試論建筑電氣配電線路配電方式和防火策略

（貴州民族大學 人文科技學院,貴州 貴陽550000）

0 引言

在對建筑電氣配電線路的配電方式及其防火進行研究的過程中，選擇某地的一高層建筑作為研究對象。該建筑總面積為60 000m2，其中地上15層，地下2層。地下建筑用于地下商場、設(shè)備、機房和地下車庫。地上第一到第三層用于商業(yè)，其余樓層用作酒店客房或居民住宅。在建筑物的地下第一層建設(shè)變電所，電纜埋在地下，提供兩路10kV電源。

1 建筑電氣配電線路配電方式設(shè)計

1.1 計算負荷和負荷分級

正確計算建筑物的電器負荷，并進行分級，才能更好地設(shè)計建筑電氣配電方式。在計算建筑電器負荷時，結(jié)合建筑實際用電需求，并選擇適當?shù)挠嬎惴椒ǎ拍苁褂嬎愕臄嗦菲髡娏髦蹬c規(guī)定的標準相符合。如果計算結(jié)果偏小，選擇和配置的電源線截面偏小，在電器使用過程中，容易導致線路過熱、線路短路，甚至發(fā)生火災(zāi)；計算結(jié)果偏大，必然導致不必要的浪費。一般將電氣負荷劃分為三級。在一級負荷的情況下，應(yīng)配置兩個電源供電，其中把容量較小的電源作為應(yīng)急電源，并禁止其他負荷接入應(yīng)急電源系統(tǒng)。在一級負荷的情況下，如果供電中斷，容易損壞設(shè)備，甚至發(fā)生爆炸、火災(zāi)等重大事故。應(yīng)急電源與工作電源之間必須相互獨立，否則工作電源也會影響應(yīng)急電源正常供電。在二級負荷的情況下，選擇兩回路方式供電，至少配置2臺變壓器；從配電所引出兩根電纜組成電纜段，每根電纜都可以作為備用電纜，且能有效承載建筑物中電器的實際負荷。在三級負荷的情況下，無特殊供電要求。如果建筑電氣負荷較小，可選用6kV以上的專用架空線供電。

1.2 合理選擇N線及PE線

在建筑物建設(shè)過程中供電配電系統(tǒng)并不是根據(jù)建筑物電氣配置的電纜N線和PE線，并且沒有充分考慮諧波電流的影響。因此在建筑物中，繼續(xù)使用原來的供電系統(tǒng)，容易導致建筑物內(nèi)的計算機、氣體放電燈等設(shè)備產(chǎn)生諧波電流，引發(fā)配電線路過熱的現(xiàn)象，甚至線路短路和電氣火災(zāi)[1]。在對修建好的建筑物配置電氣線路時，應(yīng)嚴格遵守國家制定的標準和規(guī)范，增大中性線的截面，使中性線的截面達到相線截面的2倍；根據(jù)建筑物的電氣負荷，重新選用適當?shù)腘線PE線，消除建筑物的電氣安全隱患。

1.3 優(yōu)化配置配變電設(shè)備

優(yōu)化配置配電變壓器、配變電空間和高壓配電裝置。

優(yōu)化配置配電變壓器。該建筑物在夏季要供冷氣，在冬季要供暖氣。為了滿足建筑物的供電需求，安裝兩臺干式氣體絕緣配電變壓器，容量控制在630kV·A以內(nèi)，具有穩(wěn)定的非可燃性液體絕緣性能。

優(yōu)化配變電配置。由于該建筑物屬于大型高層建筑，為了保障建筑電氣的配電安全，在建筑物內(nèi)部必須有專門的配變電場所，且要配置專門的三相變壓器，每臺三相變壓器的油量至少為100kg；配置高壓開關(guān)柜，其頂面裸露導體之間的距離不小于2m，并為高壓開關(guān)柜安裝適當?shù)姆雷o外殼[2]。為了節(jié)約空間和方便人員維修，不專設(shè)高壓配電室和低壓配電室，在距地面約為2.3m處的干式變壓器高壓端子的外面安裝IP2X等級的金屬防護外殼。

高壓配電裝置。在配置高壓配電設(shè)備時，應(yīng)考慮該建筑物電氣系統(tǒng)所有電器的額定電壓。高壓配電設(shè)備中的額定電壓高低不同，應(yīng)確保高壓配電的安全凈距。選用的導體的電壓值應(yīng)超過所在回路運行電壓的最高值。此外，還應(yīng)該對三相短路對導體及電器的熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定等進行準確驗算，建筑物電纜短路熱穩(wěn)定計算公式為：

在（1）式中，Smin與C分別代表電纜最小的熱穩(wěn)定截面積與電纜熱穩(wěn)定系數(shù)；ti為斷路器分斷時間，通常取值為0.25s；為I3d三相短路電流值。用真空斷路器作為切合并聯(lián)補償電容器組斷路器，且在實際運行過程中，電器引線作用力的最大值始終小于電器端子允許的荷載。使用不同顏色的硬導體，以方便識別。預留一定的接觸面用于安裝攜帶式接地線。在所有的高壓配電裝置上統(tǒng)一安裝閉鎖、聯(lián)鎖和防護外殼，以防止電氣誤操作和發(fā)生電氣火災(zāi)事故。

