张震
上海新建设建筑设计有限公司200063
摘要：低压配电系统在高层建筑当中占据了重要地位，在建筑工程发展电气工程设计已经成为人们关注的重点。文章通过分析高层建筑物电气设备的特征，分析常见的低压配电系统，在人们日常生活当中，常见的低压配电系统有TT低压配电系统、TN系统等几种模式，通过阐述生活当中常见的低压配电系统，分析高层建筑电气设计当中的低压配电系统的安全性。
关键词：高层建筑；电气设计；低压配电系统
前言：
从安全性方面来看，提高低压配电系统的安全性，可以通过三种途径来实现，分别是设置科学合理的自动切断装置、选择最佳备用电源、选择合适的漏电断路器提升配电系统的安全性。但是在实际发展的过程中我国的电气设计方面存在诸多问题，针对已经显露出现的弊端，现代技术人员如果不采取合理的措施纠正与规避隐患，将会严重阻碍我国高层建筑电气的顺利发展。
1.高层建筑物电气设备的特点
在缓解城市居民用地紧张方面高层建筑起到了积极的作用，但是在高密度、集群供电需求下，低压配电系统如何保证供电稳定成为人们需要考虑的问题。高层建筑物电气设备有其本身的特征：①用电设备丰富，内部设置弱电设备，家电设备众多，比如空调设备与厨房家电、锅炉房用电、电梯、防雷设备、照明设备、洗衣房、消防用电等等；②电气系统复杂，在建筑内部除了电气系统之外还有很多系统交叉混合，导致设备复杂系统复杂；③线路多样，在高层建筑当中电气线路囊括火灾、消防、广播音响、通信、高压与低压配电等多条线路；④电气用房多，为保证负荷中心，因此将变电所设置在地下室、外层等，部分设计师在设计的时候将设施在大楼顶部或者是中部；而通信站、广播室、消防中心等都需要使用空间。为区分高层建筑当中的多种电气线路，人们选择竖向朝上的设计方式敷设，也就是说需要设置电气竖井与用电功能室[1]。⑤对供电可靠性要求高，高层建筑大部分对电力负荷均为二级负荷，只有部分为一级负荷，因此高层建筑对供电可靠性提出了更多要求，一般只有两个以上高压供电电源。为保证供电的稳定与可靠，还会选择设置柴油发电机组、燃气轮机发电机组作为备用电源；⑥用电需求量大、负荷密度高，高层建筑用电设备多电量需求量大，尤其是的空调设备的用电消耗量巨大，占据40~50%。负荷密度在60W/m以上，甚至更高。⑦自动化程度高，根据高层建筑的实际情况，为降低能耗、减少设备更新费用、保证设备使用寿命，减少管理劳动力的投入，只有运用自动化技术才可以实现。通过运用自动化技术实现设备实时监控管理、实现设备控制、性能优化。高层建筑的消防还应做好基本的自防与自救，消防方面强调安全性与经济性。
2.常见的低压配电系统
（1）TT配电系统，在我国这种系统使用时间较为长久，另外一种是TN系统。TT系统与TN系统相比，TT低压配电系统使用范围并不广。该系统主要是通过电源中性点位置来设置接地，从而保护整个低压配电系统。而且针对电气设备当中可能存在的漏电、导电部位，在设计当中也专门设计了接地保护，如下图：
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图1 TT配电系统示意图
在上图当中，当整个建筑电气系统处于正常运行状态的时候接地装置PE线路不通，也就是在建筑电气的低压配电当中，设置了TT系统之后，在使用过程中电力系统的内部中心线N与接地线PE之间是彼此联系的，并不通电。TT低压配电系统在具体使用过程中可以大幅度降低低压漏电的现象，尤其是在对地电压方面，但是无法降低到安全范围之内。通过实际研究与具体的分析，发现TT系统更适合运用在部分对局部接地要求比较高的电子设备场合，比如农村低压电网系统、或者对电容量比较小的地区[2]。
（2）TN低压配电系统，高层建筑配置的低压配电系统都会运用到IT系统、TT系统，这是在局部用电当中运用到的系统。但是绝大部分是采用更适合大面积范围供电的TN低压配电系统。该系统在实际使用过程当中的原理就是将整个高层建筑当中的所有电气设备，与专门设置的可导电金属外壳实现统一连接与保护，通过选择加强的模式来保护整个低压配电系统，如下图：
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图2 TN配电系统示意图
