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(共32张PPT)
项目六 高层建筑供电及安全技术
内容：高层民用建筑供配电系统的供电电源及变压器的选择；高层民用建筑的接地保护；火灾自动报警与消防联动控制；高层民用建筑供配电系统的配电方式；建筑电气技术中的防雷、电涌等技术。
重点：高层民用建筑供电电源及变压器的选择；建筑电气技术中相关安全技术。
项目概述
一、认识高层建筑的必要性
随着我国国民经济的飞速发展，城市化进程发展十分迅速，对城市用地的需求量也在日益提升。为了保证土地的整体利用效率，民用建筑也趋向大面积、高层、超高层方向发展。根据《高层民用建筑钢结构技术规程》的规定，高层民用建筑包括10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑，以及高度超过24m的其他民用建筑。
由于在高层建筑中设有电梯、生活用水泵、消防用喷洒泵、消火栓用水泵，事故照明灯，独立的天线系统、电话系统、火灾报警系统，因此，科学合理地为高层建筑设置相应的供配电电气系统，充分满足高层建筑居民的日常电力需求，首先应根据高层建筑对供配电电气系统的特殊要求进行合理的设计。
二、高层建筑对供配电系统的要求
高层民用建筑中供配电系统的安全可靠和经济性是民用建筑供配电系统设计的两个重要指标。在具体的施工过程中，由于受到建筑布局、电气设备、设计人员水平等多方面因素的影响，很难有效地平衡供配电系统设计方案的可靠性与经济性，因此，学习高层民用建筑供配电系统及安全技术，详细探讨高层建筑供配电系统设计方案的可靠性和经济性，更多地掌握一些高层建筑供配系统设计要点，掌握更多的高层建筑施工技能已迫在眉睫。
任务一 高层建筑的供配电设计
【任务陈述】
随着城市规模的不断发展，高层建筑越来越多，因此，高层建筑的电气设计就成为供配电技术人员不得不面对的问题，通过本任务，希望学习者能更深入地了解高层建筑供配电系统的特点，熟悉高层民用建筑的分类，理解高层建筑电力负荷的分类，掌握高层建筑中照明负荷和动力负荷的计算；理解高层建筑供电电源及变压器的选择，了解其配电系统，掌握高层建筑的接地保护技术，理解和掌握低压接地制式对接地安全技术的基本要求，掌握高层建筑供配电设计的相关技能。
一、 高层民用建筑的供配电设计特点
①人员密集、建筑面积大且楼层高；
② 高层民用建筑往往集办公、娱乐、商业等功能于一身，因此具有多元化功能；
③与现代化管理手段相配套的消防、空调、给排水等配套设备较多；
④高层民用建筑由于要营造出舒适的生活环境，内部建筑装修标准高，装饰复杂；
⑤高层民用建筑火灾隐患多，必须强调符合其要求的消防措施。
高层民用建筑的分类
名 称
居住建筑
公共建筑
19层及19层以上的高级住宅称为一类建筑
10～18层的普通住宅称为二类建筑
医院、百货楼、展览楼、财贸金融楼、电信楼、广播楼、省级邮政楼、高级旅馆、重要办公楼、科研楼、图书馆、档案楼等。这些建筑高度若超过50m，可视为一类建筑；如果建筑高度不超过50m，则属于二类建筑。
建筑高度大于24m的民用建筑均可称为高层建筑，建筑高度大于100m的民用建筑视为超高层建筑。有新《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002里规定：10层及10层以上或高度超过28m的钢筋混凝土结构称为高层建筑结构。
分 类
照明负荷
动力负荷
消防、保安、污水处理等动力设备
住宅用电及生活照明
