鄭申平 山西四建集團(tuán)有限公司山西太原

1 前言

在當(dāng)前社會(huì)背景下，城市中逐年出現(xiàn)了眾多民用高層建筑，而隨著一棟棟“摩天大樓”的拔地而起，民用高層建筑的設(shè)計(jì)問(wèn)題也越來(lái)越受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。在民用高層建筑設(shè)計(jì)中，供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)不但是重點(diǎn)，而且同樣是難點(diǎn)，只有把握好供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)原則和要點(diǎn)，有針對(duì)性地解決常見(jiàn)故障問(wèn)題，才能夠切實(shí)保障建筑供電質(zhì)量和安全。

2 民用高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)需遵循的原則

2.1 可靠性原則

由于民用高層建筑中用電人數(shù)多、人員分布密集，所以在民用高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)中必須要遵循可靠性原則，通過(guò)科學(xué)分析建筑實(shí)際用電負(fù)荷等級(jí)來(lái)進(jìn)行合理規(guī)劃，以保證建筑中的供配電系統(tǒng)，無(wú)論處于任何情況的運(yùn)行模式下，均能夠有效提供持續(xù)穩(wěn)定的電力保障。

2.2 簡(jiǎn)潔性原則

由于民用高層建筑中的電氣設(shè)備及管線使用量較多，并且電氣設(shè)備的日常運(yùn)行和維護(hù)工作量也非常大，所以在民用高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)中必須要遵循簡(jiǎn)潔性原則，盡可能地減少無(wú)用設(shè)備，以提高操作的方便性與簡(jiǎn)易性，并便于故障排查和處理。

2.3 安全性原則

用電安全問(wèn)題是人們所最關(guān)心的一項(xiàng)問(wèn)題，所以在民用高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)中必須要遵循安全性原則，時(shí)時(shí)刻刻繃緊“安全”這根弦，不漏放任何安全問(wèn)題，做好各項(xiàng)安全細(xì)節(jié)優(yōu)化，并加強(qiáng)日常檢修維護(hù)，以切實(shí)保障供電安全。

3 民用高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

3.1 電力負(fù)荷計(jì)算

一旦發(fā)生了電力負(fù)荷事故，則可能會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)估的損失。民用高層建筑供配電系統(tǒng)的電力負(fù)荷通常分為三個(gè)等級(jí)，在實(shí)際電氣設(shè)計(jì)中，需根據(jù)相關(guān)規(guī)范并結(jié)合建筑的特點(diǎn)、性質(zhì)、規(guī)模及實(shí)際供電狀況來(lái)合理確定電力負(fù)荷等級(jí)，同時(shí)還要合理確定電力等級(jí)和電源回路數(shù)、合理設(shè)置自備電源。正常情況下，可采取兩個(gè)各自獨(dú)立的電源，用于實(shí)現(xiàn)一級(jí)負(fù)荷供電，其中一個(gè)負(fù)責(zé)持續(xù)供電。如果電力負(fù)荷非常重要的話，則應(yīng)提前考慮到可能會(huì)出現(xiàn)的各種故障問(wèn)題，另外專(zhuān)門(mén)設(shè)置有效的應(yīng)急電源，一般是采用獨(dú)立的發(fā)電機(jī)組，且要確保應(yīng)急電源的設(shè)置符合電網(wǎng)實(shí)際條件。針對(duì)二級(jí)負(fù)荷來(lái)說(shuō)，如果它發(fā)生了變壓器的故障，或是發(fā)生了線路的故障，則無(wú)論處于何種情況下，都要及時(shí)進(jìn)行恢復(fù)。

3.2 供電電壓設(shè)計(jì)

在具體的供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)中，供電電壓設(shè)計(jì)的合理性與否，直接關(guān)系著供電是否穩(wěn)定。影響供電電壓的因素有很多，包括電力負(fù)荷、供電線路回路數(shù)、供電距離等，均會(huì)對(duì)供電電壓產(chǎn)生不同程度的影響。在民用高層建筑中，一般其供配電系統(tǒng)都沒(méi)有特別重要的電力負(fù)荷，電源使用10kv 高壓電源即可，低壓配電電壓則采用柴油發(fā)電機(jī)組。

3.3 高壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)于民用高層建筑中的供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)而言，高壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)關(guān)鍵問(wèn)題。一般情況下，多是采用單母線分段式的設(shè)計(jì)方案，目的是有效保障線路的使用和切換，并使線路互相成為對(duì)方的備用設(shè)備，提高電力系統(tǒng)保障。

3.4 變壓器設(shè)計(jì)

