高层建筑电气中的低压配电设计分析

2015-08-15刘祖斌江苏东方建筑设计有限公司江苏南京210008

江西建材 2015年18期

■刘祖斌 ■江苏东方建筑设计有限公司，江苏南京 210008

高层建筑楼层较多，并且智能化程度高、结构功能复杂、电气用电设备多、建筑面积广，这对于建筑电气低压配电设计提出了更高的要求。我国对于高层建筑电气中的低压配电设计有着明确规定，在实际设计过程中，相关人员必须严格遵循标准的设计要求，结合高层建筑电气系统特点，严格控制高层建筑低压配电设计的各个环节，消除电气系统的安全隐患。

1 高层建筑电气中的低压配电设计原则

1.1 优化设计原则

高层建筑电气中的低压配电设计应充分利用建筑自身的特点和优势，在设计过程中，要考虑到低压配电设计的资金投入，还应坚持节能减排理念，保障低压配电设计的经济性和合理性。首先，高层建筑电气中的低压配电设计方案必须具有切实可行性和适用性，使低压配电系统可以保障整个高层建筑电气设备的正常用电，满足用户对于稳定用电负荷的需求，安全、稳定地进行供电，确保高层建筑配单系统的可靠、稳定、安全运行。同时，高层建筑配电系统还应合理控制用户的电气设备用电量，高效、稳定地发挥电气功能。另外，全面考虑到高层建筑各种电气设备的用电安全，在设计低压配电系统时，各个线路之间应保持安全距离，采用绝缘强度较高的导线，在高层建筑顶部和公共区域设置防雷击装置［1］，采取可靠的接地技术和防静电技术。

1.2 合理高效原则

高层建筑电气中的低压配电设计应尽量降低电能损耗，包括间接损耗和直接损耗，提高低压配电系统的节能性。在确保满足高层建筑电气系统使用性能的基础上，提高低压配电设计的安全性和合理性，节约配电系统设计和建设过程中的资源消耗，尽量保持高层建筑低压配电系统的用电负荷均衡，尽可能的采用节能设备，减少低压配电系统的维护检修费用，实现电力能源的高效、稳定、可靠利用。

2 高层建筑电气中的低压配电设计内容

2.1 确定负荷等级，计算负荷容量

按照高层建筑电气系统设计的相关规定，确定低压配电的负荷等级，根据相关规定，一类高层建筑低压配电系统的一级负荷包括疏散走道、疏散楼梯和消防电梯中的应急照明灯、消防风机房和泵房的备用照明、消防风机、消防水泵、电梯等;二级负荷包括生活泵电力等;三级负荷是指除了一级负荷和二级负荷以外的电负荷;二类高层建筑低压配电系统的二级负荷包括疏散走道、疏散楼梯和消防电梯中的应急照明灯、消防风机房和泵房的备用照明、消防风机、消防水泵、电梯、生活泵电力等;三级负荷是指除了二级负荷以外的用电负荷。不同的负荷等级，其应用范围也是不同的，一般情况下可将电力负荷分为商业用电和居民用电［2］。由于商业用电和居民用电采用的是不同的计算方法，因此高层建筑电气中的低压配电系统应商业变电配置室和居民变电配置独立、分别设置。高层建筑居民用电主要包括动力、照明等生活方面的用电，由居民变电系统提供稳定电力。高层建筑商业用电主要包括地下室照明、商业照明、电梯、售楼中心等，由商业变电系统进行供电。设计人员在计算高层建筑电力负荷时，可采用负荷密度法和单位容量法［3］。

2.2 供配电电压设计

高层建筑电气中供配电电压设计，为了确保供电系统的稳定、可靠运行，相关设计人员应严格按照高层建筑电气系统设计要求进行设计。一般情况，高层建筑工程有严格的电力负荷要求，普通的一级电力负荷容量比较小，在选择供配电电压时，结合高层建筑电气系统的设计要求和实际电力负荷需求，选择一路或者两路市政电源或者发电机组作为整个高层建筑低压配电系统的电源，满足建筑用户的用电需求，通常采用10kV 高压电源和380/220V 低压配电电压［4］。

2.3 合理布局变电所

结合高层建筑电气系统的负荷容量大小和电力负荷分布情况，确定变电所的配置数量和具体位置，尽量选择负荷率在70%～85%之间的变压器，低压线路供电半径应控制在200m 范围内，如果高层建筑的低压配电电容量大于400kW，供配电线路距离应大于250m，并且可结合高层建筑的实际要求，适当增加变配电设备。在高层的商业建筑中，地上三层的商业楼层具有较高的商业价值，因此可将商业变电配置所设置在高层建筑的负一楼(非最底层)，便于从地下车道运输相关变电设备，然后进行安装。

2.4 高低电压运行和结线方式

高层建筑电气系统中的高低电压运行和结线方式都应按照严格的设计路线要求进行。首先，电气系统高压线采用单母线运行的结线方式和10kV 进线，变压器低压侧应用分段、独立的单母线结线运行方式，每结一段单母线对应一台变压器，各段母线之间采用母联开关进行联结和操控。电气系统在正常运行条件下，低压配电系统每段母线都独立运行，如果某一台变压器发生运行故障，工作人员可采用手动方式，将该段母线的母联开关关闭，由同一组另一台变压器进行正常供电。在高层建筑电气系统运行过程，一旦变压器恢复正常，低压配电母线中的母联开关自动开启，恢复正常的运行模式。其次，在电气系统变压器低压侧设计应急母线，利用正常的柴油发电机电源供给和电源用电为整个低压配电系统的应急母线提供电量，确保高层建筑应急状态下低压配电的下一级电力负荷量，母线中的双向开关不包含电气设备和机械连锁［5］，可有效预防向市政供电网中反向供电，并且系统采用双重电源或者双回路供电方式为消防设施实现负荷用电，应急设备在变配电系统末端配电箱可相互切换。

2.5 接地保护

为了提高高层建筑电气系统的安全性，应做好低压配电设计的接地保护，可采用TN、TT、IT 等保护模式［6］，TN 接地保护模式主要是由于系统发生故障或者金属性短路，产生过大的电流，从而形成TN 保护机制;TT 接地保护模式是对外露导电线路进行电气保护，将低压配电系统的故障回路及时切断，达到电气保护目的。IT 系统和TT 系统接地保护原理基本一致，其主要是设置在高层建筑周围电网的外露区域，接地保护时，若电网外露导电故障电压在低压配电系统的标准下，无法对供电系统进行保护性切断。结合高层建筑电气中的低压配电系统要求，采用合适的接地保护模式。另外，高层建筑电气中的低压配电设计应选择合适的漏电断路器，考虑到低压配电系统的电流大小，多大的电流漏电断路器才会开启保护机制，一方面，高层建筑低压配电系统末端采用的漏电断路器抗电击性能应符合相关安全标注要求;另一方面，漏电断路器额定动作电流应大于配电系统正常运行状态下的漏电电流，在低压配电系统的各个分支和末端线路上设置漏电断路器，提高高层建筑电气系统的安全性。