高层民用建筑的用电负荷分为三级：一类建筑的消防用电设备为一级负荷；二类建筑的消防用电设备为二类负荷；一、二类建筑中，非消防电梯为二类负荷，其余为三类负荷。
二、 高层民用建筑的电力负荷
1. 电力负荷等级
搞好高层住宅的电气设计，关键问题之一，就是如何确定住宅小区的电力计算负荷。
2.照明负荷的计算
住宅建筑的一般用电水平，需要系数Kd由接在同一相电源上的户数确定。需遵循的原则如下：
需要系数法
功率因数可综合考虑在0.6～0.9范围内选取。
① 20户以下取0.6以上。
② 20～50户取0.5～0.6。
③ 50～100户取0.4～0.5。
④ 100户以上取0.4以下。
采用二项式法确定高层建筑的动力负荷更为确切。计算之前，需对建筑内动力负荷的运行工况进行分析、确定，以使计算结果更接近于实际。一般情况下，楼内电梯、空调机组、生活水泵等设备，除备用外，均应按运行计算。动力负荷计算越精确，供配电系统的可靠性、安全性越强，用电设备的使用效果越好。
二项式法
3.动力负荷的计算
高层建筑的动力负荷计算也可采用需要系数法确定。但当动力设备之间的容量差值较大、动力设备的总容量较小或台数较少时，宜采用二项式法计算动力负荷。
三、 高层民用建筑对供配电系统的要求
1.保证供电电源的可靠性
为保证高层民用建筑供配电系统的可靠性和住房人员的人身安全以及设备安全，对高层民用建筑的供配电系统提出如下要求：
高层民用建筑由于用电设备多、用电负荷大，其中还包括有一、二级负荷，因此要求取两路或两路以上的独立电源供电，并设置柴油发电机组作为应急电源。
2.满足电能质量要求
高层民用建筑由于建筑高，所以供配电线路长，为了减少线路损耗及电压损失，配电变压器可以根据设备情况按楼层分层布置。
三、 高层民用建筑对供配电系统的要求
3.满足安全、可靠、经济、灵活的要求
高层民用建筑的供配电系统正常工作电源与柴油发电机组的应急电源应自成系统，独立配电，事故时应能自动切换。除此之外，高层民用建筑的供配电系统应力求简单可靠，操作安全，运行灵活，检修方便。高层民用建筑内的消防用电等一类负荷在火灾情况下，由应急电源保证连续供电；二类负荷应保证两回路切换供电。
高层民用建筑的配电级数不宜过多。如从变电所的低压配电装置算起，其配电级数一般不要多于四级，重要负荷不超过一级。总配电长度一般要求不超过200m，每路干线的负荷计算电流一般不宜大于200A。
三、高层民用建筑对供配电系统的要求
4.选用设备尽可能与IEC标准取得一致
高层民用建筑选用的设备、元件和材料应符合国家有关规定，既要安全可靠又要体型紧凑，要求尽可能与IEC标准取得一致。
5.变配电设备的布置应便于安装和维护
高层民用建筑应采用干式变压器和高压真空断路器，高压电容器和油断路器；宜将总配电室或变电所设置在地下一层。柴油发电机组的机房最好设置在地下一层，宜采用风冷式；高层民用建筑的各楼层配电室宜高在电气竖井内，一般情况下配电箱与电缆分装在竖井内的不同侧面。
6.供配电系统的网络设计应合理
高层民用建筑中的低压配电网络多采用混合式配电系统。其中地下室与裙楼部分采用放射式配电，主体部分采用树干式配电。根据负荷大小和楼层层数的多少，决定选用分区树干式还是母线树干式配电系统。树干式的配电形式一般为电缆或插接式绝缘母线槽沿垂直的电气竖井内敷设。
三、 高层民用建筑对供配电系统的要求
7.适应高层民用建筑的扩建发展
随着经济的飞速发展，新设备、新材料、新功能等不断增加到高层民用建筑中，为适应高层民用建筑的发展，考虑扩建需求，要求高层民用建筑的供配电系统应适应其不断发展的需要。
四、 高层民用建筑对供电电源及变压器选择
