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摘要：本文从负荷性质与容量、配电方式、导线选择及敷设、低压电器选择和配电保护等方面探讨了民用建筑低压配电设计中的相关问题。
关键词：民用建筑;低压配电系统;设计
低压配电系统是指工频交流电压1000V及以下的配电系统。按《建筑物电气装置的电压区段》（GB/T18379-2001）规定，1000V及以下的交流系统标称电压分为220V/380V、380V/660V和1000 V（1140 V）三个区段，在一般民用建筑中220V/380V是最为普遍的。低压配电系统主要是由配电线路、配电装置和用电设备等组成，一般通过配电变压器、开闭所、配电室得到220V/380V的电能。低压配电系统与民用用电用户紧密相连，其供电可靠性和电能质量与人民群众切身利益息息相关，所以民用建筑低压配电设计非常重要。本文结合设计实践对低压配电系统的设计进行了分析和探讨。
1 民用建筑低压配电设计的主要内容
民用建筑低压配电系统设计的主要内容包括配电系统组成形式、配电方式、导线选择、线路敷设、配电系统保护等方面。配电系统设计的首要目标是保证供电可靠、连续及稳定的电能质量，还要注意接线不应过于复杂，操作控制应力求简单、方便和安全，并应保证一定的灵活性。低压配电系统取决于很多因素，根据《民用建筑电气设计规范》（JGJ 16-2008）第7.1.2条，主要因素是工程类别、规模、负荷性质、容量、发展潜力等，但不能否认当地电网的配电系统也是重要因素。
2 负荷性质
明确负荷性质是非常重要的，因为民用建筑分为居住建筑和公共建筑，居住建筑又分为住宅建筑、宿舍建筑，住宅建筑可再分为多层住宅、高层住宅、超高层住宅、公寓住宅、别墅等;公共建筑的类型就更多了，有商业建筑、教育建筑、体育建筑、医疗建筑、交通建筑……，不同建筑的负荷性质差别很大。其中针对不同负荷性质进行正确分级是关键。JGJ 16-2008对负荷分级作出了原则性规定，其表3.2.2对常用负荷进行了分级，但难以将各类建筑中的所有负荷全部列出，其他类似负荷分级应根据工程实际情况参照确定。
3 负荷容量
容量要通过负荷计算得到，负荷计算方法在相关规范中一直沿用需要系数法。该方法的优点是计算简便，但准确程度不太理想，而且民用建筑的需要系数比相应工业方面研究少，而且缺少实测数据验证。采用需要系数法计算结果偏大的情况较多，会增加导线、设备的投资。朱甫泉等[1]建议引入同时系数和参差分布系数，以提高计算的准确率。另一方面，负荷容量取值也与地区因素有关，不同地区执行的标准有较大差别，例如某地区住宅基本配置容量比国家标准高出不少，按《住宅建筑电气设计规范》（JGJ 242-2011）规定，建筑面积≤60m2配置3kW，建筑面积（60～90）m2配置4kW，（90～150）m2配置6kW;而该地区《新建居住区供配电设施规划设计导则（试行）》规定，建筑面积≤120m2均配置8kW[2]。
4 配电方式
目前，低压配电系统有放射式、树干式、变压器-干线式、链式、备用柴油发电机组、环网式等配电方式。放射式配电各支线间互不干扰，各用户独立受电，供电可靠性高，并且配电设备集中，检修方便。但灵活性较差，有色金属消耗多，开关设备也较多，适用于设备容量大、对供电可靠性要求高的场合配电。树干式配电优缺点与放射式接线几乎相反，适用于设备容量较小、明敷设回路、负荷分布均匀且对供电可靠性要求不高的场合。变压器-干线式配电更简单，配电设备更节省，但供电可靠性也比较差，因此一般要求分支回路数不超过10个。