小康住宅的电气设计技术

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摘要：本文首先阐述了对小康住宅电气设计技术提出的新概念与新要求。电气安全最受人们的重视和关注，包括防人身电击技术、防电气火灾技术、电涌防护技术、电气检修安全技术和保安技术等。介绍了适合于住宅小区的安全可靠的配电系统。讨论了小康住宅智能化的发展方向，在对住宅信息化、智能化和综合布线系统研究的基础上，分析了住宅小区智能化系统方案。

　　关键词：住宅 电气安全 防人身电击 防电气火灾 电涌保护 智能建筑 综合布线系统

　　作为人类生存基本需求之一的住宅，已逐步从解困、安居型向小康型发展，实施文明居住。为此，对小康住宅的电气设计提出了新的概念。文明居住的内涵不仅仅只要求居住方便、舒适乃至华丽。现代化的文明居住区对过去没有实施，或者实施甚微的电气安全及住宅信息化、智能化提出了要求。因此，建筑电气设计内容必须更新、发展。随着社会的进步、经济的高速发展，我们的生活方式发生了很大变化，对居住要求也有新的变更和企求。

　　一、安全

　　生活水平的提高、生活方式的变化及家庭形式多样化，使得人们对安全保障的要求愈来愈烈。这种高度安全性的要求主要体现在防盗、防犯方面，这是最为直观的安全，也最为人们所重视及关注。然而，不为多数人知晓的电气安全更是与人们的生命财产密切相关的。

　　1、防人身电击技术

　　在自动切断供电的保护措施中，采用TN或TT接地制式对低压配电系统的安全起到了一定的作用，同时也存在许多不足和缺陷。

　　漏电保护电器（RCD）作为实用的防电击措施之一，已为广大电气设计者、管理者及使用者所接受，并付诸实践。

　　RCD的应用大幅度地提高了安全用电水平，成为防触电事故的有效措施之一，然而，RCD在使用中也存在局限性。例如：RCD无法对因种种原因引起PE线（PEN线）电位升高进行检测。因为RCD所检测的仅只L1、L2、L3相线及N线导体中是否有剩余电流，而无法检测出具有保护功能PE线是否带剩余电流。RCD的这种不足是可以通过等电位联结保护措施来弥补的。1996年6月1日开始实施的国际《低压配电设计规范》GB50054－95的第四章第四节明确规定，采用接地故障保护时，应实施总等电位联结。按规范规定，当采用低压断路器、熔断等保护电器实施自动切断供电时，应在建筑物内实施总等电位联结。等电位联结的目的不在于缩短保护电器的动作时间，而是降低接触电压值，某些情况下有可能将接触电压降到安全值以下。在正常条件下，安全电压值为50V.等电位联结有总等电位联结（又称主等电位联结）和局部等电位联结（又称辅助等电位联结）。

　　2、防电气火灾技术

　　近年来，电气火灾不断增加，已居火灾起因首位，电气设备或线路故障起火是十分常见的起火原因。

　　电气故障主要是带电导体之间的短路和带电导体与“地”之间的短路。这是所说的“地”是泛指与地有联系的设备外壳、金属管道及构架等外露可导电部分的短路，通常将前者称为短路，后者叫做接地故障。

　　接地故障虽也表现为短路形式，但它在短路电流值、故障后果和保护措施上与相间短路均不相同。

　　带电导体产、发生短路时，由于短路电流大，可令保护电器设备自动切断供电，防止电气火灾的发生。而接地故障却因短路电流小，特别是电弧性接地故障，无法令保护电器设备动作，它不仅能导致人身电击，也能引起电气火灾。通常电弧性接地故障起火的危险性及发生的几率大于一般的相间短路。

　　能引燃起火的电弧电流在500mA以上，IECTC64认为RCD是防范电气火灾的措施之一，但保护装置的IΔn<500mA.

