現(xiàn)代建筑中的強(qiáng)電及強(qiáng)弱電一體化設(shè)計(jì)

摘要：文章介紹了現(xiàn)代建筑中強(qiáng)電設(shè)計(jì)以及強(qiáng)弱電一體化的理念，闡述了強(qiáng)電設(shè)計(jì)中電力負(fù)荷計(jì)算、強(qiáng)電系統(tǒng)安全的相關(guān)措施，并對(duì)強(qiáng)弱電一體化設(shè)計(jì)中的布線和防電磁干擾問(wèn)題提出了相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)電設(shè)計(jì)；強(qiáng)弱電一體化；防電磁干擾；電力負(fù)荷

中圖分類號(hào)：TU208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）28-0031-02

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各種大型商場(chǎng)、高層寫字樓及住宅樓等現(xiàn)代化建筑不斷涌現(xiàn)，而電氣工程作為現(xiàn)代建筑中配電照明、通信通訊及防雷安保等方面的能源及電力供應(yīng)，其穩(wěn)定性和安全性將決定現(xiàn)代建筑是否能夠正常運(yùn)行，這就對(duì)建筑中電氣工程的設(shè)計(jì)及施工提出了更高的要求。為了保證建筑電氣系統(tǒng)的質(zhì)量，國(guó)家對(duì)強(qiáng)電系統(tǒng)的施工進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定，但是在實(shí)際設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中，仍存在許多問(wèn)題，如電負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)和需用系數(shù)不明、配電箱漏電、接地保護(hù)系統(tǒng)不完善等，嚴(yán)重威脅著電氣系統(tǒng)以及人身的安全。同時(shí)，隨著自動(dòng)化系統(tǒng)和智能建筑的大量推廣使用，強(qiáng)弱電一體化技術(shù)也開始在電氣工程設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用，該技術(shù)綜合了配電技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測(cè)控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等的特點(diǎn)，對(duì)各功能單元得到功能及布局進(jìn)行了優(yōu)化，從而保證了電氣系統(tǒng)的多功能、高質(zhì)量、低能耗，并且降低了電氣施工的成本，又便于電氣設(shè)備的制造與管理。

1 強(qiáng)電設(shè)計(jì)的技術(shù)措施

關(guān)于住宅強(qiáng)電設(shè)計(jì)主要涉及兩個(gè)方面的內(nèi)容，即住宅電力負(fù)荷需求和強(qiáng)電系統(tǒng)安全。

1.1 住宅電負(fù)荷計(jì)算

由于住宅居民擁有電器種類和數(shù)量，以及用電設(shè)備投入時(shí)間的不確定性，這就給住宅電負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的困難。如果對(duì)電負(fù)荷的預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確，例如，在變壓器選擇時(shí)，若其干變?nèi)萘窟^(guò)大，就會(huì)造成資源上的浪費(fèi)，而干變?nèi)萘坎蛔?，就?huì)給電氣工程帶來(lái)很大的質(zhì)量隱患。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，通常采用單位面積法計(jì)算用電負(fù)荷，對(duì)于不同的面積區(qū)域采用不同的標(biāo)準(zhǔn)，一般面積越大的區(qū)域負(fù)荷密度越小，但是這種方法的計(jì)算得不夠準(zhǔn)確，在后期需要進(jìn)一步的復(fù)查。此外，可以采用單位指標(biāo)法計(jì)算負(fù)荷Pjs（適用于照明及家用電負(fù)荷），再乘以需用系數(shù)η，即可得到實(shí)際最大負(fù)荷（PM），如式（1）所示。

PM=Pjs×η （1）

其中，η為需用系數(shù)，是電力負(fù)荷計(jì)算中的重要參數(shù)，其數(shù)值根據(jù)住戶數(shù)量、電器具數(shù)量和負(fù)荷特性來(lái)動(dòng)態(tài)確定，應(yīng)根據(jù)不同國(guó)家或城市的生活習(xí)慣進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。一般，用戶數(shù)量在25～100戶的取0.6；用戶數(shù)量在101～200戶的取0.5；用戶數(shù)量在200戶以上的取0.35。

因此，在住宅電負(fù)荷實(shí)際計(jì)算中，可以先采用單位面積法計(jì)算出最大電負(fù)荷，并以此作為單位用電指標(biāo)，再采用單位指標(biāo)法計(jì)算出住宅樓的總負(fù)荷。同時(shí)，在設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮電梯、消防設(shè)備和小區(qū)公共照明等用電負(fù)荷，從而適當(dāng)增大用電容量，確保電氣系統(tǒng)的安全。

