高层住宅建筑电气中的低压配电设计分析

高层住宅建筑电气中的低压配电设计分析

吴嘉琦

（广西云享数字建筑设计有限公司）

摘要：相较于中矮层建筑，高层住宅建筑的用户基数更大、电气设备数量和种类也更加复杂和多样，同时由于结构制约，一旦发生安全事故，也将带来更加惨重的财产人身损失。基于此，本文简单指出了当前高层建筑低压配电设计中的两个难点问题，并从低压电源配置、线路分布等五个方面对此话题展开了讨论，以期为高层低压配电设计质量的提升略尽绵力。

关键词：高层住宅建筑；电气施工；低压配电设计

前言：在宏观经济环境高度繁荣的背景下，我国城市化稳步推进，城市常住人口总数逐年攀升，住房需求激增，高层、超高层建筑渐渐占据了城市建筑的主导地位，在提高空间利用率、缓解住房矛盾等方面有着重要意义。不过，当前高层建筑结构日益复杂和多样，也给低压配电设计环节带来了一定的压力，电气设备数量多，供电要求高等难点、重点问题，都亟需关注和探讨。

1高层住宅建筑低压配电设计难点

1.1电气系统复杂

当前住宅建筑施工工艺和设计水平不断提升，科技与建筑的融合程度日益加深，“智能建筑”概念普及程度越来越高，带来便利的同时，也对电气设计及施工提出了更高的要求。这一方面是电气设备类型的多样化发展造成的，现代建筑中不管是照明系统、消防系统，还是通风、供暖系统，都离不开电力设备及线路的参与，加之电气精密化程度提升，供配电需求更是展现出巨大差异。另一方面，当前为满足供电稳定性要求，很多高层建筑中还会采用分段式供电方案，电气系统的复杂性进一步被强化。

1.2配电要求较高

高层住宅设计的初衷是为了缓解城市住房压力，在有限土地资源上容纳更多的住户，常住居民基数的增加势必带来电气设备数量的上升，暖通空调、二次供水系统等的使用都为用电负荷量的激增创造了条件，也使得用电负荷计算成为了当前高层建筑电气设计中的一大难点，配电安全性要求的提升可见一斑。同时，现代城市生活对电力依赖性与日俱增，高层建筑中对电梯的使用更为频繁，一旦发生大规模断电，将直接扰乱居民生活工作秩序，因此也对供配电设计的稳定性提出了较高要求。

2高层住宅建筑电气中的低压配电设计策略

2.1低压电源配置

高层住宅的低压电源配置与用电负荷情况息息相关，为方便管理，消防理论中一般会按照建筑结构、事故救援难度等划分住宅建筑等级，通常以50m为界线，分为一、二类高层住宅建筑，分别适用一、二级负荷管理方式。非消防一级负荷应采用双电源配置，两电源之间不能产生任何联系，如果受现实条件制约发生了直接联系，则应保障两电源不会同时发生损坏；非消防二级负荷则应设计双回路供电，以满足高层住宅建筑的用电量需求。值得注意的是，安全起见高层建筑中一般还会设置消防配电系统，设计时要注意与主配电装置分开，如果条件限制也必须与主电源进行并列布局，并在明确标注的基础上加装相应的防火隔断。在具体的电源配置操作上，主要有四种方案可供选择，一是双电源单母线，其中在功能一个电源作为备用，前期成本较低，但备用电源投入环节需要耗费一定时间；二是单电源单母线，成本同样较低，但可靠性较差；三是双电源双母线分段接线^[1]，两电源同时工作，母线则采用分段运行方式，适用于供电要求较高的住宅建筑；四是双电源单母线分段接线，在供电可靠性要求极高的场景中比较适用。

2.2低压线路分布

当前建筑电气设计中低压配电线路共有三种分支方式，一是树干式分支，由一条总干线负责供应所有设备负荷，该结构中各层住宅配电箱被统一设置在电气竖井中，通过分支电缆进行树干式连接。这种分布形式下使用的开关数量较少，成本投入较低，非常适用于住宅层数多且用电负荷较大的建筑，其不足之处在于供电前端负荷压力较大，干线故障时可能会引发大规模停电，因此一般配电设计时往往会将之作为混合配电模式中的一种形式，综合缩小停电范围。二是分区树干式分支，这是在上述形式基础上作的一种改进，它将整个住宅建筑分为几个供电区域，每个区域分配一个回路干线，一般最多不超过10层。三是放射式分支，这种模式中供电装置位于整个系统的中央，负荷设备呈放射状分布在周围，由单一线路负责供电，能够有效控制故障影响范围，在供电可靠性要求较高的场景中十分适用。考虑到当前高层住宅垂直高度较大，供电负荷可能受线路长度影响发生改变，因此可以对母线与分支进行放射状连接，在每个分支点则采用树干式网络结构，提升线路稳定性。

