住宅低压供配电系统设计探讨

摘要：随着社会经济的快速发展，人们对于楼宇的电气要求越来越高，智能照明在楼宇中的应用占重要地位。本文根据笔者多年从事电气设计的经验，对低压供配电系统的基础理论及防漏电、防雷电浪涌保护、均衡电位保护及防电磁感应保护等方面的安全技术进行探讨。

关键词：住宅；低压；供配电；防雷

住宅建筑的电气由于具有个性化的需要而变得复杂，代压供配电系统是电力系统与用户联系最密切，使用设备最多和线路最长、用电量最大的最后环节。因此，低压供配电系统的合理、安全、高效与稳定的运行，显得非常重要。

一、电气负荷分级及供电电压选择

1电气负荷分级

根据对供电可靠性的要求及中断供电后对政治、经济所造成损失或影响的程度，我国将电力负荷分为三个等级。一级负荷是指中断供电会对人身安全或政治、经济造成重大影响的供电系统，该供电电源要求应由两个独立电源供电，保证有一个电源持续供电。民宅一级负荷包括疏散楼梯、消防电梯前室及地下室的应急照明、消防水泵、排烟风机等。对一级负荷别重要的负荷(如金融机构的计算机系统、防盗报警系统等)，除由两个电源供电外，尚应增设第三路应急独立电源(自备应急发电机组)。二级负荷是指中断供电会对政治、经济造成较大影响的供电系统，该系统应在变压器或线路常见故障时不巾断供电或中断供电后能迅速恢复供电，宜由两个电源供电，或用两回路送到适宜的配电点。民宅二级负荷包括部分客梯电力、生活泵电力：其余情况为三级负荷，三级负荷对供电无特殊要求，仅保证其正常情况下的用电。

2供电电源及电压等级的选择

供配电系统设计巾，为保证供电系统的合理性，要求根据负荷等级采取相应的供电措施。民用建筑的供电电压主要取决于用电负荷的大小、供电距离的远近、供电线路的回路数等因索。对民宅(小区)来说，一般没有特别重要负荷，且一级负荷容量较小，因此采用两路市政电源供电或一路市政电源加应急发电机组供电均可满足要求，后者在工程应用中较为常见。用电设备容量在250kw或需用变压器容量在160kVA以上者应以高压方式供电，供电电源采用一路独立的10kV高压电源，由市政区域变配电站引人至小区首层开关房。用电设备容量在250kW或需用变压器容量在160kVA及以下者，应以低压供电，一般采用220V／380V。当线路电流不超过30A的照明负荷时，可用220V单项供电，否则应采用380V／220V三相四线(五线)制供电。

二、民宅低压供配电系统接地型式及供配电方式

1民宅低压供配电系统接地型式

民宅低压供配电系统接地型式应采用TT、TN―C―S或TN―S接地方式。TN系统在有些情况下，如线路较长、导线截面较小的情况下，接地故障电流也随之减小，过电流保护电器常常不能满足切断故障回路的时间要求，此时必需采用漏电保护器和专用PE线作接地故障保护。TN系统巾中性线和PE线互相导通二电位相等，而PE线又纳入等电位联结内，这使整个建筑物处于同一电位。因此其漏电保护器的N线可不设极，可以采用“3P+N”或“1P+N”的漏电保护断路器。TT接地系统的电源端中性点直接接地，用电设备金属外壳用保护接地线(PE线)接至与电源接地点无关的接地极。TT系统正常运行时，用电设备金属外壳电位为零。但与TN系统相比，TT系统故障回路阻抗大，故障电流小，过电流保护更难以满足动作灵敏度的要求。TT系统的中性线与地绝缘，它因通过工作电流产生压降而对地带电位，因此在TT系统建筑物内，必须在总电源进线处和末端插座回路配电时采用“4P”或“2P””的漏电保护断路器，但在TN系统内却不存在这种危险。

2民宅低压供配电系统接地要求

在巾性点不接地的低压供电系统中，电气设备必须保护接地，接地电阻R≤4。在陛点直接接地的低压供电系统中既可采用保护接地，也可采用保护接中性线。为确保接中性线保护系统的安全可靠，必须将中性线干线或支线的终端再次接地，这称为重复接地。重复接地有以下作用：增大流过线路保护装置的电流使其加速动作，从而减轻或避免事故的发生；设置重复接地后可降低漏电设备的对地电压，减少触电的危险程度。为确保接中性线保护的安全可靠，按规定必须做到以下几点：①重复接地的接地电阻必须小于l0；②保护接中性线的其电导不得小于线路中相线电导的一半；③在任何情况下，同一供电系统中不可一部分电气设备采用“保护接地”，另一部份采用“保护接中性线”；④用于接中性线保护的中性线不能安装带熔丝的开关或熔断器。

3民宅小区'IN―c―s供配电方式

民宅小区变压器为10kV配电系统，采用成组的环网柜为核心的环形10kV配电，开环运行方式。低压配电系统采用TN―c―s系统，在人户总配电箱做重复接地后转为TN―s系统。由于备栋住宅的总用电负荷不同，小区内变配电所至单栋住宅采用不同的供配电方式。

对于单栋用电负荷较大的建筑，均采用变电所低压放射式供电图(如图1)。该供电方式配电线路较长，故障范围小．供电可靠。对于单栋用电负荷较小的建筑，均采用多栋楼树干式供电(如图2)，该供电方式较为经济。干线上用电负荷裕量大，缺点为事故范围大，导线截面大。