變壓器乃是重點(diǎn)部分，為保障變壓器的運(yùn)行安全性，并持續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行，在它的設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮到實(shí)際運(yùn)行條件，同時(shí)還要盡量減少能源消耗。在具體的變壓器選擇中，應(yīng)選擇低能耗且高效的變壓器，盡可能地將負(fù)荷率的最佳狀態(tài)控制在70～85%范圍內(nèi)。同時(shí)，還應(yīng)盡量減少變壓器的使用數(shù)量，以降低成本。

3.5 低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

所謂低壓配電系統(tǒng)，是指一種根據(jù)用戶需求，同時(shí)根據(jù)配電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)行為的基礎(chǔ)，再次進(jìn)行開(kāi)發(fā)的智能配電系統(tǒng)。低壓配電系統(tǒng)的最主要功能與作用是分配電力。低壓配電系統(tǒng)中主要包括變電所、高壓配電線路、配電變壓器、低壓配電線路、相關(guān)控制保護(hù)設(shè)備等幾個(gè)部分。其中，變電所的主要功能與作用，是將原本的電網(wǎng)輸電中的電壓，有效地轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧呐潆婋妷?；配電變壓器的主要功能與作用，是根據(jù)具體的實(shí)際需要，合理地進(jìn)行配電電壓調(diào)整；相關(guān)控制保護(hù)設(shè)備的主要功能與作用，是進(jìn)行控制保護(hù)?？傮w來(lái)說(shuō)，其優(yōu)勢(shì)和價(jià)值主要在于三點(diǎn)：一是具有較高的自動(dòng)化程度，二是具有較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性，三是具有較好的性能。

3.6 低壓斷路器設(shè)計(jì)

民用高層建筑供配電系統(tǒng)需要依靠低壓斷路器來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣保護(hù)作用，所以必須要重視低壓斷路器的設(shè)計(jì)，不斷優(yōu)化和改進(jìn)其功能，保障安全性與可靠性。與傳統(tǒng)的保險(xiǎn)絲、閘刀等相比，它可以起到更加有效、更加全面的保護(hù)作用。一些情況下，在空氣開(kāi)關(guān)中本身是安裝有相應(yīng)的失壓保護(hù)裝置的，這樣一來(lái)，電壓一旦發(fā)生異常降低，則必須切除掉不重要的用戶，期間低壓斷路器可以發(fā)揮出自動(dòng)啟動(dòng)失壓保護(hù)功能。如果根據(jù)電源種類(lèi)對(duì)低壓斷路器進(jìn)行分類(lèi)的話，可分為直流電路的低壓斷路器和交流電路的低壓斷路器；如果根據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型對(duì)低壓斷路器進(jìn)行分類(lèi)的話，則可分為封閉式的低壓斷路器和框架式的低壓斷路器。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，合理選擇不同類(lèi)型的低壓斷路器。

4 民用高層建筑供配電系統(tǒng)電氣故障及解決對(duì)策

4.1 電氣故障

4.1.1 漏電故障

如果線路本身的絕緣能力不太好的話，就會(huì)導(dǎo)致一些電流流過(guò)情況的出現(xiàn)，這即是漏電故障。由于當(dāng)線路處于正常運(yùn)行的狀態(tài)下時(shí)，導(dǎo)線與導(dǎo)線之間或是導(dǎo)線與大地之間會(huì)存在電容，所以漏電不可避免。通常情況下，若電氣線路是在正常地運(yùn)行的話，那么當(dāng)其不慎發(fā)生了漏電問(wèn)題時(shí)，漏電流的幅值并不大，且是沿線路均勻分布的，對(duì)線路的絕緣破壞性幾乎可以忽略掉；但若受一些因素的影響導(dǎo)致線路失去了良好的絕緣性能的話，則一旦與大地之間發(fā)生了直接的接觸，就極有可能會(huì)引起非正常漏電故障，甚至還可能會(huì)因此而引起電火花。

4.1.2 短路故障

短路問(wèn)題是指線路的不同電勢(shì)的兩點(diǎn)發(fā)生直接接觸的情況，這種情況下的電流通常幅值都很大，易造成溫度劇烈升高，并將導(dǎo)線附近的易燃物引燃，從而釀成較大的建筑電氣火災(zāi)事故。

4.1.3 過(guò)負(fù)荷故障

過(guò)負(fù)荷指的是原本在電氣線路中正常流過(guò)的電流，突然幅值超過(guò)了正常的范圍，即高于了安全量。一般來(lái)說(shuō)，不同的導(dǎo)線存在不同的內(nèi)阻，且通常情況下其內(nèi)阻都是有限的，所以當(dāng)電流出現(xiàn)過(guò)大問(wèn)題時(shí)，即會(huì)因過(guò)負(fù)荷情況而引起線路發(fā)熱，嚴(yán)重者還可能會(huì)產(chǎn)生火花，造成絕緣失效，引起建筑電氣火災(zāi)。導(dǎo)線的發(fā)熱量同電流的大小是成正比的，超過(guò)負(fù)荷越多則線路發(fā)熱越嚴(yán)重。

