智能化建筑電氣設計與接地保護分析

周欐顏，李世增

（1.常州劉國鈞高等職業基礎學校，江蘇 常州 213000；2.江蘇筑原建筑設計有限公司，江蘇 常州 213000）

0 引 言

在城市快速發展與經濟快速進步的情況下，人們在物質需求方面發生了很大改變，已經逐漸將重點放在節能環保上。建筑行業中出現了工程能源大量浪費的情況，若想改善這種情況，需要在智能化的基礎上優化建筑電氣設計，以滿足人們對節能環保的需求。從現實角度來講，智能化建筑中電氣節能是不可缺少的技術之一。目前，智能化建筑對電氣設計也有了全新的要求。電器系統是現代建筑運行的核心部分，需要通過建筑平臺實現其主要功能。在建筑的智能化過程中，電氣設計問題影響著整個建筑工程的質量。隨著科技的進步，更多的建筑朝著智能化方向發展，因此需要采取一定的手段來解決建筑智能化電氣設計與接地問題，以確保建筑的使用安全。

1 智能化建筑電氣設計的基本原則

在經濟與時代快速發展的背景下，能源的消耗量逐漸提升。從日常生活角度來講，生活與日常作業都需要得到電源的支持。為了有效降低實際的電源消耗，在智能化建設中需要全面應用與推廣電氣設計。根據目前的實際情況來看，智能化建筑電氣設計已經取得了很大進步。但是，由于使用的技術創新性嚴重不足等原因，它在很多方面依然存在問題。

1.1 實用性

設計與實際應用效果之間有著直接聯系，在設計過程中需要嚴格遵守相關原則，才能確保設計的實用性和準確性。建筑電氣設計堅持實用性原則，需從建筑本身的功能性入手，明確居住者可能的生活需求和工作需求，并保證建筑電氣系統的功能能夠滿足這些需求，并在這一前提下應用各種節能降耗措施降低電氣系統的能耗，避免節能設計對電氣系統原有功能造成影響。建筑不僅需要為群眾提供便利，而且要具備一定的舒適度。設計過程中，需要考察實際情況，在滿足實際需要的情況下完善設計方案，從根本上解決群眾的實際問題，提升設計的實用性。根據群眾需求添加相應的電氣功能，全面應用智能電氣裝置不僅能夠全面發揮智能建筑的效果，而且能確保電氣設計的實用性。

1.2 經濟性

在智能建筑電氣設計過程中，經濟性也是需要考慮的重要因素之一。因此，需考慮設計的經濟性，預防出現資金消耗過大和資金嚴重浪費等情況。在建筑電氣節能設計中，不僅要降低能源消耗，也要全面考慮建筑在各方面的特征，保證電氣設計能夠與建筑工程的實際情況相契合，以免影響電氣系統的正常運行與功能發揮，提升建筑物的功能性和效益性，以更好地為用戶服務。在進行電氣設計的準備階段，需要制定好減少能源耗損的方案，嚴格根據實用性原則進行設計，提升建筑的經濟性和效益性。另外，需要使用具有創新性的方案與技術手段，嚴格預防資源浪費現象的發生。

1.3 先進性

隨著時代的不斷進步，當下人們的安全意識已經達到一個全新的高度，因此對智能建筑電氣系統的安全性要求也相對提高。目前，傳統建筑電氣設計理念與方法在能源利用方面存在很多弊端，還需堅持先進性原則，發展各種先進設計理念與新興節能技術，從而實現設計方案的全面優化，并將能源損耗降到最低。在科學技術快速發展的情況下，智能建筑電氣設計需要符合時代的需求。在實際開展工作時需要具備時代意義和創新性，設計中還需要全面使用有效的技術手段，了解智能建筑電氣設計的優勢和缺點，確保應用過程中的先進性，從而全面提升設計水平和綜合技術水平。

2 智能建筑電氣系統設計要求

電氣系統設計是智能建筑中最重要的組成部分。設計的優劣將直接影響實際使用的效果。設計電氣系統時不僅需要考慮實用性和經濟性，而且要保證供電的可靠性和安全性。在實際設計過程中，以系統簡單明確和電能損耗小為導向，根據用戶需求及國家相關規范和標準進行合理與科學的設計，從而確保用電的安全和可靠。根據供電可靠性和中斷用電造成損失的大小，建筑物內的用電負荷可分為一級負荷、二級負荷以及三級負荷[1]。首先，一級負荷需要兩個獨立的電源供電。一級負荷電源可分別從兩個獨立的110 kV變電站引入，當無法滿足從電網引入兩路獨立的高壓電源時，根據供電中斷允許時間，選擇使用柴油發電機或UPS、EPS作為備用電源。當一路電源故障無法供電時，可以切換至另一路電源。其次，二級負荷需要滿足雙回路供電，當一個回路失電時，另一個回路可以供電。最后，三級負荷一個回路供電即可。建筑供配電系統中，一級負荷兩個或以上的電源進行切換時，切換時間需要滿足規范要求。此外，需采用一定的措施，防止應急電源與正常電源并列運行。對于消防負荷，需保證末端切換流暢。對于沖擊性負荷，采用獨立的配電回路進行供電。低壓供電系統的可靠運行，還需要采用一定的措施減少電壓偏壓和抑制電網諧波，以保證電能的質量。在進行電氣設計的準備階段，需要嚴格根據實用性原則制定好減少能源耗損的方案，以提升電氣設計的經濟性和效益性。在開展系統控制與連接的準備階段，需要確保線路連接的安全性和暢通性，保障系統穩定運行。電氣設計中智能化系統尤為重要，特別是感應系統和通信系統等，日后也會朝著智能化方向發展。另外，若想預防線路中出現互相影響的情況，需使用合理的方式控制線路，對電源線和信號傳輸設備進行區分管理。使用的方案需要具有針對性，不能出現線路混亂和交叉等情況。通過這種方式可以降低多度干擾等情況的發生，提升建筑電氣系統實際的運行狀態，為后期的維護提供便利。

