建筑電氣低壓配電設(shè)計

何 皓

(武漢市政工程設(shè)計研究院有限責任公司，湖北武漢430033)

建筑電氣低壓配電設(shè)計

何 皓

(武漢市政工程設(shè)計研究院有限責任公司，湖北武漢430033)

何皓(1983—)，男，高級工程師，從事建筑電氣設(shè)計。

根據(jù)建筑電氣設(shè)計的特點，并結(jié)合國家及行業(yè)標準，介紹了建筑供電的合理供電方案，并結(jié)合實際工程實例對低壓配電設(shè)計中需注意的問題進行了分析，指出了低壓配電線路敷設(shè)需注意的問題，以供相關(guān)設(shè)計參考。

建筑電氣;低壓配電;供電方案;接地故障

0 引言

建筑電氣是建筑安全的重要組成部分，關(guān)系到人身及財產(chǎn)安全。隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，建筑水平逐步提高，城市用地日益緊張，建筑物正向密集化和高層化方向發(fā)展。因此，當前的建筑物必須要加強電氣設(shè)計。本文基于建筑電氣設(shè)計必須要遵循的規(guī)范，介紹了建筑電氣的供電方案及低壓配電設(shè)計應(yīng)注意的問題。

圖1 供電方案(一)

1 供電方案的探討

在整個建筑物的用電設(shè)備中，消防設(shè)備的供電等級是整個供電系統(tǒng)的最高等級。因此，對于建筑配電，安全、經(jīng)濟的供電方案能夠有效地提高供電的可靠性。

常見的兩種供電方案分析如下:

(1)供電方案(一)如圖1所示。此方案中給建筑供電的變壓器有2臺，低壓側(cè)的兩段母線平時各自單獨運行，只有當其中一臺變壓器出現(xiàn)故障時，才允許通過母線聯(lián)絡(luò)柜上的斷路器進行段間互聯(lián)，使另一臺變壓器短時間承擔供電任務(wù)，形成單母線分段制;消防負荷和非消防負荷接在同一母線上，配電在同一水平線上;消防回路采用雙回路供電，在末端配電箱進行切換。該供電方案簡單、經(jīng)濟。在發(fā)生火災(zāi)時，為保證消防水泵等沖擊負載的運行，由消防員在配電室切斷非消防負荷而保證消防重要負荷供電。由于非消防負荷回路較多且和消防負荷接在同一母線上，因此對消防員的專業(yè)技術(shù)要求比較高，會存在切斷消防負荷的可能性。

(2)供電方案(二)如圖2所示。此方案中給建筑供電的變壓器有2臺，每臺變壓器出口設(shè)置2個低壓進線總斷路器，共4個低壓進線斷路器;低壓側(cè)設(shè)置四段母線，平時各自單獨運行，只有當其中一臺變壓器出現(xiàn)故障時才允許通過母線聯(lián)絡(luò)柜上的斷路器進行段間互聯(lián)，使另一臺變壓器短時間承擔供電任務(wù);消防負荷和非消防負荷分組接在不同母線上，配電保持在同一水平線上;消防回路采用雙回路供電，在末端配電箱進行切換。該供電方案聯(lián)鎖斷路器較多，供電較復(fù)雜。在發(fā)生火災(zāi)時，消防員能迅速、準確在配電室內(nèi)切斷非消防負荷總斷路器KM1、KM4，以保證消防重要負荷供電。

從安全、可靠性角度考慮，當消防負荷為二級負荷以上時，應(yīng)采用供電方案(二)。

圖2 供電方案(二)

2 低壓配電設(shè)計時注意的問題

變電所的設(shè)置需綜合考慮建筑的整體布局和功能分布，因此存在一些用電設(shè)備的低壓配電距離較遠、電纜線路較長且需穿越潮濕場所的情況。

2.1 接地故障保護及校驗

(1)接地故障保護方式的選擇。GB 50054—2011《低壓配電設(shè)計規(guī)范》中第5.2.7～5.2.22條規(guī)定，接地故障保護有兩種保護方式:利用剩余電流實現(xiàn)接地故障保護和采用過電流保護兼作接地故障保護。但是在IEC標準中，低壓配電線路保護沒有采用剩余電流實現(xiàn)接地故障保護，因此應(yīng)采用過電流保護兼作接地故障保護。

