高层建筑的电气安全和电气节能_吴雁波

吴雁波

（苏州供电公司，江苏 苏州 215004）

高层建筑的电气安全和电气节能

1 高层建筑电气安全节能的基本原则

1.1 满足建筑物的使用功能

高层建筑电气安全节能首先要满足建筑物内各种电机系统能正常运行的动力需求以及提供良好的人工环境所需的必要能源，如满足照明的照度、色温、显色指数；满足舒适的空调温度和风量；满足各楼层的运输通道通畅无阻。另外还需满足一些特殊工艺的要求，如一些大型会堂展厅的照明及动力用电等。

1.2 兼顾实际的经济效益

在技术性满足高层建筑电气系统需求的前提下，要与工程实际情况相结合兼顾实际的经济效益。可以通过合理地选用先进的安全节能设备和材料，使在节能过程中增加的部分投资能在几年或较短的时间内通过节约电费等手段来将其回收，从而在保证更加安全的前提下，提高整个建筑电气系统的经济性能。

1.3 节省能量的无用消耗

节能的关键是节省无用的消耗，应在考虑高层建筑内部电气负荷、容量、用电等因素的前提下，采取相应的技术措施减少或消除与维持高层建筑功能无关的电能消耗，如变压器的功率损耗，供配电线路上的电能消耗，还有量大面广的照明容量，都宜采用先进技术使其能耗降低。

1.4 安全性

安全是建筑电气设计的前提，至关重要。设计过程中应严格按照国家规定的设计规范设计。现主要使用的规范有GB50045-95《高层民用建筑设计防火规范》、GB50116-98《火灾自动报警系统设计规范》。

除了以上4条基本原则外，还应在提高人们的生产、工作、学习效率以及生活质量等方面进行充分考虑。同时，在建筑电气系统安全和节能技术研究中，应坚持以人为本、经济舒适、节能科学、绿色环保等原则。

2 高层建筑电气安全节能的设计要点

2.1 供配电系统的安全节能设计

在设计供配电系统时，应根据负荷容量、供电分布及距离、用电设备特点等因素，尽量使系统简单可靠、操作方便、节能环保。供配电系统应合理分布以减少线路损耗；应选用低耗节能型的变压器，并考虑所选择的变压器的容量和台数，能够灵活投切变压器以适应因季节性变化造成的负荷变化；尽量保证变压器和电动机等电器设备处在经济、安全运行状态；尽量采用低耗无噪音节能型接触器，并尽可能使三相负荷平衡。

2.2 照明用电的安全节能设计

照明系统是建筑电气中的一大核心系统，也是一个大的电能消耗单元。电气照明系统的电能消耗受很多因素的影响，包括电气照明设备总共使用的时间；整个配套电气照明设备的损耗。另外，电气照明设备把电能转换成可见光过程中的能量损耗，也受照明设备的发光效率影响。

〔摘 要〕随着经济的发展，国内各大城市出现大量高层、超高层建筑，必然需要配套的高层电气系统，相伴而生的是安全和节能问题。介绍了高层建筑电气安全节能的基本原则，着重介绍了电气建筑安全节能的要点以及电气运行日常安全、经济管理应注意的问题，为未来建筑的电气安全和电气节能提供一定的参考。

〔关键词〕高层建筑； 电气系统； 安全；节能

2.2.1 确定安全、合理的电气系统照明方案

首先，要在保证安全可靠的前提下选择合理的照明搭配方案。在艺术照明设计上，应按经济、适用、实际等原则进行设计，不能为片面追求艺术形式而降低整个照明系统的经济性和可靠性。在对智能高层建筑进行照明设计时，在有空调的区域中，可以选用照明空调组合式节能系统。对于需要高照度或改善光色要求的场合进行照明设计时，应综合场地的实际情况，选用2种或2种以上光源组成一个完善的混光照明系统。建筑电气照明系统中常用的4种混光搭配特性参数如表1所示。

?

表1 建筑电气照明系统中常用的4种混光照明参数特性

种类光通量

混光区

色温，

K

平均显

色指数

灯的效

率，%

白炽灯和荧光汞灯3:73?7006038

高压钠灯和荧光汞灯4:63?0504272

高压钠灯和金属卤化物灯5:53?1005498

高压钠灯和钪系金属卤化物灯3:73?20061115

其次，需要选择照明系统照度标准。在进行照明系统设计时，应按照GB50034-2004《建筑照明设计标准》中的技术要求进行设计。

2.2.2 选择安全、经济、高效的光源

光源的选择是整个高层建筑照明系统选型设计的重要部分。在选择灯具光源类型时，应该结合工程实际情况、人员对照明的视觉要求、灯具的使用场所以及照明质量和数量等要求，在满足照明区域显色性、启动时间等一些基本技术要求的前提下，把发光效率高、运行安全、使用寿命长、性价比高作为选择发光光源的标准。

2.2.3 选择高效节能的灯具

在设计高层建筑电气照明系统时，各类光源很少会单独使用，一般都是根据各种光源的优缺点进行互补搭配使用，?以体现各类光源的实际应用价值，达到节能降耗的效果。灯具搭配不当，灯具使用效益过低等，都可能使照明系统对电能资源的浪费高达35?%～45?%。因此，在设计中需要选择能量转换效率高、控光效果好的灯具。

