摘要：智能化建筑市场的拓展为建筑电气工程的发展提供了宽广的天地，特别是建筑电气工程中的弱电系统，更是借助电子技术、计算机网络技术、自动控制技术和系统工程技术在智能建筑中的综合利用，使其获得了日新月异的发展。本文以高层建筑中电气设计为研究对象，从供电方案、接线方式、导线和电缆截面的选择等几个方面分析了低压供配电系统的可靠性设计。
关键词：低压供配电系统；高层建筑；电气设计
前言
高层建筑中低压配电系统的组织是否得当，将直接影响高层建筑的安全运行和经营管理，并且随着办公电气设备的增多，楼宇自控功能的完善，家用电器档次的提高，建筑供配电系统也应不断提高其安全性、可靠性，以确保用电安全，在电能供应、分配和使用中，不能发生人身事故和设备事故；确保供电的可靠性，要连续、可靠地把电能送到用户；确保优质供电，在电能输送过程中，保证电压和频率的稳定、准确。基于此加强高层建筑电气设计中低压供配电系统的可靠性研究具有积极的现实意义。
1.高层建筑低压供配电系统设计分析
1.1高层建筑低压配电系统的特点
1）在高层建筑中增设了特殊的用电设备。如在生活方面有生活电梯、送水泵和空调机组；在消防方面有消防用水泵、电梯、排烟风机、火灾报警系统；在照明方面增设了事故照明和疏散标志灯；在弱电方面有独立的天线系统和电话系统等。
2）高层建筑的用电量大而集中。这不仅因为用电设备的增多，还由于用电时间明显增加，除了电梯、水泵、空调设备外，其余设备和照明均按全部运行计算。
3）高层建筑用电可靠性要求很高。一类建筑的消防用电设备为一级负荷，二类建筑的消防设备为二级负荷，高层建筑的生活电梯、载货电梯、生活水泵也属二级负荷，事故照明、疏散标志灯、楼梯照明也相应地为一级负荷或二级负荷。
1.2高层建筑低压供配电方式
（1）放射式
放射式配电系统的优点是各个负荷独立受电，供电的可靠性高。故障的影响范围仅限于本回路，只要切除故障回路便可检修；电路中电动机启动引起的电压渡动对其他回路的影响也较小。其缺点是占用出线回路数多，所需开关和导线或电缆用量大，增加了低压配电屏用量，从而导致建设费用较高。放射式配电一般多用于比较重要的负荷以及单台设备容量较大的场所。高层建筑中电梯供电的可靠性要求相对较高，因此，尽管电梯容量不大，也应当采用一个回路供一台电梯的接线方式。对于大型消防水泵、生活水泵和中央空调的冷冻机组，一是供电可靠性要求高，二是单台机组容量较大，因此也应从低压配电屏以放射式专线供电。
（2）树干式
树干式配电系统的可靠性不如放射式，但可以节约低压配电屏、导线和电缆，从而降低建设费用。如果采用封闭式绝缘母线，其可靠性可以大大提高。在高层建筑中的楼层照明和动力配电大都采用这种母线树干式配电方式。
（3）混合式
混合式配电就是将放射式和树干式相结合，形成所谓的分区树干式配电系统。这种配电方式在高层建筑大配电系统中得到了广泛的应用。既保证了一定的可靠性，又适当减少了建设投资。
在高层建筑中，为了进一步提高供电的可靠性，有时除工作回路外还需增设备用回路。如图1所示。图中接线方案，仅对出线开关线路起备用作用，在条件允许的情况下，备用电源最好取自不同的母线段或电源。
1.3低压配电系统组成形式应满足的要求
（1）可靠性要求
低压配电线路首先应当满足民用建筑所必需的供电可靠性要求。所谓可靠性，是指根据建筑用电负荷的性质和由于事故停电给政治、经济上造成的损失，对用电设备提出的不中断供电的要求。由于不同的建筑对供电的可靠性要求不同，可将用电负荷分为三级。为了确定建筑的用电负荷等级，必须向建设单位调查研究，然后慎重确定。即使在同一建筑中，不同的用电设备和不同的部位，其用电负荷级别也不是都相同的。不同级别的负荷对供电电源和供电方式的要求也是不同的。供电的可靠性是由供电电源、供电方式和供电线路共同决定的[1]。
（2）用电质量要求
低压配电线路应当满足建筑用电质量的要求。电能质量主要是指电压和频率两个指标。电压质量是看加在用电设备端的供电电网实际电压与该设备的额定电压之间的差值，差值越大，说明电压质量越差，对用电设备的危害也越大。电压质量除了与电源有关以外，还与动力、照明线路的合理设计关系很大，在设计线路时，必须考虑线路的电压损失。
2.高层建筑低压供配电系统可靠性分析
2.1导线的可靠性选择
为保证高层建筑供配电系统的安全、可靠、经济、合理的运行，应做好供配电线路导线的选用。一般来说，可遵循以下原则：
1）按发热条件选择：当导线中通过电流时，电流的热效应会使导线发热，温度升高，、当通过电流超过一定限度，导线的绝缘性能就会受到损坏，甚至会造成短路引起失火。当环境温度过高，也会影响导线的散热，导线长期允许通过的电流值也就越小。
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式中 为总计算电流； 为导线和电缆允许通过的最大电流。
