高層建筑電氣設計中低壓配電系統的安全設計

侯葉瓊

（濟寧市建筑設計研究院，山東 濟寧 272000）

在現代建筑行業的發展過程中，高層建筑已經成為主流建筑形式。高層建筑一方面大大節省了土地資源并給人們帶來了更加舒適安全的建筑使用空間，另一方面也對建筑設計提出了更高的要求。電氣系統是高層建筑中的重要系統之一，直接關系著高層建筑的使用性能，而在高層建筑電氣設計中，低壓配電系統的設計則是一項關鍵。只有優化低壓配電系統設計方案，加強對系統的安全管理控制，才能夠保障供電穩定與用電安全。以下聯系實際來簡單分析高層建筑電氣設計中低壓配電系統安全問題，僅供參考。

1 高層建筑中的低壓配電系統簡介

高層建筑中的低壓配電系統是一種根據用戶需求，基于配電系統標準行為而再次開發的智能配電系統，其主要是用于分配電力。低壓配電系統主要由以下5個部分所組成：（1）變電所，主要功能是將電網輸電中的電壓轉變為配電電壓；（2）高壓配電線路，由1kV以上的電壓線路組成；（3）配電變壓器，主要功能是根據實際需要調整配電電壓；（4）低壓配電線路，由1kV以下的電壓線路組成；（5）相關控制保護設備。低壓配電系統的主要優勢在于自動化程度高、專業性強以及性能好。只有合理設計高層建筑中的低壓配電系統，并加強其安全管理，才能夠切實保證高層建筑供電的穩定性與用電的安全性。

2 高層建筑中的低壓配電系統易出現的安全故障

一般情況下，將建筑高度＞27m的住宅建筑和建筑高度＞24m的公共建筑稱為高層建筑。高層建筑的特點是人員多、電氣設備數量多、電氣設備使用頻率高，因此其電氣要求標準極高。為了切實保障國家和人民的生命和財產安全，必須重視高層建筑電氣設計中低壓配電系統的安全問題。但在現實中，高層建筑中的低壓配電系統安全事故并不少見，究其根本，主要是由于電氣產品質量不達標、低壓配電系統安裝人員專業技能不過關、電氣線路及設備使用安全情況檢查不到位等原因造成的。具體來說，高層建筑中的低壓配電系統易出現的安全故障主要有以下幾點。

2.1 漏電故障

由于部分電氣線路的絕緣能力較低，導致導線與導線之間經常會出現一定的電流流過情況，或是導線與大地之間出現一定的電流流過情況，這即是所謂的漏電現象。當低壓線路處于正常運行的狀態下時，導線與導線之間或是導線與大地之間會存在電容，所以低壓配電系統中的漏電流現象是不可避免的。如果電氣線路處于正常運行狀態，當其發生漏電時，漏電流一般幅值很小，且是沿線路均勻分布的，故而其對線路的絕緣破壞性可忽略不計；不過，若因為一些原因導致線路的絕緣性能降低，當線路與大地直接接觸時，很容易發生非正常漏電現象，從而導致漏電流幅值較大，甚至因漏電而產生火花，進而引起建筑電氣火災，造成不可挽回的損失。

2.2 短路故障

短路問題在高層建筑低壓配電系統中比較常見，其是指線路的不同電勢的兩點發生直接接觸的情況。短路電流一般幅值很大，且會產生電火花和電弧，從而引起溫度劇烈升高，最終導致金屬線路融化以及導線附近易燃物燃燒，造成較大的火災事故。

2.3 過負荷故障

過負荷指的是電氣線路中流過的電流幅值超過了其本身所能夠承受的安全量的情況。不同的導線具有不同的內阻，內阻是有限的，當電流過大時，就會因過負荷而導致線路發熱，乃至產生火花，致使絕緣功能失效，最終引起火災。導線的發熱量與電流大小成正比，所以超過負荷越多，則線路發熱越嚴重，造成的后果也越嚴重。

2.4 接觸電阻過大故障

接觸電阻過大故障比較常見，在正常情況下，線路與線路之間的結合處及線路與開關之間的結合處均是良好結合的，但如果結合處的部分金屬出現了接觸不良，就會引起較大的接觸電阻，一旦接觸電阻超過一定的范圍，就會使電流流過時產生大量熱，從而導致金屬和絕緣層故障，或引發火災。