(2)接地故障保護靈敏度校驗。民用建筑電氣一般采用TN-S系統(tǒng)?？紤]到經(jīng)濟性，低壓出線回路過電流保護一般采用普通熱磁斷路器，其瞬動保護電流整定值固定為10倍的斷路器額定電流。

GB 50054—2011中第6.2.4條規(guī)定:當短路保護電器為斷路器時，被保護線路末端的短路電流不應(yīng)小于斷路器瞬時或短延時過電流脫扣器整定電流的1.3倍。在民用建筑電氣中，由于負荷比較小，變壓器容量也較小，特別在一些住宅中供電末端遠離變電所，線路較長，低壓配電線路末端接地故障電流很小，而瞬動保護電流的整定電流值較大，因此難以滿足規(guī)范要求，不能在規(guī)定時間內(nèi)可靠斷開斷路器。

為達到保護靈敏度的要求，可采用如下兩種方式:

①變電所低壓出線回路斷路器由熱磁式改為專用接地故障保護的電子式斷路器，其瞬動保護電流整定值可調(diào)，但是專用接地故障保護的電子式斷路器價格比普通熱磁斷路器的多20%～50%。

②在不更換斷路器的情況下，加大配電線路的電纜截面，以減小導(dǎo)體電阻，實現(xiàn)增大末端接地故障短路電流值，達到靈敏度的要求。

例如:配電變壓器為630 kVA(Ud=4.5%)，變壓器高壓側(cè)短路容量為100 MVA，出線回路為照明回路，正常工作電流為80 A，線路長度為300 m，保護斷路器采用100 A的熱磁脫扣器，根據(jù)壓降要求和載流量要求，采用YJV-0.6/1 kV 4×25+1×16銅芯電纜供電，其壓降為7.2%。根據(jù)電纜載流量，YJV-0.6/1 kV 4×25+1×16銅芯電纜滿足壓降和載流量要求。等效電路模型(一)如圖3所示。圖3中，末端接地故障短路電流計算為1.12 kA，斷路器瞬時整定電流值為10倍的額定電流，為1 000 A。因此，靈敏系數(shù)為1.12(＜1.3)，不滿足規(guī)范要求，當采用更換斷路器方式時，瞬時保護值應(yīng)小于862 A，整定值應(yīng)為800 A。

圖3 等效電路模型(一)

當采用加大電纜截面方式時，電纜為YJV-0.6/1 kV 4×50+1×25銅芯電纜，等效模型(二)如圖4所示。

圖4 等效電路模型(二)

圖4中，末端接地故障短路電流計算為1.796 kA，斷路器瞬時整定電流值為10倍額定電流，為1 000 A，因此靈敏系數(shù)為1.796(＞1.3)，滿足規(guī)范要求。

根據(jù)以上分析，當兩種方式都滿足要求時，應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟性，以滿足靈敏度要求。

2.2 配電導(dǎo)體熱穩(wěn)定性校驗

GB 50054—2011中第3.2.2條規(guī)定:導(dǎo)體應(yīng)該滿足熱穩(wěn)定性要求，同時第6.2.1條規(guī)定:配電線路的短路保護電器，應(yīng)在短路電流對導(dǎo)體和連接處產(chǎn)生的熱作用和機械作用造成危害之前切斷電源。因此，需要對保護電器分斷能力和線纜熱穩(wěn)定性進行校驗，線纜導(dǎo)體熱穩(wěn)定性校驗按線路最大短路電流來校驗。

(1)短路保護電器的選擇。短路保護電器一般采用斷路器，對于變壓器容量比較大的變電所，低壓母線短路電流也比較大，如變壓器容量為630 kVA，低壓柜母線d1處三相短路電流為17.77 kA，此時應(yīng)選擇分斷能力＞17.77 kA的斷路器。一般，低壓柜保護斷路器不能選擇小型斷路器，因為一般小型斷路器分斷能力＜10 kA。

(2)低壓電纜熱穩(wěn)定性校驗。GB 50217—2007《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》第3.7.7條規(guī)定:對于非熔斷器保護的回路，應(yīng)按滿足短路熱穩(wěn)定條件確定電纜導(dǎo)體的最小截面。圖3中，由于低壓母線長度比較短，因此母線阻抗可以忽略，低壓柜出線開關(guān)處可以看做為d2處，此時d2處短路電流有效值為17.77 kA。假設(shè)低壓出線為16 A的照明回路，當僅考慮載流量要求時，YJV-0. 6/1 kV 5×4銅芯電纜滿足要求。

