屈磊

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海 200082）

1 工程概況

某高層建筑，項(xiàng)目?jī)?nèi)容為辦公、住宅綜合樓，建筑結(jié)構(gòu)為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，整體建設(shè)面積約為8 000 m2，其中，地上建筑面積約為5 516 m2，屬于一類高層建筑工程項(xiàng)目。按照GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，該建筑用電負(fù)荷為二級(jí)負(fù)荷，住宅區(qū)域每戶用電負(fù)荷設(shè)計(jì)為7 kW，共包含256 戶，總用電量為1 792 kW。建筑運(yùn)行過(guò)程中空調(diào)系統(tǒng)、公共用電設(shè)施、發(fā)電設(shè)備所產(chǎn)生的負(fù)荷分別為760 kW、768 kW、918 kW。對(duì)該高層建筑項(xiàng)目進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，由于低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行中的安全要求較高，所以，要求施工單位依據(jù)高層建筑用電需求，優(yōu)化低壓配電系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。

2 高層建筑低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

高層建筑電氣設(shè)計(jì)中，低壓配電系統(tǒng)由高、低壓配電線路以及配電變壓器、配電變電組成。低壓配電系統(tǒng)中的控制保護(hù)設(shè)施會(huì)監(jiān)測(cè)電力資源分配情況，當(dāng)高層建筑中的電壓超過(guò)設(shè)計(jì)負(fù)荷時(shí)，低壓配電系統(tǒng)可直接切斷電源線路，使建筑電氣設(shè)備進(jìn)入自動(dòng)保護(hù)狀態(tài)。但是受多種因素影響，高層建筑低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行中的安全風(fēng)險(xiǎn)較多，使用期間會(huì)有火災(zāi)、漏電、短路風(fēng)險(xiǎn)，因此，在設(shè)計(jì)高層建筑低壓配電系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)滿足以下要求，保證低壓配電系統(tǒng)的安全性。

1）低壓配電系統(tǒng)是高層建筑電氣設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，為滿足高層建筑供配電要求，設(shè)計(jì)低壓配電系統(tǒng)時(shí)應(yīng)確保供電活動(dòng)的持續(xù)性。相關(guān)人員可按照高層建筑的用電需求，在電氣設(shè)計(jì)中增加電源設(shè)備，可為其提供兩個(gè)電源，且這兩個(gè)電源相互獨(dú)立，在低壓配電系統(tǒng)故障后，另一電源可作為應(yīng)急備用電源維持高層建筑電氣設(shè)備的正常使用。

2）優(yōu)化低壓配電系統(tǒng)電源線路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)電源設(shè)備時(shí)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)其安全性以及低壓電氣主接線設(shè)計(jì)的合理性。低壓系統(tǒng)中的主接線是連接母線、開(kāi)關(guān)電氣、電力變壓器、電容器等設(shè)備的線路，因此，保證低壓電氣主接線設(shè)計(jì)的可靠性，對(duì)完善低壓配電系統(tǒng)電源功能意義重大，具體設(shè)計(jì)方式如圖1所示。

圖1 某高層建筑低壓配電系統(tǒng)中主接線設(shè)計(jì)圖

3 高層建筑電氣設(shè)計(jì)中低壓配電時(shí)的安全風(fēng)險(xiǎn)

3.1 漏電風(fēng)險(xiǎn)

現(xiàn)階段，高層建筑低壓配電過(guò)程由于部分保護(hù)裝置選用不合理，且保護(hù)設(shè)施設(shè)置不到位，低壓配電系統(tǒng)會(huì)有嚴(yán)重的漏電風(fēng)險(xiǎn)，漏電風(fēng)險(xiǎn)則會(huì)誘發(fā)安全事故，威脅高層建筑中人員的安全，同時(shí)也會(huì)造成不可預(yù)估的經(jīng)濟(jì)損失。為控制漏電風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)人員會(huì)在高層建筑電氣設(shè)計(jì)工作中，將漏電保護(hù)設(shè)備應(yīng)用在低配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)。但部分電氣設(shè)計(jì)人員缺乏對(duì)漏電保護(hù)的正確認(rèn)知，所選用的保護(hù)裝置不匹配，從而使得高層建筑低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行中的漏電保護(hù)效果不佳，漏電風(fēng)險(xiǎn)依然存在[1]。

