试论建筑电气配电线路配电方式和防火策略

（贵州民族大学 人文科技学院,贵州 贵阳550000）

0 引言

在对建筑电气配电线路的配电方式及其防火进行研究的过程中，选择某地的一高层建筑作为研究对象。该建筑总面积为60 000m2，其中地上15层，地下2层。地下建筑用于地下商场、设备、机房和地下车库。地上第一到第三层用于商业，其余楼层用作酒店客房或居民住宅。在建筑物的地下第一层建设变电所，电缆埋在地下，提供两路10kV电源。

1 建筑电气配电线路配电方式设计

1.1 计算负荷和负荷分级

正确计算建筑物的电器负荷，并进行分级，才能更好地设计建筑电气配电方式。在计算建筑电器负荷时，结合建筑实际用电需求，并选择适当的计算方法，才能使计算的断路器整定电流值与规定的标准相符合。如果计算结果偏小，选择和配置的电源线截面偏小，在电器使用过程中，容易导致线路过热、线路短路，甚至发生火灾；计算结果偏大，必然导致不必要的浪费。一般将电气负荷划分为三级。在一级负荷的情况下，应配置两个电源供电，其中把容量较小的电源作为应急电源，并禁止其他负荷接入应急电源系统。在一级负荷的情况下，如果供电中断，容易损坏设备，甚至发生爆炸、火灾等重大事故。应急电源与工作电源之间必须相互独立，否则工作电源也会影响应急电源正常供电。在二级负荷的情况下，选择两回路方式供电，至少配置2台变压器；从配电所引出两根电缆组成电缆段，每根电缆都可以作为备用电缆，且能有效承载建筑物中电器的实际负荷。在三级负荷的情况下，无特殊供电要求。如果建筑电气负荷较小，可选用6kV以上的专用架空线供电。

1.2 合理选择N线及PE线

在建筑物建设过程中供电配电系统并不是根据建筑物电气配置的电缆N线和PE线，并且没有充分考虑谐波电流的影响。因此在建筑物中，继续使用原来的供电系统，容易导致建筑物内的计算机、气体放电灯等设备产生谐波电流，引发配电线路过热的现象，甚至线路短路和电气火灾[1]。在对修建好的建筑物配置电气线路时，应严格遵守国家制定的标准和规范，增大中性线的截面，使中性线的截面达到相线截面的2倍；根据建筑物的电气负荷，重新选用适当的N线PE线，消除建筑物的电气安全隐患。

1.3 优化配置配变电设备

优化配置配电变压器、配变电空间和高压配电装置。

优化配置配电变压器。该建筑物在夏季要供冷气，在冬季要供暖气。为了满足建筑物的供电需求，安装两台干式气体绝缘配电变压器，容量控制在630kV·A以内，具有稳定的非可燃性液体绝缘性能。

优化配变电配置。由于该建筑物属于大型高层建筑，为了保障建筑电气的配电安全，在建筑物内部必须有专门的配变电场所，且要配置专门的三相变压器，每台三相变压器的油量至少为100kg；配置高压开关柜，其顶面裸露导体之间的距离不小于2m，并为高压开关柜安装适当的防护外壳[2]。为了节约空间和方便人员维修，不专设高压配电室和低压配电室，在距地面约为2.3m处的干式变压器高压端子的外面安装IP2X等级的金属防护外壳。

高压配电装置。在配置高压配电设备时，应考虑该建筑物电气系统所有电器的额定电压。高压配电设备中的额定电压高低不同，应确保高压配电的安全净距。选用的导体的电压值应超过所在回路运行电压的最高值。此外，还应该对三相短路对导体及电器的热稳定、动稳定等进行准确验算，建筑物电缆短路热稳定计算公式为：

在（1）式中，Smin与C分别代表电缆最小的热稳定截面积与电缆热稳定系数；ti为断路器分断时间，通常取值为0.25s；为I3d三相短路电流值。用真空断路器作为切合并联补偿电容器组断路器，且在实际运行过程中，电器引线作用力的最大值始终小于电器端子允许的荷载。使用不同颜色的硬导体，以方便识别。预留一定的接触面用于安装携带式接地线。在所有的高压配电装置上统一安装闭锁、联锁和防护外壳，以防止电气误操作和发生电气火灾事故。

