高层建筑电气设计中低压配电系统安全分析

王陶陶

（太原市建筑设计研究院，山西 太原 030002）

近年来，由于高层建筑配电系统设计不合理，导致触电事故时有发生，每一次事故都是楼宇配电系统设计者的惨痛教训。确保低压配电系统的合理设计是保证电力系统正常运行的关键，也是减少安全隐患的有效途径，确保居民的生命安全是高层建筑建设的首要原则，低压配电系统的设计必须引起足够的重视，应结合国内外配电系统先进的技术，对我国高层建筑低压配电系统进行改进。

1 高层建筑电气设计中低压配电系统的安全影响因素

低压配电系统包括变压器、低压配电变电所、配电设备、控制保护设备等，可以在配电线路过载或短路时切断电源，从而实现对供电线路和电气设备的保护［1］。在高层建筑中，多种因素会对低压配电系统造成影响，从而对用户的生命财产安全构成威胁。在此基础上，本文从以下三个方面分析了影响低压配电系统安全的因素。

1.1 短路和过载

由于高层建筑容纳的用户数较多，而且比普通建筑有更多的空间，因此用电设备相对较多和复杂。在实际运行过程中，由于电气设备数量大，系统短路或过载的可能性相对较大。因此，在低压配电系统的设计过程中，为了更好地避免短路或过载对整个电气系统的影响，必须做好保护工作，以降低安全风险，使整个低压配电系统安全平稳运行。

1.2 接地问题

高层建筑中电气设备应进行接地处理，但由于电气系统设备的复杂性，在设计过程中容易受多种因素影响，导致接地形式的混乱。此外，除了施工人员本身的素质问题和安全意识不足外，还会导致配电设备在安装过程中缺少安全防护措施，并可能出现误操作的情况，从而使接地不符合规范要求，这将增加配电线路的短路或过载现象，从而造成严重后果，进而威胁用户的生命财产安全［2］。

1.3 电线电缆选择问题

配电线缆提供了电流通道，为各个电气设备提供动力。但电线电缆选择不当容易引起火灾事故，危及用户的生命财产安全，所以电线电缆的选择对低压配电系统的安全运行至关重要。在民用建筑中应选用铜芯电线电缆，电线电缆的绝缘保护类型应根据敷设方式和环境条件选择，并且应满足电压要求。此外，应根据《低压配电设计规范》GB50054-2011第3.2.2条规定确定电线电缆截面［3］。

2 高层建筑中低压配电系统连线类型

2.1 放射式

放射式是指通过总配电设备，将电力分配和输送到各次次配电箱。每个次级电箱都独立工作，每个子电路都是独立运行，当某一条子线路发生故障无法工作时，不会影响其他子线路运行状态［4］。该连线设计方法可靠性高，便于对整个配电系统进行控制。缺点是采用单核控制多个次级配电箱，导致接线过程复杂、成本高。

2.2 链条式

链条式是指采用同一条主线，“串接”方式将不同等级配电箱连接，从而实现全面的控制。与放射式相比，链条式具有布线长度短、分支数量少、成本较低等优点，在实际施工过程中更加方便敷设电缆［5］。缺点是如果主线路的一部分发生故障，可能会影响与之连接的次级配电箱的正常使用。此外，如果整个系统配电装置的某一部分在使用过程中出现问题，需要进行维修，将会导致整个住宅配电系统停电，影响配电终端的正常使用。

2.3 树干式

树干式是在一个主干线上将每个次级配电箱与总线相连，与链式配电系统存在相似之处，具有线路短、成本低、施工方便的特点。但是，如果主干线路出现故障，也会影响次级系统的正常使用。

3 低压配电系统

3.1 TT系统

低压配电TT系统在电气设计中也很常见，该系统能有效地保护电源的中性点，对于运行状态的电气设备，低压配电TT系统采用的保护措施与中性点保护基本相同，但设计了直接接地保护［6］。为了保证楼宇供电系统的稳定运行，低压配电TT系统的应用中不存在PE线与N中性线之间的连接。使用TT系统时，PE线不存在通电情况，因而不能传输电能。但在实践中，该系统可以应用于用电量低的建筑物，一般农村地区应用较多，一些城市也有应用。

