高層建筑電氣設計中低壓配電系統(tǒng)安全分析

王陶陶

（太原市建筑設計研究院，山西 太原 030002）

近年來，由于高層建筑配電系統(tǒng)設計不合理，導致觸電事故時有發(fā)生，每一次事故都是樓宇配電系統(tǒng)設計者的慘痛教訓。確保低壓配電系統(tǒng)的合理設計是保證電力系統(tǒng)正常運行的關鍵，也是減少安全隱患的有效途徑，確保居民的生命安全是高層建筑建設的首要原則，低壓配電系統(tǒng)的設計必須引起足夠的重視，應結合國內(nèi)外配電系統(tǒng)先進的技術，對我國高層建筑低壓配電系統(tǒng)進行改進。

1 高層建筑電氣設計中低壓配電系統(tǒng)的安全影響因素

低壓配電系統(tǒng)包括變壓器、低壓配電變電所、配電設備、控制保護設備等，可以在配電線路過載或短路時切斷電源，從而實現(xiàn)對供電線路和電氣設備的保護［1］。在高層建筑中，多種因素會對低壓配電系統(tǒng)造成影響，從而對用戶的生命財產(chǎn)安全構成威脅。在此基礎上，本文從以下三個方面分析了影響低壓配電系統(tǒng)安全的因素。

1.1 短路和過載

由于高層建筑容納的用戶數(shù)較多，而且比普通建筑有更多的空間，因此用電設備相對較多和復雜。在實際運行過程中，由于電氣設備數(shù)量大，系統(tǒng)短路或過載的可能性相對較大。因此，在低壓配電系統(tǒng)的設計過程中，為了更好地避免短路或過載對整個電氣系統(tǒng)的影響，必須做好保護工作，以降低安全風險，使整個低壓配電系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行。

1.2 接地問題

高層建筑中電氣設備應進行接地處理，但由于電氣系統(tǒng)設備的復雜性，在設計過程中容易受多種因素影響，導致接地形式的混亂。此外，除了施工人員本身的素質(zhì)問題和安全意識不足外，還會導致配電設備在安裝過程中缺少安全防護措施，并可能出現(xiàn)誤操作的情況，從而使接地不符合規(guī)范要求，這將增加配電線路的短路或過載現(xiàn)象，從而造成嚴重后果，進而威脅用戶的生命財產(chǎn)安全［2］。

1.3 電線電纜選擇問題

配電線纜提供了電流通道，為各個電氣設備提供動力。但電線電纜選擇不當容易引起火災事故，危及用戶的生命財產(chǎn)安全，所以電線電纜的選擇對低壓配電系統(tǒng)的安全運行至關重要。在民用建筑中應選用銅芯電線電纜，電線電纜的絕緣保護類型應根據(jù)敷設方式和環(huán)境條件選擇，并且應滿足電壓要求。此外，應根據(jù)《低壓配電設計規(guī)范》GB50054-2011第3.2.2條規(guī)定確定電線電纜截面［3］。

2 高層建筑中低壓配電系統(tǒng)連線類型

2.1 放射式

放射式是指通過總配電設備，將電力分配和輸送到各次次配電箱。每個次級電箱都獨立工作，每個子電路都是獨立運行，當某一條子線路發(fā)生故障無法工作時，不會影響其他子線路運行狀態(tài)［4］。該連線設計方法可靠性高，便于對整個配電系統(tǒng)進行控制。缺點是采用單核控制多個次級配電箱，導致接線過程復雜、成本高。

2.2 鏈條式

鏈條式是指采用同一條主線，“串接”方式將不同等級配電箱連接，從而實現(xiàn)全面的控制。與放射式相比，鏈條式具有布線長度短、分支數(shù)量少、成本較低等優(yōu)點，在實際施工過程中更加方便敷設電纜［5］。缺點是如果主線路的一部分發(fā)生故障，可能會影響與之連接的次級配電箱的正常使用。此外，如果整個系統(tǒng)配電裝置的某一部分在使用過程中出現(xiàn)問題，需要進行維修，將會導致整個住宅配電系統(tǒng)停電，影響配電終端的正常使用。

2.3 樹干式

樹干式是在一個主干線上將每個次級配電箱與總線相連，與鏈式配電系統(tǒng)存在相似之處，具有線路短、成本低、施工方便的特點。但是，如果主干線路出現(xiàn)故障，也會影響次級系統(tǒng)的正常使用。

3 低壓配電系統(tǒng)

3.1 TT系統(tǒng)

低壓配電TT系統(tǒng)在電氣設計中也很常見，該系統(tǒng)能有效地保護電源的中性點，對于運行狀態(tài)的電氣設備，低壓配電TT系統(tǒng)采用的保護措施與中性點保護基本相同，但設計了直接接地保護［6］。為了保證樓宇供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，低壓配電TT系統(tǒng)的應用中不存在PE線與N中性線之間的連接。使用TT系統(tǒng)時，PE線不存在通電情況，因而不能傳輸電能。但在實踐中，該系統(tǒng)可以應用于用電量低的建筑物，一般農(nóng)村地區(qū)應用較多，一些城市也有應用。