1.2 住宅強(qiáng)電系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

住宅強(qiáng)電系統(tǒng)的安全和質(zhì)量，直接影響到居民的生命與財(cái)產(chǎn)安全，其主要涉及住宅供電線路的選擇、漏電及防雷保護(hù)這幾個(gè)方面的內(nèi)容。

在住宅強(qiáng)電設(shè)計(jì)的線路選擇時(shí)，照明用線路和接地保護(hù)線路有所不同。照明用線路為中性線（N線），主要采用三大一小的四芯電力電纜，而電纜截面積是線路選擇的關(guān)鍵參數(shù)。我國(guó)對(duì)住宅的中性線的選擇有明確的設(shè)計(jì)規(guī)范，要求其截面積高于相線的截面，一般是住宅進(jìn)戶線截面不低于10mm2，分支回路截面不低于2.5mm2。同時(shí)，為了避免因居民用電負(fù)荷的快速增長(zhǎng)而造成強(qiáng)電線路負(fù)荷不足，還可以通過(guò)增加住宅分支線路的回路數(shù)量，以間接增加線路截面積。例如，住宅的空調(diào)、照明、廚房、衛(wèi)生間等所用電源的插座應(yīng)進(jìn)行分路設(shè)計(jì)或設(shè)置獨(dú)立回路。對(duì)于接地保護(hù)線路（PE線），其截面積的選擇應(yīng)根據(jù)相線截面的大小進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，通常當(dāng)相線截面S小于16mm2時(shí)，2.525mm2時(shí)，SPE≥0.5S。

在現(xiàn)代住宅中，電氣線路使用和維護(hù)不當(dāng)，容易造成漏電和電路短路，極易引發(fā)電擊事故和電氣火災(zāi)事故，目前主要是通過(guò)安裝漏電斷路器來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。不過(guò)由于住宅電路短路故障多為電弧短路，其產(chǎn)生的短路電流較小且持續(xù)時(shí)間短，有時(shí)會(huì)造成漏電斷路器無(wú)法實(shí)現(xiàn)及時(shí)跳閘。因此，應(yīng)嚴(yán)格按照住宅設(shè)計(jì)規(guī)范，在住宅總電源進(jìn)線處和室內(nèi)電器插座電路上分別安裝漏電保護(hù)裝置，形成兩級(jí)漏電保護(hù)。同時(shí)，還應(yīng)采用動(dòng)作電流小、動(dòng)作時(shí)間短的高質(zhì)量的漏電保護(hù)器，以及時(shí)切斷漏電電路。

此外，對(duì)于住宅電氣設(shè)備進(jìn)行有效的接地設(shè)計(jì)，不僅能夠很好地避免電擊事故的發(fā)生，還能防止電氣設(shè)備遭受雷擊破壞等。目前，住宅供電系統(tǒng)通常采用TT、TN-C、TN-S、TN-C-S等方式進(jìn)行接地保護(hù)。在TT系統(tǒng)中，每個(gè)住宅中均有單獨(dú)的接地極和PE線，住宅間故障電壓不會(huì)發(fā)生互竄，但是其對(duì)于小電流故障的靈敏度較低，一般需要大容量的漏電保護(hù)器或過(guò)電流保護(hù)器來(lái)切斷接地故障。對(duì)于TN-C系統(tǒng)，其N線和PE線采用同一條線路，易受線路中不穩(wěn)定和不平衡高次諧波電流的影響，且電位基點(diǎn)不穩(wěn)定。對(duì)于TN-S系統(tǒng)，其N線和PE線是獨(dú)立的，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，PE線上沒(méi)有電流，只是N線上有不平衡電流，但是系統(tǒng)內(nèi)的PE線是相通的，故障電壓可以沿PE線傳導(dǎo)至別處，另外，有關(guān)在道路照明的相線的碰殼短路試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，采用TN-S系統(tǒng)時(shí)，故障點(diǎn)存在危險(xiǎn)電壓，會(huì)威脅人身安全。這幾種接地保護(hù)系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此在住宅強(qiáng)電設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)住宅實(shí)際情況進(jìn)行選取。

2 強(qiáng)弱電一體化設(shè)計(jì)

強(qiáng)弱電一體化設(shè)計(jì)可以降低住宅電氣系統(tǒng)成本，且便于管理和施工，更能適應(yīng)現(xiàn)代住宅、商城等建筑的智能化發(fā)展。

2.1 布線設(shè)計(jì)

在強(qiáng)電的周圍存在較強(qiáng)的磁場(chǎng)，若強(qiáng)弱電布線距離過(guò)近，會(huì)對(duì)弱電線路（電視線、電話線和網(wǎng)線等）的信號(hào)等產(chǎn)生影響，因此在強(qiáng)弱電一體化布線設(shè)計(jì)中應(yīng)合理地控制布線距離。

