高层建筑电气设计中低压配电系统的安全设计

侯叶琼

（济宁市建筑设计研究院，山东 济宁 272000）

在现代建筑行业的发展过程中，高层建筑已经成为主流建筑形式。高层建筑一方面大大节省了土地资源并给人们带来了更加舒适安全的建筑使用空间，另一方面也对建筑设计提出了更高的要求。电气系统是高层建筑中的重要系统之一，直接关系着高层建筑的使用性能，而在高层建筑电气设计中，低压配电系统的设计则是一项关键。只有优化低压配电系统设计方案，加强对系统的安全管理控制，才能够保障供电稳定与用电安全。以下联系实际来简单分析高层建筑电气设计中低压配电系统安全问题，仅供参考。

1 高层建筑中的低压配电系统简介

高层建筑中的低压配电系统是一种根据用户需求，基于配电系统标准行为而再次开发的智能配电系统，其主要是用于分配电力。低压配电系统主要由以下5个部分所组成：（1）变电所，主要功能是将电网输电中的电压转变为配电电压；（2）高压配电线路，由1kV以上的电压线路组成；（3）配电变压器，主要功能是根据实际需要调整配电电压；（4）低压配电线路，由1kV以下的电压线路组成；（5）相关控制保护设备。低压配电系统的主要优势在于自动化程度高、专业性强以及性能好。只有合理设计高层建筑中的低压配电系统，并加强其安全管理，才能够切实保证高层建筑供电的稳定性与用电的安全性。

2 高层建筑中的低压配电系统易出现的安全故障

一般情况下，将建筑高度＞27m的住宅建筑和建筑高度＞24m的公共建筑称为高层建筑。高层建筑的特点是人员多、电气设备数量多、电气设备使用频率高，因此其电气要求标准极高。为了切实保障国家和人民的生命和财产安全，必须重视高层建筑电气设计中低压配电系统的安全问题。但在现实中，高层建筑中的低压配电系统安全事故并不少见，究其根本，主要是由于电气产品质量不达标、低压配电系统安装人员专业技能不过关、电气线路及设备使用安全情况检查不到位等原因造成的。具体来说，高层建筑中的低压配电系统易出现的安全故障主要有以下几点。

2.1 漏电故障

由于部分电气线路的绝缘能力较低，导致导线与导线之间经常会出现一定的电流流过情况，或是导线与大地之间出现一定的电流流过情况，这即是所谓的漏电现象。当低压线路处于正常运行的状态下时，导线与导线之间或是导线与大地之间会存在电容，所以低压配电系统中的漏电流现象是不可避免的。如果电气线路处于正常运行状态，当其发生漏电时，漏电流一般幅值很小，且是沿线路均匀分布的，故而其对线路的绝缘破坏性可忽略不计；不过，若因为一些原因导致线路的绝缘性能降低，当线路与大地直接接触时，很容易发生非正常漏电现象，从而导致漏电流幅值较大，甚至因漏电而产生火花，进而引起建筑电气火灾，造成不可挽回的损失。

2.2 短路故障

短路问题在高层建筑低压配电系统中比较常见，其是指线路的不同电势的两点发生直接接触的情况。短路电流一般幅值很大，且会产生电火花和电弧，从而引起温度剧烈升高，最终导致金属线路融化以及导线附近易燃物燃烧，造成较大的火灾事故。

2.3 过负荷故障

过负荷指的是电气线路中流过的电流幅值超过了其本身所能够承受的安全量的情况。不同的导线具有不同的内阻，内阻是有限的，当电流过大时，就会因过负荷而导致线路发热，乃至产生火花，致使绝缘功能失效，最终引起火灾。导线的发热量与电流大小成正比，所以超过负荷越多，则线路发热越严重，造成的后果也越严重。

2.4 接触电阻过大故障

接触电阻过大故障比较常见，在正常情况下，线路与线路之间的结合处及线路与开关之间的结合处均是良好结合的，但如果结合处的部分金属出现了接触不良，就会引起较大的接触电阻，一旦接触电阻超过一定的范围，就会使电流流过时产生大量热，从而导致金属和绝缘层故障，或引发火灾。

