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针对高层建筑电气设计中低压配电系统安全性分析

发表时间：2021/9/3 来源：《建筑科技》2021年9月中作者：郑健涌

[导读] 本文阐述了高层建筑中低压配电系统的主要构成与高层建筑中低压配电系统的常见安全问题，分析了目前主流低压配电系统接地保护方式的选择，并着重探讨了提高高层建筑电气设计低压供配电系统安全性的具体举措。

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摘要：本文阐述了高层建筑中低压配电系统的主要构成与高层建筑中低压配电系统的常见安全问题，分析了目前主流低压配电系统接地保护方式的选择，并着重探讨了提高高层建筑电气设计低压供配电系统安全性的具体举措。
关键词：高层建筑；电机设计；低压配电系统
        经济高速发展的背景下，群众生活质量持续提升，对于建筑质量与功能的需求也不断提高。现代建筑不能仅仅局限于满足基本建筑功能，还需要满足群众不断变化的个性化需求。传统的低压配电系统已经难以满足不断提升的建筑供配电需求，应当顺应时代变化进行优化改良，这对于建筑电气设计巩固走而言不仅是巨大挑战，也是发展进步的机遇。
        高层建筑内部具有用电设备数量多、种类多、用电量大等特点，对低压配电系统的运行环境也提出了更大的挑战，这就需要电气设计人员能够结合实际应用场景，对低压配电系统进行优化设计，以满足用户需求。
        一、低压配电系统概述
        在高层建筑中，低压配电系统是一种参照用户实际需要，以配电系统标准行为为基础进行再开发的智能化配电系统，其主要功能为进行电力的合理分配。
        低压配电系统一般由下述五个部件构成：
        1）配电变电所，作用是将电网的输电电压转变为配电电压；
        2）高压配电线路，由一千伏以上的电压线路所构成；
        3）配电变压器，根据实际应用场景进行配电电压的调整；
        4）低压配电线路，由一千伏以下的电压线路所构成；
        5）保护控制设备。
        低压配电系统的独特优势为高度自动化、高度专业化与性能化。只有对低压配电系统进行科学合理的规划与设计，并注重强化其安全方面的管理工作，才可能实现高层建筑供配电系统的安全性与可靠性。
        二、低压配电系统常见安全性问题
        2.1过载与短路现象
        在高层建筑的电气设计中，供配电系统安全极其重要。但在实际生活中，供配电系统的过载与短路故障时有发生。在此情况下，如果因设计失误，导致断路器与熔断器不能对故障进行及时反馈，便会给整个电路系统与用电设备的安全使用造成严重威胁。
        2.2接地质量不达标
        目前建筑工程的电气设计与施工中，经常出现接地形式混乱、供电系统为按照标准接地方式进行正确接地处理，从而为供电系统留下了较为严重的安全隐患，不仅未能达到对于建筑内部用电设备的有效保护，反而有较大概率酿成设备烧毁或人员伤亡等重大事故。
        2.3保护装置不到位
        当代高层建筑的低压供配电系统基本都配备有保护装置，但这些装置在实际使用中难以真正发挥出保护作用，导致低压供配电系统的漏电问题经常出现，没有真正实现监测控制作用，进而造成人员触电的风险。
        2.4漏电保护不足
        因外部因素的影响，高层建筑中的电气接地系统难以完全避免故障的发生，这些故障如不加以防范，可能造成诸如人员触电、建筑内部火灾等重大事故。为有效预防这些潜在的安全隐患，漏电保护器逐渐在高层建筑中得到了广泛使用。然后，如果在高层建筑电气设计工作中，对于漏电保护器的选择不当，便难以发挥其实际作用，同样也给供配电系统的安全运行造成了干扰。
        三、主流低压配电系统接地保护方式的选择
        3.1IT系统
        在建筑电气设计中，低压配电系统中的IT接地保护系统可以说是最先进的方式，其接口电路的电源端口，通常不会设置接地保护，主要通过在接口电路电源端口安装高阻值电阻，以实现接地保护的作用。设备正常运行时，有一定几率出现漏电现象，因此电气设备的外部导电位置，应当安装接地保护装置，以预防漏电现象产生。IT系统可有效提升供配电系统的稳定性与安全性。低压配电IT系统多应用于供配电要求较为苛刻的大规模建筑工程中，偶尔也会应用于存在持续供电需求的高层建筑中。

