建筑電氣設(shè)計(jì)常見病剖析

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摘　要　以國家現(xiàn)行規(guī)范為基礎(chǔ), 針對目前建筑電氣施工圖紙中普遍存在的毛病進(jìn)行分析, 說明其嚴(yán)重危害及糾正方法。

關(guān)鍵詞　建筑電氣　負(fù)荷計(jì)算　線路保護(hù)　防雷接地　住宅供電   自從實(shí)行建筑施工圖審圖制度以來, 審圖公司承擔(dān)了大量的施工圖審核工作。審圖工作中, 一些問題卻反反復(fù)復(fù)地出現(xiàn)在我們面前, 幾乎成了常見病, 影響了施工圖的質(zhì)量。若這些問題得不到正確和及時的解決, 勢必造成事故隱患, 危害工程質(zhì)量, 給國家和人民生命財(cái)產(chǎn)造成難以估量的損失。百年大計(jì), 設(shè)計(jì)為本。優(yōu)秀工程必須要有精益求精, 不斷提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。  1　接地刀開關(guān)的安裝 　　一些同行在設(shè)計(jì)市電高壓進(jìn)線柜時往往喜歡在斷路器(或負(fù)荷開關(guān)) 的電源側(cè)(進(jìn)線電纜側(cè)) 設(shè)置接地刀開關(guān)。造成這種錯誤的原因顯然有兩個: 一是在畫圖時直接套用廠家樣本的方案而未按實(shí)際用途作修改, 二是錯誤地認(rèn)為這樣設(shè)置接地刀便于檢修。高壓進(jìn)線電纜是由地區(qū)變電所或上一級斷路器控制的, 如果在電纜側(cè)設(shè)置接地刀的話, 當(dāng)本級斷路器或負(fù)荷開關(guān)分閘后合上接地刀時, 勢必造成電網(wǎng)接地短路; 當(dāng)上級斷路器合閘向本級變電所送電時,由于本級斷路器首先是處于分閘和接地刀接地狀態(tài), 也會導(dǎo)致上級電網(wǎng)接地短路障礙。所以,這樣設(shè)置接地刀不但派不上用場, 還會造成重大短路事故。類似事故前幾年在我市已經(jīng)發(fā)生過, 只是沒有引起足夠的重視。另外, 雙電源同側(cè)進(jìn)線、備電自投的高壓柜, 其斷路器的電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)均不能安裝接地刀, 否則也會引發(fā)接地短路故障。接地刀開關(guān)安裝在變壓器保護(hù)柜斷路器的負(fù)荷側(cè)(出線電纜側(cè)) 及計(jì)量柜主開關(guān)后是比較適當(dāng)、可靠和安全的。 2　總負(fù)荷計(jì)算 　　在電力總負(fù)荷計(jì)算和變壓器選擇中, 有些人往往把有功功率、無功功率和視在功率的關(guān)系當(dāng)成標(biāo)量關(guān)系, 即把各項(xiàng)用電設(shè)備組的視在功率直接相加作為總的視在功率。實(shí)際上, 有功功率、無功功率和視在功率的關(guān)系是矢量關(guān)系, 只能進(jìn)行矢量相加。用復(fù)數(shù)表示功率的話,視在功率相當(dāng)于復(fù)數(shù)的模, 有功功率相當(dāng)于復(fù)數(shù)的實(shí)部, 無功功率相當(dāng)于復(fù)數(shù)的虛部。如果用直角三角形表示, 視在功率相當(dāng)于直角三角形的斜邊, 有功功率、無功功率相當(dāng)于直角三角形的直角邊, 因此, 總的視在功率的平方等于總的有功功率的平方與總的無功功率平方之和, 直接把視在功率相加是錯誤的。　　其次, 另一常見的計(jì)算錯誤是漏項(xiàng)。一是各項(xiàng)有功功率之和與各項(xiàng)無功功率之和計(jì)算出來之后沒有乘以同期系數(shù)就進(jìn)行下一步計(jì)算,二是選擇變壓器容量時沒有考慮變壓器自身的有功損耗(占變壓器容量的2% ) 和無功損耗(占變壓器容量的8%～ 10% )。 3　需用系數(shù)的選擇 　　在審圖時常遇到一些電力設(shè)備的供電系統(tǒng)圖, 其計(jì)算步驟和方法都正確, 而參數(shù)卻沒選對。