1. 高层民用建筑的供电电源
（1）双电源供电
两路电源能够保证各路电源的独立性，当一路电源因故障停电时，另一路电源还能保证建筑物的可靠供电。
（2）双回路供电
双回路供电方式可以是右图所示的双电源供电，也可以是单电源双回路供电。在单电源双回路供电时，当供电电源或母线发生故障时整个建筑的供电电源还会中断。
有些地区电力供应较紧张，仅能供给高层建筑一个电源时，应注意在建筑群内应设立柴油发电机组，作为高层民用建筑的备用电源。
2. 变压器的选择
目前城市高层建筑普遍采用箱式变电站，箱变是将高压电器设备、变压器、低压电器设备等组合成紧凑型成套配电装置，在配电系统中接受和分配电能。这种新型成套设备——箱变与常规土建式变电站相比，同容量的箱式变电站占地面积通常仅为常规变电站的1/10~1/5，大大减少了设计工用量及施工量，减少了建设费用。
高层建筑物的变电站通常设在主体建筑物的首层，这类变电站内的主变，应选择干式变压器或非燃液体变压器，以减少火灾的危险性。
（1）设在主体建筑物内的变电站
设在主体建筑物内的变电站主变，应选择干式变压器或非燃液体变压器，以减少火灾的危险性。若确实需要采用油浸式变压器时，应选择安全部位，采取防火分隔和防止油流散的设施，并应设置火灾自动报警和灭火装置。
（2）设在裙房内的变电站
裙房内的变电站可以采用干式变压器，也可以采用油浸变压器。当采用油浸变压器时，变电间必须为一级耐火等级建筑。各变压器设在独立的小间内，不要将高压负荷开关柜、低压负荷开关柜放在同一个房间里，以免引起火灾。
五、 高层民用建筑的配电系统
高层民用建筑的电力负荷中增加了电梯、水泵等动力负荷，因此提高了建筑物的供电负荷等级。同时，由于设置了消防设备，增加了一系列的消防报警及控制要求。
1.配电方式
（1）对非消防电梯要求双电源供电，双路电源在配电室互投而未要求末端配电箱互投。
（2） 对消防水系统，要求其配电系统都应为二路电源进线，末端配电箱互投。
（3） 对消防电梯要求双电源供电，末端配电箱互投。
九层
八层
七层
六层
五层
四层
三层
二层
一层
单干线
交叉式单干线
双干线
（4）配电设计时，一般将高层住宅的照明配电采用干线分段供电，如图示。在火灾或其他特殊情况出现时，可以将楼层分段停电。
2.配电间
高层建筑一般在每层设置有1～2个配电小间，专供电力配电箱、照明配电箱、电话汇接箱、电脑数据采集盘、电力干线、电话线、共用天线、闭路电视系统和电脑控制系统等强电、弱电系统管线的安装和敷设之用。
每层的配电间之间以楼板分隔，以满足电气防火的要求。为了维修方便，每层均应设置向外开的小门。为了供电方便，配电间一般设在电梯间旁或墙角，最好在建筑物的中部，如果建筑物太长，可在两端各设一个配电间。
接地类型
工作接地
保护接地
防雷接地
屏蔽接地
防静电接地
信号接地
等电位接地
工作接地、屏蔽接地、信号接地等属于电气功能性接地。防雷接地、防静电接地等属于电气保护性接地。
六、 高层民用建筑的接地保护
1. 接地的类型和作用
根据现行的国家标准《电压配电设计规范》，低压配电系统有3种接地形式，即TN系统、TT系统和IT系统。
3种系统中的第一个字母T表示：电源端有一点直接接地；
第一个字母I表示：电源端所有带电部分不接地或有一点通过
阻抗接地；
第二个字母N表示：电气装置的外露可导电部分与电源端接地
点有直接电气连接；
第二个字母T表示：电气装置的外露可导电部分直接接地，此
接地点在电气上独立于电源端的接地点。
六、保护接地的方式
1. TN制式系统
a. TN－C系统
