高層建筑電氣設(shè)計(jì)中低壓配電系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)

侯葉瓊

（濟(jì)寧市建筑設(shè)計(jì)研究院，山東 濟(jì)寧 272000）

在現(xiàn)代建筑行業(yè)的發(fā)展過程中，高層建筑已經(jīng)成為主流建筑形式。高層建筑一方面大大節(jié)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(shè)計(jì)提出了更高的要求。電氣系統(tǒng)是高層建筑中的重要系統(tǒng)之一，直接關(guān)系著高層建筑的使用性能，而在高層建筑電氣設(shè)計(jì)中，低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)則是一項(xiàng)關(guān)鍵。只有優(yōu)化低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，加強(qiáng)對系統(tǒng)的安全管理控制，才能夠保障供電穩(wěn)定與用電安全。以下聯(lián)系實(shí)際來簡單分析高層建筑電氣設(shè)計(jì)中低壓配電系統(tǒng)安全問題，僅供參考。

1 高層建筑中的低壓配電系統(tǒng)簡介

高層建筑中的低壓配電系統(tǒng)是一種根據(jù)用戶需求，基于配電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)行為而再次開發(fā)的智能配電系統(tǒng)，其主要是用于分配電力。低壓配電系統(tǒng)主要由以下5個(gè)部分所組成：（1）變電所，主要功能是將電網(wǎng)輸電中的電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榕潆婋妷?；?）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(jù)實(shí)際需要調(diào)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(guān)控制保護(hù)設(shè)備。低壓配電系統(tǒng)的主要優(yōu)勢在于自動化程度高、專業(yè)性強(qiáng)以及性能好。只有合理設(shè)計(jì)高層建筑中的低壓配電系統(tǒng)，并加強(qiáng)其安全管理，才能夠切實(shí)保證高層建筑供電的穩(wěn)定性與用電的安全性。

2 高層建筑中的低壓配電系統(tǒng)易出現(xiàn)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(diǎn)是人員多、電氣設(shè)備數(shù)量多、電氣設(shè)備使用頻率高，因此其電氣要求標(biāo)準(zhǔn)極高。為了切實(shí)保障國家和人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，必須重視高層建筑電氣設(shè)計(jì)中低壓配電系統(tǒng)的安全問題。但在現(xiàn)實(shí)中，高層建筑中的低壓配電系統(tǒng)安全事故并不少見，究其根本，主要是由于電氣產(chǎn)品質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、低壓配電系統(tǒng)安裝人員專業(yè)技能不過關(guān)、電氣線路及設(shè)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(tǒng)易出現(xiàn)的安全故障主要有以下幾點(diǎn)。

2.1 漏電故障

由于部分電氣線路的絕緣能力較低，導(dǎo)致導(dǎo)線與導(dǎo)線之間經(jīng)常會出現(xiàn)一定的電流流過情況，或是導(dǎo)線與大地之間出現(xiàn)一定的電流流過情況，這即是所謂的漏電現(xiàn)象。當(dāng)?shù)蛪壕€路處于正常運(yùn)行的狀態(tài)下時(shí)，導(dǎo)線與導(dǎo)線之間或是導(dǎo)線與大地之間會存在電容，所以低壓配電系統(tǒng)中的漏電流現(xiàn)象是不可避免的。如果電氣線路處于正常運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)其發(fā)生漏電時(shí)，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(jì)；不過，若因?yàn)橐恍┰驅(qū)е戮€路的絕緣性能降低，當(dāng)線路與大地直接接觸時(shí)，很容易發(fā)生非正常漏電現(xiàn)象，從而導(dǎo)致漏電流幅值較大，甚至因漏電而產(chǎn)生火花，進(jìn)而引起建筑電氣火災(zāi)，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(tǒng)中比較常見，其是指線路的不同電勢的兩點(diǎn)發(fā)生直接接觸的情況。短路電流一般幅值很大，且會產(chǎn)生電火花和電弧，從而引起溫度劇烈升高，最終導(dǎo)致金屬線路融化以及導(dǎo)線附近易燃物燃燒，造成較大的火災(zāi)事故。