3.2 TN系統(tǒng)

低壓配電TN系統(tǒng)的設計和應用較IT系統(tǒng)和TT系統(tǒng)更為復雜。在電氣設備的設計過程中，對保護線路的要求比較嚴格，電氣設備的接線需要有高質(zhì)量的保護，在接線過程中建立統(tǒng)一的中性點保護系統(tǒng)尤為重要。TN-C、TN-C-S和TN-S是低壓配電TN系統(tǒng)中最有效的模式，需要在統(tǒng)一低壓配電系統(tǒng)中根據(jù)保護線和中性線設置［7］。TN-S系統(tǒng)俗稱三相五線供電系統(tǒng)，可用于數(shù)據(jù)密集區(qū)或電子設備精細管理領域。TN-C系統(tǒng)為三相四線供電系統(tǒng)，是工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用的一種供電系統(tǒng)。

4 高層建筑低壓配電系統(tǒng)中安全性設計

4.1 設計負荷分級

在低壓配電系統(tǒng)中，需要明確電力負荷分級，為準確選擇供電方式提供依據(jù)，應按《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50052-2009第3.0.1條進行負荷分級［8］。負荷分級設計應包括電源電壓、變壓器設計等。對于高層建筑的電氣系統(tǒng)，電氣負荷等級相對較高，對供電有較高的要求，需要嚴格按照規(guī)范選擇電源、變壓器，提高系統(tǒng)的可靠性，以確保電氣系統(tǒng)正常運行。

4.2 選擇漏電斷路器

在高層建筑的接地保護設置中，不可避免地要使用漏電斷路器，而在選擇漏電斷路器時也有相應的注意事項，特別是額定動作電流的選擇。在選擇漏電斷路器額定動作電流時，應確定配電系統(tǒng)末端漏電斷路器的沖擊量安全極限，以滿足設計要求。其次，電氣系統(tǒng)的正常漏電流必須小于漏電斷路器的額定動作電流，以防線路電壓受損。在選擇漏電斷路器動作電流時，對于支線和線路末端、干線等設備，應合理應用漏電斷路器，有效地保障供電系統(tǒng)的安全性。

4.3 選擇備用電源

《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50052-95第2.0.2條明確指出，對于一級負荷中特別重要的負荷，在兩個電源供電外，還應增加備用電源，以避免因故障而停電。因此，有必要保證重要系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，在選擇備用電源時應注意以下幾點：1）備用電源為單機組，額定容量要控制在2000kVA以內(nèi)。2）如果供配電失效，如突發(fā)停電，備用電源自啟時間應在30秒之內(nèi)，否則會因長時間停電造成一定的影響。3）按照發(fā)電機由小到大的原則，避免同時供電，控制母線電壓。4）發(fā)電機與電力聯(lián)鎖不得同時運行。供電系統(tǒng)恢復供電后，發(fā)電機組應自動停止運行，發(fā)電機應有一定的延時停機時間，約30至60秒。

4.4 供配電系統(tǒng)配電箱

為了滿足電氣系統(tǒng)運行要求，需要在配電箱內(nèi)裝設開關保護電氣測量儀器及相關輔助設備，并組裝到半封閉或封閉的金屬柜中，形成配電設備，還可將手動開關、自動開關方式引入來接通和關閉電路。在電路故障的情況下，各配電變電站需要通過測量儀表觀察和調(diào)整各運行參數(shù)，并設計提示和報警功能。在高層住宅建筑中，照明配電箱電路需要滿足照明要求，客廳、臥室、衛(wèi)生間、廚房插座需要有單獨的回路。在設置暖通電路的過程中，技術人員需要設置獨立的回路，以及在插座上安裝漏電保護裝置。

4.5 主接線連接

在高層建筑電氣設計過程中，電氣主接線的設計直接影響整個系統(tǒng)的安全。在電力干線接線過程中，需要合理配置變電站的基本參數(shù)、總負荷，以制定主接線連接方案、電氣設備和接線材料。此外，在方案設計完成后，相關技術人員還要檢驗方案的可行性，提高連接的有效性，為高層建筑用電的安全性提供支持。

4.6 接地保護

在高層建筑電氣接地保護設計中，需要分析工程項目的實際情況，根據(jù)電氣設計的特點開展相關工作。一般而言，高層建筑內(nèi)部配電系統(tǒng)、電氣設備的實際應用、電路保護、線路接口都需要充分考慮，既要保證用電安全，又要保證線路正常運行，做好接地保護工作尤為重要。同時，在接地保護過程中，需要合理設置自動切斷保護裝置，提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性，以實現(xiàn)高層建筑用電安全的目標。在現(xiàn)代高層建筑工程中，自動切斷電源是常用的電氣系統(tǒng)保護裝置，該裝置可以有效避免發(fā)生各種安全事故，保證低壓配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

5 結語

綜上所述，高層建筑電氣設計中低壓配電系統(tǒng)的安全性與用電安全密切相關，必須引起高度重視。在低壓配電系統(tǒng)的設計中，應根據(jù)需要選擇接線方式，并注意供電設置。目前，高層建筑低壓配電系統(tǒng)仍存在漏電保護裝置安裝不合理、短路、過載等問題，建筑公司必須采取有效措施，提高低壓配電系統(tǒng)的安全性，為居民的日常生活提供可靠的保障。