2.5 電火花或電弧故障

上述的幾種故障均可能會引起電火花或電弧，另外，輸電線路互相之間也可能會產生較大的電火花或電弧，其最高溫度可達3000℃以上，很容易引發火災事故。

3 高層建筑電氣設計中低壓配電系統的安全設計

3.1 供電線路安全設計

在高層建筑電氣設計中進行低壓配電系統的安全設計時，應當先對建筑工程進行全面考察，在明確建筑的施工材料、電氣設備類型以及所處環境等條件的前提下，進行合理的供電線路設計，最大限度地避免線路腐蝕等問題的發生。一般情況下，高層建筑中的消防用電設備都會配備專門的電氣線路和自動切換裝置。需注意，必須使用符合國家相關標準的材料設備，并按照國家標準進行線路布置，嚴禁在配置電路的過程中私自改動配置方案，特別是在對地下車庫中的照明燈設備進行配電時，應當要選擇切實安全可靠的供電線路方式。另外，還應當在地下車庫中設置專門的配電間，以免在配電箱發生火災時影響到其他區域的配電箱。

3.2 配電方案安全設計

在我國的高層建筑低壓配電系統設計中，一般會采用2臺以上的變壓器，并額外配備柴油發電機組1臺，以確保供電的穩定性與用電的安全性。柴油發電機組具有一定的啟動條件限制，當全部進電線路都發生斷電后，柴油發電機組才會開始工作，它會在10s時間內快速啟動，以確保承擔得起備用電源的重擔。另外，為了保障消防用電暢通，應在建筑內發生火災時盡快切斷其他非消防用電電源，而優先供給消防用電，以最大限度減少火災損失。

3.3 接地保護安全設計

為了切實保證系統供電安全，需格外重視接地保護安全設計，在建筑設施中設置相應的接地保護裝置，即故障點自動切斷裝置，以給建筑中的整體電氣運行提供可靠保障。在實際接地保護安全設計過程中，應根據高層建筑實際使用的低壓配電系統類型來合理選擇接地保護模式。

（1）IT系統。目前，在高層建筑電氣設計中低壓配電系統的接地保護安全設計中，IT系統是一項比較先進的系統。IT系統的特點是通常不在電源端口處設置接力裝置，而是在電源端口處設置相應的高電阻和電抗等，從而利用高電阻和電抗等來開展接地保護工作，以更好地保障系統供電安全。由于高層建筑中的各項電氣設備在運行過程中，很容易出現漏電故障，所以需要強化對用電設備的外部導電處的接地保護處理。通過應用IT系統，不但可以有效滿足各項建筑設施的電能供給需求，并且還可以進一步優化供電的穩定性和安全性。當一相接地時，外殼不會帶有較大的故障電流，系統仍舊可以正常穩定運行。一般情況下，IT系統多是在一些對供電要求比較嚴苛的電氣設施中使用，以給這些電器設施進行持續電能供給。

（2）TT系統。TT系統一般是將高層建筑中電氣設施的金屬外殼直接接地，其特點是電源中性點位置直接接地，利用該系統可以使高層建筑電氣設計中低壓配電系統的接地保護安全設計更加科學化，并大大提高系統運行的效率。電氣設備外部導電裝置需要與中性點使用相同位置，這樣才能夠確保接地保護裝置功能的發揮。TT系統的中性線N與PE線不具備通電現象，因此在系統運行過程中也需要對PE線進行電力傳輸。一般情況下，TT系統多是在一些對供電要求較小、電壓容量要求較低的電氣設施中使用，如在我國農村地區的建筑中，就經常使用該系統。

（3）TN系統。TN系統是一種比較復雜的低壓配電系統，該系統在設計過程中應當要利用保護線將相關電氣設備有效連接在一起，然后統一進行接地保護裝置設置，與各個中性點位置有效連接。TN系統又可分為3種類型：①TN-C系統。其特點是零線與地線共用，比較適用于三相負載基本平衡的情況下，操作形式比較簡單，注意在供電干線上應用漏電保護器時，需將零線后的重復接地拆除，且保證零線不斷線，只有漏電保護器上側可以有重復接地。②TN-S系統。其特點是零線與地線分開，比較適用于在數據信息比較集中化的設備管理區域，注意在供電干線上應用漏電保護器時，需將零線后的重復接地拆除，PE線可以有不經過漏電保護器的重復接地。③TN-C-S系統。其屬于TN-C系統的臨時變通模式，特點是零線與地線部分共用、部分分開，比較適用于三相負載基本平衡且變壓器工作接地良好的情況下。

4 結束語

綜上所述，電氣設計是高層建筑設計的一項重要內容，而低壓配電系統的設計則是電氣設計中的關鍵內容之一。在實際設計過程中，只有充分重視低壓配電系統的安全性，切實保證高層建筑供電的穩定性與用電的安全性，才能夠提高建筑的使用性能，保障國家和人民的生命、財產安全。特別是在低壓配電系統的接地保護設計中，應根據實際情況合理地選擇系統形式和接地方法，不斷優化其整體安全性能，將各種安全風險降到最低。