǎng)線路的設(shè)計方案和電氣裝置的型號選取，更好的將安全設(shè)計理念融入到系統(tǒng)構(gòu)建的各個環(huán)節(jié)之中，嚴(yán)格管控高層建筑電氣系統(tǒng)的安全性和可靠性，保證電氣系統(tǒng)能夠發(fā)揮出應(yīng)有作用。伴隨技術(shù)水平的不斷提升，越來越多的新技術(shù)會應(yīng)用在實際的工程中，而這就要求國內(nèi)電氣領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可以，不斷完善，為工程項目的發(fā)展提供指導(dǎo)。

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