3.2 TN系统

低压配电TN系统的设计和应用较IT系统和TT系统更为复杂。在电气设备的设计过程中，对保护线路的要求比较严格，电气设备的接线需要有高质量的保护，在接线过程中建立统一的中性点保护系统尤为重要。TN-C、TN-C-S和TN-S是低压配电TN系统中最有效的模式，需要在统一低压配电系统中根据保护线和中性线设置［7］。TN-S系统俗称三相五线供电系统，可用于数据密集区或电子设备精细管理领域。TN-C系统为三相四线供电系统，是工业生产中普遍采用的一种供电系统。

4 高层建筑低压配电系统中安全性设计

4.1 设计负荷分级

在低压配电系统中，需要明确电力负荷分级，为准确选择供电方式提供依据，应按《供配电系统设计规范》GB50052-2009第3.0.1条进行负荷分级［8］。负荷分级设计应包括电源电压、变压器设计等。对于高层建筑的电气系统，电气负荷等级相对较高，对供电有较高的要求，需要严格按照规范选择电源、变压器，提高系统的可靠性，以确保电气系统正常运行。

4.2 选择漏电断路器

在高层建筑的接地保护设置中，不可避免地要使用漏电断路器，而在选择漏电断路器时也有相应的注意事项，特别是额定动作电流的选择。在选择漏电断路器额定动作电流时，应确定配电系统末端漏电断路器的冲击量安全极限，以满足设计要求。其次，电气系统的正常漏电流必须小于漏电断路器的额定动作电流，以防线路电压受损。在选择漏电断路器动作电流时，对于支线和线路末端、干线等设备，应合理应用漏电断路器，有效地保障供电系统的安全性。

4.3 选择备用电源

《供配电系统设计规范》GB50052-95第2.0.2条明确指出，对于一级负荷中特别重要的负荷，在两个电源供电外，还应增加备用电源，以避免因故障而停电。因此，有必要保证重要系统的稳定运行，在选择备用电源时应注意以下几点：1）备用电源为单机组，额定容量要控制在2000kVA以内。2）如果供配电失效，如突发停电，备用电源自启时间应在30秒之内，否则会因长时间停电造成一定的影响。3）按照发电机由小到大的原则，避免同时供电，控制母线电压。4）发电机与电力联锁不得同时运行。供电系统恢复供电后，发电机组应自动停止运行，发电机应有一定的延时停机时间，约30至60秒。

4.4 供配电系统配电箱

为了满足电气系统运行要求，需要在配电箱内装设开关保护电气测量仪器及相关辅助设备，并组装到半封闭或封闭的金属柜中，形成配电设备，还可将手动开关、自动开关方式引入来接通和关闭电路。在电路故障的情况下，各配电变电站需要通过测量仪表观察和调整各运行参数，并设计提示和报警功能。在高层住宅建筑中，照明配电箱电路需要满足照明要求，客厅、卧室、卫生间、厨房插座需要有单独的回路。在设置暖通电路的过程中，技术人员需要设置独立的回路，以及在插座上安装漏电保护装置。

4.5 主接线连接

在高层建筑电气设计过程中，电气主接线的设计直接影响整个系统的安全。在电力干线接线过程中，需要合理配置变电站的基本参数、总负荷，以制定主接线连接方案、电气设备和接线材料。此外，在方案设计完成后，相关技术人员还要检验方案的可行性，提高连接的有效性，为高层建筑用电的安全性提供支持。

4.6 接地保护

在高层建筑电气接地保护设计中，需要分析工程项目的实际情况，根据电气设计的特点开展相关工作。一般而言，高层建筑内部配电系统、电气设备的实际应用、电路保护、线路接口都需要充分考虑，既要保证用电安全，又要保证线路正常运行，做好接地保护工作尤为重要。同时，在接地保护过程中，需要合理设置自动切断保护装置，提高供电系统的稳定性、安全性，以实现高层建筑用电安全的目标。在现代高层建筑工程中，自动切断电源是常用的电气系统保护装置，该装置可以有效避免发生各种安全事故，保证低压配电系统的稳定运行。

5 结语

综上所述，高层建筑电气设计中低压配电系统的安全性与用电安全密切相关，必须引起高度重视。在低压配电系统的设计中，应根据需要选择接线方式，并注意供电设置。目前，高层建筑低压配电系统仍存在漏电保护装置安装不合理、短路、过载等问题，建筑公司必须采取有效措施，提高低压配电系统的安全性，为居民的日常生活提供可靠的保障。