建筑电气设计常见病剖析

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摘　要　以国家现行规范为基础, 针对目前建筑电气施工图纸中普遍存在的毛病进行分析, 说明其严重危害及纠正方法。

关键词　建筑电气　负荷计算　线路保护　防雷接地　住宅供电   自从实行建筑施工图审图制度以来, 审图公司承担了大量的施工图审核工作。审图工作中, 一些问题却反反复复地出现在我们面前, 几乎成了常见病, 影响了施工图的质量。若这些问题得不到正确和及时的解决, 势必造成事故隐患, 危害工程质量, 给国家和人民生命财产造成难以估量的损失。百年大计, 设计为本。优秀工程必须要有精益求精, 不断提高设计质量。  1　接地刀开关的安装 　　一些同行在设计市电高压进线柜时往往喜欢在断路器(或负荷开关) 的电源侧(进线电缆侧) 设置接地刀开关。造成这种错误的原因显然有两个: 一是在画图时直接套用厂家样本的方案而未按实际用途作修改, 二是错误地认为这样设置接地刀便于检修。高压进线电缆是由地区变电所或上一级断路器控制的, 如果在电缆侧设置接地刀的话, 当本级断路器或负荷开关分闸后合上接地刀时, 势必造成电网接地短路; 当上级断路器合闸向本级变电所送电时,由于本级断路器首先是处于分闸和接地刀接地状态, 也会导致上级电网接地短路障碍。所以,这样设置接地刀不但派不上用场, 还会造成重大短路事故。类似事故前几年在我市已经发生过, 只是没有引起足够的重视。另外, 双电源同侧进线、备电自投的高压柜, 其断路器的电源侧和负荷侧均不能安装接地刀, 否则也会引发接地短路故障。接地刀开关安装在变压器保护柜断路器的负荷侧(出线电缆侧) 及计量柜主开关后是比较适当、可靠和安全的。 2　总负荷计算 　　在电力总负荷计算和变压器选择中, 有些人往往把有功功率、无功功率和视在功率的关系当成标量关系, 即把各项用电设备组的视在功率直接相加作为总的视在功率。实际上, 有功功率、无功功率和视在功率的关系是矢量关系, 只能进行矢量相加。用复数表示功率的话,视在功率相当于复数的模, 有功功率相当于复数的实部, 无功功率相当于复数的虚部。如果用直角三角形表示, 视在功率相当于直角三角形的斜边, 有功功率、无功功率相当于直角三角形的直角边, 因此, 总的视在功率的平方等于总的有功功率的平方与总的无功功率平方之和, 直接把视在功率相加是错误的。　　其次, 另一常见的计算错误是漏项。一是各项有功功率之和与各项无功功率之和计算出来之后没有乘以同期系数就进行下一步计算,二是选择变压器容量时没有考虑变压器自身的有功损耗(占变压器容量的2% ) 和无功损耗(占变压器容量的8%～ 10% )。 3　需用系数的选择 　　在审图时常遇到一些电力设备的供电系统图, 其计算步骤和方法都正确, 而参数却没选对。例如: 电气设备为生活水泵(一用一备) ,单台设备安装功率Pn= 37kW , 额定电流Ir=70A , 由于选取需用系数Kx= 015, 计算结果为计算电流Ic= 36A , 选用保护断路器In= 50A ,电线BV (33 16) SC252F。如此配置, 系统根本不能运行, 因为50A 的断路器通过70A 电流时肯定会过负荷跳闸, 若不跳闸, 线路肯定被烧毁。这个例子绝不是杜撰的, 设计者把计算总负荷或多台负荷的参数运用到单台设备上来, 就难免出错。在进行负荷计算时, 不管是采用需要系数法、二项式法、利用系数法、还是用ABC 法, 都要注意, 当设备为三台以内时,直接按用电设备的额定功率计算(即Kx =110)。当设备为多台时, 按上述方法计算的结果还应与最大的单台设备额定功率作比较,按负荷较大者配置线路。在住宅建筑电气设计中, 还有些设计人员不管是一套住宅, 还是一栋住宅楼, 都采用同一个需用系数(如Kx=014) , 把每套住宅开关箱的总开关限制过小, 缺乏灵活性, 使一栋住宅楼内的各套用电量不能适当调剂互补, 不能充分发挥供电系统的作用。 4　线路保护 　　线路选择不当是审图当中碰到最多的问题。