如上图，选择合适的保护模式可以保护整个低压配电系统。为保证保护效果合理，TN低压配电系统除了对电气设备可导电外壳进行相关的设计之外，针对系统上的中心点，也采取了对应的方式进行连接。TN系统的连接方式也有一定的区分，可以根据电气设备外露导电部分与连接方式的不同，将其划分为三种，分别是“TN-S”、“TN-C”“TN-C-S”的模式。这三种保护模式的设计原则是根据低压配电系统的中心线、保护线之间的关系来进行设置的，在具体使用的时候可以在细节上进行合理的划分，从而对整个系统起到良好的保护作用，最大程度保证低压配电系统的安全性，大幅度提高安全性能。
3.高层建筑电气设计中低压配电系统安全性探究
3.1设置科学合理的自动切断装置
在高层建筑低压配电系统的接地保护设置当中安装自动切断保护装置，通过这种装置可以起到很好的保护作用，有利于保证整个建筑电气系统的安全性，确保低压配电系统在遇到故障情况下的安全。在电气设计环节必须把握好高层建筑对用电需求量的实际情况，了解系统电气特征，充分掌握电气设备的具体使用情况，了解电气设备的回路导线截面材料，将得到的数据作为主要依据实现接地保护，进行基础设计，保证接地保护更安全[3]。在电气设计的过程中为避免系统受到外部危险电压的影响，避免给建筑线路带来更多的威胁，可以对低压配电系统的接地保护形式进行总电位联合设计，比如针对IT、TN、TT三种不同的接地形式，也要进行合理区分、分别设计，从整体上保证电网运行安全。IT接地系统出现故障，主要是由于接地保护设置装置在外部导电部分上。在具体使用的时候如果外部存在问题，电压处于规定标准范围内，接地保护系统在这个过程中会发出警报，但是会一直持续提供保护。TN接地保护系统大部分都是由于金属故障发生短路，因此在进行TN模式保护设置的时候，需要使用电流保护器来保护电流，从而实现对设备的保护。适当的接地设置可以降低系统发生的故障，但是在具体使用保护措施的时候，比如线路较长、网线截面比较小，就选择 漏电保护器来保护供电。TT保护系统当中，接地故障保护设置在外部导电部分，从而有效保护电气，达到故障回路电流切断的目的。
3.2选择合适的备用电源
建筑当中使用的备用电源有应急发电机组、应急消防电源等，应急发电机组有柴油机组与燃气机组两种，柴油机组是柴油与发动机一起发电供电的设备。优势是机组运行不会受到城市电网运行的影响，是比较独立、理想的电源，机组功率良好，范围较强，操作简单，很容易实现自我控制。缺点是噪音大且过载能力小。燃汽轮机组种类比较多，比如燃气轮机、发电机等，该机组冷却不需要使用冷却水，空气自行冷却即可。也就是说燃汽轮机组的空气使用量比柴油机组大，可以安装在地上或者是屋顶，不适合运用在地下、排气困难的场所。
3.3选择合适的漏电断路器
高层建筑当中配置漏电断路器是比较重要的一个环节，在低压配电系统当中发挥了很重要的作用。选择合理的漏电断路器非常重要，可以有效保护高层建筑的电气低压配电系统供电的安全性与合理性，有利于供电稳定。因此在选择漏电器的时候技术人员应该做好具体分析，通过选择合理的漏电断路器，确定运行电流。为保证漏电断路器额定动作选择准确，技术人员可以根据两个步骤来选择：①漏电断路器具备良好的能力，安全界限与实际标准符合；②确定额定动作电流范围高于系统泄露电流，避免在安全范围内操作造成失误，实现对电网的有效保护[4]。技术人员在进行设计的时候应该在分支线与线路的各个环节安装漏电断路器，比如在末端、支线、干线位置，通过合理的设计来提高供电系统的安全性、合理性。漏电短期器可以防止人身体触电，从而保证电力系统的安全可靠。
结语：当前我国建筑行业发展逐渐稳定，其中硬件设计越来越复杂，发展迅猛。在这种趋势下高层建筑如雨后春笋拔地而起，随之就是与高层建筑一同发展起来的电气工程设计。高层建筑发展需要电气设备作为重要支撑，在这种情况下设计电气的时候就要科学合理的完成设计，保证系统能够正常运行。
参考文献：
[1]李程光. 高层建筑电气设计中低压配电系统安全性探究[J]. 房地产导刊, 2019, 000(006):192,249.
[2]程英明, 胡燕燕. 高层建筑电气设计中低压配电系统安全性研究[J]. 华东科技(综合), 2020(1):0076-0077.
[3]王振国. 高层建筑电气设计中低压配电系统安全性探讨[J]. 电工技术, 2016(4):00244-00245.
[4]潘鹏鹏, 陈武, 侯凯,等. 中低压直流配电系统的分散式统一控制策略[J]. 电力系统自动化, 2019, 043(023):72-80.