浅析建筑电气中供配电设计
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作者: 张建涛 田志坡
摘 要：在高层建筑电气设计中，需要根据建筑物的特征，确定负荷等级，选择供配电方式和配电系统，以保证用户的用电可靠性及初建投资的合理性。并使变配电设备深入负荷中心，以满足多功能要求;节省建筑使用面积，减少供配电设备的种类，便于施工、维修。这些都是高层建筑电气设计中首先考虑的间题。对供电的可靠性,安全性及电能的质量有较高的要求。
关键词：建筑电气；配电系统；设计；应用
建筑供配电系统的可靠,直接关系到人身安全、任何事故都将造成难以估计的经济损失,因此,供配电系统的安全性在电气设计时是成为重要的一环。电力负荷根据对供电可靠性的要求及中断供电的损失和影响程度分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。仪器也在不断进步,其中高、精、尖仪器比例不断增加,这类仪器对电能质量要求较高,如何才能满足不同电器的用电要求呢,供配电线路的设计相当重要。
1 配电线路设计
耐热配线可用常用的绝缘导线或电缆穿钢管、硬质或半硬质塑料管暗敷，也可用耐热温度大于105℃的非延燃性材料绝缘的导线或电缆穿钢管或非延燃性的硬质或半硬质塑料管暗敷，且应满足其氧指数在30以上。若采用非延燃材料作护套的导线或电缆，在弱电专用竖井内敷设时，可不穿金属保护管。不同系统、不同电压、不同电流类型的线路不应共管敷设。当同一系统的不同电流类别或不同电压等级的线路置于同一配电箱内汇接时，应分别接在不同的接线端子板上，各端子板应有明显标志和隔离。建筑物内横向敷设的穿管线路，不同防火分区不应共管布线。若在公共走廊、大厅处的管线可以跨越一个防火分区。总线制信号线路可不受此限制。供电母线一般采用埋地电缆进入，楼负载较小时，可直接采用380V/220V低压母线供电。负载较大，则采用3000V~10000V高压母线供电，再通过变压器变压后配电。实验楼内负载种类多，且各种负载对电源及接地要求各不相同，设计时应考虑分路供电。照明线路中的荧光灯等一些非线性负荷，产生的谐波会影响电子设备的正常工作，应设计独立的供电回路，并且在回路内最好加设交流不间断电源，以防意外停电对设备的影响。又如实验设备用电线路、照明线路与火灾报警及消防联动系统、防盗报警系统用电线路因功能不同，应该分路供电，配电室位置应靠近用电量大的区域，以减少线路的电能损耗。
2 变配电所及其系统
变配电所是各级电压的变电所和配电所的总称。在具体民用建筑项目的设计文件中不宜笼统使用“变配电所”这一名称。10kV及以下变电所，具体到某一类别均有各自不同的含义。负荷较大的车间和站房，宜设附设变电所或半露天变电所；负荷较大的多跨厂房，负荷中心在厂房的中部且环境许可时，宜设车间内变电所或组合式成套变电站；高层或大型民用建筑内，宜设室内变电所或组合式成套变电站；环境允许的中小城镇居民区和工厂的生活区，当变压器容量在315kVA及以下时，宜设杆上式或高台式变电所；负荷小而分散的工业企业和大中城市的居民区，宜设独立变电所，有条件时也可设附设变电所或户外箱式变电站；工地施工用电、城市道路、桥梁、隧道照明用电，原未规划建配电所的场合、市政管网未形成、不完善的地区宜设户外箱式变电站。
变配电所设计应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设和远期发展的关系，远近结合，以近期为主，并考虑扩容的可能性，适当留有余量。随着城市化进程的加快，民用建筑项目已经从10年前几千、几万平方米的单体设计发展为如今的几十万、上百万平方米的建筑群、住宅区甚至各类“城”的设计。这就要求我们应结合工程特点、建筑性质、开发时序，合理配置变配电所。变电所设计应根据负荷性质、用电容量、所址环境、地区供电条件和习惯，合理确定设计方案。随着人民生活水平的日益提高，人们对民用建筑产品的个性需求也更加多元化。从单间配套的小户型，到跃一层、跃二层的超大户型；从高楼林立的高层小区，到独栋别墅区；从纯居住小区到集大型商业、办公、休闲娱乐为一体的商业街。民用建筑产品琳琅满目，异彩纷呈。不同的负荷性质、负荷密度，不同的建筑环境和品质，需要我们与时俱进，制定贴近产品特点的设计方案，满足不同用户的个性需求。