　　在设计中，我们将防电气火灾的RCD保护设备设在进线处。在选择RCD的IΔn时，未选用其上限值，最佳的保护作用是IΔn<300mA.其动作时间为0.25S（据厂家提供的资料，跳闸时间误差为±20％，即t=0.25s时，跳闸区间为0.3～0.2s）。当电源总箱供电范围内任一处发生能引燃起火的接地故障时，进线处的RCD都能及时切断电源的，从而避免电气火灾的发生。

　　这里需要注意的是：干线上和支线上的RCD之IΔn配合。一般来说，漏电开关的额定漏电不动作电流IΔn0为额定漏电动作电流IΔn的50％。多个分支线的额定漏电不动作电流之和ΣIΔn0如果大于干线上RCD的50％IΔn，就会使干线上的RCD误动作。

　　据有关资料介绍，在一些发达国家，要求建筑物电源总进线上设置IΔn≤500mA的RCD，否则，当地的供电公司不予供电。

　　3、电涌防护技术

　　为了保护建筑物免遭雷电袭击，设计了由避雷带（针、网）、引下线和接地装置组成的外部防雷系统。

　　然而，雷电电涌可通过室外线路入侵建筑物内的设备，造成毁坏。同时建筑物内部投切过电压亦可造成设备的损伤，这些都是外部防雷系统无法保护的。

　　防止上述用电设备绝缘被击的主要措施是装设电涌防护器，如过电压保护器、放电间隙、避雷器等。当雷电电涌或内部过电压值大于电涌防护器的动作特性时，均能在瞬间使电涌防护器动作，并通过等电位装置，形成等电位。

　　也就是说，防范雷电电涌及过电压的措施，是在最短时间内（纳秒级）令其释入电路上产生的大量脉冲能量，通过等电位装置将其泄放至大地，从而降低设备各接口间的电位差，保护用电设备。

　　在电子时代的今天，住宅内设置的敏感电子设备数量和规模不断增大，而这些设备的工作电压却在不断下降，因此它们受到电涌的袭击而损坏的可能性就大大增加。其后果可能使整个系统运作中断，造成经济损失。

　　4、电气检修安全技术

　　住宅小区的低压配电系统，不论采用TN或TT制式，其PEN线或N线由于通过负荷电流、不平衡电流、三次谐波电流等等，令其带电位，对地呈现电压。正常工作时，这种电压视情况为几伏乃至十余伏。当然，不可能大过或等于安全电压50V.

　　如果正常工作时的PEN线或N线的对地电压等于或大于50V，那么设备端子电压则等于或小于120V，这种电压不能令设备正常运转的ΔUPEN≥50V时设备不能工作然而，例如变配电所因某种原因发生故障，令PEN线或N线电位升高，此时，其对地电压大于安全电压，甚至高达百余伏，这种电压对设备及人体是十分危险的，并且会传至建筑物的进户处。

　　进户处的电源的总开关若为三级，检修是不会断开N线（请注意，PEN线是不能断开的），如果在N线电位升高时，人员正在检修或安装，由于没有电气隔离措施，这时危险电压会令检修人员发生触电伤亡事故。将电源的总开关选为四级，实施了电气隔离，即将所有带电导体断开，因而就避免上述事故的发生。

　　需要说明的是，PEN线是PE线与N线合二为一的线路，规范是严禁将其断开的。TN－C－S系统的PNE线在进户配电箱处分成N线及PE线，接入四极总开关的是三根相线及N线。对于TN－C系统而言，不允许装四极开关，在小区的配电系统中，不推荐使用TN－C系统。

　　在住户用的小配电箱中，进线开关多是选用微型断路器。目前市场上供应的合格MCR，其爬电距离、空气间隙等参数均能满足隔离电器的要求，因此常将其当作隔离电器使用，忽略了隔离电器对“明显断开点”的要求。

　　目前，某些断路器已有触头状态显示窗，即用红、绿两色分别表示触头是处于分于分断还是合闸的状态，应该说这种有明显断开点的断路器才是符合隔离电器的要求。

　　5、保安技术

　　对多层住宅而言，安全系统是进户处设置一道常锁的大门，住户只有使用钥匙方可进出。来访者则要通过设置在大门上的对讲盘和住户取得联系，方可进入。

　　对于高层住宅，是在入口的门厅处设置常锁大门，住户与来访者的进入程序同多层住宅，但增加了住户与高层管理人员间的对讲。

　　随着闭路电视技术引入对讲安全系统，住户对来访者的语言及容貌有准确的识别，从而提高了安全程度，这就是可视对讲安全系统。它是在前种系统的基础上增设了一个影像传输通道，在大门的对讲盘上装有摄像头，以观察来访者。

　　在设计中，可以将视频信号经调制后送入CATV或有线电视前端，住户可以打开电视机在专用频道上观察来访者的相貌，这种系统虽然投资较低，但有公开个人隐私之隙及诸多不便。

