高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張定

【摘 要】近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，為滿足城市居民的需求，涌現(xiàn)出大量高層和超高層建筑。同時(shí)，科技社會(huì)的發(fā)展，讓人們對(duì)超高建筑有了新的需求。除了良好的建筑質(zhì)量以外，還要求具有較高的舒適度、良好的智能性等。因此，要求我們?cè)趯?duì)高層建筑電氣工程的建設(shè)中把握消費(fèi)者的使用需求，在滿足人們舒服、智能化住宅需求的基礎(chǔ)上，發(fā)揮好電氣工程功能的優(yōu)勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】高層建筑;電氣工程;供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

滿足城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)的要求，我國(guó)建筑正向著高層化和超高層化的方向發(fā)展，雖然高層建筑能夠解決城市用電緊張、人口劇增的要求，但也存在著安全、交通、環(huán)境、能源消耗等多種難以有效解決的問(wèn)題，建筑工程高度越大，則安全性、耐久性、舒適性方面存在的問(wèn)題就越多，尤其是供配電系統(tǒng)，幾乎涉及高層建筑每個(gè)角落，對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量有極高的要求，任何一個(gè)環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，都會(huì)影響高層建筑使用性能，甚至引發(fā)安全事故。基于此，開(kāi)展高層建筑供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析研究尤為必要。

1供配電系統(tǒng)的含義分析

眾所周知，在高層建筑當(dāng)中有著多種多樣的電氣設(shè)施，例如：給排水設(shè)施、防排煙設(shè)施、其他消防設(shè)施等等。另外，高層建筑的使用功能之間存在著極大的差異，所以電功率也會(huì)有很大的不同，總體來(lái)說(shuō)，高層建筑當(dāng)中所需要的功率極高極大。另外，高層建筑當(dāng)中的應(yīng)急用電都需要獨(dú)立的電源，所以供配電系統(tǒng)的運(yùn)行應(yīng)該與電力系統(tǒng)的總體要求相符合、相一致，只有這樣，才能確保高層建筑電氣工程在使用過(guò)程當(dāng)中的穩(wěn)定性與安全性。

2高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1低壓配電系統(tǒng)接地安全保護(hù)

在任何配電系統(tǒng)中，人身安全的防護(hù)永遠(yuǎn)處于第一位，因此在高層建筑低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了保護(hù)建筑物內(nèi)的居民人身安全和配電作業(yè)人員安全，需要在設(shè)計(jì)時(shí)選擇可靠的配電系統(tǒng)接地保護(hù)方式。在設(shè)有變電所的高層建筑內(nèi)，接地系統(tǒng)優(yōu)先選用TN-S系統(tǒng)。由于高層建筑樓層高，人員數(shù)量多，所以發(fā)生安全問(wèn)題時(shí)需要爭(zhēng)取更多的疏散時(shí)間。在配電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，接地保護(hù)能夠迅速切斷故障位置的供電，保護(hù)設(shè)備和人員不受傷害。在接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮地形因素和配電系統(tǒng)參數(shù)等，確保接地保護(hù)的可靠性。對(duì)于TN系統(tǒng)，其故障電流往返通路為相線和PE線，防電擊電器保護(hù)通常利用熔斷器、斷路器之類的過(guò)電流保護(hù)。故障電流越大，切斷電源越迅速，防電擊效果越好。應(yīng)將PE線盡量靠近相線敷設(shè)以減少故障回路的電抗，確保迅速切斷故障電源。

近年來(lái)，我國(guó)開(kāi)始和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌。IEC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)系統(tǒng)接地的實(shí)施有嚴(yán)格的要求，不允許在變壓器室或發(fā)電機(jī)室內(nèi)將星型結(jié)點(diǎn)就地接地。它規(guī)定自變壓器（發(fā)電機(jī)）星型結(jié)點(diǎn)引出的PEN線必須絕緣，并只能在低壓配電盤(pán)內(nèi)一點(diǎn)與接地的PE母排連接爾實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)接地，在這點(diǎn)外不得再在其他處接地，不然中性線電流將通過(guò)不正規(guī)的并聯(lián)通路而返回電源。這部分中性線電流被稱作雜散電流，會(huì)可能引起電氣災(zāi)害。

2.2調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化無(wú)功補(bǔ)償

電網(wǎng)中的電動(dòng)機(jī)和配電變壓器數(shù)量龐大，不可能大批量更換和實(shí)時(shí)調(diào)整，通過(guò)在變電所不同出線加裝智能真空斷路器，建設(shè)聯(lián)絡(luò)線等方式調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，隨著高層建筑電機(jī)等感性負(fù)載增多，使得感性無(wú)功功率增大，降低了電源的供電能力，通過(guò)三級(jí)無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞郊醋冸娝a(bǔ)償一部分、在負(fù)荷集中處的高壓線路上設(shè)置補(bǔ)償裝置、在變臺(tái)上設(shè)置分散補(bǔ)償，通過(guò)優(yōu)化補(bǔ)償?shù)娜萘亢臀恢?，降低線路功率損耗，同時(shí)提高設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，平均功率因數(shù)達(dá)到0.90以上，每年節(jié)約大量電能。

