摘要：在高层建筑中，配电系统工作的可靠性和安全性是设计考虑的重点。高层建筑电气设计复杂，配电系统非常重要，避雷及接地系统又是其关键环节，设计时要特别注意其工作的可靠性和安全性。本文主要阐述了低压配电系统的配电方式，分析了建筑电气设计中的一些问题，详细探讨了避雷及接地系统的设计类型，针对不同使用场合进行了分析。
关键词：电气配电设计；接地系统；措施分析
引言
电气设备是高层建筑中最重要的基础设施之一，高层建筑电气设计既要遵循普遍性，又要注意其特殊性，设计质量直接决定着建筑电气设备的安全运行，关系着用户的生命财产。因此，高层建筑电气设计倍受人们的关注，设计人员应针对日益增长的用电需求，依据不同场合、具体的电气设备，选择科学、合理的接地系统，从而使供配电设备安全可靠运行。
1、高层建筑变配电系统概述
高层建筑一般设有变配电室，双电源进线，一般为6-10kV。变压器高压侧的接线方式有单母线、单母线分段、双母线、双母线带旁路、桥型接线等形式；变压器低压侧的母线形式有单母线、单母线分段、单母线环形接线等形式。
变配电部分系统如图1所示。
图1 变配电部分系统图.png)
低压配电系统不是单独采用某一种形式，多数是综合形式，如在一般高层住宅楼，所采用的配电形式多数为放射式与树干式的结合。如总配电箱向每个楼梯间配电为放射式，楼梯间内不同楼层间的配电箱为树干式供电。电气设计中重点要考虑供电是否安全可靠，设计时，要根据建筑的使用情况以及该建筑的用电负荷情况，以实际情况为主，确定电气设计的供电模式。
高层建筑电气设计当中，要设置要求较高的电缆电线以及电气设施，确保这些电气设备技术成熟、检验方法完善，产品标准与国际产品标准接轨。电缆的选型和敷设要掌握的原则是，规范、安全、节能。敷设电缆要注意弯曲半径，要绑扎牢固，区分挂牌，场地要防止灰尘聚集、外部热源、腐蚀所带来的影响，避免因为使用、敷设过程中遭受振动冲击，及建筑物沉降、伸缩损坏缆线，造成一系列的经济损失。
高层建筑必须采用专用供电回路的消防用电设备，消防电梯、消防加压送风机设备，在末端配电箱设置双电源自动切换装置，配电线路敷设按规范要采取防火措施。在设计配电箱时，应注意:严格计算电流，保证三相平衡式供电; 电度表要受主开关保护,建立逐级跳闸程序，其故障动作顺序应该从小到大，不得越级跳闸。
2、高层建筑物防雷系统
建筑物防雷主要是防外部直击雷，防护装置及防雷系统由接闪器（避雷针）、引下线、接地网等有机组成。
建筑物顶部或侧面直接受雷击，用作接闪的金属器具、金属构件和金属屋面等，称之为接闪器。功能是把接引来的雷电流，通过引下线和接地装置，引入大地中泄放，保护建筑物免受雷害。其分类主要有避雷针、避雷线、避雷带、避雷网等。
避雷针宜采用圆钢或钢管制成，其直径不应小于下列数值：
针长1m以下：圆钢为12mm钢管为20mm
针长1-2m：圆钢为16mm钢管为25mm
在电力系统，为了使输电线路少受雷击，在输电线路上方架设平行的钢线为避雷线。后来在房屋建筑上也推广了这种形式，如布设在方脊、屋角、房檐等处作雷电保护。
在高层建筑雷电保护上，用扁平的金属带代替钢线接闪的方法称之为避雷带。它是由避雷线改进而来，高大楼房上，使用避雷带比避雷针有较多的优点，它可以与楼房顶的装饰结合起来，可以与房屋的外形较好的配合，即美观防雷效果又好，特别是大面积的建筑，它的保护范围大而有效，这是避雷针所无法比的。避雷带的制作，采用扁钢，截面积不小于48mm2，其厚度不应小于4mm。