一般要求弱電電纜不能與高壓（AC>1000V，DC>1500V）電纜一起捆綁布線，其終端與高壓電纜終端的最小間距為450mm，同時(shí)還應(yīng)避免與低壓（AC<1000V，DC<1500V）電纜一起捆綁布線，其終端最小間距應(yīng)保持在150mm。另外，在布線過(guò)程中，弱電電纜應(yīng)避免與一些有害設(shè)備，如避雷器、腐蝕性流體、溫度超過(guò)60℃的物體等直接接觸，其間距不得少于150mm。不過(guò)，在弱電電纜與超低壓電線（AC<42.4V，DC<60V）一起布線時(shí)，其終端可以不設(shè)置間隔，直接進(jìn)行捆綁布線。

目前，結(jié)構(gòu)化布線作為一種具有全新概念的布線系統(tǒng)，成為一種模塊化的、靈活性極高的建筑物內(nèi)或建筑群之間的信息傳輸通道。它可以將建筑中所有設(shè)備、語(yǔ)音交換、數(shù)據(jù)終端、視頻設(shè)備、保安監(jiān)控、電力系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)與通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接起來(lái)，利用雙絞線、光纖及其他器件進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代建筑的智能化管理和控制，必將在現(xiàn)代智能化建筑中得到更加廣泛的應(yīng)用。

2.2 防磁干擾設(shè)計(jì)

在強(qiáng)弱電一體化的機(jī)柜里，強(qiáng)電系統(tǒng)對(duì)弱電系統(tǒng)的干擾主要來(lái)自傳輸耦合（導(dǎo)線、電纜耦合）和輻射耦合（感應(yīng)、傳導(dǎo)耦合）2種，因此一般通過(guò)隔離、屏蔽的方式進(jìn)行抗磁干擾設(shè)計(jì)。以信號(hào)線造成的干擾為例，可以采用光電器件隔離或脈沖變壓器隔離的方式，并使用專用隔離放大器，從而將模擬信號(hào)在輸入回路上與主回路進(jìn)行電氣隔離。另外，可以采用磁屏蔽層將弱電系統(tǒng)進(jìn)行屏蔽，從而阻斷電磁干擾，如靜電屏蔽（針對(duì)高、低頻段干擾）和電磁屏蔽（針對(duì)高頻段干擾）。對(duì)于電磁屏蔽設(shè)計(jì)，一般采用鎳銅合金絲編織成屏蔽金屬網(wǎng)對(duì)弱電系統(tǒng)進(jìn)行屏蔽，同時(shí)合理設(shè)計(jì)接縫和信號(hào)線出入口的金屬網(wǎng)安裝，可以將100MHz的電磁干擾衰減90dB左右。值得注意的是，屏蔽層的接地方式會(huì)影響其對(duì)電磁干擾的屏蔽效果，一般對(duì)于高頻電路，要求其采用多點(diǎn)接地的方式，屏蔽層接地點(diǎn)間隔不能高于0.25λ或?qū)⑵帘螌觾啥私拥?；而?duì)于低頻電路（低于1Hz），則采用單點(diǎn)接地的方式，例如，采用同軸電纜作為信號(hào)線時(shí)，只需將信號(hào)源與屏蔽層的連接處接地。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著人們對(duì)居住和工作環(huán)境的要求不斷增加，建筑電氣工程設(shè)計(jì)在現(xiàn)代建筑中的地位越來(lái)越重要。因此，在遵循國(guó)家相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)上，采取先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念對(duì)現(xiàn)代建筑中的強(qiáng)電和弱電系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，對(duì)保障人們生活質(zhì)量，減少電氣故障和事故起到至關(guān)重要的作用。同時(shí)，在強(qiáng)電或弱電施工過(guò)程中，應(yīng)該健全質(zhì)量管理制度，加強(qiáng)對(duì)相關(guān)施工人員的培訓(xùn)，從而有效保證建筑電氣工程強(qiáng)電施工的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 住宅設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50096-1999）[S].

[2] 郭海兵.建筑電氣工程中的強(qiáng)電施工與設(shè)計(jì)方法研究[J].電子制作，2013，（9）.

[3] 陳云海.簡(jiǎn)述現(xiàn)代建筑工程中強(qiáng)電設(shè)計(jì)研究[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013，（21）.

[4] 劉書明，肖科.強(qiáng)弱電一體化中的防強(qiáng)電干擾技術(shù)[J].工程設(shè)計(jì)CAC與智能建筑，2010，（10）.

作者簡(jiǎn)介：孫惠（1973-），男，江蘇東臺(tái)人，信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院南京分院工程師，在讀工程碩士，研究方向：工業(yè)電氣自動(dòng)化。