1.4 低壓配電系統(tǒng)設(shè)計

低壓配電系統(tǒng)設(shè)計包括配電間設(shè)計、導體選用、線路短路保護設(shè)計等。

一是配電間設(shè)計。針對該建筑的大容量集中負荷問題和電源類型，設(shè)計不同的配電方式。對于工作電源，選擇分區(qū)樹干式配電方式；對于備用電源，選用應(yīng)急照明燈電源干線。所有消防設(shè)備和重要的用電負荷工作電源，采用末端自動與備用電源切換方式。對于低壓配電裝置，成排安裝配電屏。如果配電屏的長度超過6m，在配電屏后方的通道兩端設(shè)置出口，并與其他房間相通。如果兩端出口間距在15m以上，還應(yīng)適當增加出口。應(yīng)保證低壓配電室通道上方的裸帶電體與地面之間的距離。如果配電屏前方的通道內(nèi)側(cè)為2.5m，應(yīng)安裝不低于2.2m的防護網(wǎng)；如果配電屏方的通道內(nèi)側(cè)為2.3m，應(yīng)安裝不低于1.9m的遮護網(wǎng)。如果兩段母線處于同一配電室，應(yīng)在母線的分段處安裝防火隔斷。

導體選擇。應(yīng)根據(jù)建筑的電氣環(huán)境、電力負荷、額定電壓等合理選擇低壓配電系統(tǒng)的導體型號與截面，導體額定載流量應(yīng)大于預期負荷電流的最大值。應(yīng)將線路電壓損失控制在允許的范圍內(nèi)。由于該建筑物屬于人口密集的公共建筑，建筑電氣配電防火等級高，應(yīng)將銅芯電線與電纜應(yīng)敷設(shè)在建筑夾層、豎井等位置，對電纜采取非延燃性絕緣措施，表面加裝防水性能和抗老化性能較好的防護層。

線路短路保護。必須對建筑電氣配電線路采取短路保護措施。根據(jù)建筑物的實際情況和相關(guān)的標準，安裝短路保護電器，使短路電流通過導體或連接導體在連接之前，能及時切斷短路電流，防止配電線路短路。對于持續(xù)時間在5s以內(nèi)的短路，在校驗絕緣導體熱穩(wěn)定時，要考慮絕緣導體線芯截面面積，計算公式如下：

在公式（2）中，絕緣導體線芯截面與短路電流有效值分別用S與I表示，t代表絕緣導體在達到最高允許持續(xù)工作溫度時，短路電流持續(xù)作用的時間，K為計算系數(shù)。在該建筑物中使用銅芯線導體，銅芯線的絕緣材料是聚錄乙烯和乙丙橡膠，計算系數(shù)的取值分別為115和142。如果銅芯線的絕緣體為普通橡膠和油浸紙時，計算系數(shù)的取值分別為131和107[3]。如果建筑物的上一級線路的保護電器能有效地保護線路，可不安裝保護裝置。

2 建筑電氣配電線路的防火策略

2.1 防火材料選擇

應(yīng)結(jié)合實際情況，選用具有良好防火性能的材料，如耐火線纜、耐阻燃線纜等。在該建筑物中，選用無鹵低煙阻燃線纜，即使線纜短路出現(xiàn)過熱、燃燒等現(xiàn)象，也不會釋放對人體有危害的鹵酸氣體和濃煙。對于長時間保持通電狀態(tài)的電氣設(shè)備，耐火電纜，由于耐火線纜的線芯只能承受不超過90℃的溫度，因此應(yīng)嚴格控制線纜周圍的環(huán)境，避免線纜長期處于高溫狀態(tài)。

2.2 層間防火

針對人口密集的高層建筑，應(yīng)采用層間防火方式。在該建筑物中使用裝配式建筑防火隔墻板，不僅具有隔熱防火功能，還具有隔音效果。在建筑物內(nèi)部的分隔區(qū)域，采用EI級防火固定隔墻和裝配式防火隔墻板，能有效地防火。在建筑物的豎井中，每間隔7m設(shè)置阻火隔層。強、弱電豎井口應(yīng)不低于樓層地面，防止水流入豎井。

2.3 保護設(shè)計

為了防止建筑電氣配電線路發(fā)生火災(zāi)事故，或者阻止火災(zāi)蔓延，應(yīng)安裝配電線路短路保護裝置。如果短路持續(xù)時間在5s以內(nèi)，除了選用截面面積適當?shù)碾娎|外，還要對配電線路采取過負荷保護措施，防止過負荷電流使電器導體的溫度突然升高而損害導體的絕緣、端子等部件。還必須利用反時限特性來保護電器，使電器能夠承受短路帶來的能量。過負荷保護電器應(yīng)滿足下面兩個動作特性：

在公式（3）（4）中，IB與 IZ分別表示被保護線路與被保護導體的負荷電流。I2表示能保護電器可靠動作的電流，In代表熔斷器熔體的額定電流或低壓斷路器長延時脫扣器的正定電流。在接地保護中，不僅要按照標準選用配電線路保護電器，同時還要進行總等電位聯(lián)結(jié)。在TN接地型配電線路中，接地故障保護電器的動作特性需要滿足下面的條件：

式（5）中Zs和U0分別表示接地故障回路阻抗和相線對地標的電壓，Ia為規(guī)定時間內(nèi)保證保護電器自動切斷故障線路的動作電流。對難以進行總等位聯(lián)結(jié)和輔助等電位聯(lián)結(jié)的地板，必須使用漏電電流動作保護的方式保護配電線路，防止電氣火災(zāi)事故。

3 結(jié)語

在建筑電氣配電線路設(shè)計中，應(yīng)立足建筑環(huán)境和實際負荷，遵守國家的相關(guān)規(guī)定，合理選擇配電方式，合理選擇導體、電線電纜、配電裝置等。精確計算負荷，優(yōu)化配置配電資源，合理選用防火材料，做好層間防火，落實建筑電氣配電線路日常維護和管理制度，才能保證建筑防火安全。