某動物園工程供配電系統(tǒng)設(shè)計

黃 生 優(yōu)

[同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司, 上海 200092]

0 引 言

隨著我國人民生活水平的不斷提高,動物園作為科普宣傳教育基地以及為游人提供休閑娛樂場所的功能越來越明顯,新建及改擴建的動物園不斷增加,對電氣設(shè)計提出更高的要求。本文介紹了某動物園電氣設(shè)計中供配電系統(tǒng)設(shè)計,以期為類似工程項目提供參考。

1 工程概況

某動物園由食草類動物區(qū)、食肉類動物區(qū)、靈長類動物區(qū)、鳥類動物區(qū)域、動物醫(yī)院、動物表演劇場以及餐飲、游樂設(shè)施等建筑單體構(gòu)成,占地面積約為60萬m2,總建筑面積約為5萬m2,均為建筑層數(shù)不超過6層的多層建筑。

2 中壓配電方案

該工程采用從市政進(jìn)入二路10 kV雙重電源,同時供電互為備用。兩路10 kV電源同時供電,平時分列運行;當(dāng)一路10 kV電源失電時,另一路10 kV電源應(yīng)不同時受到損壞,且能滿足工程所有消防及重要負(fù)荷的供電要求。

10 kV雙重電源進(jìn)入本地塊的市政開關(guān)站后,經(jīng)過進(jìn)戶、計量后,配出至各個片區(qū)的變電所。變配電系統(tǒng)框架如圖1所示。

3 10/0.4 kV變配電系統(tǒng)

3.1 負(fù)荷等級、各類負(fù)荷容量計算

目前,我國還沒有針對動物園建筑負(fù)荷等級劃分的全國通用規(guī)范。設(shè)計者一般參照根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范執(zhí)行。對于負(fù)荷分級,GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》[1]中第3.0.1條規(guī)定:電力負(fù)荷應(yīng)根據(jù)對供電可靠性的要求及中斷供電對人身安全、經(jīng)濟損失上所造成的影響程度進(jìn)行分級,并應(yīng)符合下列規(guī)定。

(1) 符合下列情況之一時,應(yīng)視為一級負(fù)荷:① 中斷供電將造成人身傷害時;② 中斷供電將在經(jīng)濟上造成重大損失時;③ 中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。

(2) 在一級負(fù)荷中,當(dāng)中斷供電將造成人員傷亡或重大設(shè)備損失或發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負(fù)荷,以及特別重要場所的不允許中斷供電的負(fù)荷,應(yīng)視為一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷。

(3) 符合下列情況之一時,應(yīng)視為二級負(fù)荷:① 中斷供電將在經(jīng)濟上造成較大損失;② 中斷供電將影響較重要用電單位的正常工作。

(4) 不屬于一級和二級負(fù)荷者應(yīng)視為三級負(fù)荷。

JGJ 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》[2]中第3.2.1條中對負(fù)荷分級也有敘述,基本與標(biāo)準(zhǔn)GB 50052—2009第3.0.1條的相同。

綜上,該工程的消防用電、安防系統(tǒng)用電、限制動物活動范圍的脈沖電子圍欄系統(tǒng)、動物醫(yī)院手術(shù)室、動物繁殖場、動物育幼育雛室/維生系統(tǒng)、籠舍內(nèi)因動物季節(jié)性要求設(shè)置的采暖及空調(diào)設(shè)備、猛獸區(qū)及靈長動物籠舍的電動門電源等按一級負(fù)荷供電。其他負(fù)荷用電按二、 三級負(fù)荷供電。

動物籠舍的主要用電為照明、風(fēng)機、空調(diào)以及安防用電(包括電動門)。由于各種動物對采暖、光照、保濕等的要求不一樣,需要根據(jù)各設(shè)備專業(yè)的提資以及甲方運營的需求來綜合考慮,不能簡單地按單位面積功率法統(tǒng)計用電容量。該動物園內(nèi)設(shè)置一些游樂設(shè)施以及劇場,此部分用電負(fù)荷較大,對變壓器的容量影響較大。

3.2 供電電源及備用電源

為滿足該動物園的用電需求,由市政電網(wǎng)引來兩路10 kV電源線路作為主供電。部分對供電要求高的動物籠舍或者建筑物供電,采用不間斷電源裝置(UPS)或移動應(yīng)急發(fā)電機組作為后備電源,確保在雙路電源失電后保證動物、工作人員和游客的安全。