2.3 過負(fù)荷故障

過負(fù)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(dǎo)線具有不同的內(nèi)阻，內(nèi)阻是有限的，當(dāng)電流過大時(shí)，就會因過負(fù)荷而導(dǎo)致線路發(fā)熱，乃至產(chǎn)生火花，致使絕緣功能失效，最終引起火災(zāi)。導(dǎo)線的發(fā)熱量與電流大小成正比，所以超過負(fù)荷越多，則線路發(fā)熱越嚴(yán)重，造成的后果也越嚴(yán)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(jié)合處及線路與開關(guān)之間的結(jié)合處均是良好結(jié)合的，但如果結(jié)合處的部分金屬出現(xiàn)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(shí)產(chǎn)生大量熱，從而導(dǎo)致金屬和絕緣層故障，或引發(fā)火災(zāi)。

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(chǎn)生較大的電火花或電弧，其最高溫度可達(dá)3000℃以上，很容易引發(fā)火災(zāi)事故。

3 高層建筑電氣設(shè)計(jì)中低壓配電系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)

3.1 供電線路安全設(shè)計(jì)

在高層建筑電氣設(shè)計(jì)中進(jìn)行低壓配電系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)先對建筑工程進(jìn)行全面考察，在明確建筑的施工材料、電氣設(shè)備類型以及所處環(huán)境等條件的前提下，進(jìn)行合理的供電線路設(shè)計(jì)，最大限度地避免線路腐蝕等問題的發(fā)生。一般情況下，高層建筑中的消防用電設(shè)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)的材料設(shè)備，并按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行線路布置，嚴(yán)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(shè)備進(jìn)行配電時(shí)，應(yīng)當(dāng)要選擇切實(shí)安全可靠的供電線路方式。另外，還應(yīng)當(dāng)在地下車庫中設(shè)置專門的配電間，以免在配電箱發(fā)生火災(zāi)時(shí)影響到其他區(qū)域的配電箱。

3.2 配電方案安全設(shè)計(jì)

在我國的高層建筑低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般會采用2臺以上的變壓器，并額外配備柴油發(fā)電機(jī)組1臺，以確保供電的穩(wěn)定性與用電的安全性。柴油發(fā)電機(jī)組具有一定的啟動條件限制，當(dāng)全部進(jìn)電線路都發(fā)生斷電后，柴油發(fā)電機(jī)組才會開始工作，它會在10s時(shí)間內(nèi)快速啟動，以確保承擔(dān)得起備用電源的重?fù)?dān)。另外，為了保障消防用電暢通，應(yīng)在建筑內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)盡快切斷其他非消防用電電源，而優(yōu)先供給消防用電，以最大限度減少火災(zāi)損失。

3.3 接地保護(hù)安全設(shè)計(jì)

為了切實(shí)保證系統(tǒng)供電安全，需格外重視接地保護(hù)安全設(shè)計(jì)，在建筑設(shè)施中設(shè)置相應(yīng)的接地保護(hù)裝置，即故障點(diǎn)自動切斷裝置，以給建筑中的整體電氣運(yùn)行提供可靠保障。在實(shí)際接地保護(hù)安全設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)根據(jù)高層建筑實(shí)際使用的低壓配電系統(tǒng)類型來合理選擇接地保護(hù)模式。

