高层建筑电气设计中低压配电系统安全性探索

李林杰

（北京市建筑设计研究院有限公司，北京 100045）

0 引言

高层建筑与普通高度楼房的电气设备设计相比，存在明显的差异，常用的电气设计方式已经无法满足高层建筑的低压配电系统要求。高层建筑电气设计要求日益提高。基于高层建筑的形式，无论是供电的稳定性还是供电的安全性，都是高层建筑电气设计比较关注的问题。同时，结合高层建筑电气设计情况，合理对低压配电系统进行设计，确保安全性，也是尤为必要的。

1 低压配电系统内涵

供电系统的组成部分较多，其中比较重要的是低压配电系统。低压配电系统主要由以下4个部分组成。

1）配电变电所。

2）配电变压器。

3）高、低压配电线路，其中，高压主要是指其电压超过1kV，低压主要是指其电压不超过1kV。

4）控制保护设备 在电能分配过程中，若运行严重超过负荷，实际运行中的低压配电系统会自动将电源线路切断，进入自我电动机保护状态。

受多种因素的影响，低压配电系统运行中可能会引发火灾，影响因素包括电气线路老化、电气设备老化、安装技术欠缺等。就现阶段我国电气设计发展现状来看，多以装配漏电保护器、电位连接等手段解决上述问题。重视电气设计相关工作，对电气设计工作进行严格审核，可以有效保证低压配电系统的安全、稳定运行。

2 高层建筑低压配电系统的设计要求与设计原则分析

2.1 低压配电系统设计要求

高层建筑项目中，明确电气设计中低压配电系统的设计要求，可在一定程度上确保高层建筑电气设备的运行安全性。

1）保障供电的持续性，同时确保电源的时间性 一般而言，利用电网的方式能够为高层建筑提供2个电源，且两个电源具有独立性，可达到一级负荷、二级负荷的要求。不过，对系统可能出现的故障问题也要进行综合考量，可安装备用与应急电源，这两种电源主要由柴油发电机构成。因而，高层建筑低压配电的设计至少设计2个电源，以便在其中1个电源出现故障后，切换到另外一个电源，确保居民的用电需求和设备的使用。

2）合理设置供电电源 就高层建筑来说，大量设备都需要电源才能够使用。因此，在配电系统设计时保障电源的安全性尤为必要。针对生活方式的日益多样化，高层建筑的项目增多。而高层建筑一旦发火灾，多数居民会选择消防设施灭火，或是选择安全通道逃生。不过，高层建筑的垂直交通以电梯为主，发生火灾后电源会出现故障，安全性较低，因而，需要合理设置高层建筑的供电电源。

2.2 低压配电系统设计原则

在高层建筑电气设计中，低压配电系统的设计要坚持遵循2项原则。

1）优化性原则 该原则主要是明确配电系统在高层建筑物中的重要性。同时，也要考虑以下3个问题：①低压配电系统资金投入的合理性 合理使用资金，确保最大程度地发挥资金的效益；②建筑物问题自身优势 要明确高层建筑物在低压配电系统设计中具备的优势；③节能意识 高层建筑低压配电系统的设计要提高节能、环保意识，在此基础上，要考虑低压配电系统方案对高层建筑电气设计的适用性。

2）高效性原则 重视低压配电系统设计的3个内容：①尽可能实现用电负荷的均衡性 设计低压配电系统时，要明确用电负荷，根据用电负荷需求合理设置配电系统；②降低维修费用 与维修团队进行合作，定期检查、维修低压配电系统，尽可能地降低配电系统的维修费用；③提高能源的利用率 最大限度发挥能源的作用。就电能来说，无论是直接损耗还是间接损耗，损耗量都偏大，因此，高层建筑电气设计中的低压配电系统设计应坚持高效性的原则，在确保配电高效、安全的同时，满足高层建筑电气设备的用电需求。