導(dǎo)體熱穩(wěn)定性校驗公式為

式中:S——導(dǎo)體的截面;

I——短路電流有效值;

t——已達到允許最高持續(xù)工作溫度的導(dǎo)體內(nèi)短路電流持續(xù)作用的時間;

K——不同絕緣的計算系數(shù)。

由于保護電器采用斷路器，分斷時間＜0.1 s，按規(guī)范要求，當短路持續(xù)時間＜0.1 s時，應(yīng)計入短路電流非周期分量的影響。這種情況下，應(yīng)根據(jù)以下公式檢驗:

其中，I2t為斷路器廠家提供的保護電器允許通過的熱能量值。假設(shè)斷路器選擇塑殼斷路器NSX100系列，查廠家低壓斷路器熱應(yīng)力限制曲線，短路電流為17.77 kA時，熱效應(yīng)值為4.85×105，根據(jù)式(2)，得

因此，電纜截面應(yīng)大于4.87 mm2，應(yīng)選擇YJV-0.6/1 kV 5×6銅芯電纜。

2.3 低壓配電線路敷設(shè)

建筑電氣中應(yīng)特別注意消防配電線路的敷設(shè)，根據(jù)GB 50016—2014《建筑防火設(shè)計規(guī)范》第10.1.10條，敷設(shè)應(yīng)符合以下規(guī)定:

(1)明敷時(包括敷設(shè)在吊頂內(nèi))，應(yīng)穿金屬導(dǎo)管或采用封閉式金屬槽盒保護，金屬導(dǎo)管或封閉式金屬槽盒應(yīng)采取防火保護措施;當采用阻燃或耐火電纜并敷設(shè)在電纜井、溝內(nèi)時，可不穿金屬導(dǎo)管或采用封閉式金屬槽盒保護;當采用礦物絕緣類不燃性電纜時，可直接明敷。

(2)暗敷時應(yīng)穿管并敷設(shè)在不燃性結(jié)構(gòu)內(nèi)，且保護層厚度不應(yīng)小于30 mm。

(3)消防配電線路宜與其他配電線路分開敷設(shè)在不同的電纜井、溝內(nèi);確有困難需敷設(shè)在同—電纜井、溝內(nèi)時，應(yīng)分別布置在電纜井、溝的兩側(cè)，且消防配電線路應(yīng)采用礦物絕緣類不燃性電纜。

另外，消防配電線路應(yīng)滿足火災(zāi)時連續(xù)供電的需要，因此必須根據(jù)建筑體量、特征，充分考慮發(fā)生火災(zāi)時可能達到的最高溫度、人員從最長的疏散通道逃生時間等，來選擇電纜的耐火溫度等級以及在最高溫下持續(xù)供電時間，持續(xù)供電時間不應(yīng)小于規(guī)范要求時間和實際時間兩者之間的最大值。

3 結(jié)語

本文根據(jù)建筑電氣的特點及相關(guān)國家規(guī)范的要求，提出了比較合理的供電方案。建筑電氣具有不同于其他項目的獨特性，對其低壓配電時需注意的問題進行了闡述。建筑電氣的設(shè)計是一項系統(tǒng)性的工程，只有綜合考慮，才能做到供電可靠、設(shè)計合理。

［1］中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊［M］.3版.北京:中國電力出版社，2005.

［2］JGJ 16—2008民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］GB 50054—2011低壓配電設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］GB 50217—2007電力工程電纜設(shè)計規(guī)范［S］.

［5］GB 50016—2014建筑防火設(shè)計規(guī)范［S］.

Research on Electrical Low Voltage Distribution Design for Buildings

HE Hao
(Wuhan Municipal Engineering Design＆Research Institute Co.，Ltd.，Wuhan 430033，China)

According to the characteristics of building electrical design，combined by the national and industry standards，the reasonable power supply scheme of building supply is obtained.Combing by example，the problems that should be paid attention to in the design，was analyzed.It is pointed out that the problems should be paid attention to when low voltage power lines lay.It could provide references for similar design.

building electrical;low voltage distribution;power supply scheme;grounding fault

TU 852

B

1674-8417(2015)11-0012-04

2015－09－23