2.3 电动机的安全节能设计

由于高层建筑电气系统中的电动机一般是跟暖通、给排水、电线系统、建筑等专业设备相配套的，由设备制造厂统一提供。因此，其节能措施应结合实际工程的安全情况在运行过程中进行贯彻。

在设备系统中，对于输送超前无功所引起的线路有功损耗，一般可以采用就地补偿电容器的方法来减少。同时，应尽量减少电机的轻载与空载，因为在此情况下，电机的效率很低，所消耗的电能不会与负载的减少成线性变化。

2.4 变压器的安全节能设计

在变压器的安全节能设计上，关键是降低变压器的有功功率损耗。变压器的有功功率损耗ΔP

b 可以表示如下：

ΔP

b

=P

o

+P

k

β2(kW)

式中：P

o

——变压器的空载损耗(kW);

P

k

——变压器的有载损耗(kW);

β——变压器的负载率。

(1)?P

o

又称铁损，由铁芯的涡流及漏磁损耗组成，其大小是由矽钢片的性能及铁芯制造工艺决定的，对于某厂生产的某种型号的变压器来说一般是固定不变的。因此，变压器应选安全节能型的，如S9、SL9及SC8等型号的油浸变压器或干式变压器。它们通过采用优质冷轧取向矽钢片来减少铁芯的涡流损耗；通过45°倾斜接缝结构来减少漏磁。

(2)?P

k

是变压器的线损，与变压器绕组的电阻及流过绕组的电流大小有关，跟负载率β的平方成正比。因此，在选择变压器时应选绕组阻值较小的，如采用铜芯的变压器。一般情况下，当β=50?%时，变压器每千瓦负载的能耗最小。但在实际操作中，取变压器负载率为50?%是不经济的，一般变压器的负载率在75?%～85?%既经济又安全，这样可使变压器在使用时预留适当的容量。

(3)?当建筑用电容量大，需要选用多台变压器时，应尽可能地减少变压器的数量，更多地选用大容量的变压器。例如，需要的装机容量为4?000?kVA时，可选用2台2?000?kVA的变压器，而不是选4台1?000?kVA的变压器，这样可以达到更好的节能效果。

2.5 供配电线路损耗控制

供配电线路是整个高层建筑电能输送的直接载体，其干线、支线等线路组成一个交叉纵横的错综复杂的网络，其总长度一般在数万米甚至几十万米以上，因此线路上的电能消耗量非常大。如何控制供配电线路的损耗也是高层建筑电气系统节能研究的一个重点。

一般供配电线路在有电流通过时会产生功率损耗，其计算公式为：

ΔP=3I2R×10-3?

式中：ΔP—三相输电线路的功率损耗(kW);

Ι—线路电流(A);

R—线路相电阻(Ω)。

从上式可知，要降低功率损耗就应降低电流和电阻。通常，电流的大小都有特定的要求，因此要降低损耗应多从降低电阻入手。降低线路电阻应从以下几方面考虑。

(1)?合理选择高层建筑的配电电压等级。当前高层建筑越来越多、越来越高，而低压供电的供电半径不宜超过150?m，对于高度超过150?m的建筑物，配电变压器应放到建筑物的适当高度层面上，以提高供电电压等级，缩短低压供电半径，减少低压配电线路的损耗。如，目前已建成的南京紫峰大厦，?建筑总高度达到450?m,共有89层，在其35楼、60楼各设置部分配电变压器。苏州工业园区在建的东方之门，建筑高度为278?m，在设计时也将部分配电变压器放在建筑物的不同楼层中。

(2)?合理选用导线类型。在工程实际应用中，一般选用电导率较低的新型材质导线，其中铜芯电缆传输电能的效率最佳，但铜的成本高，因此在选择导线时应遵循安全、经济、实惠的原则。对负荷量大的一类、二类建筑物可选铜导线，对三类或负荷量小的建筑物可选用铝芯导线。

(3)?减少低压配电线路的长度。为缩短低压线路的安全供电距离，减少电能损耗，应尽量把变配电所设置在靠近负荷中心的位置，而且变配电所的低压配电室应尽量靠近建筑物强电竖井。

(4)?增大线缆横截面。在高层建筑电气系统设计过程中，必然会遇到某些电机设备离供电系统较远的情况。在进行这些较远线路选型设计时，应在满足线路的动热稳定、电压降、基本载流量等基本安全功能的基础上，根据实际情况选择大一级的线缆横截面。

2.6 建筑电气系统的安全性设计

节能离不开安全，在建筑电气的设计中必须保证用电的安全性，在使用过程中不能存在安全隐患。安全性设计需要从以下几个方面考虑。

(1)?保证电力的供应。电在人们日常生活中必不可少，因此需保证电力的连续供应。一般为了减少意外断电给人们带来的麻烦，每栋高层建筑都会准备2个或2个以上的独立电源，以保证电力的供应。另外，高层建筑还需配置发电机，保证在事故发生后15?s内提供电力。一般规定不能使用大容量油浸电力变压器，以减少火灾的发生。