3.2 接地風(fēng)險(xiǎn)

接地風(fēng)險(xiǎn)同樣是高層建筑低壓配電系統(tǒng)中的常見(jiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)。低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，接地形式的選擇、接地保護(hù)設(shè)計(jì)都可能誘發(fā)接地風(fēng)險(xiǎn)，使低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生人員觸電、系統(tǒng)斷電等安全事故。比如，布設(shè)低壓配電系統(tǒng)的電源設(shè)施時(shí)，若接地形式選擇不合理，會(huì)使低壓配電系統(tǒng)存在安全隱患。建筑電氣設(shè)計(jì)中低壓配電系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)電設(shè)施如果沒(méi)有加強(qiáng)接地保護(hù)時(shí)，依然會(huì)引起導(dǎo)電設(shè)備內(nèi)電流外漏問(wèn)題，造成嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。

4 保障高層建筑低壓配電系統(tǒng)安全性的有效策略

4.1 合理應(yīng)用保護(hù)設(shè)備

針對(duì)高層建筑低壓配電系統(tǒng)中的漏電風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)人員可通過(guò)合理應(yīng)用保護(hù)設(shè)備的方式，確保系統(tǒng)的安全性。對(duì)此，可根據(jù)漏電風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生原因，針對(duì)性地選用保護(hù)設(shè)備，維護(hù)低壓配電系統(tǒng)的安全性。

1）按照高層建筑的電力負(fù)荷，科學(xué)選擇漏電保護(hù)設(shè)施，設(shè)置漏電動(dòng)作電流量。比如，對(duì)于建筑面積小于1 500 m2的住宅區(qū)域，可選用漏電斷路器作為保護(hù)裝置，漏電斷路器的漏電動(dòng)作電流可設(shè)置為300 mA；住宅區(qū)域建筑面積處于1 500～6 000 m2時(shí)，漏電動(dòng)作電流應(yīng)設(shè)置為500 mA；當(dāng)建筑內(nèi)住宅面積超過(guò)6 000 m2時(shí)，在應(yīng)用漏電斷路器時(shí)，應(yīng)在低壓配電系統(tǒng)中增設(shè)多組漏電斷路器，并采用多路配電的基本模式。在此過(guò)程中，為全方位提升低壓配電系統(tǒng)的安全性，布設(shè)保護(hù)裝置時(shí)，相關(guān)人員還應(yīng)分別在主線路末端、電路直線位置、所有電氣設(shè)備等區(qū)域安裝漏電斷路器，并使斷路器的動(dòng)作電流值大于高層建筑低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行中的泄漏電流量。

2）低壓配電系統(tǒng)中的備用電源同樣可作為系統(tǒng)保護(hù)設(shè)施，用以增強(qiáng)系統(tǒng)安全性。對(duì)于高層建筑電氣設(shè)計(jì)工作，相關(guān)人員應(yīng)以低壓配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行為目標(biāo)設(shè)計(jì)備用電源。為發(fā)揮備用電源的安全保護(hù)功能，還應(yīng)使其滿足以下要求：（1）將單臺(tái)機(jī)組作為備用電源時(shí)，還應(yīng)合理控制機(jī)組的額定容量，同時(shí)通過(guò)有效的線路設(shè)計(jì)，使備用電源能夠在系統(tǒng)斷電后的3 s 內(nèi)自行啟動(dòng)。（2）備用電源中發(fā)動(dòng)機(jī)處于額定轉(zhuǎn)速后，應(yīng)嚴(yán)格控制電流量，盡量分批投入電流，以免因低壓母線壓降后出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)。（3）低壓配電系統(tǒng)恢復(fù)供電后，應(yīng)在30 s 后將供電任務(wù)轉(zhuǎn)移給系統(tǒng)，并且在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后的5～10 min 后關(guān)閉備用電源的發(fā)電設(shè)備。