　　另一种则是视频信号直接通过专用同轴电缆送至住户装有显像管的对讲机。这种可视对讲系统是用微型电脑控制的，是目前较为先进的内线控制系统，它具有对讲、密码与开锁，与门卫、管理中心通话功能，还可配合其他周边设备实施可靠的家住安全保护。

　　用于家住安全保护的设备还有红外探测器、玻璃破碎探测器等，除了业主明确要求设计此类防盗保护设备外，在设计中，一般未设置。

　　二、安全可靠的配电系统

　　住宅小区的面积通常是几万平方米至十几万平方米，区内常设置一个或几个小区用低压变配电所（室）。

　　为节约面积，常将小区的低压变配电所设在住宅的首层、架空层或地下层，由于低压配电系统的工作接地与保护接地无法做到电气上分离且互不影响，所以低压变配电系统只能设计为TN－S式。不选择TN－C－S式的原因是因为PEN线中的工作电流会令PEN带电位，对地呈现电压，不利于安全，还有可能对一些敏感的家用电器产生干扰。

　　对于不设置变配电所的独立建筑物，其低压配电系统最好能采用TT接地制式。对于同一变压器供电的TN系统，不论是TN－S、TN－C或TN－C－S系统，其PE线或PREN线是连通的，当任一处发生接地故障时，故障电压会沿PE线或PEN传至其他未发生故障处，可能会引起新的电气故障，而TT系统的PE保护线是从各建筑物的接地装置引出的，彼此不会连通，因此某栋建筑物发生接地故障不会殃及其他建筑物，避免了TN系统“窜”电位的缺点。

　　小区各建筑物采用TT系统时，从低压配电所引出的线路为L1、L2、L3及N线四芯电缆，其配电线路接地故障保护动作特性是：

　　RAIa≤50V

　　式中　RA——外露可导电部分的接地电阻和PE线电阻（Ω）

　　Ia——保证保护电器切断电路的动作电流（A）RA的值易为用户掌握，因而能较易地确定Ia的值。

　　以往较少采用TT系统的原因是多方面的，其中一个原因是在用电负荷趋大时，要满足RAIa≤50V，则RA应很低，而实际工程又很难满足低接地电阻的要求。自从优质的漏电保护设备问世后，这一难题得到解决，例如，在进户箱设置IΔn=300mA的漏电断路器作为过流保护和防电气火灾的电源开关，此时Ia=0.3A，则RA=50/0.3=166.7Ω，这种接地电阻的要求是极易满足的。

　　值得一提的是，小区内的小高层、高层建筑日渐增多，按消防规范要求，其内应设置加压风机、消防电梯等消防设备，此时仍选用漏电断路器是不合适的，应改设断路器及漏电继电器的组合。当发生接地故障时，引至小区监控中心的漏电继电器输出接点动作，发生故障报警，但不会令电源开关跳闸。

　　小区内也有设计TN（TN－S或TN－C－S）配电系统，这种系统的配电线路发生接地故障时，应满足：

　　ZsIa≤V0

　　式中Zs——接地故障回路的阻抗（Ω）

　　Ia——保证保护电器在规定的时间内自动切断故障回路的电流（A）

　　V0——相线对地电压（V）

　　由于Zs较难确定，因此也难以正确整定Ia.

　　另外，由于PE（PEN）线是连通的，查找接地故障的原因、地点也比较难，这可能是许多供电公司不在公用电网中采用TN系统的原因之一。

　　一般来说，TN系统的保护灵敏度是能满足要求的，但发生电弧性接地故障时，其灵敏度就不能满足要求，因此也要求总电源开关具有漏电的保护功能。

　　三、合理的配电系统

　　按深圳供电局推荐，新开发小区一般住宅的安装容量为6kW/户，住户进户开关选32A或40A，其进户线截面不小于6mm2铜芯绝缘线，通常设计为BV－3×10mm2.室内的配线不小于2.5mm2.电度表选用与微机抄表系统接口的宽负荷表10（40）A.

　　在电子时代的今日，很难估计会出现什么新的家用电器产品，特别是厨房用电设备。为适应这种难以预料的发展，除了在厨房设置较以往多一些的插座外，其供电回路的容量也适当放大，可视住宅面积大小，其配电线路选为：BV－3×4mm2.

