高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

劉大用

湖南省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，湖南長(zhǎng)沙 410000

近幾年，城市中的高層建筑的數(shù)量不斷增多，這些高層建筑會(huì)對(duì)人們的生活，以及城市的發(fā)展造成一定程度影響。因此，高層建筑電氣設(shè)計(jì)期間，相關(guān)的工作人員應(yīng)當(dāng)依據(jù)高層建筑的實(shí)際需求，做好相應(yīng)的分析工作，并且要對(duì)建筑電氣設(shè)計(jì)工作認(rèn)真探討，反復(fù)推敲設(shè)計(jì)方案，確保最終設(shè)計(jì)的合理性。

1 高層建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容

高層建筑相關(guān)配電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的服務(wù)對(duì)象是建筑內(nèi)部電氣設(shè)備，以及相應(yīng)的使用者。由此可見(jiàn)，供配電系統(tǒng)運(yùn)行情況與建筑電力系統(tǒng)的整體運(yùn)行情況相符，才能確保高層建筑工程中整體機(jī)電工程在應(yīng)用過(guò)程中的可靠性、安全性。高層建筑在具體運(yùn)行過(guò)程中，相關(guān)配電系統(tǒng)采用的為單方向流動(dòng)模式，即由電源端向用戶(hù)端流動(dòng)的模式，通過(guò)該方式，可以完成對(duì)電能的合理分配，并且能夠做好相應(yīng)的降壓處理，從而使外部電能能夠直接轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩?hù)應(yīng)用的電能[1]。通常來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)人員在高層建筑配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合建筑的具體需求，對(duì)高層建筑在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的用電量加以確定，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，在確保可以滿(mǎn)足建筑在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中用電量的前提下，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，從而提高系統(tǒng)的可靠性。

2 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

2.1 供電線路安全性

依據(jù)高層建筑物理性質(zhì)、用電設(shè)備的具體分布、環(huán)境特征的各項(xiàng)因素，對(duì)供電線路的布線情況進(jìn)行合理控制。在節(jié)約、安全原則下，高層建筑低壓配電系統(tǒng)在建筑電氣供電設(shè)計(jì)中，多數(shù)采用的都為分區(qū)樹(shù)干式配電。在線路設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須要確保整個(gè)線路的安全性，一個(gè)不安全的設(shè)計(jì)如果應(yīng)用到高層建筑中，不僅會(huì)對(duì)高層建筑的整成運(yùn)行造成不良影響，情況嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)斐砂踩鹿剩斐删薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失。

2.2 配電系統(tǒng)可靠性

配電系統(tǒng)可靠性是電氣設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。高層建筑的消防水泵、控制室、自動(dòng)噴淋系統(tǒng)等設(shè)備都為一級(jí)負(fù)荷，專(zhuān)用變電所供應(yīng)的送、排風(fēng)機(jī)，以及相應(yīng)的消防水泵房、消防電梯也都為一級(jí)負(fù)荷。高層建筑中一級(jí)負(fù)荷電氣設(shè)備除了配備兩個(gè)電源外，還應(yīng)當(dāng)配備應(yīng)急電源，通過(guò)該方式確保一級(jí)負(fù)荷電氣設(shè)備在應(yīng)用過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)安全問(wèn)題[2]。一級(jí)負(fù)荷設(shè)備在運(yùn)行期間，應(yīng)急電源起到的主要作用是在遇到特殊情況時(shí)，實(shí)現(xiàn)低一級(jí)負(fù)荷電氣設(shè)備運(yùn)行的電量供應(yīng)。從目前我國(guó)高層建筑的設(shè)計(jì)情況來(lái)看，EPS應(yīng)急電源和柴油發(fā)電機(jī)組是電機(jī)設(shè)計(jì)中最常用的兩種應(yīng)急電源。

2.3 配電系統(tǒng)合理性

合理的配電系統(tǒng)可以減少系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的電能消耗，供電方案是否合理很大程度取決于設(shè)計(jì)單位對(duì)具體用電量估測(cè)的是否準(zhǔn)確。由此可見(jiàn)，配電系統(tǒng)類(lèi)型，對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)也十分重要。在進(jìn)行高層建筑配電設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)通過(guò)合理的方式，減少設(shè)配電級(jí)數(shù)，并且要確保配電線路自身的科學(xué)性。配電級(jí)數(shù)的數(shù)量，不僅會(huì)對(duì)上下級(jí)配合的復(fù)雜程度造成影響，而且還會(huì)導(dǎo)致元器件數(shù)量增多，這將會(huì)提高各項(xiàng)設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障的機(jī)率，會(huì)致使配電線纜過(guò)大，造成材料的浪費(fèi)。由此可見(jiàn)供電質(zhì)量與配電線路合理性有著密切聯(lián)系[3]。配電間位置不合理也是導(dǎo)致配電路徑不科學(xué)的主要原因。因此，在配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)合理優(yōu)化配電間的位置，從而提高配電系統(tǒng)的合理性。

2.4 配電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性

為了提升變壓器在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)性目的，應(yīng)當(dāng)綜合考慮年耗量和投資情況。通過(guò)大量的實(shí)踐，確定經(jīng)濟(jì)合理的配電變壓器，在具體選型和設(shè)計(jì)期間，應(yīng)當(dāng)依據(jù)配電變壓器的投資回收時(shí)間，最終確定相應(yīng)的變壓器型號(hào)。

3 高層建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

3.1 設(shè)計(jì)照明負(fù)荷的配電網(wǎng)絡(luò)

