高层建筑供配电系统设计探讨

吴涛

（国网湖北省电力有限公司黄冈供电公司，湖北黄冈 438000）

我国高层建筑的定义为十层或以上的建筑物，随着建筑楼层的增加，电气设备数量和用电住户数量会增多，而且不同用户的电气设备功率、数量存在较大的差异，如果建筑电气设计不合理，就会在正常使用过程中发生故障，影响建筑用电体验。所以在高层建筑设计中，电气系统的安全防护能力也是设计的重点。因此，高层建筑低压配电系统设计应以安全为基本原则，为建筑的正常运转提供稳定的电能供应，推动城市稳定发展。

1 供配电系统的含义分析

众所周知，在高层建筑当中有着多种多样的电气设施，例如：给排水设施、防排烟设施、其他消防设施等。另外，高层建筑的使用功能之间存在着极大的差异，所以电功率也会有很大的不同，总体来说，高层建筑当中所需要的功率极高极大。另外，高层建筑当中的应急用电都需要独立的电源，所以供配电系统的运行应该与电力系统的总体要求相符合、相一致，只有这样，才能确保高层建筑电气工程在使用过程当中的稳定性与安全性。通过对于一些高层建筑供配电系统进行仔细地研究之后发现，几乎都会运用功率单方向流动的方法，也就是从供电端到用户端的流动方式，这样做的好处就是能够将电能进行科学、合理的分配和进行降压，然后这些外部的电能就转化成为用户端可以直接运用的电能[1]，图1为防排烟空调机组。

2 设计高层建筑供配电系统时所需要遵循的原则

2.1 可靠的原则

在高层建筑物的供配电系统中，应严格遵守安全性、可靠性等基本原理。在电力负载方面，第一个负载最为突出。在日常的生活中，一次负载主要是与火灾有关的灭火设备。另外，还有一台升降机、一台生活泵，与高层住宅使用者的日常活动息息相关。为了保证这些设备的正常运行，一般情况下，大楼里都会有两个电源，当某一条线路出现问题时，另外一条线路就能保证第一条线路的正常运行，图2为高层建筑火灾起因。

图2 高层建筑火灾起因

2.2 合理的原则

如果能合理地进行电力供应和分配，不仅可以节约电力，还可以为电力公司做出个正确的预测。对企业来说，对供电和分配进行科学的规划，可以为公司节省资金，提高效益[1]。在保证居民用电需要的前提下，尽量降低用户与用户之间的连接，同时根据电力设施的具体状况进行分配。如果电力供应系统的线路数目过多，不仅会导致电力供应单元的数量增多，而且还会导致电力供应和分配系统的危险。在分配线路不合理时，往往是由于分配系统不合理而造成的。所以，在高层建筑的供配电工程前期，要对其进行适当的优化，使其位于最靠近其负载的地方，图3为供配电系统。

图3 供配电系统

2.3 节能的原则

在高层建筑的供电和分配中，变压器是一种很大的消耗能源，所以在选用变压器的过程中，要充分考虑到电力消耗和投入。许多公司的终极目的都是获得更好的经济效益，因此在选用变压器时要考虑到其寿命周期，这样才能保证其合理性。一般来说，在选用变压器的过程中要考虑到变压器的最优负荷和电力市场的实际需要，而实际上，由于变压器的负荷一般都要大于真实的负荷，所以要保证其负载不超过85%，这样就能保证电力使用的安全。

3 高层建筑电气工程供配电系统设计存在的问题

3.1 断路器的适用性问题

在高层建筑物的供电与分配中，断路器的选择是一个颇具争议性的问题，一些设计者往往会选择较高级的断路器，因为他们相信，断路器的性能会直接影响到供电的安全性，从而保证用户的供电需要。而在实际应用中，当一种先进的断路器末端的短路电流产生时，会引起一系列的跳闸。另外，一般情况下，在选择不选择的情况下，仍然会有很多的选择。当居民居住小区的能耗偏低时，往往会造成大量的无选择设备，造成资源的浪费，进而增加了系统的设计费用。另外，还会出现一些共同的问题，那就是因为下一级的开关设备所选用的参数比上面的过电流跳闸设定的更高，从而导致了该选择性器件的故障。在线路工作中，若出现了故障，使线路中断，将导致重大的安全事件，造成巨大的财产损失[2]。