链式配电特点与树干式配电相似，由于线路上没有分支点，发生故障时整条链上的设备全部停电，所以要求链上串联的设备总数不超过5台，总容量不超过10kW。备用柴油发电机组方式采用10kV专线主供电，柴油发电机组备供电，在两条电源线之间设置连锁，避免并网运行，适于含部分重要负荷的用户。环网式接线由一个或一个以上电源供电，干线结成闭环。常采用双线环式结构，一般情况下环路断开，实际上按双电源树干式线路运行，这样保护装置动作有选择性，缩小故障停电范围。双电源环网供电适用于一二级负荷，单电源环网供电适于停电时间不超过0.5h的二级负荷。上述各种配电方式各有利弊，应根据负荷性质确定适宜的接线方式，例如高层建筑向各楼层供电时，可采用分区树干接线方式。
低压配电干线分支接线方式有单式干线、双式干线、公共备用式干线和双母线式干线等。负荷较小、供电可靠性要求不高的高层建筑常采用单式干线方式，干线可采用电缆敷设;负荷较大的建筑宜采用双式干线方式，干线应采用硬母线配线;含重要负荷的建筑可采用公共备用式和双母线式干线，供电可靠性有保证。
5 导线选择
民用建筑低压配电导线应采用铜芯电缆或电线，导线应按发热条件选择截面大小，即按导线长期允许载流量计算截面，并按电压损失率校验截面，同时还应满足经济运行条件、故障时的热稳定性条件和机械强度要求，再从上述条件计算出的截面中选择较大一个。室内导线、电缆应按额定电压、负荷等级、敷设条件等进行选择，同时也要考虑电磁感应等影响因素，一般用电220V/380V时选用耐压500 V的导线、电缆。距离在200m以内且负荷电流较大时，应先按发热条件计算截面，再按电压损失和机械强度条件校验;距离超过200m且电压质量要求较高时，应先按电压损失条件计算截面，再按发热条件和机械强度条件校验。中性导体和保护导体截面选择JGJ 16-2008第7.4.4条给出具体规定，此外还应注意：低压供电保护线（PE线、PEN线）选择时其电导不应小于相线电导的50%，所以保护线截面在相线为16mm2时，保护线截面可与之相同;相线为16～35mm2时，保护线截面可取16mm2;相线截面>35mm2时，保护线截面取相线截面的50%。任何情况下，保护导体截面在没有机械损伤保护时，铜导线不得小于4 mm2;有机械损伤保护时，铜导线不得小于2.5 mm2;无论有无机械损伤保护，铝导线均不得小于16 mm2。 6 导线敷设
低压配电线路导线敷设主要根据环境特征、建筑物特征、人与导线接近程度、短路形成的机电应力影响以及线路可能受到的其他影响等条件确定。室外可通过架空线路或电缆敷设，其中电缆敷设方法包括直埋、电缆沟、隧道、排管、桥架等。绝缘导线在建筑内可采取直敷、金属导管或软性金属管、金属槽盒、塑料管或槽盒等布线，高层建筑常利用电气竖井布线。
理论上导线和电缆敷设只有明敷和暗敷的区别，无论采用哪种方式都应避免敷设在最不利条件下。在考虑敷设方式时，应注意环境要求。环境要求分为一般要求、有防火要求、有防水要求、高原严寒气候要求等，相应的导线或电缆有普通型、耐火型、阻燃型、耐高温型、耐寒型等。
7 低压电器选择
低压电器是指能通过手动或自动分合交流1200V和直流1500V及以下的电路，以实现被控制对象实现控制、切换、调节、检测、保护等功能的电器。低压电器按所起的作用，可分为配电电器和控制电器两大类。常用低压电器有断路器、刀开关、熔断器、接触器、热继电器、按钮、剩余电流动作保护器等。低压配电系统低压电器的选择，应从工作可靠性、短路故障耐受力、开关电器断流能力以及环境条件等方面综合考虑。一般先按工作环境及正常运行条件选择，再按短路条件校验热稳定性和动稳定性，开关电器要同时校验断流能力。