3 提高高层建筑低压配电系统安全性的对策

3.1 合理设置自动切断电源的装置

在高层建筑进行低压配电系统设计中，依据实际情况安装电源自动切断设备是极为必要的。为提高高层建筑居民的用电安全水平，在居民人身及财产受到伤害的情况下，通常以自动切断故障电源设备的方式来降低居民遭受的伤害。设计低压配电系统时，设计人员通常依据建筑特点、设备应用需求进行合理规划。为避免建筑电路对设计产生影响，一般以多种点位连接的方式丰富接地不保护形式。TN系统、TT系统是现代高层建筑施工中常见的2种接地系统。其中，TN系统是在电气设备发生短路现象或电流过大时起保护作用。保护的方式是以电流保护器作为主体，对短路、超负荷装置进行保护。TT系统多用于解决因外在因素产生的导电问题，如电气设备的金属外壳与接地保护系统直接作用发生危险时，TT系统能够及时将电源切断。以某市某高层建筑为例，该高层建筑在施工时对自动切断电源装置进行改进。改进前一年的配电系统的维修费用为8 542元，而改进后一年的配电系统的维修费用下降到4 298元。由此可见，电源装置设置的合理可有效降低维修费用。

3.2 提高主接线安全的控制水平

根据高层建筑电气设计的需求，低压配电系统主接线需要分出多个分支。在电力系统出现故障的情况下，低压配电系统会对电气设备的整体应用效率产生影响。所以，一般会选择集成取电的方式，实现对低压配电系统的安全性设计，从根本上控制工程的投资。低压配电系统设计，设计人员一般会选择交流放射式的树干形式，交流电伏为380V/220V。此种放射式的设计方式可以充分实现对系统主线安全的保护。设计配电系统时，若供电方式为集中性，就可采用上述形式的供电模式。而若负荷量一般，选择的供电模式就要在集中性供电的基础上，与树干供电的模式相结合。从整体上来说，设计高层建筑的配电系统时，要结合高层建筑的用电需求实际情况进行合理选择。以某市某高层建筑为例，该高层建筑在施工时重视对主接线安全的控制水平。改进前一年发生过6次左右安全事故，而改进后一年仅发生过3次安全事故。可以看出，重视主接线安全，在降低安全事故发生率方面可起到重要的作用。

3.3 选择相对合适的备用电源

高层建筑因用户数量多，在日常使用中可能会出现停电现象，以区域性为主。因而，在进行高层建筑电气设计时，结合高层建筑的实际情况选择合适的备用电源，能够有效减少停电对居民的影响。备用电源的设置，需要围绕安全性展开分析和判断。在选择备用电源时，若以单台机组为主，那么就需要对额定容量进行控制，额定的容量要低于1 500kVA。备用电源于断电后自动启动，尽可能降低因停电带来的损失。发电机达到特定程度时，需要分批投入，尽量将投入时间错开，为电流的恢复提供时间。贸然恢复供电，可能会因备用电源仍在使用，而导致电源的负荷过大，增加居民的损失。电力恢复供电时，至少延迟1min，供电完全恢复后，电机组重复供电。

3.4 合理筛选漏电断路器

高层建筑中的电气设备，在电力系统运行期间需要承载的设备较多，负荷量也随之增大，因而，高层建筑电气设计安全性的要求日益提高。高层建筑电力运行时，漏电断路器的存在能够从间接层面上实现对事故的避免。从某种角度来说，漏电短路是低压配电系统漏电的二次防线，能够有效实现对接零、接地的保护。无论是设计配电系统，还是提高用电安全性，都需要重视漏电保护器。所以，要结合高层建筑的实际情况，合理筛选漏电保护器，明确其安全额定的标准，用相对准确的数字对每个环节展开筛选。对漏电断路器额定的电流进行合理选择，通常情况下，要超过短路漏电数值。漏电断路器要通过多种接触模式，选择触电防护，避免人体接触电源，确保高层建筑电力系统的正常运行。

3.5 加强接地保护设计

高层建筑因高度问题，容易使供电系统在雷雨天气受到影响。为确保高层建筑物用电安全，需要对建筑供电系统正常运行情况加以保护，也就是在发生电路故障时，能够快速对故障电路进行切断。此种对故障的处理，也就是接地保护。高层建筑接地保护的出发点，需要结合其电气系统的特点。不仅要考虑高层建筑的电器及功效，还要对接地形式进行考量。在此过程中，要坚持具体问题具体分析，有针对性地解决电气设计问题。

4 结语

随着经济和科技的发展，人们对高层建筑设计提出了更高的要求。高层建筑各系统的有效运行，与电气设计低压电系统的安全控制密切相关。本文在了解和遵循高层建筑电气设计中低压配电系统的设计要求与原则的基础上，从合理设置自动切断的电源装置、提高主接线安全的控制水平、选择相对合适的备用电源、漏电断路器的筛选、接地保护合理设计方面，对如何有效提高配电系统的设计安全性进行了探讨，以期为提高高层建筑低压配电系统设计安全水平提供借鉴。