摘要：本文從負荷性質(zhì)與容量、配電方式、導線選擇及敷設、低壓電器選擇和配電保護等方面探討了民用建筑低壓配電設計中的相關問題。

關鍵詞：民用建筑;低壓配電系統(tǒng);設計

低壓配電系統(tǒng)是指工頻交流電壓1000V及以下的配電系統(tǒng)。按《建筑物電氣裝置的電壓區(qū)段》（GB/T18379-2001）規(guī)定，1000V及以下的交流系統(tǒng)標稱電壓分為220V/380V、380V/660V和1000 V（1140 V）三個區(qū)段，在一般民用建筑中220V/380V是最為普遍的。低壓配電系統(tǒng)主要是由配電線路、配電裝置和用電設備等組成，一般通過配電變壓器、開閉所、配電室得到220V/380V的電能。低壓配電系統(tǒng)與民用用電用戶緊密相連，其供電可靠性和電能質(zhì)量與人民群眾切身利益息息相關，所以民用建筑低壓配電設計非常重要。本文結合設計實踐對低壓配電系統(tǒng)的設計進行了分析和探討。

1 民用建筑低壓配電設計的主要內(nèi)容

民用建筑低壓配電系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容包括配電系統(tǒng)組成形式、配電方式、導線選擇、線路敷設、配電系統(tǒng)保護等方面。配電系統(tǒng)設計的首要目標是保證供電可靠、連續(xù)及穩(wěn)定的電能質(zhì)量，還要注意接線不應過于復雜，操作控制應力求簡單、方便和安全，并應保證一定的靈活性。低壓配電系統(tǒng)取決于很多因素，根據(jù)《民用建筑電氣設計規(guī)范》（JGJ 16-2008）第7.1.2條，主要因素是工程類別、規(guī)模、負荷性質(zhì)、容量、發(fā)展?jié)摿Φ?，但不能否認當?shù)仉娋W(wǎng)的配電系統(tǒng)也是重要因素。

2 負荷性質(zhì)

明確負荷性質(zhì)是非常重要的，因為民用建筑分為居住建筑和公共建筑，居住建筑又分為住宅建筑、宿舍建筑，住宅建筑可再分為多層住宅、高層住宅、超高層住宅、公寓住宅、別墅等;公共建筑的類型就更多了，有商業(yè)建筑、教育建筑、體育建筑、醫(yī)療建筑、交通建筑……，不同建筑的負荷性質(zhì)差別很大。其中針對不同負荷性質(zhì)進行正確分級是關鍵。JGJ 16-2008對負荷分級作出了原則性規(guī)定，其表3.2.2對常用負荷進行了分級，但難以將各類建筑中的所有負荷全部列出，其他類似負荷分級應根據(jù)工程實際情況參照確定。

3 負荷容量

容量要通過負荷計算得到，負荷計算方法在相關規(guī)范中一直沿用需要系數(shù)法。該方法的優(yōu)點是計算簡便，但準確程度不太理想，而且民用建筑的需要系數(shù)比相應工業(yè)方面研究少，而且缺少實測數(shù)據(jù)驗證。采用需要系數(shù)法計算結果偏大的情況較多，會增加導線、設備的投資。朱甫泉等^[1]建議引入同時系數(shù)和參差分布系數(shù)，以提高計算的準確率。另一方面，負荷容量取值也與地區(qū)因素有關，不同地區(qū)執(zhí)行的標準有較大差別，例如某地區(qū)住宅基本配置容量比國家標準高出不少，按《住宅建筑電氣設計規(guī)范》（JGJ 242-2011）規(guī)定，建筑面積≤60m²配置3kW，建筑面積（60～90）m²配置4kW，（90～150）m²配置6kW;而該地區(qū)《新建居住區(qū)供配電設施規(guī)劃設計導則（試行）》規(guī)定，建筑面積≤120m²均配置8kW^[2]。