变电所设计应遵循技术先进、经济适用和节能原则。变电所设计采用的设备和器材，除应符合国家或行业的产品技术标准外，应优先选用技术先进、经济适用的套设备和定型产品。为贯彻落实国家节约能源和保护环境的基本国策，进一步加强和推进建筑节能工作，变配电所设计还应遵循节能原则。变配电所应尽量靠近负荷中心，以缩短配电半经减少线路损耗；合理选择变压器的容量和台数，以适应由于季节性造成负荷变化时能够灵活投切变压器，实现经济运行，减少由于轻载运行造成的不必要电能损耗；选用干式节能变压器，合理分配负荷，控制变压器负载率在75%~85%之间，尽量使变压器工作在高效低耗区内。
变配电所位置的选择，应根据下列要求经技术、经济比较和综合考虑确定：方便高压进线和低压出线，并接近电源侧。应充分考虑项目周边环境，市政电力管网接口位置等。接近负荷中心或大容量设备处，如冷冻机房、水泵房等。变电所低压出线干线一般不超过250m，当供电容量超过500kW（计算容量），供电距离超过250m时，宜考虑增设变电所。
3 综合配电柜的构造及应用
由于我国的电源情况、设计规范、施工质量、产品质量、维护管理与国外有较大的差距，这些统计数据虽然反映了一定的客观规律，但只能够作为参考。由于统计数据的缺失，在我国进行建筑供配电系统可靠性定量计算是很困难的，从而没法对各种供配电设计方案进行可靠性评估和对比。可靠性与经济性是建筑供配电方案比选的两个方面，缺一不可。而经济性分析中因故障造成的经济损失也需要进行可靠性计算。国家提倡的绿色建筑概念中包含了节省建筑材料这一方面，我国作为一个建设大国需要经济、可靠、环保兼顾的建筑供配电系统，需要符合我国实际的可靠性统计数据。
在大量使用单相电器设备、精密电子仪器等的工业与民用建筑电气系统中，应尽可能避免采用TN-C系统。在TN系统中，电源零线必须重复接地措施。在零线断线情况下，断线后的系统通过重复接地变为TT系统，发生相线碰壳时，设备外壳所带电压由相电压降低为157V，从而减小了发生电击事故的危险性。采取残余电流保护器。残余电流保护器是利用零序电流原理工作的。无论在哪种接地系统中，只要发生相线碰壳，就会有部分漏电流没有穿越残余电流保护器，而是通过保护线回到电源，保护器中即产生零序电流使其动作，从而可靠切断故障回路，大大提高系统防电击保护的安全性。但需注意，设备外露可导电部分要越过残余电流保护器与保护线相接。采取等电位联结的措施。所谓等电位联结，就是将建筑物内所有可能触及的外露可导电金属部份互相联结，并与系统的保护干线可靠连接,使建筑物内的所有可导电部分的电位实质上相等。目的是降低建筑物内单相故障时人员所在地点的实际接触电压，从而大大减轻电击的危险性。通过分析计算可知，等电位联结使接触电压的降低幅度为重复接地降低值的2.5倍，这时的电压降仅为电源入户后的PE线的电压降（限于篇幅，此处不再对等电位联结的安全性进行分析计算）。在系统中如果用于防间接电击的保护电器动作条件不能满足要求时，等电位联结是防止间接电击的主要有效措施。
4 结语
建筑低压配电系统防电击保护，仅简单地采取接零或接地措施是不够的。在其配电设计过程中，只有不断摸索，积累经验和教训，才能使设计更加成熟、完善，以确保建筑物内人员的人身安全。
参考文献
［1］GB50303-2002.建筑电气工程施工质量验收规范［S］.中国计划出版社.
［2］建筑安装工程施工图集第3册电气工程(第2版)［M］.中国建筑工业出版社.
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