4.2 優(yōu)化接地保護(hù)設(shè)計(jì)

高層建筑電氣設(shè)計(jì)中低壓配電系統(tǒng)所造成的安全隱患，容易在安全事故發(fā)生后引起火災(zāi)，威脅建筑內(nèi)的住戶或商戶的人身安全。所以，為確保低壓配電系統(tǒng)的安全性，高層建筑從宏觀角度出發(fā)，全面優(yōu)化接地保護(hù)設(shè)計(jì)。目前，高層建筑低壓配電時(shí)的接地保護(hù)模式可分為IT、TT、TN 3 種。其中，IT 接地保護(hù)模式是將接地故障保護(hù)設(shè)備安裝在高層建筑電網(wǎng)外，將外部導(dǎo)電設(shè)備的電壓值控制在合理范圍內(nèi)。若在低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行中電壓持續(xù)上升，且超出標(biāo)準(zhǔn)值，接地保護(hù)設(shè)備可直接將供電線路切除。高層建筑中IT 接地模式的線路設(shè)計(jì)圖，如圖2 所示。

圖2 高層建筑IT 接地模式線路設(shè)計(jì)圖

另外，對(duì)于高層建筑而言，低壓配電系統(tǒng)中的線路形式通常為380/220 V 的三相四線，相關(guān)人員可使用TT 接地保護(hù)模式強(qiáng)化低壓配電系統(tǒng)的安全性。TT 接地保護(hù)模式的主要原理是在高層建筑產(chǎn)生的照明負(fù)荷、動(dòng)力負(fù)荷后，通過(guò)RP 接地法，靈活地將地級(jí)電氣設(shè)備、中心點(diǎn)接地設(shè)備相連接，使RE 接地極小于RP 接地極，二者串聯(lián)后可產(chǎn)生10 V 電壓降，借此阻隔低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行中的故障回路，保障系統(tǒng)安全性。

TN 接地保護(hù)模式是通過(guò)電流保護(hù)的方式應(yīng)對(duì)短路問(wèn)題，以此維持低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的安全性。電氣設(shè)計(jì)人員可根據(jù)高層建筑電網(wǎng)線路的特點(diǎn)，設(shè)置接地設(shè)備，用接地保護(hù)設(shè)施在各相線碰撞后的金屬外殼和保護(hù)零線將短路電流控制在閉合回路中，隨后啟動(dòng)繼電保護(hù)裝置將電源切斷，預(yù)防觸電、漏電風(fēng)險(xiǎn)。在此過(guò)程中，電氣設(shè)計(jì)人員應(yīng)科學(xué)地選擇中性點(diǎn)、保護(hù)線的組織形式，用更可靠的TN-S 線路隔離PE 線路，或是用TN-C-S 阻隔相鄰導(dǎo)線、進(jìn)戶桿，強(qiáng)化低壓配電系統(tǒng)的安全防護(hù)功能[2]。

4.3 重視低壓配電系統(tǒng)優(yōu)化

為提升高層建筑低壓配電系統(tǒng)的安全性能，相關(guān)人員在電氣設(shè)計(jì)中還應(yīng)重視低壓配電系統(tǒng)本身的優(yōu)化。一般情況下，高層建筑供配電時(shí)往往包含兩層負(fù)荷，所以，在設(shè)計(jì)低壓配電系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)增加變壓器數(shù)量，至少配置兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的變壓器。選用系統(tǒng)電源時(shí)，可按照高層建筑配電功率的要求，合理安裝柴油發(fā)電機(jī)組，布設(shè)備用電源機(jī)組。使備用電源、核心發(fā)電機(jī)組能夠在高層建筑使用中自由切換，滿足建筑物供配電要求，或是在安全風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生后啟動(dòng)備用電源，對(duì)應(yīng)急裝置、消防設(shè)備、安全報(bào)警裝置供應(yīng)電流。除此之外，高層建筑在設(shè)計(jì)低壓配電系統(tǒng)時(shí)，可將自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用在系統(tǒng)安全管理中，用先進(jìn)的技術(shù)手段強(qiáng)化低壓配電系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)控制，使其時(shí)刻處于安全、可靠的運(yùn)行狀態(tài)。