目前，低压电器发展很快，品种、规格众多，这给选择带来一定困难。以低压断路器为例，结构类型就那么几种，但各种脱扣器和附件组合就能产生花样繁多的功能类别，并且断路器的整定方法也比较复杂，这就导致低压断路器的选择常常不尽合理。低压断路器的设计选型，首先应按通用原则进行选择，即先根据低压配电系统对负载特性、故障类别及线路保护的要求选择基本类型，再按额定电压、频率选择符合要求的型号，然后根据负载计算电流确定断路器的额定电流，接下来选择适合的工作和环境条件类型，再验算动稳定、热稳定及断流能力，最后根据安装要求选定安装型式。
8 配电保护
低压配电线路的保护类型有过电流保护、过电压保护、欠电压保护、剩余电流保护等。短路和过负荷都会引起过电流，两者的区别在于短路会造成线路绝缘破坏，而过负荷则不会。线路接地故障可引起“剩余电流”——线路中各相（包括中性线）的电流矢量和不为零，由于接地故障可能引起电气火灾，所以《低压配电设计规范》（GB 50054-2011）有规定，低压配电系统须安装防线路电气火灾的保护，也就是剩余电流保护。过电压可能由雷电引起，也可能因大功率设备投切所造成，它们分别被称为雷电过电压和操作过电压，无论哪一种都可能造成线路设备绝缘损坏、供电中断或火灾，所以需要保护。低压配电线路需要注意保护的选择性，按GB 50054规定，低压配电线路上下级保护动作要有选择性，并且相互之间需要协调配合，只有不重要的保护电器可以无选择性切断。
9 结语
民用建筑低压配电系统受到建筑类型、规模、负荷性质、容量、使用状况等多种因素的影响，设计的目标是保证用电安全可靠，同时兼顾经济性和建筑发展潜力，本文针对低压配电系统设计相关的议题进行了讨论，不当之处还望同行斧正。
参考文献：
[1]朱甫泉，朱永强.论超高层建筑供配电系统设计[J].建筑电气，2010，29（2）：21-28.
[2]祝惠敏.居住小区供配电设计[J].现代建筑电气，2013，4（7）：22-25，43.
关键词：民用建筑;低压配电系统;设计
低压配电系统是指工频交流电压1000V及以下的配电系统。按《建筑物电气装置的电压区段》（GB/T18379-2001）规定，1000V及以下的交流系统标称电压分为220V/380V、380V/660V和1000 V（1140 V）三个区段，在一般民用建筑中220V/380V是最为普遍的。低压配电系统主要是由配电线路、配电装置和用电设备等组成，一般通过配电变压器、开闭所、配电室得到220V/380V的电能。低压配电系统与民用用电用户紧密相连，其供电可靠性和电能质量与人民群众切身利益息息相关，所以民用建筑低压配电设计非常重要。本文结合设计实践对低压配电系统的设计进行了分析和探讨。
1 民用建筑低压配电设计的主要内容
民用建筑低压配电系统设计的主要内容包括配电系统组成形式、配电方式、导线选择、线路敷设、配电系统保护等方面。配电系统设计的首要目标是保证供电可靠、连续及稳定的电能质量，还要注意接线不应过于复杂，操作控制应力求简单、方便和安全，并应保证一定的灵活性。低压配电系统取决于很多因素，根据《民用建筑电气设计规范》（JGJ 16-2008）第7.1.2条，主要因素是工程类别、规模、负荷性质、容量、发展潜力等，但不能否认当地电网的配电系统也是重要因素。
2 负荷性质
明确负荷性质是非常重要的，因为民用建筑分为居住建筑和公共建筑，居住建筑又分为住宅建筑、宿舍建筑，住宅建筑可再分为多层住宅、高层住宅、超高层住宅、公寓住宅、别墅等;公共建筑的类型就更多了，有商业建筑、教育建筑、体育建筑、医疗建筑、交通建筑……，不同建筑的负荷性质差别很大。其中针对不同负荷性质进行正确分级是关键。JGJ 16-2008对负荷分级作出了原则性规定，其表3.2.2对常用负荷进行了分级，但难以将各类建筑中的所有负荷全部列出，其他类似负荷分级应根据工程实际情况参照确定。