2.3供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

①負(fù)荷等級(jí)設(shè)計(jì)。案例工程供電負(fù)荷比較大，為保證供電的穩(wěn)定性，在供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，需要對(duì)用電負(fù)荷進(jìn)行限制分級(jí)，做到該保的必須保，該停的必須停，遵循“區(qū)別對(duì)待”的設(shè)計(jì)原則，既要保證供電的合理性，又要避免電力資源無(wú)故浪費(fèi)。高層建筑供電系統(tǒng)負(fù)荷等級(jí)包括：一類高層建筑中的消防用電需要按照一級(jí)負(fù)荷要求進(jìn)行供電;二類消防用電則需要按照二級(jí)符合要求進(jìn)行供電。如果高層建筑中有一級(jí)負(fù)荷特別重要時(shí)，影響供電系統(tǒng)運(yùn)行的空調(diào)用電需要按照一級(jí)負(fù)荷進(jìn)行供電。而如果主體建筑中有很多一級(jí)負(fù)荷時(shí)，影響供電系統(tǒng)運(yùn)行的空調(diào)用電要設(shè)計(jì)成二級(jí)負(fù)荷。②計(jì)算供電負(fù)荷。在建筑供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為更好地確定供電等級(jí)、供電方式、供電設(shè)備等，需要做好供電負(fù)荷計(jì)算工作。我國(guó)不同地區(qū)，溫差比較大，建筑形式及結(jié)構(gòu)也存在一定的差別，不能按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)計(jì)算供電負(fù)荷。有的高層建筑不同樓層的使用功能存在較大區(qū)別，在供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，按照樓層高低和建筑面積的不同，合理制定衡量標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算負(fù)荷，會(huì)取得良好效果。

2.4供配電系統(tǒng)配電箱的設(shè)置

在高層住宅建筑中，電表箱總開(kāi)關(guān)應(yīng)具備過(guò)電流和漏電保護(hù)功能，漏電電流宜選300至500mA以提高防火災(zāi)性能。戶內(nèi)配電箱不應(yīng)設(shè)置在臨水房間隔墻上或煙道隔墻上，防止安全隱患。照明配電箱的回路必須滿足照明系統(tǒng)的需求，客廳臥室、廚房、衛(wèi)生間的插座，都要有單獨(dú)回路供電。在空調(diào)回路設(shè)置的過(guò)程中要設(shè)置成獨(dú)立式的空調(diào)回路，除了壁掛空調(diào)插座之外，其他的插座回路都應(yīng)該安裝漏電保護(hù)裝置。

2.5電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高層建筑供配電系統(tǒng)中等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，其主要作用是降低接觸電壓，避免發(fā)生觸電事故，保證人員安全。在高層建筑供配電系統(tǒng)接地故障保護(hù)設(shè)計(jì)中，需要在高層建筑內(nèi)部設(shè)計(jì)總等電位聯(lián)結(jié)。如果受到條件的限制，電氣裝置的接地故障保護(hù)難以滿足實(shí)際需求，需要在局部范圍內(nèi)，設(shè)置局部等電位聯(lián)結(jié)，以保證用電的安全性。

2.6變壓器設(shè)計(jì)

變壓器的設(shè)計(jì)原則因素較多，從配電系統(tǒng)安全性的角度來(lái)看，主要集中在變壓器的選用類型、變壓器的容量和變壓器的負(fù)載率幾個(gè)方面。變壓器按冷卻方式可分為干式變壓器和油浸式變壓器。油浸式變壓器性能優(yōu)良、價(jià)格低廉，但油浸式變壓器用硅油絕緣，其燃點(diǎn)為180℃，高燃點(diǎn)為360℃，發(fā)生匝間短路或過(guò)負(fù)荷可導(dǎo)致變壓器內(nèi)產(chǎn)生瓦斯氣體，易發(fā)生火災(zāi)和爆炸。所以，目前高層民用建筑中已不再采用油浸式變壓器。干式變壓器無(wú)可燃油，也不會(huì)產(chǎn)生瓦斯爆炸，在民用建筑中，人員密集，使用干式變壓器降低了火災(zāi)危險(xiǎn)，安全性更好。另外，使用干式變壓器的變電所占用面積小，防火要求也比油浸式變壓器低，整體造價(jià)有優(yōu)勢(shì)。高層建筑的規(guī)模較于一般建筑更大，用電設(shè)備更多，如果選用大容量的變壓器容量，其供電范圍和供電半徑可能偏大，對(duì)配電系統(tǒng)的繼電保護(hù)和低壓斷路器等設(shè)備要求更高，當(dāng)保護(hù)設(shè)備達(dá)不到要求或者故障時(shí)，更容易出現(xiàn)安全性風(fēng)險(xiǎn)，故結(jié)合實(shí)際需求，高層建筑中不建議選用大于1250kVA的單臺(tái)變壓器。

結(jié)語(yǔ)

電氣工程供配電系統(tǒng)要與高速發(fā)展時(shí)代下的高層建筑發(fā)展速度相符合、相一致，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，需要專業(yè)的工作人員對(duì)于實(shí)際的情況進(jìn)行仔細(xì)的分析之后再對(duì)供配電系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)。同時(shí)還要嚴(yán)格按照供配電系統(tǒng)當(dāng)中出現(xiàn)的某些問(wèn)題給出科學(xué)、合理、與之相對(duì)應(yīng)的解決方法，只有這樣，才能確保供配電系統(tǒng)運(yùn)行的安全與穩(wěn)定，讓生活與工作在高層建筑當(dāng)中的人們多一份安心與放心。

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