4 配電方式

目前，低壓配電系統(tǒng)有放射式、樹干式、變壓器-干線式、鏈式、備用柴油發(fā)電機組、環(huán)網(wǎng)式等配電方式。放射式配電各支線間互不干擾，各用戶獨立受電，供電可靠性高，并且配電設備集中，檢修方便。但靈活性較差，有色金屬消耗多，開關設備也較多，適用于設備容量大、對供電可靠性要求高的場合配電。樹干式配電優(yōu)缺點與放射式接線幾乎相反，適用于設備容量較小、明敷設回路、負荷分布均勻且對供電可靠性要求不高的場合。變壓器-干線式配電更簡單，配電設備更節(jié)省，但供電可靠性也比較差，因此一般要求分支回路數(shù)不超過10個。鏈式配電特點與樹干式配電相似，由于線路上沒有分支點，發(fā)生故障時整條鏈上的設備全部停電，所以要求鏈上串聯(lián)的設備總數(shù)不超過5臺，總容量不超過10kW。備用柴油發(fā)電機組方式采用10kV專線主供電，柴油發(fā)電機組備供電，在兩條電源線之間設置連鎖，避免并網(wǎng)運行，適于含部分重要負荷的用戶。環(huán)網(wǎng)式接線由一個或一個以上電源供電，干線結成閉環(huán)。常采用雙線環(huán)式結構，一般情況下環(huán)路斷開，實際上按雙電源樹干式線路運行，這樣保護裝置動作有選擇性，縮小故障停電范圍。雙電源環(huán)網(wǎng)供電適用于一二級負荷，單電源環(huán)網(wǎng)供電適于停電時間不超過0.5h的二級負荷。上述各種配電方式各有利弊，應根據(jù)負荷性質(zhì)確定適宜的接線方式，例如高層建筑向各樓層供電時，可采用分區(qū)樹干接線方式。

低壓配電干線分支接線方式有單式干線、雙式干線、公共備用式干線和雙母線式干線等。負荷較小、供電可靠性要求不高的高層建筑常采用單式干線方式，干線可采用電纜敷設;負荷較大的建筑宜采用雙式干線方式，干線應采用硬母線配線;含重要負荷的建筑可采用公共備用式和雙母線式干線，供電可靠性有保證。

5 導線選擇

民用建筑低壓配電導線應采用銅芯電纜或電線，導線應按發(fā)熱條件選擇截面大小，即按導線長期允許載流量計算截面，并按電壓損失率校驗截面，同時還應滿足經(jīng)濟運行條件、故障時的熱穩(wěn)定性條件和機械強度要求，再從上述條件計算出的截面中選擇較大一個。室內(nèi)導線、電纜應按額定電壓、負荷等級、敷設條件等進行選擇，同時也要考慮電磁感應等影響因素，一般用電220V/380V時選用耐壓500 V的導線、電纜。距離在200m以內(nèi)且負荷電流較大時，應先按發(fā)熱條件計算截面，再按電壓損失和機械強度條件校驗;距離超過200m且電壓質(zhì)量要求較高時，應先按電壓損失條件計算截面，再按發(fā)熱條件和機械強度條件校驗。中性導體和保護導體截面選擇JGJ 16-2008第7.4.4條給出具體規(guī)定，此外還應注意：低壓供電保護線（PE線、PEN線）選擇時其電導不應小于相線電導的50%，所以保護線截面在相線為16mm²時，保護線截面可與之相同;相線為16～35mm²時，保護線截面可取16mm²;相線截面gt;35mm²時，保護線截面取相線截面的50%。任何情況下，保護導體截面在沒有機械損傷保護時，銅導線不得小于4 mm²;有機械損傷保護時，銅導線不得小于2.5 mm²;無論有無機械損傷保護，鋁導線均不得小于16 mm²。

6 導線敷設

低壓配電線路導線敷設主要根據(jù)環(huán)境特征、建筑物特征、人與導線接近程度、短路形成的機電應力影響以及線路可能受到的其他影響等條件確定。室外可通過架空線路或電纜敷設，其中電纜敷設方法包括直埋、電纜溝、隧道、排管、橋架等。絕緣導線在建筑內(nèi)可采取直敷、金屬導管或軟性金屬管、金屬槽盒、塑料管或槽盒等布線，高層建筑常利用電氣豎井布線。