3 负荷容量
容量要通过负荷计算得到，负荷计算方法在相关规范中一直沿用需要系数法。该方法的优点是计算简便，但准确程度不太理想，而且民用建筑的需要系数比相应工业方面研究少，而且缺少实测数据验证。采用需要系数法计算结果偏大的情况较多，会增加导线、设备的投资。朱甫泉等[1]建议引入同时系数和参差分布系数，以提高计算的准确率。另一方面，负荷容量取值也与地区因素有关，不同地区执行的标准有较大差别，例如某地区住宅基本配置容量比国家标准高出不少，按《住宅建筑电气设计规范》（JGJ 242-2011）规定，建筑面积≤60m2配置3kW，建筑面积（60～90）m2配置4kW，（90～150）m2配置6kW;而该地区《新建居住区供配电设施规划设计导则（试行）》规定，建筑面积≤120m2均配置8kW[2]。
4 配电方式
目前，低压配电系统有放射式、树干式、变压器-干线式、链式、备用柴油发电机组、环网式等配电方式。放射式配电各支线间互不干扰，各用户独立受电，供电可靠性高，并且配电设备集中，检修方便。但灵活性较差，有色金属消耗多，开关设备也较多，适用于设备容量大、对供电可靠性要求高的场合配电。树干式配电优缺点与放射式接线几乎相反，适用于设备容量较小、明敷设回路、负荷分布均匀且对供电可靠性要求不高的场合。变压器-干线式配电更简单，配电设备更节省，但供电可靠性也比较差，因此一般要求分支回路数不超过10个。链式配电特点与树干式配电相似，由于线路上没有分支点，发生故障时整条链上的设备全部停电，所以要求链上串联的设备总数不超过5台，总容量不超过10kW。备用柴油发电机组方式采用10kV专线主供电，柴油发电机组备供电，在两条电源线之间设置连锁，避免并网运行，适于含部分重要负荷的用户。环网式接线由一个或一个以上电源供电，干线结成闭环。常采用双线环式结构，一般情况下环路断开，实际上按双电源树干式线路运行，这样保护装置动作有选择性，缩小故障停电范围。双电源环网供电适用于一二级负荷，单电源环网供电适于停电时间不超过0.5h的二级负荷。上述各种配电方式各有利弊，应根据负荷性质确定适宜的接线方式，例如高层建筑向各楼层供电时，可采用分区树干接线方式。
低压配电干线分支接线方式有单式干线、双式干线、公共备用式干线和双母线式干线等。负荷较小、供电可靠性要求不高的高层建筑常采用单式干线方式，干线可采用电缆敷设;负荷较大的建筑宜采用双式干线方式，干线应采用硬母线配线;含重要负荷的建筑可采用公共备用式和双母线式干线，供电可靠性有保证。
5 导线选择
民用建筑低压配电导线应采用铜芯电缆或电线，导线应按发热条件选择截面大小，即按导线长期允许载流量计算截面，并按电压损失率校验截面，同时还应满足经济运行条件、故障时的热稳定性条件和机械强度要求，再从上述条件计算出的截面中选择较大一个。室内导线、电缆应按额定电压、负荷等级、敷设条件等进行选择，同时也要考虑电磁感应等影响因素，一般用电220V/380V时选用耐压500 V的导线、电缆。距离在200m以内且负荷电流较大时，应先按发热条件计算截面，再按电压损失和机械强度条件校验;距离超过200m且电压质量要求较高时，应先按电压损失条件计算截面，再按发热条件和机械强度条件校验。中性导体和保护导体截面选择JGJ 16-2008第7.4.4条给出具体规定，此外还应注意：低压供电保护线（PE线、PEN线）选择时其电导不应小于相线电导的50%，所以保护线截面在相线为16mm2时，保护线截面可与之相同;相线为16～35mm2时，保护线截面可取16mm2;相线截面>35mm2时，保护线截面取相线截面的50%。任何情况下，保护导体截面在没有机械损伤保护时，铜导线不得小于4 mm2;有机械损伤保护时，铜导线不得小于2.5 mm2;无论有无机械损伤保护，铝导线均不得小于16 mm2。 6 导线敷设