(2)?供电线路和电气设备的安全性。由于高层建筑用电量大，线路错综复杂。一旦因为线路功率过大引发火灾，后果不堪设想。因此，必须严格按照规范要求来选择导线和控制电流。通常情况下，大功率的用电设备都要接地，并且需要重复接地。重复接地指的是在中性点直接接地的系统中，在零干线的一处或多处用金属导线连接接地装置。

(3)?建筑消防的设计。高层建筑电气工程设计中，消防控制必不可少。消防系统主要包括：火灾自动报警系统、消防通讯系统、火警通讯系统、消防联动系统和自动喷水系统。消防线路所使用的材料必须具备防火功能，这样当火灾发生时才能保证消防线路能继续使用。此外，消防灭火一般使用的是水泵，所以控制水泵也很重要。

3 高层建筑电气安全节能运行的日常管理

高层建筑中普遍存在让非长明灯处于长期运行的状态。工作人员节能意识差没有养成随手关灯、关空调、关电脑、关风扇等好习惯，常出现空调、电脑等用电设备全天运行，以及空调温度过高或过低的情况。还有一些大型的、耗电高的建筑，如娱乐场所，高校实验室、教学楼等，缺乏有效安全的节能管理章程，往往造成建筑物的巨大电能损耗和安全故障。因此，要在日常工作中培养工作人员的安全节能意识。同时，高层建筑电气系统的管理人员应该制定安全有效的节能降耗施行方案，并对整个电气系统进行定期检修维护，不断地完善节能体系。如此，才能更好地做到建筑的安全节能降耗。

4 结语

未来建筑对电气的安全和节能要求越来越高，潜力巨大，在设计过程中，应进一步深入现场、结合实际，做到既安全、又经济，让人们生活在一个绿色、低碳的环境中。多年来，苏州市有关高层建筑采用了以上所述的电气安全节能基本原则及设计

赵秋生

（中国劳动关系学院，北京 100048）

触电形式分类问题探讨

触电形式直接决定着触电防护技术措施的选择。不同的触电形式具有不同的触电危险性、不同的触电发生规律，而这最终又会影响对触电防护管理侧重点的把握。对触电形式进行科学系统的分类并给出含义明确的命名，有利于在“知识”层面(触电形式的分类并非?“高深理论”)及实际应用中准确描述触电的原因，从而为采取科学合理的防护措施奠定基础。因此，对触电形式的科学分类是触电防护不可或缺的基础工作。

1 现有触电分类方法存在的问题

根据相关标准的术语可知，触电可分为两大类别，直接接触触电和间接接触触电。并且，现有的教材也给出了具体触电形式的分类，如表1所示。

现有触电形式分类方法存在如下问题。

(1)?不同分类方法之间没有建立明确的联系，如，哪些具体触电形式属于直接接触，哪些属于间接接触。目前的触电形式分类都是单层次的，还没有综合性的多层次分类。

表1 现有触电形式分类方法

分类方法触电类别触电类别定义

标准分类

直接接触触电人触及正常情况应当带电部位造成的触电

间接接触触电

人触及正常情况不带电，发生故障后变

为带电部位造成的触电

教材分类

单相触电

人同时触及相线和大地或与之相连的外

部可导电部分造成的触电

双相触电人同时触及2根相线造成的触电

跨步电压触电

人两脚同时触及带电接地极附近地面具

有不同电位的2点时，双脚间电位差造成

的触电

(2)?一些触电形式名称含义不明确，如，“单相触电”既可理解为人同时触及相线与中性线后造成的触电，也可理解为人同时触及相线与大地或与大地相连的外部可导电部分造成的触电(目前教材对单相触电的定义为后者)。

(3)?教材给出的具体触电形式分类不完整，有些触电形式没有被包括进来。如，人同时触及相线与零线造成的触电，人同时触及零线与大地造成的触电等。

(4)?教材对触电形式的分类依据不一致，如，“单相触电”与“双相触电”是以参与触电的相线

〔摘 要〕从触电相关导电体入手，提出了系统完整的多层次触电形式分类方法。在以触电是否涉及正常带电体为分类依据的现有触电形式分类方法基础上，又提出了以触电是否涉及大地为分类依据的全新触电形式分类方法。新的触电形式分类方法不仅有利于对不同触电形式危险性的认识，还有利于对触电防护装置的选择，更有利于对触电规律和触电防护管理重点的把握。

〔关键词〕触电形式；触电相关导电体；多层次分类；对地电压触电；电源电压触电

要点，不仅没有发生过电气事故，同时还节约了大量的能源，取得了很好的成效。

参考文献:

1?廖述龙．高层楼宇建筑电气节能技术研究[D]．上海:上海交通大学，2012．

2?中华人民共和国建设部．GB?50364-2005民用建筑太阳

能热水系统应用技术规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2006.

3?李德英．建筑节能技术[M]．北京:机械工业出版社，2006.

4?中华人民共和国建设部．GB?50034-2004建筑照明设计标准[S]．北京：中国建设建筑工业出版社，2004.

（收稿日期：2013-05-12）