避雷网是指利用钢筋混凝土结构中的钢筋网作为雷电保护的方法必要时还可以增加敷设辅助避雷网，有明敷、暗敷。辅助避雷网一般可用直径为8mm或以上的镀锌圆钢，网格大小可根据建筑物重要性，分别采用5m*5m或10m*10m的圆钢制成，其网格越密可靠性越好。
避雷带和避雷网的结构设计要求，避雷带和避雷网一般采用圆钢或扁钢，其尺寸不应小于下列数值：圆钢直径为8mm，扁钢截面积为48mm2，扁钢厚度为4mm。避雷线一般采用截面积不小于35mm2的镀锌钢绞线架设。
引下线也有明敷、暗敷，明敷就直接安装在建筑物侧表面；暗敷可利用构造柱内对角两根钢筋贯通引下，直径要求大于16 mm。
接地网，一般利用建筑物基础底板钢筋，周圈焊接联通，直径要求大于16 mm。重点建筑可设置复合接地网，如在基础垫层（上或下）制作人工接地网，在建筑物附近制作制作人工接地极。加强地网可将几栋建筑的地网相连，也可与地下的金属构建相连，或与深基坑护坡桩相连。
3、高层建筑设计中低压配电的接地系统
接地类型分：功能性接地和保护性接地。功能性接地有工作接地、屏蔽接地、逻辑接地、信号接地。低压配电保护接地系统有多种类型，其中，较为典型的为IT系统、TN系统和TT系统。TN系统又可分为TN-C系统、TN-S系统、TN-C-S系统。
3.1 IT系统
IT系统指电源通过抗阻接地或不接地，电源带电部位与地面是绝缘的，外露电气设备可导的电部位通过保护线与电源接地体相接或直接与大地相接，从而起到保护作用。IT系统多用于生产企业的电机系统中，当IT系统第一次出现故障时，可在不切断电源的情况下保持电气设备的正常运行。这是因为IT系统第一次出现故障时产生的故障电流很小，电气设备的金属外壳产生的接触电压不具有危险性。当设备第二次出现故障时，则需要及时切断电源，避免危险发生。
3.2 TN系统
TN系统又包括TN-C系统、TN-S系统、TN-C-S系统。在使用TN系统时，应用一根保护线将所有建筑中的用电设备的外壳连接起来，形成低压供配电系统的保护装置。
TN-C系统的保护线与中性线是位于一处的，设备的外壳将保护线、中性线连接在PEN线上，进而合并为一条线，并接入大地。PEN线可产生电压降，起到保护电气设备金属光线、外壳的作用。在实际应用中，PEN线不仅可确保电路中的正常电流有效通过，还能承载谐波电流的通过[2]。如果PEN线出现短路、断线等故障，则会形成较高的对地电压，这不利于电能的正常使用。因此，技术人员在对该系统进行设计时，严禁PEN线与其他线混合使用。
TN-S系统的保护线与中性线是分开的，并根据各自的固定要求接入大地。该系统的保护线无法承载正常的电流，且设备外壳不带电，可确保建筑中电气设备的安全性和实用性，多用于民用建筑或精密仪器的供电。该系统的缺点是难以消除对地短路故障和电压蔓延故障，存在电击的危险。
TN-C-S系统的保护线与中性线采用部分整合、部分分开的连接方式。由于保护线与中性线部分相连，所以，PEN线具有一定的降压能力，其产生的电压会作用与建筑电气设备的外壳上，进而对电气设备的性能正常一定的影响。为了确保使用安全，PEN线应反复接地，中性线与大地之间应具有一定的绝缘水平，中性线与保护线之间应完全绝缘。该系统具有接线方式简单、接线原理明确、安全性高的特点。因此，该系统多用于民用建筑的供电。
3.3 TT系统
TT系统是指建筑电气设备与大地单独相接时的接地系统。在具体运行过程中，该系统中的每一台电气设备的外壳都具有单独的接地线与大地连接，且均未与电源接线有电气方面的关联，各电气设备使用的保护线无从属关系，均单独接地。这样的设计可避免故障电压沿着保护线进入建筑内部。该系统多用于对电力需求较小的地区或公用低压电网的供电，尤其是在我国大部分农村地区得到了广泛使用。