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        3.2TT系统
        TT系统是指将用电设备金属材质外壳直接进行接地处理的一种接地保护系统。第一个“T”指代电源中性点位置直接进行接地保护；第二个“T”指代用电设备的外露导电部分和金属导电部分，与地面直接进行连接。IT系统通常应用于没有较高供配电或用电容量需求的建筑之中。
        3.3TN系统
        建筑电气接地方式中除了上述两种接地保护方式之外，常用的还有低压配电TN系统。TN系统是一种电源中性点直接进行接地处理，用电设备金属外壳外与中性点直接连接的接地方式。
        TN系统包括TN-C、TN-C-S、TN-S三种模式，三种模式均有不同的应用场景。TN-C模式其中性线、保护线为一体，和电气设备外露导电部分相接，再与接地装置相连。在供电电路未产生故障时，因其自身特性，TN-C系统具备承载一定量的谐波电流的作用，此时TN-C系统就兼具保护接地线（PE线）和接中性点（N线）的功能；如果电路产生故障，TN-C系统就可以借助保护装置产生对地电压，从而有效保护用电设备；TN-S系统则不同，在TN-S模式中，保护零线和中性点处于分离状态，此时PE线处于“无电流”状态，因此用电设备金属外壳也没有附加电流，可有效保证使用安全。因此，TN-S系统常用于住宅区建筑内部；TN-C-S系统是目前我国民用建筑中使用率最高的接地保护方式。在TN-C-S系统中，中性点与保护零线部分分离、部分合并。TN-C-S系统综合TN-C、TN-S的优点，不仅确保了系统的可选择性，也有效保障了供配电电路的运行安全。
        四、如何提高高层建筑电气设计低压配电系统安全性
        一般而言，为保证高层建筑电气设计低压配电系统的安全性，建议从以下五点内容进行分析：
        4.1重视供电系统负荷分级设计
        负荷分级设计主要是针对变压器与电压的设计。进行变压器、电压设计时，应展开多方位考量：第一，要充分了解该高层建筑的基本功能及各用电负荷的具体分布情况；第二，震整个设计流程应当符合相关部门的有关规定。通常变压器负荷应维持在八成上下，供配电半径则不宜大于200米。电压负荷应参照相关项目要求开展设计工作，并审慎选择供电设备。
        4.2实施主接线的安全设计
        因供配电系统一般须具备较强的负荷承载能力，如果主接线出现故障，就会严重威胁到供配电系统安全与稳定的运行。因此，设计低压配电系统时，应当将主接线设计合理设计为交流放射式线路和树干式线路两种，从而提高供配电系统可靠性与安全性。
        4.3强化接地保护
        接地保护系统是最为基础的电路保护系统，应根据高层建筑实际项目需求和国家规范标准，设置高质量的接地保护系统。
        4.4合理选用漏电断路器
        目前供配电技术不断更新迭代，设备用电负荷持续攀升，也导致了漏电事故时有发生。为了有效提高配电系统稳定性与安全性，应在低压配电系统中合理使用漏电断路器。
        因为一级、二级、三级供电系统的保护开关应当进行分别设计，所以在上一级的系统保护开关选择时，通常会选用具备三段式（短路瞬时保护、短路短延时保护、过载长延时保护）保护功能的漏电断路器，而下一级则选用具备二段式保护功能的漏电断路器，这种分级设计方式可以大幅缩小事故的发生范围，将其限制于回路故障之内，从而提高了电路稳定性，同时也方便检修人员开展故障排查工作。
        五、结语
        综上所述，要实现高层建筑电气的优化设计，保障低压配电系统的安全性是关键。电气设计人员应当根据现场实际情况，选择合适的低压配电系统接地保护方式，重视供配电系统负荷分级设计，对低压供配电系统主接线的安全设计，并注意选用最符合项目情况的漏电断路器，从而有效提升高层建筑用电安全，保障人民群众人身及财产安全。
参考文献
[1]肖惠文.高层建筑电气设计中低压配电系统安全性探讨[J].中小企业管理与科技,2015,(18).243-244.
[2]张绍晖.探讨高层建筑电气设计低压供配电系统的可靠性[J].中华民居,2014,(18).163-163.
[3]沈天杭.关于建筑电气低压配电设计中各种接地系统的分析[J].中华民居,2014,(18).177-177.