例如: 電氣設(shè)備為生活水泵(一用一備) ,單臺設(shè)備安裝功率Pn= 37kW , 額定電流Ir=70A , 由于選取需用系數(shù)Kx= 015, 計(jì)算結(jié)果為計(jì)算電流Ic= 36A , 選用保護(hù)斷路器In= 50A ,電線BV (33 16) SC252F。如此配置, 系統(tǒng)根本不能運(yùn)行, 因?yàn)?0A 的斷路器通過70A 電流時肯定會過負(fù)荷跳閘, 若不跳閘, 線路肯定被燒毀。這個例子絕不是杜撰的, 設(shè)計(jì)者把計(jì)算總負(fù)荷或多臺負(fù)荷的參數(shù)運(yùn)用到單臺設(shè)備上來, 就難免出錯。在進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時, 不管是采用需要系數(shù)法、二項(xiàng)式法、利用系數(shù)法、還是用ABC 法, 都要注意, 當(dāng)設(shè)備為三臺以內(nèi)時,直接按用電設(shè)備的額定功率計(jì)算(即Kx =110)。當(dāng)設(shè)備為多臺時, 按上述方法計(jì)算的結(jié)果還應(yīng)與最大的單臺設(shè)備額定功率作比較,按負(fù)荷較大者配置線路。在住宅建筑電氣設(shè)計(jì)中, 還有些設(shè)計(jì)人員不管是一套住宅, 還是一棟住宅樓, 都采用同一個需用系數(shù)(如Kx=014) , 把每套住宅開關(guān)箱的總開關(guān)限制過小, 缺乏靈活性, 使一棟住宅樓內(nèi)的各套用電量不能適當(dāng)調(diào)劑互補(bǔ), 不能充分發(fā)揮供電系統(tǒng)的作用。 4　線路保護(hù) 　　線路選擇不當(dāng)是審圖當(dāng)中碰到最多的問題。第一是中性線(N 線) 和接地保護(hù)線(PE線) 的選擇問題。N 線偏小主要是選用截面為三大一小的電力電纜作住宅樓、辦公樓的照明電的入戶線。由于照明負(fù)荷大部分為單相用電設(shè)備, 所以其N 線的截面不應(yīng)小于相線截面,應(yīng)采用四芯等截面的電力電纜。對于PE 線的最小截面, 規(guī)范已有明確規(guī)定: “當(dāng)相線截面(平方毫米) S 不大于16 時, PE 線截面等于相線截面S; 當(dāng)相線截面S 大于16 但不大于35時, PE 線截面為16; 當(dāng)相線截面S 大于35 時,PE 線截面為Sö2”。然而, 很多設(shè)計(jì)人員常把PE 線的截面放小一至二級, 可能是認(rèn)為PE 線平時不工作, 大了太浪費(fèi)。其實(shí)這種觀點(diǎn)和做法都是錯誤的。 　　我們知道, 常用小型空氣斷路器的額定電流等級由In= 16A、20A、25A ……100A , 每級電流增加25%～ 30% , 若要保證上下兩級斷路器能可靠、有選擇地動作, 上下兩級必須有2～3 個等級差別, 即上下級額定電流相差56%～95%。按過負(fù)荷保護(hù)選擇銅芯電線時, 對應(yīng)于上述電流等級的電線截面為215ömm2～ 70ömm 2; 若按短路保護(hù)選擇銅芯線時截面則為 110ömm2～ 35ömm 2。當(dāng)線路發(fā)生接地故障時,短路電流經(jīng)過相線、設(shè)備外殼、PE 線回至重復(fù)接地處(TN 2S 系統(tǒng))。由于N 線中沒有與相線相等的電流返回, 漏電斷路器自動跳閘切斷回路, 未裝有漏電斷路器的支路其普通斷路器也會按照短路電流大小而反時限跳閘。但是, 如果本級斷路器觸頭焊死或是靈敏度不夠而拒絕分?jǐn)? 則只能靠上一級斷路器跳閘, 這種情況是時有發(fā)生的。如果發(fā)生這種情況, 相線和PE線就必須增加56%～ 95% 的載流量, 才能保證上一級斷路器跳閘。如果PE 線截面小于相線截面一級, PE 線上的載流量則須比額定載流量增加95%～ 120% , 才能保證上一級斷路器跳閘。由于PE 線較小, 負(fù)荷相對較重, 就比較容易燒斷。PE 線斷后故障依然存在, 故障點(diǎn)的電位等于相線電位。由于故障點(diǎn)接觸電勢高, 人接觸時有致命危險, 因此, 為保證自動空氣斷路器能可靠工作, 切除故障回路, 規(guī)范明確地規(guī)定了PE 線的最小截面。每個設(shè)計(jì)人員都應(yīng)認(rèn)真執(zhí)行。 　　