低压配电线路导线敷设主要根据环境特征、建筑物特征、人与导线接近程度、短路形成的机电应力影响以及线路可能受到的其他影响等条件确定。室外可通过架空线路或电缆敷设，其中电缆敷设方法包括直埋、电缆沟、隧道、排管、桥架等。绝缘导线在建筑内可采取直敷、金属导管或软性金属管、金属槽盒、塑料管或槽盒等布线，高层建筑常利用电气竖井布线。
理论上导线和电缆敷设只有明敷和暗敷的区别，无论采用哪种方式都应避免敷设在最不利条件下。在考虑敷设方式时，应注意环境要求。环境要求分为一般要求、有防火要求、有防水要求、高原严寒气候要求等，相应的导线或电缆有普通型、耐火型、阻燃型、耐高温型、耐寒型等。
7 低压电器选择
低压电器是指能通过手动或自动分合交流1200V和直流1500V及以下的电路，以实现被控制对象实现控制、切换、调节、检测、保护等功能的电器。低压电器按所起的作用，可分为配电电器和控制电器两大类。常用低压电器有断路器、刀开关、熔断器、接触器、热继电器、按钮、剩余电流动作保护器等。低压配电系统低压电器的选择，应从工作可靠性、短路故障耐受力、开关电器断流能力以及环境条件等方面综合考虑。一般先按工作环境及正常运行条件选择，再按短路条件校验热稳定性和动稳定性，开关电器要同时校验断流能力。
目前，低压电器发展很快，品种、规格众多，这给选择带来一定困难。以低压断路器为例，结构类型就那么几种，但各种脱扣器和附件组合就能产生花样繁多的功能类别，并且断路器的整定方法也比较复杂，这就导致低压断路器的选择常常不尽合理。低压断路器的设计选型，首先应按通用原则进行选择，即先根据低压配电系统对负载特性、故障类别及线路保护的要求选择基本类型，再按额定电压、频率选择符合要求的型号，然后根据负载计算电流确定断路器的额定电流，接下来选择适合的工作和环境条件类型，再验算动稳定、热稳定及断流能力，最后根据安装要求选定安装型式。
8 配电保护
低压配电线路的保护类型有过电流保护、过电压保护、欠电压保护、剩余电流保护等。短路和过负荷都会引起过电流，两者的区别在于短路会造成线路绝缘破坏，而过负荷则不会。线路接地故障可引起“剩余电流”——线路中各相（包括中性线）的电流矢量和不为零，由于接地故障可能引起电气火灾，所以《低压配电设计规范》（GB 50054-2011）有规定，低压配电系统须安装防线路电气火灾的保护，也就是剩余电流保护。过电压可能由雷电引起，也可能因大功率设备投切所造成，它们分别被称为雷电过电压和操作过电压，无论哪一种都可能造成线路设备绝缘损坏、供电中断或火灾，所以需要保护。低压配电线路需要注意保护的选择性，按GB 50054规定，低压配电线路上下级保护动作要有选择性，并且相互之间需要协调配合，只有不重要的保护电器可以无选择性切断。
9 结语
民用建筑低压配电系统受到建筑类型、规模、负荷性质、容量、使用状况等多种因素的影响，设计的目标是保证用电安全可靠，同时兼顾经济性和建筑发展潜力，本文针对低压配电系统设计相关的议题进行了讨论，不当之处还望同行斧正。
参考文献：
[1]朱甫泉，朱永强.论超高层建筑供配电系统设计[J].建筑电气，2010，29（2）：21-28.
[2]祝惠敏.居住小区供配电设计[J].现代建筑电气，2013，4（7）：22-25，43.