民用高層建筑供配電系統電氣設計研究

鄭申平 山西四建集團有限公司山西太原

1 前言

在當前社會背景下，城市中逐年出現了眾多民用高層建筑，而隨著一棟棟“摩天大樓”的拔地而起，民用高層建筑的設計問題也越來越受到了社會各界的廣泛關注。在民用高層建筑設計中，供配電系統電氣設計不但是重點，而且同樣是難點，只有把握好供配電系統電氣設計原則和要點，有針對性地解決常見故障問題，才能夠切實保障建筑供電質量和安全。

2 民用高層建筑供配電系統電氣設計需遵循的原則

2.1 可靠性原則

由于民用高層建筑中用電人數多、人員分布密集，所以在民用高層建筑供配電系統電氣設計中必須要遵循可靠性原則，通過科學分析建筑實際用電負荷等級來進行合理規劃，以保證建筑中的供配電系統，無論處于任何情況的運行模式下，均能夠有效提供持續穩定的電力保障。

2.2 簡潔性原則

由于民用高層建筑中的電氣設備及管線使用量較多，并且電氣設備的日常運行和維護工作量也非常大，所以在民用高層建筑供配電系統電氣設計中必須要遵循簡潔性原則，盡可能地減少無用設備，以提高操作的方便性與簡易性，并便于故障排查和處理。

2.3 安全性原則

用電安全問題是人們所最關心的一項問題，所以在民用高層建筑供配電系統電氣設計中必須要遵循安全性原則，時時刻刻繃緊“安全”這根弦，不漏放任何安全問題，做好各項安全細節優化，并加強日常檢修維護，以切實保障供電安全。

3 民用高層建筑供配電系統電氣設計的要點

3.1 電力負荷計算

一旦發生了電力負荷事故，則可能會產生不可預估的損失。民用高層建筑供配電系統的電力負荷通常分為三個等級，在實際電氣設計中，需根據相關規范并結合建筑的特點、性質、規模及實際供電狀況來合理確定電力負荷等級，同時還要合理確定電力等級和電源回路數、合理設置自備電源。正常情況下，可采取兩個各自獨立的電源，用于實現一級負荷供電，其中一個負責持續供電。如果電力負荷非常重要的話，則應提前考慮到可能會出現的各種故障問題，另外專門設置有效的應急電源，一般是采用獨立的發電機組，且要確保應急電源的設置符合電網實際條件。針對二級負荷來說，如果它發生了變壓器的故障，或是發生了線路的故障，則無論處于何種情況下，都要及時進行恢復。

3.2 供電電壓設計

在具體的供配電系統電氣設計中，供電電壓設計的合理性與否，直接關系著供電是否穩定。影響供電電壓的因素有很多，包括電力負荷、供電線路回路數、供電距離等，均會對供電電壓產生不同程度的影響。在民用高層建筑中，一般其供配電系統都沒有特別重要的電力負荷，電源使用10kv 高壓電源即可，低壓配電電壓則采用柴油發電機組。

3.3 高壓配電系統設計

對于民用高層建筑中的供配電系統電氣設計而言，高壓配電系統設計是一項關鍵問題。一般情況下，多是采用單母線分段式的設計方案，目的是有效保障線路的使用和切換，并使線路互相成為對方的備用設備，提高電力系統保障。

3.4 變壓器設計

變壓器乃是重點部分，為保障變壓器的運行安全性，并持續穩定地運行，在它的設計中應充分考慮到實際運行條件，同時還要盡量減少能源消耗。在具體的變壓器選擇中，應選擇低能耗且高效的變壓器，盡可能地將負荷率的最佳狀態控制在70～85%范圍內。同時，還應盡量減少變壓器的使用數量，以降低成本。

3.5 低壓配電系統設計

所謂低壓配電系統，是指一種根據用戶需求，同時根據配電系統標準行為的基礎，再次進行開發的智能配電系統。低壓配電系統的最主要功能與作用是分配電力。低壓配電系統中主要包括變電所、高壓配電線路、配電變壓器、低壓配電線路、相關控制保護設備等幾個部分。其中，變電所的主要功能與作用，是將原本的電網輸電中的電壓，有效地轉變為所需的配電電壓；配電變壓器的主要功能與作用，是根據具體的實際需要，合理地進行配電電壓調整；相關控制保護設備的主要功能與作用，是進行控制保護。總體來說，其優勢和價值主要在于三點：一是具有較高的自動化程度，二是具有較強的專業性，三是具有較好的性能。

3.6 低壓斷路器設計

民用高層建筑供配電系統需要依靠低壓斷路器來實現電氣保護作用，所以必須要重視低壓斷路器的設計，不斷優化和改進其功能，保障安全性與可靠性。與傳統的保險絲、閘刀等相比，它可以起到更加有效、更加全面的保護作用。一些情況下，在空氣開關中本身是安裝有相應的失壓保護裝置的，這樣一來，電壓一旦發生異常降低，則必須切除掉不重要的用戶，期間低壓斷路器可以發揮出自動啟動失壓保護功能。如果根據電源種類對低壓斷路器進行分類的話，可分為直流電路的低壓斷路器和交流電路的低壓斷路器；如果根據結構類型對低壓斷路器進行分類的話，則可分為封閉式的低壓斷路器和框架式的低壓斷路器。在實際設計中，應結合實際情況，合理選擇不同類型的低壓斷路器。