4.4 完善低壓配電安全設(shè)計(jì)

為在高層建筑電氣設(shè)計(jì)中保障低壓配電系統(tǒng)的安全性，相關(guān)人員還應(yīng)進(jìn)一步完善高層建筑的低壓配電安全設(shè)計(jì)。

1）電氣設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)全面考察高層建筑工程項(xiàng)目，獲取高層建筑建設(shè)信息，及其所需的電氣設(shè)備類型、周?chē)h(huán)境等。隨后以此為依據(jù)，設(shè)計(jì)合理的供電線路，安裝電氣設(shè)備、供配電線路時(shí)，還需提前預(yù)防線路腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。比如，電氣設(shè)計(jì)人員應(yīng)基于GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇低壓配電系統(tǒng)中的材料設(shè)備，同時(shí)禁止電氣施工人員改動(dòng)供電線路配置方案。對(duì)于照明、消防等關(guān)鍵用電設(shè)施，還應(yīng)加強(qiáng)安全設(shè)計(jì)力度，選擇更可靠的供電線路設(shè)計(jì)方案。

2）低壓配電過(guò)程中，相關(guān)人員應(yīng)重視配電方案的安全設(shè)計(jì)。對(duì)此，相關(guān)人員在科學(xué)配置變壓器、柴油發(fā)電機(jī)組后，應(yīng)根據(jù)高層建筑中配電設(shè)備的實(shí)際需求，科學(xué)地控制電流供應(yīng)量。目前，高層建筑內(nèi)低壓配電系統(tǒng)的主要負(fù)荷來(lái)源包括基礎(chǔ)電氣設(shè)備、建筑通風(fēng)設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、給排水設(shè)備等，為預(yù)防短路、斷電等風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，應(yīng)結(jié)合高層建筑內(nèi)各類用電設(shè)施的實(shí)際需求，計(jì)算電源負(fù)荷，確定各區(qū)域電力設(shè)備、配電線路的安裝數(shù)量和設(shè)計(jì)位置。比如，對(duì)于高層建筑的通風(fēng)設(shè)備，排煙機(jī)所需的風(fēng)量為36 000 m3/h 時(shí)，電機(jī)配電容量為11 kW；送風(fēng)機(jī)所需風(fēng)量為25 000 m3/h 時(shí)，電機(jī)配電容量為7.5 kW。電氣設(shè)計(jì)時(shí)相關(guān)人員可根據(jù)電機(jī)配電容量，針對(duì)性的設(shè)計(jì)低壓配電線路，安裝配電設(shè)備，保障高層建筑使用中低壓配電系統(tǒng)的安全性[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于樓層較多的高層建筑，其內(nèi)部空間中的電氣設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，低壓配電系統(tǒng)所涉及的設(shè)備、線路較多，所以，為增強(qiáng)高層建筑低壓配電系統(tǒng)的安全性，保障其用電質(zhì)量，相關(guān)人員還應(yīng)深入分析高層建筑低壓配電安全風(fēng)險(xiǎn)，并通過(guò)合理布設(shè)保護(hù)裝置、科學(xué)應(yīng)用接地保護(hù)模式、加強(qiáng)供配電線路安全設(shè)計(jì)等方式，提升高層建筑電氣設(shè)計(jì)整體水平，建設(shè)更可靠的建筑低壓配電系統(tǒng)。