建筑电气安全设计和节能设计要点

建筑电气安全设计和节能设计要点

孙孝明

杭州市城乡建设设计院股份有限公司  312000

摘要：设计是工程建设的灵魂。建筑电气系统的安全与节能关系到建筑使用的安全和运行成本，决定着建筑使用的质量，这是设计之初的首要考虑。建筑电气系统的安全与节能是相互影响但不一定影响的关系，而有些设计，为了保证建筑电气系统的安全，投入了大量的成本，甚至没有考虑到系统运行中的能耗，违背了建筑电气设计的基本原则。

关键词：建筑电气；安全设计；节能设计

一、建筑电气的安全设计要点

建筑电气的安全设计要点主要体现在供电方式、供电线路、配电系统接地的安全设计上。

1.供电方式的安全设计

在建筑电气设计中，供电对整个建筑工程的设计至关重要。一旦供电中断，整个建筑供电系统将瘫痪，造成安全事故。在建筑电气设计中，供电方式的选择尤为重要。一般来说，根据建筑物电气安全可靠的要求，供电方式往往是径向、干线、环形和组合方式。

根据建筑物的特点、规模和发展规划，以及变压器的容量、分布和地理环境，并为满足供电的安全可靠性，常采用双回辐射供电，至少设计两个独立的电源，两个电源并机、互为备用。供电的两回及以上供配电线路中，一旦出现回路中断供电时，其余线路能满足建筑物的用电需要。且供电系统简单可靠，便于操作管理。另外在电源设计中还需考虑应急的备用电源，常见的备用电源可采用柴油发电机组，在发生供电中断的情况下，能够自动切换至备用电源。可在第一时间内保证消防、排烟、电梯、应急照明等装置的电力供应，避免发生安全事故。

2.供电线路的安全设计

现代建筑中的供电线路是一个复杂的网络系统，一旦出现问题，就会带来供电中断、触电、电气火灾事故等安全问题。为保证供电系统安全、可靠、优质、经济的运行，在进行供电线路设计时，要根据建筑物所需求的用电负荷，同时也要根据建筑物内的运行环境，对供电线路导线材料的选型和线路路径做出最优选择，并按行业要求和实际情况选择所要使用的供电线路截面。以保证供电线路能够做到技术先进、经济合理、安全适用、便于施工和维护，充分满足建筑工程的实际需要。

在供电线路设计的过程中，线路路径的选择是核心关键，建筑电气在设计供电线路时，要对建筑的结构进行观察和分析，结合实际情况，选择最佳路径，尽量减少线路的长度。在设计线路走向时，要保证供电线路与建筑物的功能要求不相互冲突，满足照明、电梯、水泵、风机、消防设备和家用电器的配电要求。在充分了解建筑的实际情况下，通过对不同方案的经济技术分析，拟定最优方案，这样可以减少供电线路的长度、导线材料和损耗。

建筑工程电气设计完成后，要定期安排专业人员对建筑供电线路进行检查和检修，一旦发现建筑内的供电线路存在安全隐患，要及时处理。在进行线路变更时，要结合建筑内部线路的实际情况，根据操作规范进行计算验证,然后进行有效的更改,这样可以有效地避免由于线路截面变小导致电阻变大的情况发生，可以有效地避免火灾,能够给人们的日常生活提供一个强有力的安全保障。

3.配电系统的接地设计

配电系统接地是保证建筑电气安全使用的前提，是整个建设工程中的重要环节。电气设备安全接地后，当发生电气短路故障时，短路电流将沿接地装置流入大地，从而有效地保证了用电安全。在建筑电气中，供电系统常见为三相三线制、三相四线制、三相五线制，采用的接地方式也不尽相同。按照国际电工委员会（IEC）的规定，一般将低压配电系统分为3类，即TT、TN、IT系统，分述如下：

TT方式供电系统是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统，称为保护接地系统，也称TT系统。第一个符号T表示电力系统中性点直接接地；第二个符号T表示负载设备外露不与带电体相接的金属导电部分与大地直接联接，而与系统如何接地无关。

TN方式供电系统是将电气设备的金属外壳与工作零线相接的保护系统，称为保护接零系统，用TN表示。TN系统根据其保护零线是否与工作零线分开而划分为TN-C、TN-S、TN-C-S系统。TN-C方式供电系统用工作零线兼做接零保护线，全系统内N线和PE线合为一根线（PEN线），用作保护中性线。

TN-S接零保护供电系统是把工作零线N和专用保护线PE严格分开的供电系统。俗称三相五线制系统。电气设备的金属外壳与专用保护零线连接，保护零线单独敷设，不作它用。重复接地线与保护零线连接。TN-C-S方式供电系统在建筑施工临时供电中，如果前部分是TN-C方式供电，而施工规范规定施工现场必须采用TN-S方式供电系统，则可以在系统后部分现场总配电箱分出PE线。

二、建筑电气的节能设计要点

建筑电气的节能设计要点主要体现在变压器、线路的节能设计和无功补偿装置的选择上。

1.变压器的节能设计

变压器节能的本质是降低变压器的运行损耗，提高使用效率。变压器的损耗一般包括铁损耗和铜损耗。铁损主要是由变压器铁心的磁滞损耗和涡流损耗引起的，其大小与铁心B内的磁感应强度有关，而铁损是变压器的固定损耗，与负载的大小无关。铜损为负荷电流流过绕组时产生的损耗，它的大小取决于负载电流的大小和绕组的电阻值，为可变损耗。变压器的效率为变压器输出功率P2与输入功率P1的比值，用符号η表示。

（1）

从变压器的效率特性可以得知：

（1）变压器空载运行时输出功率为0，所以η=0；

（2）负载较小时，变压器铁损相对较大，运行效率η较低；

（3）负载增加，效率η亦随之增加。超过某一负载时，因铜损占的比例增大，效率η反而降低；

（4）当变压器的铜损PCu等于铁损PFe时，变压器效率最高。在实际设计时，设计人员应该对变压器的容量作充分考虑，虽然变压器负载率为50%时的理论能耗最低，但在实际使用时会产生大量无功能耗，因此要充分考虑建筑工程的实际情况，选用最适合的变压器种类。

2.线路的节能设计

合理的电缆截面选型应考虑技术和经济两方面，根据经济选型选择电缆截面，不仅可以节约电力线路的总投资，还可以大大提高电力运行的稳定性和可靠性，确保电气设备的安全、稳定运行。根据《电力工程电缆设计规范》（GB50217-2018），电力线路在设计电缆截面时，宜选择电缆经济截面，也就是按经济电流来进行截面的选型设计。

电力电缆由于自身的阻抗，会产生功率损耗和能量损耗。电缆横截面的大小也决定了损耗的大小及其成本，电缆横截面越细损耗就越大，成本也会随之增加。增大电缆截面虽然能降低损耗，但也增大了线路的成本，因此应该在两者中间找到一个平衡点，选取一个最为理想的截面，使年运行费用最低。通常称这个理想截面为经济截面Sec，根据经济截面计算出来的电流密度为经济电流密度Jec。经济电流密度Jec与年最大负荷利用小时数息息相关，年最大负荷利用小时数越大，负荷也就越稳定，产生损耗也越大，增大电缆的经济截面，减小经济电流密度。

结束语

综上所述，建筑用电的安全节能对于建筑后期的安全经济运行至关重要。因此，在建筑工程的电气设计中，不仅要从供电方式、供电线路、配电系统接地等方面注重系统的安全设计，还要从变压器、线路、无功补偿装置等方面注重系统的节能设计，为建筑工程的高质量、安全可靠的施工奠定物质和技术基础。低成本运行和使用。

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