　　对于面积较大的高级住宅，其安装容量按家用电器的设置累计而成，通常大于10kW.单身公寓面积虽小，但“五脏俱全”，其用电量约为3～4kW/户。

　　在生活水平日渐提高的今日，提高用电可靠性、缩小停电范围也应给予足够的重视。在有些设计中，应给予厨房用电一个专用回路，其上设置IΔn=30mA的漏电断路器；客厅、餐厅及卧室用插座则由另一回路供电，其上亦设IΔn=30mA的漏电断路器；照明、空调用回路不设置RCD，原因是它们可视为固定安装设备（不含插头、床头灯等，）不会像电吹风、电熨斗这些时常要拔出插入的设备，使人们有发生间接接触触电事故的可能。如果照明、空调配电线路发生漏电，当漏电电流达到300mA时，则电流总开关跳闸，防止电气火灾发生的可能。

　　四、住宅智能化

　　由于科学技术的不断发展，目前对智能建筑尚无统一的定义。一般来说，多认为智能建筑是在建筑平台上由三大系统构成，即建筑设备自动化系统（BA）、通信自动化系统（CA）及办公自动化系统（OA），也就是俗称的3A系统。

　　小康住宅智能化，令其在跨世纪以后的相当长一个时间段内能保持其技术先进性。

　　在构思住宅小区智能化系统方案时，不拘泥不同的定义及各种提法，而是从智能建筑本质出发，充分考虑业主各种需求，以求小区智能化系统的设计结构上优秀、技术上先进，有扩展的可能，且经济合理。

　　住宅小区用户繁多，各用户对智能建筑功能的要求各不相同，着重点差异较大，对网络系统的需求、构架要求亦不相同，因此，在用户要求不明的情况下，不宜先行设计CA系统的网络机房及相关设备，避免给业主造成投资过大及浪费。

　　然而，为了不久的将来顺利实施CA、OA系统，现今合理设计综合布线系统是十分必要的。综合布线系统犹如人体内的神经系统，是实施CA、OA系统的基础条件。

　　通常是根据住宅小区的平面图及各住户对语音点、数据点设置的要求进行综合布线，并通过对管理区子系统的确定，以及主干光纤以及大对数电缆对各个管理区的连接，使住宅小区成为智能化、网络化的小区。

　　对一般的住户是设计两个语音点、一个数据点，大面积的住户还需酌情增加。在工作区内语音及数控点全部采用五类信息模块安装及采用五类线敷设，以达到高速信息的传输，并能够保证语音及数据点的通用性和互换性。

　　为了能使将来的数据系统达到100M以太网，因而采用光纤作为主干，选用六芯多模光纤。对于语音信息则采用大对数电缆进行连接。

　　每个管理区子系统配电室内设有配线架，利用跳线与设备进行连接。采用光纤连接盒进行主干光纤与各个管理区的设备进行连接。

　　小区设有中央监控中心，可以将机房设备间子系统的主设备设在监控中心内，其与每个管理区子系统间通过光纤及大对数电缆以星形拓补的方式进行连接，实现100Mb/s速率的传输，从而保证每个管理区的信息能在高的速率下进行工作。

　　新开发的住宅小区的建筑物日趋大型且多功能，服务项目也日渐增多，其使用的机电设备品种名目繁多，分布甚广，管理工作已非人力所能应付，因此采用自动控制技术及计算机技术已成为小区管理的重要手段之一。可以肯定地说，用计算机技术对各类项目进行控制及管理已成为必然。这种管理方法及前述各类电气设计技术的实施将使建筑物成为名副其实的现代化建筑物。

　　住宅小区设计的楼宇自动化控制系统可以对小区的送排风及排烟系统、变配电系统、给排水系统、绿化喷灌系统、公共照明系统、住户紧急救助系统、保安巡逻系统、周边红外报警系统及停车场收费系统等进行有效的控制管理，可以对小区的设备进行可靠的操作控制，具有动态监视、监控、报警检测、表格管理及打印，历史数据存储等特点，即时、准确地得到设备运行、故障、维修信息，提高管理信息，提高小区设备易操作性，也提高经济及社会效益。

　　参考文献：

　　1、低压配电设计规范BG50054－95

　　2、凌智敏。漏电开关及其应用。北京：水利电力出版社。