用電負(fù)荷較小的設(shè)備采用UPS,如安防系統(tǒng)(如電動門控制系統(tǒng))、脈沖電網(wǎng)隔離系統(tǒng)(獨立供電時間不小于8 h)、動物醫(yī)院手術(shù)室等,UPS輸入輸出配電柜系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 UPS輸入輸出配電柜系統(tǒng)

用電負(fù)荷較大時,采用應(yīng)急發(fā)電機組作為第三電源,在變電所附近設(shè)置柴油發(fā)電機房,引至變電所的低壓配電柜。此類負(fù)荷一般有因動物季節(jié)性要求設(shè)置的空調(diào)設(shè)備、恒溫/恒濕機以及維生系統(tǒng)等。低壓配電系統(tǒng)接線形式如圖3所示。

圖3 低壓配電系統(tǒng)接線形式

在游樂片區(qū)內(nèi),個別游樂設(shè)備(如摩天輪等)需要較大用電量的應(yīng)急電源,采用移動應(yīng)急發(fā)電機組的方案,即在游樂設(shè)備單體的配電間預(yù)留移動應(yīng)急發(fā)電機組電源接口,當(dāng)兩路市電均停電或故障時,經(jīng)雙電源開關(guān)切換,由自備用移動式應(yīng)急發(fā)電機組向應(yīng)急母排上的游樂設(shè)備等重要負(fù)荷供電。

3.3 開關(guān)站及變電所的設(shè)置

該工程在西北側(cè)設(shè)置一處10 kV市政開關(guān)站?？紤]到該工程用地面積大,但建筑面積相對較小,且用電負(fù)荷相對分散的情況,參考片區(qū)功能的劃分,以及供電半徑不宜超過250 m的節(jié)能要求,設(shè)置5處變電所,每個變電所均設(shè)置2臺變壓器,以滿足一、二級負(fù)荷對供電的要求[3-4]。

4 低壓配電系統(tǒng)設(shè)計

4.1 低壓配電系統(tǒng)

(1) 各單體,在1F設(shè)置低壓總配電間。

(2) 至單臺容量較大的負(fù)荷或重要負(fù)荷的低壓配電線路,采用放射式配電方式;至一般設(shè)備的配電線路,采用放射與樹干混合配電方式。由于部分籠舍面積不大(100～300 m2),用電量較小且為三級負(fù)荷,在部分籠舍相對集中處室外設(shè)置分接箱(設(shè)置在游客不能到達(dá)的區(qū)域),變電所電源引至此箱后再分配至各籠舍配電箱。

(3) 猛獸區(qū)及靈長類動物的籠舍在引入雙路低壓市電的同時增設(shè)UPS,以滿足電動門控制系統(tǒng)等用電的需求。

(4) 對冬季保暖有要求的動物籠舍,當(dāng)裝有空調(diào)或者恒溫/恒濕機等設(shè)備時應(yīng)設(shè)置雙電源開關(guān)(ATS)自動切換,以確保供電的可靠性。

(5) 為保證供電的連續(xù)性,各智能化系統(tǒng)機房設(shè)備、消防控制室(中心)等負(fù)荷根據(jù)自身需要,均自帶UPS作為備用電源。

(6) 籠舍內(nèi)可以不設(shè)置應(yīng)急照明。動物園籠舍通道的應(yīng)急照明可以采用燈具自帶蓄電池方式。如果僅為飼養(yǎng)員工作時的通道,游人不能進(jìn)入,建議與消防局溝通是否需要設(shè)置應(yīng)急照明。

4.2 照明設(shè)計

(1) 動物籠舍一般都會充分利用自然光。一般可不設(shè)置普通照明,如籠舍面積較大或者為清掃方便時,可設(shè)置普通照明,但控制開關(guān)應(yīng)布置在飼養(yǎng)員通道或者籠舍辦公室,且燈具應(yīng)有防止動物破壞的措施,如增加金屬保護(hù)罩和提高防護(hù)等級(不低于IP35),安裝高度超出動物能接觸的范圍等。