2.3负荷等级设定

高层建筑电负荷计算兼具复杂性与综合性，设计过程中不仅要关注当前用电负荷情况，还应当结合城市发展特征等预估未来用电发展趋势，最大限度上提升低压配电设计的可靠性。就当前用电负荷平均情况来看，高层建筑住宅用电负荷量大致为2.5至7.5千瓦，设计时要基于该平均数据，对当地日照时长、建筑采光条件等进行综合考量。在变电所负荷计算中，单元负荷量计算应当设置科学的校正系数，系数取值建立在单元户数基础上，10户以下系数大小为0..85至1，对于10户至20户单元，系数区间则应设定为0.70至0.85，如果需要计算多个变电所负荷，则应考虑同限期系数。同时，电能计量也是高层住宅建筑低压配电设计的重要部分，设计时可以采用单元总表方式，提升计量效率，注意单个总表管辖住户不得超过20户。倘若经过计算发现进线电流高于30A，则可以使用三相电源供电，按照地理位置划分总表管辖区域。电能计量装置应当以正常载荷为标准，大于等于4倍，可以安装在公共区域，也可以直接装设在电气竖井中。

2.4设备安装技术

高层建筑电气设备类型多样，设计时应当结合负荷计算结果、实际应用环境等进行综合考量，出于安全尤其要关注绝缘问题。当前住宅建筑低压配电系统中，中性点接地应用较为广泛，如果电气材料出现绝缘皮老化、受损等情况，很容易导致漏电事故，同时由于电气设备绝缘层电容的微量残留，也有可能导致电流泄露的问题，因此设计环节还应当深入进行绝缘检查和防护，对于室外等易受侵蚀环境下运行的设备，更要加强维护。其次，断路器作为高层住宅建筑重要的安全防护设备，在低压配电设计中同样重要，要事先做好型式比选和参数调试，与配电箱的安装可以采取就近原则。

2.5接地保护设计

接地保护能够有效规避异常带电可能导致的安全事故，当前IT、TT、TN是应用最为广泛的三种模式^[2]。其中IT接地系统的安全性最好，适用于供电距离较短，连续供电要求较高的场景，如医院、矿井等，实际运行时即使中性点未接地，单向对地漏电流也不会超过安全值。但遇到供电距离较长的场景，线路面向大地的分布电容就会随之增加，当异常带电情况出现时，保护设备可能无法正常动作，危险性随之提升。TT接地系统较为直接，中性点与负载设备直接与大地接触，可以大大降低设备金属外壳带电带来的触电风险，但这种系统的局限性也是较为明显的，当漏电电流电压未超过临界值时，短路器和熔断器工作较为受限，应用时还需要搭配专门漏电保护器，再加上钢材用量较多，因此适用范围相对狭窄。TN系统又称为接零保护系统，具体又可以分为TN-C、TN-S两种方式，前者工作与保护零线共用^[3]，工作零线断裂会直接导致漏电设备外壳带电，增加了风险因素；而后者两根零线完全分开，可靠性较高，在大型高层住宅建筑中较为适用。

结论：在现代化高层建筑产业迅猛发展的背景下，加强住宅低压配电设计分析有利于提前把控风险因素，降低设备、线路故障概率，提升建筑安全性能。基于此，建筑电气设计时应当做好综合分析，结合用电负荷等级划分选取适当的供电方案和线路分布方案，对负荷等级进行科学设定，全面优化住宅电气设计。

参考文献：

[1]孙一博. 建筑电气设计中低压配电设计探讨[J]. 商品与质量,2019(12):196.

[2]吴凡. 超高层建筑中低压供配电系统设计[J]. 建筑电气,2018,37(3):23-27.

[3]谢智斌. 高层住宅建筑低压配电系统设计研究[J]. 通讯世界,2018(3):141-142.

作者简介：吴嘉琦（1993—），男，壮族，籍贯：广西贵港，单位：广西云享数字建筑设计有限公司，职称：助理工程师