3.2 回路设计问题

从现有的多栋高层建筑物的配电网设计中，很难引起人们的重视。一些设计师将会削减，或者干脆不去做循环。从而造成电线截面小于标准规定，在过载工况下使用，从而造成电线外壳的绝缘性能下降，从而造成电器的工作温度上升，对住宅电器造成一定的损害。若环故障等未引起足够的关注，将对今后的应用造成很大的威胁。

4 高层建筑电气工程供配电系统设计

4.1 做好高压配电系统的设计工作

当前，由于高层建筑对电力设备的要求越来越高，因此要加强电力系统的设计工作，才能保证其正常使用。目前的高层建筑中，大部分都是采用了大量的能源，因此采用的都是10kV的电源，两个电源一起提供，可以保证工程的正常运行。在高层建筑的电气工程中，高压配电网是一个十分关键的环节，它能够保证整个电网的稳定，一般的高压配电网都是采用一条母线，在使用的过程中，这些电缆可以进行自动的转换，同时也可以作为一个后备装置来提供电能，保证电力的安全，同时也保证了高楼的供电。母线基本分为几个部分，并能与供电进线回路相配合。

4.2 做好低压配电系统的设计工作

在高层建筑的电力工程中，低压配电网也是十分关键的一环，它能提高大楼的综合利用效率。只有在实际应用的时候，一定要采取适当的保护，让其更能充分地利用，避免不必要的损耗。在对高层建筑的低压配电网进行设计时，应注意对其进行接地防护，采取接地保护，既能保证供电线路的供电电压，又能减少发生事故的概率。因此，对高层建筑的供电和供电系统进行综合的规划是非常必要的，特别是在漏电保护方面，采用漏电开关可以降低漏电事故的发生，提高了高层建筑的使用效率，提高了电网的可靠性。

4.3 选择供配电系统中的导线

电线是电力输送的基本设备，也是电力传输的关键。所以，在进行线路的设计时，一定要选用适当的线材，以达到标准的运行要求，从而达到合理的线路布置要求[4]。因此，在选用电线的过程中，电线的材质是一个很关键的因素，如果电线的长度越短，则造价就会降低，并且在满足用户的需要时，尽量缩短电线的长度，降低电力消耗，达到节约能源的目的。

4.4 设置供配电系统的配电箱

低压配电装置的组成主要有开关设备、保护电器还有测量仪表等，通常都是把这些设备安装到金属柜上面，而且金属柜基本是封闭式的。一般来讲，这种设备都是装在一个金属箱里面的。而低压配电设备在正常工作的情况下，可以通过人工和自动切换添加的方式进行接线和断线，一旦线路发生故障，就可以将线路给断掉，避免发生意外。另外，还必须要有一种仪器，可以实时地监测到电厂和配电站的工作状态，将这些数据和标准数据进行对比，如果有太大的误差，那么就必须要发出警报，然后找到问题，然后进行处理，才能防止灾难的出现。另外，在照明配电盒内的环路的分布上，有一些需求是必需的。首先，要保证各个单元的电源输出是独立的。其次，为了满足空调回路的需求，需要分别设计一套独立的空调回路，而在厨房和浴室等地方，一般都要有独立的回路。最后，为了防止发生意外，必须安装与之对应的泄漏安全开关。

4.5 消防系统电气设计

为了确保电力供应的安全，电力设备的安全起到了关键的作用，因此，电力系统的设计必须引起设计者的足够的关注，并在确保电力供应的前提下，进行电力供应的优化，以提高电力的安全性和可靠性。因此，在高层建筑物中，防火门的电气设计应包含自动灭火、灭火装置联动、自动切断电源等。所以，在进行消防系统的电气设计中，必须依据建筑物的构造和电力供应状况，设定电力供应和电力供应，以确保一旦发生电力故障，立即发出警报，切断电力，以保障消防设备的正常运转，从而有效地控制建筑火灾险情，保证建筑物的安全。

4.6 照明系统设计

照明系统是建筑中直接影响用户日常生活的重要系统，因此在对高层住宅的采光系统进行规划时，必须参考相关的规范，根据室内构造对采光的要求，对其进行严格的调节，确保其运行的安全和方便。在高层建筑中，泛光的灯光效果也会对其产生一定的影响。