3 智能建筑電氣配電系統設計要點

3.1 負荷計算

負荷計算是選擇和校驗配電開關、電纜以及保護裝置的依據，是計算電能損耗和無功補償的計算依據，是保障低壓配電設計準確的重要過程，能夠保障供電系統穩定運行。計算負荷與實際負荷是兩個不同的概念。通過一定的計算方法，把實際負荷轉換成計算負荷，才可以用于工程實際。電氣設計師要結合負荷的使用情況進行計算，考慮同時性，避免計算的盲目性。如果用電設備較少，同時使用概率高，可選擇較大的需要系數。如果用電設備相對較多，可根據實際使用情況，選擇適當的需要系數。

3.2 配電方式

電氣工程節能的前提是供配電系統的合理設計。只有供配電系統設計方案科學合理，才可以保證用電量預測的準確性。在智能建筑內部的配電設計工作上，要盡可能地減少配電級數，同時科學設計配電路徑。此外，根據負荷的性質，需從低壓配電室引入電源。此外，消防負荷與非消防負荷要分別配電，動力負荷與照明負荷也要分別配電。低壓配電設計過程中，要對整個建筑負荷做出計算，隨后根據計算選擇合適的配電設備。低壓配電系統中主要選擇的設備包括高壓開關柜、電力變壓器、應急發電組以及低壓配電屏等。選擇設備時，最好選擇具有五防功能的設備。同時，在安裝設備的過程中，需要充分考慮設備的維護，確保低壓設備出現故障時能夠及時進行維修與養護，從而保證配電的穩定性。智能建筑中的干線電纜一般安裝于電氣豎井中，對消防與非消防負荷的電纜需要分橋架敷設。對于一部分公共設施進行電氣設計時，要增強對電纜與基礎設備的重視，利用國際檢驗標準設計電纜線。相關技術人員要改變傳統低壓電氣系統設計模式，認識到低壓電氣系統設計過程中的不足，將新型設計理念和技術應用于低壓電氣系統設計，從根本上提高電氣系統的整體性能。

3.3 配電設備及電纜選擇

配電設備及電纜選擇是電氣設計中必不可少的部分。首先，在低壓配電設計過程中，可根據建筑物和負荷的性質，選擇配電設備和電纜種類，根據負荷計算確定相應的開關設備和電纜參數。對戶外及潮濕場所采用的帶剩余電流保護功能的斷路器，當發生漏電事故時，需能及時切斷電流。其次，對一、二級負荷采用雙電源切換箱進行供電時，利用接觸器可實現對一些重要設備的遠程控制。在選擇設備過程中，需根據設備安裝場所確定設備的防護等級。同時，在對設備進行安裝過程中，需要充分考慮設備的維護問題，確保低壓設備出現故障時能夠及時進行維修與養護，保證配電的穩定性。最后，電纜選擇時，在確保電纜載流量與開關匹配的同時，需要對不同場所使用不同種類的電纜。對于人員密集場所及高層建筑，需要采用低煙無鹵阻燃的電力電纜[2]，以避免在發生火災時電纜起火產生有毒氣體而危害人員安全。消防風機和消防電梯等消防設備采用耐火電纜或礦物絕緣電纜，可保證在火災時保障人員逃生和滅火的消防設備能繼續使用。

4 接地保護系統應用

接地保護的目的是保證用電安全，實現帶電端與大地的連接。合理的接地系統設計能夠最大程度地將電氣帶電端的電容特點呈現出來。智能建筑電氣低壓配電設計中的接地系統建設，能夠進一步提高電氣系統的安全性和穩定性。根據系統電源點的對地關系，把低壓配電系統的接地型式分為TN系統、TT系統以及IT系統[3]。各系統各有特點，應用場所也不同。電氣接地系統一般包括功能接地和用電設備外漏導電部分的保護接地兩種情況。在故障發生在電源側的情況下，電源側容易因為太小的故障電流而無法使保護電氣動作，進而導致中性點電位升高。一旦中性點電位升高，電擊大于安全電壓極限值容易產生電擊。

圖1和圖2分別為TN-C系統和TN-S系統。TN-S系統在使用時如果線路較長，通用的PE線一旦發生斷裂，就會導致PE線無法對故障點進行保護。從事有關施工的技術員工，必須嚴格根據規章制度采取合理有效的施工方法。電源段在帶電的狀況下，接地系統能夠更好且更安全地控制存電體之間的導體接地，使負荷端的電氣設備采取更有效的接地方式，起到最大的保護作用，從而保證配電系統的正常運行和用電的安全性。安裝人員要重視電源高壓端的防雷保護和機房的電力供應，在供電線路上安裝智能配電系統，以實現低壓配電系統中的電壓安全和穩定。同時，要按照相關等級，將相應的浪涌保護器分別安裝在總配電柜、機房配電箱以及相關裝置，以滿足智能化建筑的防雷設計要求[4-6]。

圖1 TN-C系統

圖2 TN-S系統

5 結 論

隨著科技的快速發展，智能化已經成為智能化建筑電氣設計主要的發展方向。智能化建筑電氣設計需要全面應用網絡技術和自動化技術，提升建筑物的質量，從而增加群眾生活與工作的舒適性和安全性。相關技術人員需要做好相關的防護措施，以保障供電安全、人們使用安全以及生命財產安全。