4、智能建筑弱电系统的具体应用分析
4.1火灾自动报警系统设计
智能建筑消防报警系统主要分为火灾报警、信息广播以及对讲电话等，消防系统用在火灾发生时指挥现场工作人员安全疏散，火警对讲电话系统用于现场消防人员指挥灭火工作。现阶段智能建筑弱电技术广泛的利用在建筑物的火灾报警系统中。建筑火灾报警系统已经发展到灭火装置与通信装置联动，形成建筑安全控制网络，具有自动报警、自动灭火、无线电安全引导、消防档案管理等功能。火灾报警控制器电源有两套，一般电源220V和蓄电池组24V，报警控制器与探测器之间只有两条总线，所有探测器均为两线并联，每个部位的探测器都有一个相应的功能与之对应，能够发送火警信号，输出控制信号，故障检测，存贮记忆，并能够提供电源。
在设有联动装置等区域设置感烟－感温火灾探测器，例如在该建筑疏散通道的防火卷帘位置应当设计感烟－感温组合火灾探测器。另外在变配电房、电力调度中心以及网络机房等区域内也应当安装感烟－感温组合火灾探测器。最后在该建筑的各种管井区域内应当安装线型感温光纤火灾探测系统，例如配电房管井、高压配电房、发电机房、变压器房等多个场所都应当安装火灾探测系统。
4.2 楼宇自控系统
实际上我国智能建筑弱电系统的发展起步相比于其它发达国家来说是晚的，以至于我们在楼层建筑体系、建筑架构、管理与控制等方面都处于劣势。但是我国智能建筑的弱电系统技术还是取得了不错的进步和发展。其中一个就是建筑中的楼宇操作系统，包括了能源管理、运行维护控制和建筑周期等方面，这是为了给用户提供更具质量的服务，通过这种方式能够尽可能地减少人员量，真正地实现优化的管理。另外由于智能化的运行模式能够开展认证管理，因此在建筑运行体系中起着关键的作用。
4.3安防系统
4.3.1出入口控制系统
该系统的主要功能，是对出入建筑的车辆和人员进行控制，以保证楼层居民的财产安全，提升管理质量。在对系统进行设置时，应该对读卡器、开关按钮等元器件的位置进行有效协调，方便进行操作。而在对相关设备进行选择时，应该结合设计需求，关注设备的性能参数及对于线缆、电压等的具体要求，合理进行布线，避免出现重复用工的情况。在对电子锁进行线路的预留时，应该考虑锁的具体位置，与防火防盗门以及内部装潢进行有效协调，确保施工的合理性。
4.3.2电视监控系统
该系统主要是利用监听器和摄像机及相关辅助设备，对现场信息进行获取，使得值班人员能够实现对于小区各个区域的实时在线监控，及时发现存在的问题和隐患，而其中存储的图像和影音信息也可以方便事后查询。
4.3.3防盗报警系统
该系统由设置在建筑四周的，相互联动的报警系统构成，一般设置在建筑所在重要区域的围墙上，利用红外报警探测器，对周边进行监测。一旦遭到非法入侵，则报警系统会立即向值班室的主机发送警报信息，同时显示入侵的区域和时间。
4.3.4电子巡更系统
也可以利用离线式巡更系统，其结构相对简单，不需要考虑线路，不过需要与入侵防范系统的报警按钮位置对应出现，是人员巡逻中一个非常关键的组成部分。
4.3.5楼宇对讲系统
该系统在安全防范中有着非常重要的作用，可以在客人来访时，同时双向电话与可视电话，实现住户与来访人员的相互通信，对其身份的真实性进行确认。如果来访者为不法分子，住户可以直接向保安中心发送报警信息。
4.4有线电视系统