图l放射式配电

图2树干式配电

按照大多数住宅小区的设计要求，多数住宅分户电度表全部集中于一层电表箱内，配电支线以放射式配电至各户，用户终端配电箱设于户内。对于每户住宅，用电负荷按4kW～6kW考虑，电流计算值在负荷为6kW时已超过30A，但在实际设计过程中考虑到安装施工的方便性、造价成本、用户接线的安全性以及我国家用电器均为单相负荷，户均日常实际使用负荷大部分时间不高等因素，在不大于8kW户均用电负荷范围内，一般的用户住宅使用单相配电方式即可。

三、民宅小区的弱电机房

弱电机房设备属于一级负荷，应采用两条专用干线引进两路独立电源。对用电容量较小的可就近从一级照明负荷干线引进电源，当电源故障率高时，可考虑在机房附近设置自备发电机或增加蓄电池容量。计算机设备对电源要求质量较高，不仅要求采用不问断供电系统，而且要求电源电压波动在±10％以内才能正常工作。一些网络数据传输设备甚至要求电源电压波动在4-5％以内。弱电机房应设单独电源管理问，用防火墙与弱电设备隔离，避免电源管理间噪声、蓄电池酸碱液渗漏和电气火灾等事故传播到弱电设备机房内。弱电机房电气接地有三种：直流地、交流工作地、安全保护地。以上三种接地的接地电阻值均要求不大于4Q，可靠而又经济可行的接地方法是采用共同接地方式，和防雷接地共用一组接地装置，采用TN―S接地系统。交流工作地和安全保护地分别取自电源供电线上的N线和PE线。统一接地电阻不应大于1n的要求是一个最低限值，某些高层建筑个别测试点接地电阻值最大不过0．8n，在具体工程中应越小越好，如达不到要求应增加接地体数量或采取人工降阻措施来满足实测要求。

四、低压供配电系统防漏电和防雷安全技术

低压供配电系统涉及千家万户，为了保障用户用电安全，我们有必要了解供配电系统相关的防漏电和防雷安全保护技术。

1防漏电保护

装设漏电保护器不仅能防止人身触电事故的发生而且可预防大的故障电流对用电设备的损伤，因而漏电保护器在低压供电系统中已经得到广泛的应用。在380／220V(TN―c)供电系统中要求PEN线进行多次重复接地，所以不能直接装设漏电保护器，必须在负荷端将PEN线的两大功能由两条(N线和PE线)分别承担，也就是应在负荷端将TN―C系统转换成TN―C―S系统，这样便可以在TN―S部分设置漏电保护，对人身和用电设备进行保护。

2防雷电浪涌保护

供电系统的浪涌保护对于低压供电系统，浪涌引起的瞬态过电压(TVs)保护，最好采用分级保护的方式来完成。从供电系统的人口开始逐步进行浪涌能量的吸收，对瞬态过电压进行分阶段抑制。

第一级设置于总电房或建筑物总电源配电柜处，为泄流型SPD，承受大部分雷电能量冲击，应选用开关型SPD(I级分类试验SPD)或限压型大通流容量SPD(Ⅱ级分类试验SPD)，电压保护水平≤4KV。开关型SPD通流容量选择依规范要求应在15KA一25KA(10／350s)之间，限压型大通流容量SPD通流容量应选择60KA―I00KA(8／20s)。

第二级设置于楼层分电源配电箱处，应采用限压型SPD，电源保护水平

第三级设置于信息机房配电箱处，为限压型或复合型SPD，通流容量10―20KA(8／20s)，进一步将雷电流限制在较低的水平，其电压保水平依不同类型的SPD有不同的数值：一般在1KV―I.8KV之间。

第四级串联安装于UPS电源前端及需特殊保护的设备前端，为精细级保护SPD，通流容量10KA一20KA(8／20s)，其输出残压超低，一般在1KV以下，可满足设备精细保护要求。

3均衡电位保护

为使建筑物内各点的电位均衡，避免由于电位差危害设备必须实行等电位联结保护。等电位联结是故障接地保护的一项基本措施，它有效地保证人身安全，减少电气火灾，减少设备电气事故。总等电位联结是将进线配电箱的保护母线或端子、接地干线、建筑物的公用设施管道(如煤气管道，金属给排水干管，以及暖气，空调等金属管道等)、建筑物的金属结构(包括防雷接地装置)等汇接到进线配电箱近旁的总接地母排(总接地端子)并相互连接。当电气装置或电气装置某一部分的故障接地保护的条件不能满足时，可在局部范围内设置等电位联结。

4．防电磁感应保护

为减少雷电电磁干扰，进行屏蔽措施，将建筑物钢筋、金属构架、金属门窗、地板等均相互焊接或可靠连接在一起，形成一个“法拉第笼”，并与地网形成良好的电气连接。屏蔽中要注意对各种“洞”的密封，除门窗外，重点对人户的金属管道、通信线路，电力线缆人口作好屏蔽，各种线缆均要采取屏蔽措施。

架空电力线由站内终端杆引下后应更换为屏蔽电缆，室外通信电缆应采用屏蔽电缆，屏蔽层两端要接地，经测量，电缆屏蔽层一端接地时可将高频干扰电压降低一个数量级，两端接地时可以降低两个数量级。对于既有铠带又有屏蔽层的电缆应将铠带及屏蔽层同时接地，而在另一端只将屏蔽层接地。电缆进入室内前水平埋地10m以上，埋地深度应大于0．6m；非屏蔽电缆应穿镀锌钢管并水平埋地10m以上，钢管两端应良好接地，若在室外人口端将电力线与钢管间加接压敏电阻，防雷效果会更好。

五、结束语

住宅低压供配电系统的是一项复杂的电气工程系统，随着住宅数量的不断增加，用电量越来越大，住宅的供配电设计中许多问题需要分析总结，结合工程实践，为居民提供更安全、稳定、可靠的供配电系统，优质合格的供电质量。对住宅电气负荷标准的确定及配电系统的安全设施配置应具有超前意识，为城市的可持续发展提供更好的保证。