4.7 确定负荷的等级以及负荷容量的计算

在进行载荷分级时，应按照有关法规和具体条件进行。通常，对于高层建筑来说，其负载水平可以分为：消防设备、生活泵房、客梯、安全设施、主要通道以及楼梯间的灯光。在高层建筑的电力消费总量中，以居民为主体。所以，居民家庭的负荷核算，与选择变压器和工程用电量的计划有密切的联系。所以，在规划中，既要依据有关法规，又要考虑到高层建筑的特殊条件，才能做出最经济、最合理的选择。在选取系数时，若选取过大，将导致变压器的容量选取较大，增加了费用，导致了能源的消耗。如果选用因子太低，则极易造成电力负荷超负荷，给电力系统带来安全风险，同时也会缩短电力设备的使用年限。

4.8 合理选择接触器

在分配方案的设计上，人们常常把重点放在了对断路器的选取上，而对接触器的需求却很少考虑，因为接触器是配电网中最关键的一种功能的接触器，它的选取要考虑到其具体的复杂性以及具体的应用场合。在使用触点进行低负荷电机的防护时，必须确保其在接触面上的电压不能低于所需的断开电压。触点的主要触点必须比电机的标称或导线的设计值要高，并且要有足够的空间，并且要把接触器的工作时间也要包括在长时间的工作时间内。在使用接触机时，所选用的接触点的电流不得超过90%的电力装置（导线）。采用钨丝光源和带电容器进行电容器时，要注意其导通电流。在不同的温度、湿度、振动、粉尘、化学腐蚀等条件下，应根据不同的工作条件选择不同的接触方式。

4.9 应急发电机组供电系统

在进行高层建筑的供、配电网的规划时，必须配备备用电源。紧急电源应该具有迅速和可靠的自起动能力，在电源被切断15～30s后，可以重新开始工作。这就确保了高层建筑的电力供应可靠。我国目前的高压电源多为10kV，主要是单母线，单母线系统设备少，结构简单，投资少，经济性能好，深受高层建筑和工业单位的青睐。

4.10 接地保护系统

目前较为常见的系统接地方式分为IT系统、TT系统和TN系统，其中又分为TN-C，TN-C-S和TN-S系统。在施工现场，为了防止施工单位的不正确或施工单位的工作，必须统一施工控制方式，尽量保持接线过程和工作程序，并根据接地规范和特殊要求，采取措施措施，降低施工工程项目安全隐患的发生。

IT设备，在变压器的中性点处未接地，而外部的导体部分为接地。该技术系统适用于医疗、医疗等高可靠性场合，不适用于住宅小区等楼宇；TT从电力供应站的中性点引出N条电缆，但PE电缆均为单独的地线，不会产生短路，因此不能作为接地保护，而应该选择余流保护，一般用于农村电网，不适用于建筑物电力。

TN-C体系中的零点N与保护地PE是一体的，也就是说，PEN只有一条线路，而且有电流经过，所以可以在TN-C输入端PEN线路上反复地接，然后将PE和N分离，从而形成TN-C-S体系。TN-C-S系统既能满足常规PE的要求，同时也能很好地克服PEN的缺点。在老式楼房中，采用了这样的保护性接地方式，因为电力进入之前的PEN导线，会产生一定的电力扰动。

TN-S体系的零线N与PE（PE）在变电站的一个点上接地，当电力回路后PE和N被分离，没有线路的电线路。PE接头的金属壳体，在常规情况下不会产生任何的电流，安全可靠，抗干扰能力很好。该接地系统虽然成本略高于其他方法，但是它的安全性和可靠性是当前工程中常用的一种。

5 结语

由于高楼大厦的电力设备种类多，线路复杂，因此其在工程建设中的应用非常困难，因此要对其进行充分的分析才能保证其在工程应用中的安全。若不能正确地进行配电网的规划，将会造成电力设备的失效，造成电力系统的运行中断。所以，在进行高层建筑的供配电系统的规划时，应充分考虑各种因素，对其进行合理的优化，以达到节能、稳定、高效的目的。