線路選擇不當(dāng)?shù)牡诙€問題是線路與斷路器的額定電流不匹配, 電線截面偏小。電線截面偏小易使電線因過負(fù)荷而發(fā)熱, 燒壞絕緣層而引起火災(zāi)。在電氣工程設(shè)計(jì)中, 通常要考慮 短路保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、過電流保護(hù)和接地故障保護(hù)。與導(dǎo)線選擇密切有關(guān)的主要是短路保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)。按過負(fù)荷保護(hù)選擇電線與按短路保護(hù)選擇電線相比較, 其導(dǎo)線的長期連續(xù) 負(fù)荷允許載流量之比為113875, 截面積相差(加大) 兩級左右。那么, 在導(dǎo)線選擇中, 什么情況下按短路保護(hù)考慮, 什么情況下按過負(fù)荷保護(hù)考慮? 縱觀各類建筑電氣設(shè)計(jì)手冊得出如下結(jié)論: 　　(1) 配電線路均應(yīng)裝設(shè)短路保護(hù)。 (2) 下列線路安裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù):  ① 居住建筑、重要的倉庫及公共建筑中的照明線路; ② 有可能引起線路過負(fù)荷以及易燃和易爆危險場所的低壓配電線路;  ③ 有延燃性外層的絕緣導(dǎo)線明敷在易燃體的建筑物?？梢? 民用建筑設(shè)計(jì), 其配電線路均應(yīng)按短路保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)綜合考慮。   5　防雷設(shè)計(jì) 　　防雷設(shè)計(jì)的主要問題在于建筑物防雷等級分類不當(dāng)。一些工程因高度不大, 設(shè)計(jì)人員往往只作接地設(shè)計(jì), 而不采取防雷措施, 特別是一些高度低于15m 的建筑, 認(rèn)為不屬于第三類防雷建筑物的范圍。實(shí)際上, 只要按照規(guī)范的公式去計(jì)算一下該建筑的年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù), 很多不起眼的矮建筑也是需要采取防雷措施的?，F(xiàn)在審圖中遇到的實(shí)例取兩個來敘述。 　　(1) 某展示廳高1015m , 寬35m , 長7815m ,設(shè)計(jì)圖紙中只有零線重復(fù)接地, 未采取防雷措施。經(jīng)過審圖者驗(yàn)算, 該工程的年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N = 01161 次öa, 大于0106 次öa, 起碼應(yīng)劃為第三類防雷建筑物。 (2) 某二層店鋪, 高718m , 寬818m , 長101m , 設(shè)計(jì)圖紙中只有零線重復(fù)接地, 沒有采取防雷措施。經(jīng)過審圖者驗(yàn)算, 該工程的年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N = 01119 次öa , 大于0106 次öa,應(yīng)劃為第三類防雷建筑物。　　為什么會出現(xiàn)這種錯誤, 究其原因主要是設(shè)計(jì)人員沒有進(jìn)行過計(jì)算和驗(yàn)正就草率分類,常常把第二類防雷建筑物當(dāng)成第三類防雷建筑物, 把第三類防雷建筑物當(dāng)成不必防雷的建筑物。其實(shí)只要按規(guī)范的要求, 先計(jì)算出每棟建筑物的年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N , 再結(jié)合建筑物的使用功能, 正確分類, 按類設(shè)防, 就可避免出現(xiàn)類似錯誤。   6　住宅供電系統(tǒng) 　　住宅供電設(shè)計(jì)存在的問題在于沒有完全執(zhí)行《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》提出的基本安全要求。比如每棟住宅的總電源電線開關(guān)未安裝具有漏電保護(hù)功能的斷路器。