2.5 电火花或电弧故障

上述的几种故障均可能会引起电火花或电弧，另外，输电线路互相之间也可能会产生较大的电火花或电弧，其最高温度可达3000℃以上，很容易引发火灾事故。

3 高层建筑电气设计中低压配电系统的安全设计

3.1 供电线路安全设计

在高层建筑电气设计中进行低压配电系统的安全设计时，应当先对建筑工程进行全面考察，在明确建筑的施工材料、电气设备类型以及所处环境等条件的前提下，进行合理的供电线路设计，最大限度地避免线路腐蚀等问题的发生。一般情况下，高层建筑中的消防用电设备都会配备专门的电气线路和自动切换装置。需注意，必须使用符合国家相关标准的材料设备，并按照国家标准进行线路布置，严禁在配置电路的过程中私自改动配置方案，特别是在对地下车库中的照明灯设备进行配电时，应当要选择切实安全可靠的供电线路方式。另外，还应当在地下车库中设置专门的配电间，以免在配电箱发生火灾时影响到其他区域的配电箱。

3.2 配电方案安全设计

在我国的高层建筑低压配电系统设计中，一般会采用2台以上的变压器，并额外配备柴油发电机组1台，以确保供电的稳定性与用电的安全性。柴油发电机组具有一定的启动条件限制，当全部进电线路都发生断电后，柴油发电机组才会开始工作，它会在10s时间内快速启动，以确保承担得起备用电源的重担。另外，为了保障消防用电畅通，应在建筑内发生火灾时尽快切断其他非消防用电电源，而优先供给消防用电，以最大限度减少火灾损失。

3.3 接地保护安全设计

为了切实保证系统供电安全，需格外重视接地保护安全设计，在建筑设施中设置相应的接地保护装置，即故障点自动切断装置，以给建筑中的整体电气运行提供可靠保障。在实际接地保护安全设计过程中，应根据高层建筑实际使用的低压配电系统类型来合理选择接地保护模式。

（1）IT系统。目前，在高层建筑电气设计中低压配电系统的接地保护安全设计中，IT系统是一项比较先进的系统。IT系统的特点是通常不在电源端口处设置接力装置，而是在电源端口处设置相应的高电阻和电抗等，从而利用高电阻和电抗等来开展接地保护工作，以更好地保障系统供电安全。由于高层建筑中的各项电气设备在运行过程中，很容易出现漏电故障，所以需要强化对用电设备的外部导电处的接地保护处理。通过应用IT系统，不但可以有效满足各项建筑设施的电能供给需求，并且还可以进一步优化供电的稳定性和安全性。当一相接地时，外壳不会带有较大的故障电流，系统仍旧可以正常稳定运行。一般情况下，IT系统多是在一些对供电要求比较严苛的电气设施中使用，以给这些电器设施进行持续电能供给。

（2）TT系统。TT系统一般是将高层建筑中电气设施的金属外壳直接接地，其特点是电源中性点位置直接接地，利用该系统可以使高层建筑电气设计中低压配电系统的接地保护安全设计更加科学化，并大大提高系统运行的效率。电气设备外部导电装置需要与中性点使用相同位置，这样才能够确保接地保护装置功能的发挥。TT系统的中性线N与PE线不具备通电现象，因此在系统运行过程中也需要对PE线进行电力传输。一般情况下，TT系统多是在一些对供电要求较小、电压容量要求较低的电气设施中使用，如在我国农村地区的建筑中，就经常使用该系统。

（3）TN系统。TN系统是一种比较复杂的低压配电系统，该系统在设计过程中应当要利用保护线将相关电气设备有效连接在一起，然后统一进行接地保护装置设置，与各个中性点位置有效连接。TN系统又可分为3种类型：①TN-C系统。其特点是零线与地线共用，比较适用于三相负载基本平衡的情况下，操作形式比较简单，注意在供电干线上应用漏电保护器时，需将零线后的重复接地拆除，且保证零线不断线，只有漏电保护器上侧可以有重复接地。②TN-S系统。其特点是零线与地线分开，比较适用于在数据信息比较集中化的设备管理区域，注意在供电干线上应用漏电保护器时，需将零线后的重复接地拆除，PE线可以有不经过漏电保护器的重复接地。③TN-C-S系统。其属于TN-C系统的临时变通模式，特点是零线与地线部分共用、部分分开，比较适用于三相负载基本平衡且变压器工作接地良好的情况下。

4 结束语

综上所述，电气设计是高层建筑设计的一项重要内容，而低压配电系统的设计则是电气设计中的关键内容之一。在实际设计过程中，只有充分重视低压配电系统的安全性，切实保证高层建筑供电的稳定性与用电的安全性，才能够提高建筑的使用性能，保障国家和人民的生命、财产安全。特别是在低压配电系统的接地保护设计中，应根据实际情况合理地选择系统形式和接地方法，不断优化其整体安全性能，将各种安全风险降到最低。