(2) 設(shè)置在室內(nèi)的爬行動物籠舍應(yīng)設(shè)置普通照明燈具,建議采用針對不同動物的全光譜照明燈具,以滿足動物對紫外線的需求。

(3) 動物籠舍若必須設(shè)置普通插座時,可考慮設(shè)置于飼養(yǎng)員通道內(nèi)。若需要設(shè)置在籠舍內(nèi),電源線應(yīng)盡量暗埋。

(4) 動物園的道路照明系統(tǒng)不應(yīng)將動物生活和休息的環(huán)境照得很亮。大多數(shù)動物園晚上不運營,可考慮降低道路的照度或者分組分批控制道路照明燈具。

4.3 電纜選擇和敷設(shè)

(1) 電纜選擇。對于低壓電纜,并未有規(guī)范對動物園建筑作明確規(guī)定?？紤]到電纜燃燒產(chǎn)生的煙霧毒性以及部分動物的敏感性,該工程普通電纜選擇無鹵低煙阻燃B級電纜,消防電纜選用無鹵低煙阻燃耐火B(yǎng)級電纜,得到業(yè)主的認(rèn)可。

(2) 敷設(shè)。① 室外敷設(shè):地塊內(nèi)的室外高壓電力電纜采用管井敷設(shè),主要敷設(shè)在環(huán)形主干道外側(cè)的綠化下,兩電纜井間除所需管孔外另增加40%備用管孔。室外低壓電力電纜采用穿管敷設(shè),過車行道路處穿鋼管保護(hù)。電力線路與其他專業(yè)管道、道路交叉處設(shè)鋼管保護(hù),并滿足規(guī)范要求的最小間距。② 室內(nèi)敷設(shè):垂直線路沿梯形電纜槽盒敷于電氣豎井內(nèi),水平干線電纜采用槽式電纜槽盒敷設(shè)。所有金屬橋架均熱鍍鋅處理。

5 防雷、接地和安全防護(hù)

(1) 動物園內(nèi)建筑物、動物籠舍由于面積較小,經(jīng)過計算,通常可以按三類防雷對象進(jìn)行保護(hù),并考慮防雷電磁脈沖影響的措施。

(2) 動物園內(nèi)低壓配電系統(tǒng)的接地形式一般采用TN-C-S、TN-S系統(tǒng)。

(3) 參考文獻(xiàn)[5]第15章第3節(jié)“特殊場所內(nèi)的電氣安全”,動物籠舍的電氣安全應(yīng)符合下列規(guī)定:

① 動物籠舍和位于室外的場所的約定接觸電壓限值為25 V。為防止電擊,正常環(huán)境中當(dāng)接觸電壓超過25 V時,應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)切斷故障電路。

② 插座供電回路應(yīng)裝設(shè)額定動作電流IΔn不大于30 mA的剩余電流動作保護(hù)器(RCD)作接地故障保護(hù)。如能避免誤動作,應(yīng)盡量采用比30 mA更小IΔn值的RCD。

③ 動物籠舍應(yīng)做局部等電位聯(lián)結(jié),即凡能被動物觸及的外露導(dǎo)電部分和裝置外導(dǎo)電部分均應(yīng)與PE線相連通。需要時,可在地面內(nèi)鋪設(shè)金屬均壓網(wǎng)格,并將其與PE線相連。

④ 當(dāng)安裝電熱設(shè)備時位置應(yīng)固定,并距動物和易燃物品適當(dāng)距離,以防燒傷動物和引起火災(zāi)。

⑤ 動物籠舍內(nèi)電氣設(shè)備的防護(hù)等級不應(yīng)低于IP35。

(4) 草庫等堆儲倉庫的電氣安全應(yīng)符合下列規(guī)定:干草、麥秸等的堆儲倉庫,電源進(jìn)線處宜設(shè)置防電弧接地火災(zāi)的RCD,其額定動作電流IΔn不得大于500 mA,其動作時間不宜大于1 s。

6 結(jié) 語

結(jié)合某動物園建筑的特殊情況,進(jìn)行了針對性的供配電系統(tǒng)設(shè)計,以確保供配電系統(tǒng)的安全、可靠運行,可為其他類似項目提供參考。

[1]供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范:GB50052—2009[S].

[2]20kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范:GB50053—2013[S].

[3]民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范:JGJ16—2008[S].

[4]低壓配電設(shè)計規(guī)范:GB50054—2011[S].

[5]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.