该系统能够完成有线传输网络，并且将所接收到的各种电视信号进行适当地调整，借助混合器来混合信号，输送到干线上。也可以把频道电视信号转变到其它的信号，按照该频道的情况来处理。不过若干线的传输距离过长，就可能会出现信号衰减的情况，这时就需要增加导频信号发生器，完成自动增益和自动斜率的控制。
5、高层建筑电气设计中低压配电系统接地保护设计
5.1探讨接地保护设计的安全性
为了保障建筑电气中供电的安全性，通常情况下，建筑电气设计中，都会设计自动切断故障点，也就是所谓的接地保护装置，以此种方式来确保供电的安全性，为建筑电气运作提供安全可靠的保障基础。在一些楼层比较高的建筑当中，其电气的设计，需要根据建筑所处的位置、电气设备的运用情况、接地形式及电路保护装置设计等各个方面来综合确定接地保护装置的设计，这样才能有效避免外部危险电压所带来的不利影响，为整个高层建筑内部的供电运作提供安全保障。
5.2探讨接地保护模式的应用
IT、TT、TN三种低电压配电系统模式，是非常具有参考价值的。其中IT模式的低压配电系统，在设计接地保护装置时，会中断用电设备外部的导电部分，从而发出警报，引起人们的注意，及时快速的将问题解决。TN模式的低电压配电系统模式，在接地保护装置设计中，其装置大部分都属于金属装置，如果发生障碍，会产生较大的电流[3]。因此，TN系统能够适当保护较大电流的装置，防止引起过大的经济损失，确保供电的安全性。TT模式的低压配电系统，在设计接地保护装置时，大部分都属于地外保护装置，这样便于保障电路的安全运行，适当地切断故障回路电流。
5.3剩余电流动作保护器的挑选
第一，在剩余电流动作保护器的挑选方面，要确保整体配电系统中末端剩余电流动作保护器顶级能量的安全性，要达到相应的标准规范。第二，故障电路中应当注意电流的流通要小于整体的额定电路电流。第三，剩余电流动作保护器在安装过程中，要保证整体电路末端用电设备，要注意整体电路的分支线，这样便于有效控制保护动作时间差距。
5.4漏电断路器的选择
观察电力系统实际运行情况，可以发现漏洞断路器的作用非常重要，有效应用漏电断路器可以防止发生不必要的事件。低压配电系统中，漏电第二道保护放线，对高层建筑安全用电起着非常重要的作用，不论怎么增强保护力度都不算过分。设计建筑电气时，漏电保护器的选择以及配置至关重要，应用之前，要高度关注漏电断路器的种类，选择一定合理范围内的漏电断路器额定电流，在选择过程中要清楚认识到高层建筑低压供配电的实际情况，其末端的漏电断路器的型号规格以及种类等，清楚记录漏电断路器的标准额定电流值，所选择的漏电断路器额定限制电流应当高于电力系统发生断路外漏时的电流值。
6、结语
现代化的建筑结构越来越复杂，需要我们在设计相应的接地保护系统时，充分考虑人们的使用要求，最大限度地保证人们的生命财产安全。在具体设计中，应根据电气设备的运行环境选择低压配电系统，并严格按照相关规定进行接地保护装置的设置，从而提高整个建筑电气工程的安全性和稳定性。
参考文献
[1]韩艳芳.对建筑电气中供配电线路设计的探讨[J].民营科技.2015(12)：23-25.
[2]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(下旬刊).2015(06)：78.
[3]王建国.探究民用建筑防雷及接地系统的设计和安装弊病[J].科技风.2016(06)：34-36.
论文作者:王英剑
论文发表刊物:《基层建设》2016年18期
论文发表时间:2016/11/16
标签：系统论文; 建筑论文; 电流论文; 高层建筑论文; 电气设备论文; 火灾论文; 母线论文; 《基层建设》2016年18期论文;