浅论电气设计中的供电系统及防雷接地

摘 要：供电系统及防雷接地是建筑物电气设计内容的重要组成部分，供电系统的优化设计不仅能提高供电系统的安全运行，还能提高电能的利用率，节省电力资源。而防雷接地可有效避免建筑物遭受雷电的破坏，为人们的生命安全保驾护航。文章结合某办公楼对电气设计中的供电系统及防雷接地进行了浅析，供同类建筑电气设计参考。

关键词：电气设计；供电系统；防雷接地

1 设计范围

本文笔者以某办公楼为例，对电气设计中的供电系统及防雷接地的设计内容、要求进行了介绍，其中办公楼总面积为8523平方米，建筑高度为18.2米，办公室较多，用电量大，人员密集。

2 供电系统

2.1 供电方案的确定。电气设计的质量将关系办公楼供电系统的有效性运行，电气设计前应选择适合办公楼需求的供电方案。办公楼供电必须要在满足供电可靠性的基础上保证电源质量，尽可能地减少电能损耗，提高电能的利用率。该办公楼基于楼层较低，未设消防电梯和消防水泵，设有应急照明和消防疏散指示标志，供电为二级负荷，其余供电为三级负荷。

2.2 负荷计算。负荷计算的主要目的是检验办公楼用电设备工作时的实际负荷是否和设备的额定负荷相一致，即办公楼所安装设备的总负荷。如果设计时按照额定容量进行办公楼电力系统的设计，可能会导致电力系统设计完成投入使用后，额定容量高于办公楼用电设备的实际负荷，造成电能浪费及增加电力系统安装投入成本。因此在电力系统设计时必须要进行负荷计算。计算出办公楼全部用电设备的实际负荷，即用电设备全部工作时的负荷，进而根据负荷选择供配电系统中所需的导线规格，开关数量、变压器型号等。此外负荷计算还可以将电能损耗、电能需要量及选用何种无功补偿容量的方式计算及确定，为办公楼电气的节能型设计提供参考依据。

本办公楼的负荷计算方法选用需要系数法；

计算电流：； 用电设备组负荷计算： ；

配电干线负荷计算：

根据上述公式可将用电设备组负荷、配电干线负荷计算出。此外利用上述公式也可将办公楼电气设计中的低压母线的无功补偿容量计算出。

2.3 低压配电网络。低压配电网络指的是经终端降压变电所的低压侧到用户低压设备的电力线路。低压设备电压为220V或380V。（1）配电系统的配置。应根据建筑物的楼层数设计配电系统，对于中高层建筑应分层设置配电箱，每个房间设置一个独立开关。单相用电设备在满足三相负荷平衡的条件下合理配置。本办公楼层数为四层，每层房间空间较大，为了满足各个房间照明及动力负荷供电需求，在每个房间都设置一台动力配电箱。（2）用电质量要求。在设计中为了满足用户用电质量的需求，需按照电能质量指标进行设计，即电压和频率。现实中电压质量不仅和电源有密切联系，同时和照明、动力线路设计的合理性也有着极大的关联。线路设计过程中，需要注意的是线路的电压损失，即线损。通常来讲，低压的供电半径应控制在250m以内；照明系统中每一单相分支回路电流不能高于16A；照明工具数不能超过25个；每一个插座回路中插座数量控制在10个以内。电能质量频率指标为工频50Hz。（3）接线形式。配电网路的连接形式主要有三种：树干式、放射式和混合式。针对办公楼配电网路可选用树干式和放射式相结合的连接方式。其中，动力负荷采用放射式连接供电，照明系统采用混合连接供电。

3 防雷接地

防雷地接是为了避免建筑物在雷电的作用下遭受破坏，通过地接的方式将雷电流引入地下。在办公楼防雷地接设计前，需对办公楼所在区域年均雷电天数内所发生的雷击次数确定办公楼的防雷级别。然后依据《建筑物防雷设计规范》的有关标准进行设计。办公楼的防雷地接主要分为两类，即外部防雷和内部防雷。

3.1 外部防雷系统。外部防雷系统主要由接闪器、引下线、接地带及接地极构成。外部防雷设计前应对建筑物的土建设计标准进行研究，根据建筑物的墙体材料、建筑物所在区域建筑物高度及建筑结构形式选择合适的接闪器、接地带及接地极。其中，不同的建筑结构类型所选用的外部防雷系统不同。针对办公楼的建筑结构，应首先计算出办公楼每年预计雷击次数及防雷级别。本防雷系统选用Φ12热镀锌圆钢避雷网作为接闪器暗敷在屋檐或女儿墙，并将突出屋面的物体和避雷网有效连接；办公楼避雷网规格为不大于20×20；避雷网应同建筑物钢筋混凝土内的主筋连接，并焊接牢固，作为引下线。将建筑物基础和地梁主筋作为接地带，引下线焊接牢固，并在底层引出地面同供配电箱连接接地使用。接地极是建筑物基础内钢筋。

3.2 内部防雷系统。内部防雷系统的主要功能是为了避免透入到建筑物内的雷电流所产生的电磁效应、接触电压、跨步电压等雷害。通常在办公楼的内部防雷系统设计时，可采用浪涌保护和等电位连接的方式进行设计。（1）浪涌保护。浪涌指的是超出用电设备正常运行所需的电压，产生瞬间的过电压，瞬间过电压高达几十万伏特甚至是千万伏特，对建筑物内的电气设备造成极大的损害，甚至会烧毁电气设备，酿成火灾。为了避免建筑物内的电气设备遭受雷电所产生的浪涌破坏，固应进行浪涌保护设计。浪涌保护设计一般是安装浪涌保护器保护电气设备。浪涌保护器主要功能是泄放浪涌电流，将浪涌电压控制在一定范围内。针对办公楼室内电气设备浪涌保护设计，可采取分级保护、逐级泄流的设计方案。其中，在电源的总进线处装置泄电流较大的浪涌保护器，其它供电部位安装泄电流相对较小的浪涌保护器。（2）等电位联结。等电位联接是为了减少或者避免建筑物防雷空间内的金属部件同各电气系统产生电位差。等电位联接是利用外包绝缘材料的导体将建筑物防雷空间内的电气装置、通信装置、金属物体等有机联接在一起。其中，等电位联接主要分为两大类，即总等电位联接和局部等电位联接。总等电位联接指的是建筑物整体的等电位联接，可有效地降低建筑物内间接接触电击的接触电压及各类金属物体间产生的电位差。避免因电位差过大造成电压失稳，损害建筑物内的各类电气装置。针对办公楼等电位联接设计，可采用总等电位联接的方式进行联接。电源各类进线重复接地。变配电室设置总等电位箱，联接建筑物内的保护干线及设备进线等。总等电位联接线采用热镀锌扁钢。总等电位联结过程中禁止在金属管道上进行焊接固定，应采用专用的固定卡环。建筑物内其它装置的等电位联接可采用局部等电位联接等方式，如办公室休息室、会客厅、卫生间、计算机中心等。

4 结语

总之，办公楼电气设计中的供电系统及防雷接地设计的目的是为了确保办公楼内电气设备的安全可靠运行，使人们在一个安全系数高的办公环境下工作。减少供电系统配置防雷接地系统安装不合理造成不必要的经济损失及人员伤亡。

参考文献

[1] 民用建筑电气设计规范.GJG16-2008.

[2] 建筑物防雷设计规范.GB50057-2010.

作者简介：张盼领（1982- ），男，陕西富平人，大学本科，自动化专业，研究方向：建筑电气设计领域。