4 民用高層建筑供配電系統電氣故障及解決對策

4.1 電氣故障

4.1.1 漏電故障

如果線路本身的絕緣能力不太好的話，就會導致一些電流流過情況的出現，這即是漏電故障。由于當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，所以漏電不可避免。通常情況下，若電氣線路是在正常地運行的話，那么當其不慎發生了漏電問題時，漏電流的幅值并不大，且是沿線路均勻分布的，對線路的絕緣破壞性幾乎可以忽略掉；但若受一些因素的影響導致線路失去了良好的絕緣性能的話，則一旦與大地之間發生了直接的接觸，就極有可能會引起非正常漏電故障，甚至還可能會因此而引起電火花。

4.1.2 短路故障

短路問題是指線路的不同電勢的兩點發生直接接觸的情況，這種情況下的電流通常幅值都很大，易造成溫度劇烈升高，并將導線附近的易燃物引燃，從而釀成較大的建筑電氣火災事故。

4.1.3 過負荷故障

過負荷指的是原本在電氣線路中正常流過的電流，突然幅值超過了正常的范圍，即高于了安全量。一般來說，不同的導線存在不同的內阻，且通常情況下其內阻都是有限的，所以當電流出現過大問題時，即會因過負荷情況而引起線路發熱，嚴重者還可能會產生火花，造成絕緣失效，引起建筑電氣火災。導線的發熱量同電流的大小是成正比的，超過負荷越多則線路發熱越嚴重。

4.1.4 接觸電阻過大故障

接觸電阻過大是一項比較常見的故障問題，在正常的情況下，無論是線路與線路相互之間連接的地方，還是線路與開關相互之間連接的地方，均是處于良好結合狀態的；但若其中出現了接觸不良現象的話，則會引起一些較大的接觸電阻，且接觸電阻超限還會進一步導致在電流流過時產生大量的熱，從而引起金屬和絕緣層故障，乃至引發建筑電氣火災。

4.2 解決對策

4.2.1 加強供電線路安全設計

先全面了解建筑實際情況，明確實際情況和所處環境，再進行合理的供電線路設計，避免線路腐蝕等問題的發生。注意必須要使用符合國家相關標準的材料和設備，并嚴格按照國家標準進行線路布置。

4.2.2 加強配電方案安全設計

可在民用高層建筑中采用2 臺以上變壓器，并在此之外，再額外配備專門的柴油發電機組1臺，這樣做的目的是保障供電能夠持續穩定以及用電能夠安全高效。一般情況下，對于柴油發電機組而言，它都是具有特定啟動條件限制的，當全部進電線路均發生斷電后它才會開始進行工作，且會在短短的10s 時間內，十分快速地完成啟動任務，有效發揮出備用電源的作用。

4.2.3 加強電氣箱體安全設計

電氣箱體宜設置在建筑的現澆墻體上，如果建筑本身屬于預制裝配式建筑，需要將電氣箱體設置在預制墻體上的話，那么則需要對預制墻體進行加強。其次，兩個箱體之間的距離不宜過近，并且在設計中需要與建筑專業進行配合，確保滿足隔聲、防火等方面的要求。由于在箱體位置的疊合板塊處，經常會出現一些管線交叉問題，所以在設計中應想辦法分流管線，并適當優化局部設計方案，例如在配電箱、弱電箱等部位采用現澆樓板。再者，需把握好箱體結構設計，配電箱在運行過程中易受各種內外部因素影響導致溫度過高，從而影響到很多元器件的正常運行，所以應設法提升配電箱的散熱性能。此外，在地下車庫中，也應有效設置專門的配電間，這樣做是為了避免當配電箱不慎發生了火災時，影響到其他區域的配電箱。

4.2.4 加強接地保護安全設計

為切實保障民用高層建筑供配電系統的供電安全，應加強接地保護安全設計。一般情況下，需在建筑設施中設置相應的接地保護裝置（故障點自動切斷裝置），從而給整體電氣運行提供可靠保障。另外在設計中還要根據實際情況合理選擇接地保護系統，如IT系統、TT系統或者TN系統等。

5 結束語

綜上所述，在民用高層建筑供配電系統電氣設計中，需在遵循可靠性、簡潔性及安全性原則的前提下，充分結合實際情況，重點考慮電力負荷計算、供電電壓設計、高壓配電系統設計、變壓器設計、低壓配電系統設計及低壓斷路器設計等問題，并加強供電線路、配電方案、電氣箱體、接地保護等方面的安全設計，從而最大限度地保障建筑供電質量和安全。