C表示工作零线与保护零线合二为一。即系统中的中性线N与PE保护线合二为一。为了减少因PEN断线后带上近乎相电压的对地电压，常在PEN线上采取重复接地的措施，这种接地系统不能使用漏电保护器RCBO，否则合不上开关。
这种系统的N线和PE线是分开的，零线N断开时不会影响PE线的保护作用，常用于安全可靠性要求较高的场所。对新建的高层建筑、住宅小区，推荐使用TN-S系统。
b. TN－S系统
c.TN-C-S系统
C表示工作零线与保护零线合二为一，S表示工作零线与保护零线严格分开，此系统中，中性线N与PE保护线有一部分合二为一，另一部分分开，以G处为分界点，前部分适用于三相平衡负载，后部适用于三相不平衡负载。整个系统可以使用漏电保护器RCBO，但是PEN线与G点后的PE线不能穿过漏电保护器。
这种系统兼有TN-C和TN-S两种制式的特点，常用于配电系统末端环境较差或对电磁干扰要求较严的场所。
(2)TT接地制式系统
TT接地制式系统适用于以低压供电、远离变电站的建筑物，对环境要求防火防爆的场所，以及对接地要求高的精密电子设备和数据处理设备等。如我国低压公用电，推荐采用TT接地制式。
但是，TT接地系统为达到接地要求，耗费的钢材多、难以回收，费工费时费料，难以推广。
（3）IT接地制式系统
IT接地制式系统由于中性点不接地，设备漏电时单相对地漏电流小，不会破坏电源电压的平衡，因此适用于供电距离较短，对供电可靠性要求较高的大医院手术室、地下矿井等不停电场所。
供电距离较长时，供电系统对地分布电容不可忽视，输电线路越长，分布电容越大，若对地电容电流一旦和电源发生联系，则保护设备不一定动作，这非常危险！因此，该系统只适用于供电距离较短的系统。
低压接地制式对接地安全技术的基本要求有以下几点：
八、低压接地制式对接地安全技术的基本要求
①系统接地后提供了采用自动切断供电电源这一间接接触防护措施的必要条件。
②系统中应实施总电位联结。在局部区域当自动切断供电电源的条件得不到满足时，应实施辅助等电位连接。
③不得在保护回路中装设保护电器或开关，但允许装设只有用工具才能断开的连接点。
④严禁将可燃液体、可燃气体管道用作保护导体。
⑤电气装置的外露可导电部分不得用作保护导体的串联过渡接点。
⑥保护导体必须有足够的截面。
某楼内附10/0.4kV变电站，采用TN-S接地制式，该站提供给与其相距100m的后院中一幢多层住宅楼0.22/0.38kV电源，因主楼采用了TN-S接地制式，故该住宅楼也只能采用TN-S接地制式，是否正确？
分析
图b示为TN-C-S接地制式，比较经济，同时在总N线因故拆断时，其N线已接地，不会因相负荷不平衡而造成基准电位大的漂浮，而烧坏家电；图c所示为TT接地制式，也是经济可行的，但必须设置漏电保护。
根据以上分析可知，认为该住宅只能采用TN-S制式是不全面的。
［任务实施］选择住宅楼的保护接地制式
任务总结
1.根据高层建筑的特点，19层及其以上的属于一类建筑，10～18层属于二类建筑；高层建筑的电力负荷可分为照明负荷和动力负荷两大类。高层建筑对供配电系统要求保证供电电源的可靠性、满足电能质量、满足安全可靠经济灵活等。
2.高层建筑的供电电源通常一级负荷采用双电源供电，二级负荷采用双回路供电。高层建筑的供电变压器应选择干式或油浸式，变电间一般设在主体建筑物内，各层设置配电小间。
3.高层建筑的接地方式分有工作接地、保护接地、防雷接地、屏蔽接地等7类。其中保护接地制式采用IEC标准，即TN、TT、IT三种。

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