照明負(fù)荷配電網(wǎng)路由多個(gè)部分共同構(gòu)成，主要包括：配電屏、饋電線、分支線等。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，先從配電屏中引出相應(yīng)的供電電源，然后對(duì)饋電線的干線進(jìn)行應(yīng)用，從而將電源引入到總照明配電箱中，從總照明配電箱中分出多個(gè)支路，每個(gè)支路與分配電箱進(jìn)行連接，再由每個(gè)分配箱分配多個(gè)分支線，最終與終端用戶(hù)相連接，完成對(duì)高層建筑中整個(gè)照明系統(tǒng)的供電，具體情況如圖1所示。

圖1 照明配電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

3.2 設(shè)計(jì)低壓斷路器

低壓斷路器經(jīng)常被用在一般企業(yè)及民用建筑供電系統(tǒng)保護(hù)中，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行合理應(yīng)用，一方面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)主體建筑電氣設(shè)備的保護(hù)，另一方面也可以起到相應(yīng)的控制作用。同保險(xiǎn)絲或傳統(tǒng)閘刀相比，低壓斷路器功能更加全面，因此在現(xiàn)代電氣系統(tǒng)中的得到了廣泛應(yīng)用。依據(jù)電源種類(lèi)的不同，可以將低壓斷路器分交流和直流兩種不同方式；而依據(jù)結(jié)構(gòu)上的區(qū)別，則可以分為封閉式和框架式。在部分空氣開(kāi)關(guān)中設(shè)置了試驗(yàn)保護(hù)機(jī)制，如果電網(wǎng)內(nèi)電壓突然降低，超出了設(shè)定值，通常在設(shè)定電壓的55%左右時(shí)，用戶(hù)連接將會(huì)斷開(kāi)，避免出現(xiàn)電機(jī)燒毀等安全事故[4]。當(dāng)用電電壓恢復(fù)正常后，空氣開(kāi)關(guān)恢復(fù)試壓保護(hù)，此時(shí)各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行將會(huì)恢復(fù)正常。低壓斷路器是線路中的一項(xiàng)重要保護(hù)裝置，在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)依據(jù)實(shí)際情況，選擇合理的低壓斷路器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的合理保護(hù)。針對(duì)插座線路保護(hù)來(lái)說(shuō)，不僅具有一般性功能，而且還具有漏電保護(hù)功能，避免插座線路出現(xiàn)故障，引起安全事故。

3.3 設(shè)計(jì)配電箱

配電箱需要滿(mǎn)足保護(hù)電氣、測(cè)量?jī)x表、開(kāi)關(guān)、其它輔助設(shè)備在實(shí)際組裝過(guò)程中的具體需求，最終構(gòu)成一套完整的低壓配電裝置。該裝置在具體應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)當(dāng)能夠滿(mǎn)足手動(dòng)、自動(dòng)控制需求，如果系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障，可以利用裝置切斷電路，該部分在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要滿(mǎn)足以下內(nèi)容：

（1）高層建筑內(nèi)的不同區(qū)域插座在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)單獨(dú)回路供電。

（2）結(jié)合高層建筑的具體情況，完成空調(diào)回路設(shè)計(jì)。

（3）各個(gè)插座回路都要設(shè)計(jì)相應(yīng)漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)，掛壁空調(diào)插座除外。

此外，在回路分配過(guò)程中，還需要符合以下要求：（1）照明系統(tǒng)、臥室、衛(wèi)生間插座都可以單獨(dú)回路供電。（2）從空調(diào)回路的具體情況來(lái)看，應(yīng)當(dāng)將其分成單獨(dú)客廳柜式空調(diào)回路，另外兩個(gè)空調(diào)插座要作為一個(gè)回路。

3.4 設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)及插座

開(kāi)關(guān)可靠動(dòng)作是電氣系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中安全的保障。因此，在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合電器設(shè)計(jì)的具體要求，以及系統(tǒng)安全要求，選擇合理的開(kāi)關(guān)類(lèi)型及相應(yīng)的方式，確保建筑的整體安全需求能夠滿(mǎn)足應(yīng)用需求[5]。

3.5 導(dǎo)線的選擇設(shè)計(jì)

電力線路是配電線路系統(tǒng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，其擔(dān)負(fù)著輸電的重要職能，在進(jìn)行該項(xiàng)內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合相應(yīng)的操作規(guī)范，以及系統(tǒng)安全的具體需求，選擇與實(shí)際情況相符的導(dǎo)線，在導(dǎo)線的選擇過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意導(dǎo)線的材質(zhì)、橫截面大小、以及長(zhǎng)度等，并且要做好相應(yīng)布置工作，在節(jié)約導(dǎo)線的基礎(chǔ)上，減少能源傳輸過(guò)程中的能量消耗量，從而滿(mǎn)足在節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、安全方面的具體需求。同時(shí)，導(dǎo)線的選擇過(guò)程中，還要考慮經(jīng)濟(jì)性，在確保導(dǎo)線的性能可以滿(mǎn)足線路的基礎(chǔ)上，選擇經(jīng)濟(jì)性更好的導(dǎo)線。

4 結(jié)語(yǔ)

高層建筑定期設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員必須要做好相應(yīng)的分析工作，對(duì)采用的設(shè)計(jì)方案要反復(fù)推敲，要確定負(fù)荷量容量計(jì)算是否準(zhǔn)確，供電電源的選擇是否合理等多方面考慮，確保最終設(shè)計(jì)的合理性，促進(jìn)高層建筑供配電行業(yè)的健康發(fā)展。