常見的電氣火災(zāi), 大多是 由接地電弧短路故障造成的。但是, 由于電弧接地短路電流小, 持續(xù)時間短, 電路不能形成過負(fù)荷及大的短路電流。普通的斷路器、熔斷器均不能及時跳閘切斷電流。而對電弧短路電 流具有很高靈敏度(300mA ) 的漏電斷路器卻能及時跳閘切斷電流, 防止電氣火災(zāi)的發(fā)生。另外, 規(guī)范還要求每套住宅均應(yīng)設(shè)置可以同時斷開相線和中性線的總斷路器, 以便于在電氣火災(zāi)發(fā)生時拉閘斷電。 　　為了保障人身安全, 規(guī)范還要求住宅供電系統(tǒng)采用TT、TN 2C2S 或TN 2S 接地方式, 并進(jìn)行總等電位聯(lián)結(jié)。但是實(shí)際上由于目前等電位聯(lián)結(jié)的實(shí)施尚在起始階段, 電氣設(shè)計(jì)中有總 等電位聯(lián)結(jié)的圖紙不多, 把問題全推給建設(shè)單位和施工單位。這表明設(shè)計(jì)人員對等電位聯(lián)結(jié)的重要性認(rèn)識不足。總等電位聯(lián)結(jié)把進(jìn)線配電箱的PE 母排、公共設(shè)施的金屬管道(水管、熱 力管、煤氣管等)、建筑物金屬結(jié)構(gòu)、人工接地體等導(dǎo)電部分互相連通, 降低了建筑物內(nèi)間接接觸電擊的接觸電壓和不同金屬部件間的電位差, 消除了從建筑物外經(jīng)電氣線路和各種金屬管道引入的故障電壓的危害。在遭受雷擊時, 可借助公共設(shè)施的金屬管道(煤氣管除外, 戶內(nèi)、外煤氣管之間插入一段絕緣段隔離) 迅速泄流,減輕自然接地體的負(fù)擔(dān)。因此總等電位聯(lián)結(jié)決不是可有可無的, 絕對不能敷衍了事。 7　電話、電視、寬帶網(wǎng) 　　按有關(guān)規(guī)定電話、電視、寬帶網(wǎng)系統(tǒng)的室內(nèi)預(yù)埋管線由設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì), 室外部分由有關(guān)部門負(fù)責(zé)。由于絕大多數(shù)的建筑電氣設(shè)計(jì)人員都不是電訊、電視、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人員, 對這些專業(yè)的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)工作又不配套, 設(shè)計(jì)人員手頭上缺少相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范和產(chǎn)品樣本資料, 缺少一定的專業(yè)知識, 因此設(shè)計(jì)質(zhì)量比強(qiáng)電施工圖稍遜一籌。這主要表現(xiàn)在系統(tǒng)圖的配置上, 反映出設(shè)計(jì)者對工作原理不甚了解。有些工程系統(tǒng)圖根本不能用。有些工程連系統(tǒng)圖都沒畫。要解決這個問題, 唯有對設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)培訓(xùn), 提高他們的專業(yè)水平。 參考文獻(xiàn) 1　《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB500295) 2　《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057294) 3　《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB5009621999) 4　《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJöT 16292) 5　韓　風(fēng)主編1《建筑電氣設(shè)計(jì)手冊》 6　陳一才編著1《高層建筑電氣設(shè)計(jì)手冊》 7　航空工業(yè)部第四規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院編1《工廠配電設(shè)計(jì)手冊》