4.1.4 接觸電阻過(guò)大故障

接觸電阻過(guò)大是一項(xiàng)比較常見(jiàn)的故障問(wèn)題，在正常的情況下，無(wú)論是線路與線路相互之間連接的地方，還是線路與開(kāi)關(guān)相互之間連接的地方，均是處于良好結(jié)合狀態(tài)的；但若其中出現(xiàn)了接觸不良現(xiàn)象的話，則會(huì)引起一些較大的接觸電阻，且接觸電阻超限還會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致在電流流過(guò)時(shí)產(chǎn)生大量的熱，從而引起金屬和絕緣層故障，乃至引發(fā)建筑電氣火災(zāi)。

4.2 解決對(duì)策

4.2.1 加強(qiáng)供電線路安全設(shè)計(jì)

先全面了解建筑實(shí)際情況，明確實(shí)際情況和所處環(huán)境，再進(jìn)行合理的供電線路設(shè)計(jì)，避免線路腐蝕等問(wèn)題的發(fā)生。注意必須要使用符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的材料和設(shè)備，并嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行線路布置。

4.2.2 加強(qiáng)配電方案安全設(shè)計(jì)

可在民用高層建筑中采用2 臺(tái)以上變壓器，并在此之外，再額外配備專(zhuān)門(mén)的柴油發(fā)電機(jī)組1臺(tái)，這樣做的目的是保障供電能夠持續(xù)穩(wěn)定以及用電能夠安全高效。一般情況下，對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)組而言，它都是具有特定啟動(dòng)條件限制的，當(dāng)全部進(jìn)電線路均發(fā)生斷電后它才會(huì)開(kāi)始進(jìn)行工作，且會(huì)在短短的10s 時(shí)間內(nèi)，十分快速地完成啟動(dòng)任務(wù)，有效發(fā)揮出備用電源的作用。

4.2.3 加強(qiáng)電氣箱體安全設(shè)計(jì)

電氣箱體宜設(shè)置在建筑的現(xiàn)澆墻體上，如果建筑本身屬于預(yù)制裝配式建筑，需要將電氣箱體設(shè)置在預(yù)制墻體上的話，那么則需要對(duì)預(yù)制墻體進(jìn)行加強(qiáng)。其次，兩個(gè)箱體之間的距離不宜過(guò)近，并且在設(shè)計(jì)中需要與建筑專(zhuān)業(yè)進(jìn)行配合，確保滿足隔聲、防火等方面的要求。由于在箱體位置的疊合板塊處，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些管線交叉問(wèn)題，所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)想辦法分流管線，并適當(dāng)優(yōu)化局部設(shè)計(jì)方案，例如在配電箱、弱電箱等部位采用現(xiàn)澆樓板。再者，需把握好箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，配電箱在運(yùn)行過(guò)程中易受各種內(nèi)外部因素影響導(dǎo)致溫度過(guò)高，從而影響到很多元器件的正常運(yùn)行，所以應(yīng)設(shè)法提升配電箱的散熱性能。此外，在地下車(chē)庫(kù)中，也應(yīng)有效設(shè)置專(zhuān)門(mén)的配電間，這樣做是為了避免當(dāng)配電箱不慎發(fā)生了火災(zāi)時(shí)，影響到其他區(qū)域的配電箱。

4.2.4 加強(qiáng)接地保護(hù)安全設(shè)計(jì)

為切實(shí)保障民用高層建筑供配電系統(tǒng)的供電安全，應(yīng)加強(qiáng)接地保護(hù)安全設(shè)計(jì)。一般情況下，需在建筑設(shè)施中設(shè)置相應(yīng)的接地保護(hù)裝置（故障點(diǎn)自動(dòng)切斷裝置），從而給整體電氣運(yùn)行提供可靠保障。另外在設(shè)計(jì)中還要根據(jù)實(shí)際情況合理選擇接地保護(hù)系統(tǒng)，如IT系統(tǒng)、TT系統(tǒng)或者TN系統(tǒng)等。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在民用高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)中，需在遵循可靠性、簡(jiǎn)潔性及安全性原則的前提下，充分結(jié)合實(shí)際情況，重點(diǎn)考慮電力負(fù)荷計(jì)算、供電電壓設(shè)計(jì)、高壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、變壓器設(shè)計(jì)、低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及低壓斷路器設(shè)計(jì)等問(wèn)題，并加強(qiáng)供電線路、配電方案、電氣箱體、接地保護(hù)等方面的安全設(shè)計(jì)，從而最大限度地保障建筑供電質(zhì)量和安全。