2）按电压损失选择：任何线路都存在着线路阻抗，当电流通过线路时会产生电压损失。为保证用电设备正常运行，用电设备的端电压必须在要求范围内。设电源的输出电压为 ，而负载端得到的电压为 ，那么线路上电压损失的绝对值为[3]：
一般用电设备允许一定范围内的端电压偏移，但如果电压损失过大，就会影响用电设备的正常工作。为了保证电压损失不超过允许的范围 ，就必须保证导线有足够的截面积。由于电压损失的绝对值 不能确切地表明电压损失的程度，通常用相对电压损失来表示：
线路电压损失的大小是与导线的材料、截面的大小、线路的长短和电流的大小密切相关的，线路越长、负荷越大，线路电压损失也越大。
3）按经济电流密度选择：电线、电缆截面的大小，直接关系到线路投资和电能损耗的大小。因此，在选择导线截面时还要考虑到经济性。截面选择小些，有利于节约线路的投资，但线路上电能损耗将随之增大；反之，截面选择大些，可以减少线路上电能损耗，但投资会相应增加。所以，综合考虑线路的投资效益和经济运行是必要的，应当用一个最经济的电流密度来确定电线和电缆的截面。
4）室内、外线路导线的选择：从经济合理着想，室外线路的电线、电缆一般采用铝导线，架空线路采用裸铝绞线。当高压架空线路的档距较长，杆位高差较大时，采用钢芯铝绞线。对于有盐雾或其他化学浸蚀气体的地区，采用防腐铝绞线或铜绞线。电缆线路一般采用铝芯电缆，在振动剧烈和有特殊要求的场所，采用铜芯电缆。
2.2线路保护的选择
低压供配电线路以及电气设备在使用时常常因电源电压及电流的变化而造成不良的后果。为了保证供配电线路及电气设备的安全运行，提高其可靠性，可在供配电线路上装设不同类型的保护装置。
2.2.1低压配电线路的短路保护
所有的低压供配电线路都应装设短路保护，一般可采用熔断器或低压断路器保护。由于线路的导线截面是根据实际负荷选取的，因此，在正常运行的情况下，负荷电流一般不会超过导线的长期允许载流量。但是为了避开线路中短时间过负荷的影响，同时又能可靠地保护线路，当采用熔断器作短路保护时，熔体的额定电流应小于或等于电缆或穿管绝缘导线允许载流量的2.5倍；对于明敷绝缘导线，由于绝缘等级偏低，绝缘容易老化等原因，熔体的额定电流应小于或等于导线允许载流量的1.5倍。当采用自动开关作短路保护时，由于其过电流脱扣器具有延时性并且可调，可以避开线路中的短时过负荷电流，所以，过电流脱扣器的整定电流一般应小于或等于绝缘导线或电缆允许载流量的1.1倍[4]。
短路保护还应考虑线路末端发生短路时保护装置动作的可靠性，当上述保护装置作为供配电线路的短路保护时，要求在被保护线路的末端发生单相接地短路以及两相短路时，其短路电流值应大于或等于熔断器熔体额定电流的4倍；如用低压断路器保护，则应大于或等于低压断路器过电流脱扣器整定电流的1.5倍。
2.2.2低压供配电线路的过压保护
在低压配电线路上，应注意上下级保护电器之间的正确配合，这是因为当配电系统的某处发生故障时，为了防止事故扩大到非故障部分，要求电源侧、负载侧的保护电器之间具有选择性配合。
1）当上下级均采用熔断器保护时，一般要求上一级熔断器熔体的额定电流比下一级熔体的额定电流大2～3级；
2）当上下级保护均采用低压断路器时，应使上一级低压断路器脱扣器的额定电流大于下一级脱扣器的额定电流，一般大于或等于1.2倍。
3）当电源侧采用低压断路器开关，负载侧采用熔断器时，应满足熔断器在考虑了正误差后的熔断特性曲线在低压断路器的保护特性曲线之下。
4）当电源侧采用熔断器，负载侧采用低压断路器时，应满足熔断器在考虑了负误差后的熔断特性曲线在低压断路器考虑了正误差后的保护特性曲线之上。
3.结语
总的来说，高层建筑低压配电系统应满足计量、维护管理、供电安全及可靠性的要求，因此在具体电气设计中，低压电力供配电系统应根据工程性质、规模、负荷容量等因素综合考虑。应满足建筑使用所需的供电可靠性和电能质量的要求，同时做到技术先进、经济合理、操作安全和维护方便，能适应电负荷发展的需要，又能满足用电负荷对电能质量的要求，并积极采用并联电容器作为无功补偿，达到电力部门所要求的功率因数，这样才能保障供电系统电力供应的安全系数，满足电力供应的品质要求。
参考文献
[1]易林.高层建筑电气中低压配电设计研究[J].科技传播.2014(04)
[2]黄柱中.高层建筑电气设计中低气压配电系统安全性探讨[J].住宅与房地产.2016(18)
[3]秦红梅.高层建筑电气设计中有关消防设备的设置与控制等问题的探讨[J].中华民居(下旬刊).2013(11)
[4]曾德慧.高层建筑低压配电系统漏电的火灾危险性及其防范措施研究[J].科技信息.2014(29)
作者简介
郑寿平（1983.10-）, 男（侗族），广西南宁人，工程师，大学本科，从事电力管理工作。
论文作者:郑寿平
论文发表刊物:《基层建设》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/16
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