1.4 低压配电系统设计

低压配电系统设计包括配电间设计、导体选用、线路短路保护设计等。

一是配电间设计。针对该建筑的大容量集中负荷问题和电源类型，设计不同的配电方式。对于工作电源，选择分区树干式配电方式；对于备用电源，选用应急照明灯电源干线。所有消防设备和重要的用电负荷工作电源，采用末端自动与备用电源切换方式。对于低压配电装置，成排安装配电屏。如果配电屏的长度超过6m，在配电屏后方的通道两端设置出口，并与其他房间相通。如果两端出口间距在15m以上，还应适当增加出口。应保证低压配电室通道上方的裸带电体与地面之间的距离。如果配电屏前方的通道内侧为2.5m，应安装不低于2.2m的防护网；如果配电屏方的通道内侧为2.3m，应安装不低于1.9m的遮护网。如果两段母线处于同一配电室，应在母线的分段处安装防火隔断。

导体选择。应根据建筑的电气环境、电力负荷、额定电压等合理选择低压配电系统的导体型号与截面，导体额定载流量应大于预期负荷电流的最大值。应将线路电压损失控制在允许的范围内。由于该建筑物属于人口密集的公共建筑，建筑电气配电防火等级高，应将铜芯电线与电缆应敷设在建筑夹层、竖井等位置，对电缆采取非延燃性绝缘措施，表面加装防水性能和抗老化性能较好的防护层。

线路短路保护。必须对建筑电气配电线路采取短路保护措施。根据建筑物的实际情况和相关的标准，安装短路保护电器，使短路电流通过导体或连接导体在连接之前，能及时切断短路电流，防止配电线路短路。对于持续时间在5s以内的短路，在校验绝缘导体热稳定时，要考虑绝缘导体线芯截面面积，计算公式如下：

在公式（2）中，绝缘导体线芯截面与短路电流有效值分别用S与I表示，t代表绝缘导体在达到最高允许持续工作温度时，短路电流持续作用的时间，K为计算系数。在该建筑物中使用铜芯线导体，铜芯线的绝缘材料是聚录乙烯和乙丙橡胶，计算系数的取值分别为115和142。如果铜芯线的绝缘体为普通橡胶和油浸纸时，计算系数的取值分别为131和107[3]。如果建筑物的上一级线路的保护电器能有效地保护线路，可不安装保护装置。

2 建筑电气配电线路的防火策略

2.1 防火材料选择

应结合实际情况，选用具有良好防火性能的材料，如耐火线缆、耐阻燃线缆等。在该建筑物中，选用无卤低烟阻燃线缆，即使线缆短路出现过热、燃烧等现象，也不会释放对人体有危害的卤酸气体和浓烟。对于长时间保持通电状态的电气设备，耐火电缆，由于耐火线缆的线芯只能承受不超过90℃的温度，因此应严格控制线缆周围的环境，避免线缆长期处于高温状态。

2.2 层间防火

针对人口密集的高层建筑，应采用层间防火方式。在该建筑物中使用装配式建筑防火隔墙板，不仅具有隔热防火功能，还具有隔音效果。在建筑物内部的分隔区域，采用EI级防火固定隔墙和装配式防火隔墙板，能有效地防火。在建筑物的竖井中，每间隔7m设置阻火隔层。强、弱电竖井口应不低于楼层地面，防止水流入竖井。

2.3 保护设计

为了防止建筑电气配电线路发生火灾事故，或者阻止火灾蔓延，应安装配电线路短路保护装置。如果短路持续时间在5s以内，除了选用截面面积适当的电缆外，还要对配电线路采取过负荷保护措施，防止过负荷电流使电器导体的温度突然升高而损害导体的绝缘、端子等部件。还必须利用反时限特性来保护电器，使电器能够承受短路带来的能量。过负荷保护电器应满足下面两个动作特性：

在公式（3）（4）中，IB与 IZ分别表示被保护线路与被保护导体的负荷电流。I2表示能保护电器可靠动作的电流，In代表熔断器熔体的额定电流或低压断路器长延时脱扣器的正定电流。在接地保护中，不仅要按照标准选用配电线路保护电器，同时还要进行总等电位联结。在TN接地型配电线路中，接地故障保护电器的动作特性需要满足下面的条件：

式（5）中Zs和U0分别表示接地故障回路阻抗和相线对地标的电压，Ia为规定时间内保证保护电器自动切断故障线路的动作电流。对难以进行总等位联结和辅助等电位联结的地板，必须使用漏电电流动作保护的方式保护配电线路，防止电气火灾事故。

3 结语

在建筑电气配电线路设计中，应立足建筑环境和实际负荷，遵守国家的相关规定，合理选择配电方式，合理选择导体、电线电缆、配电装置等。精确计算负荷，优化配置配电资源，合理选用防火材料，做好层间防火，落实建筑电气配电线路日常维护和管理制度，才能保证建筑防火安全。