理論上導線和電纜敷設只有明敷和暗敷的區(qū)別，無論采用哪種方式都應避免敷設在最不利條件下。在考慮敷設方式時，應注意環(huán)境要求。環(huán)境要求分為一般要求、有防火要求、有防水要求、高原嚴寒氣候要求等，相應的導線或電纜有普通型、耐火型、阻燃型、耐高溫型、耐寒型等。

7 低壓電器選擇

低壓電器是指能通過手動或自動分合交流1200V和直流1500V及以下的電路，以實現(xiàn)被控制對象實現(xiàn)控制、切換、調(diào)節(jié)、檢測、保護等功能的電器。低壓電器按所起的作用，可分為配電電器和控制電器兩大類。常用低壓電器有斷路器、刀開關、熔斷器、接觸器、熱繼電器、按鈕、剩余電流動作保護器等。低壓配電系統(tǒng)低壓電器的選擇，應從工作可靠性、短路故障耐受力、開關電器斷流能力以及環(huán)境條件等方面綜合考慮。一般先按工作環(huán)境及正常運行條件選擇，再按短路條件校驗熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性，開關電器要同時校驗斷流能力。

目前，低壓電器發(fā)展很快，品種、規(guī)格眾多，這給選擇帶來一定困難。以低壓斷路器為例，結構類型就那么幾種，但各種脫扣器和附件組合就能產(chǎn)生花樣繁多的功能類別，并且斷路器的整定方法也比較復雜，這就導致低壓斷路器的選擇常常不盡合理。低壓斷路器的設計選型，首先應按通用原則進行選擇，即先根據(jù)低壓配電系統(tǒng)對負載特性、故障類別及線路保護的要求選擇基本類型，再按額定電壓、頻率選擇符合要求的型號，然后根據(jù)負載計算電流確定斷路器的額定電流，接下來選擇適合的工作和環(huán)境條件類型，再驗算動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定及斷流能力，最后根據(jù)安裝要求選定安裝型式。

8 配電保護

低壓配電線路的保護類型有過電流保護、過電壓保護、欠電壓保護、剩余電流保護等。短路和過負荷都會引起過電流，兩者的區(qū)別在于短路會造成線路絕緣破壞，而過負荷則不會。線路接地故障可引起“剩余電流”——線路中各相（包括中性線）的電流矢量和不為零，由于接地故障可能引起電氣火災，所以《低壓配電設計規(guī)范》（GB 50054-2011）有規(guī)定，低壓配電系統(tǒng)須安裝防線路電氣火災的保護，也就是剩余電流保護。過電壓可能由雷電引起，也可能因大功率設備投切所造成，它們分別被稱為雷電過電壓和操作過電壓，無論哪一種都可能造成線路設備絕緣損壞、供電中斷或火災，所以需要保護。低壓配電線路需要注意保護的選擇性，按GB 50054規(guī)定，低壓配電線路上下級保護動作要有選擇性，并且相互之間需要協(xié)調(diào)配合，只有不重要的保護電器可以無選擇性切斷。

9 結語

民用建筑低壓配電系統(tǒng)受到建筑類型、規(guī)模、負荷性質(zhì)、容量、使用狀況等多種因素的影響，設計的目標是保證用電安全可靠，同時兼顧經(jīng)濟性和建筑發(fā)展?jié)摿?，本文針對低壓配電系統(tǒng)設計相關的議題進行了討論，不當之處還望同行斧正。

參考文獻：

[1]朱甫泉，朱永強.論超高層建筑供配電系統(tǒng)設計[J].建筑電氣，2010，29（2）：21-28.

[2]祝惠敏.居住小區(qū)供配電設計[J].現(xiàn)代建筑電氣，2013，4（7）：22-25，43.