（1）IT系統(tǒng)。目前，在高層建筑電氣設(shè)計(jì)中低壓配電系統(tǒng)的接地保護(hù)安全設(shè)計(jì)中，IT系統(tǒng)是一項(xiàng)比較先進(jìn)的系統(tǒng)。IT系統(tǒng)的特點(diǎn)是通常不在電源端口處設(shè)置接力裝置，而是在電源端口處設(shè)置相應(yīng)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(hù)工作，以更好地保障系統(tǒng)供電安全。由于高層建筑中的各項(xiàng)電氣設(shè)備在運(yùn)行過程中，很容易出現(xiàn)漏電故障，所以需要強(qiáng)化對用電設(shè)備的外部導(dǎo)電處的接地保護(hù)處理。通過應(yīng)用IT系統(tǒng)，不但可以有效滿足各項(xiàng)建筑設(shè)施的電能供給需求，并且還可以進(jìn)一步優(yōu)化供電的穩(wěn)定性和安全性。當(dāng)一相接地時(shí)，外殼不會帶有較大的故障電流，系統(tǒng)仍舊可以正常穩(wěn)定運(yùn)行。一般情況下，IT系統(tǒng)多是在一些對供電要求比較嚴(yán)苛的電氣設(shè)施中使用，以給這些電器設(shè)施進(jìn)行持續(xù)電能供給。

（2）TT系統(tǒng)。TT系統(tǒng)一般是將高層建筑中電氣設(shè)施的金屬外殼直接接地，其特點(diǎn)是電源中性點(diǎn)位置直接接地，利用該系統(tǒng)可以使高層建筑電氣設(shè)計(jì)中低壓配電系統(tǒng)的接地保護(hù)安全設(shè)計(jì)更加科學(xué)化，并大大提高系統(tǒng)運(yùn)行的效率。電氣設(shè)備外部導(dǎo)電裝置需要與中性點(diǎn)使用相同位置，這樣才能夠確保接地保護(hù)裝置功能的發(fā)揮。TT系統(tǒng)的中性線N與PE線不具備通電現(xiàn)象，因此在系統(tǒng)運(yùn)行過程中也需要對PE線進(jìn)行電力傳輸。一般情況下，TT系統(tǒng)多是在一些對供電要求較小、電壓容量要求較低的電氣設(shè)施中使用，如在我國農(nóng)村地區(qū)的建筑中，就經(jīng)常使用該系統(tǒng)。

（3）TN系統(tǒng)。TN系統(tǒng)是一種比較復(fù)雜的低壓配電系統(tǒng)，該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)要利用保護(hù)線將相關(guān)電氣設(shè)備有效連接在一起，然后統(tǒng)一進(jìn)行接地保護(hù)裝置設(shè)置，與各個(gè)中性點(diǎn)位置有效連接。TN系統(tǒng)又可分為3種類型：①TN-C系統(tǒng)。其特點(diǎn)是零線與地線共用，比較適用于三相負(fù)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(yīng)用漏電保護(hù)器時(shí)，需將零線后的重復(fù)接地拆除，且保證零線不斷線，只有漏電保護(hù)器上側(cè)可以有重復(fù)接地。②TN-S系統(tǒng)。其特點(diǎn)是零線與地線分開，比較適用于在數(shù)據(jù)信息比較集中化的設(shè)備管理區(qū)域，注意在供電干線上應(yīng)用漏電保護(hù)器時(shí)，需將零線后的重復(fù)接地拆除，PE線可以有不經(jīng)過漏電保護(hù)器的重復(fù)接地。③TN-C-S系統(tǒng)。其屬于TN-C系統(tǒng)的臨時(shí)變通模式，特點(diǎn)是零線與地線部分共用、部分分開，比較適用于三相負(fù)載基本平衡且變壓器工作接地良好的情況下。

4 結(jié)束語

綜上所述，電氣設(shè)計(jì)是高層建筑設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，而低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)則是電氣設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵內(nèi)容之一。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，只有充分重視低壓配電系統(tǒng)的安全性，切實(shí)保證高層建筑供電的穩(wěn)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(cái)產(chǎn)安全。特別是在低壓配電系統(tǒng)的接地保護(hù)設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理地選擇系統(tǒng)形式和接地方法，不斷優(yōu)化其整體安全性能，將各種安全風(fēng)險(xiǎn)降到最低。