第一是中性线(N 线) 和接地保护线(PE线) 的选择问题。N 线偏小主要是选用截面为三大一小的电力电缆作住宅楼、办公楼的照明电的入户线。由于照明负荷大部分为单相用电设备, 所以其N 线的截面不应小于相线截面,应采用四芯等截面的电力电缆。对于PE 线的最小截面, 规范已有明确规定: “当相线截面(平方毫米) S 不大于16 时, PE 线截面等于相线截面S; 当相线截面S 大于16 但不大于35时, PE 线截面为16; 当相线截面S 大于35 时,PE 线截面为Sö2”。然而, 很多设计人员常把PE 线的截面放小一至二级, 可能是认为PE 线平时不工作, 大了太浪费。其实这种观点和做法都是错误的。 　　我们知道, 常用小型空气断路器的额定电流等级由In= 16A、20A、25A ……100A , 每级电流增加25%～ 30% , 若要保证上下两级断路器能可靠、有选择地动作, 上下两级必须有2～3 个等级差别, 即上下级额定电流相差56%～95%。按过负荷保护选择铜芯电线时, 对应于上述电流等级的电线截面为215ömm2～ 70ömm 2; 若按短路保护选择铜芯线时截面则为 110ömm2～ 35ömm 2。当线路发生接地故障时,短路电流经过相线、设备外壳、PE 线回至重复接地处(TN 2S 系统)。由于N 线中没有与相线相等的电流返回, 漏电断路器自动跳闸切断回路, 未装有漏电断路器的支路其普通断路器也会按照短路电流大小而反时限跳闸。但是, 如果本级断路器触头焊死或是灵敏度不够而拒绝分断, 则只能靠上一级断路器跳闸, 这种情况是时有发生的。如果发生这种情况, 相线和PE线就必须增加56%～ 95% 的载流量, 才能保证上一级断路器跳闸。如果PE 线截面小于相线截面一级, PE 线上的载流量则须比额定载流量增加95%～ 120% , 才能保证上一级断路器跳闸。由于PE 线较小, 负荷相对较重, 就比较容易烧断。PE 线断后故障依然存在, 故障点的电位等于相线电位。由于故障点接触电势高, 人接触时有致命危险, 因此, 为保证自动空气断路器能可靠工作, 切除故障回路, 规范明确地规定了PE 线的最小截面。每个设计人员都应认真执行。 　　线路选择不当的第二个问题是线路与断路器的额定电流不匹配, 电线截面偏小。电线截面偏小易使电线因过负荷而发热, 烧坏绝缘层而引起火灾。在电气工程设计中, 通常要考虑 短路保护、过负荷保护、过电流保护和接地故障保护。与导线选择密切有关的主要是短路保护和过负荷保护。按过负荷保护选择电线与按短路保护选择电线相比较, 其导线的长期连续 负荷允许载流量之比为113875, 截面积相差(加大) 两级左右。那么, 在导线选择中, 什么情况下按短路保护考虑, 什么情况下按过负荷保护考虑? 纵观各类建筑电气设计手册得出如下结论: 　　(1) 配电线路均应装设短路保护。 (2) 下列线路安装设过负荷保护:  ① 居住建筑、重要的仓库及公共建筑中的照明线路; ② 有可能引起线路过负荷以及易燃和易爆危险场所的低压配电线路;  ③ 有延燃性外层的绝缘导线明敷在易燃体的建筑物。可见, 民用建筑设计, 其配电线路均应按短路保护和过负荷保护综合考虑。   5　防雷设计 　　防雷设计的主要问题在于建筑物防雷等级分类不当。一些工程因高度不大, 设计人员往往只作接地设计, 而不采取防雷措施, 特别是一些高度低于15m 的建筑, 认为不属于第三类防雷建筑物的范围。实际上, 只要按照规范的公式去计算一下该建筑的年预计雷击次数, 很多不起眼的矮建筑也是需要采取防雷措施的。现在审图中遇到的实例取两个来叙述。 　　(1) 某展示厅高1015m , 宽35m , 长7815m ,设计图纸中只有零线重复接地, 未采取防雷措施。经过审图者验算, 该工程的年预计雷击次数N = 01161 次öa, 大于0106 次öa, 起码应划为第三类防雷建筑物。 (2) 某二层店铺, 高718m , 宽818m , 长101m , 设计图纸中只有零线重复接地, 没有采取防雷措施。经过审图者验算, 该工程的年预计雷击次数N = 01119 次öa , 大于0106 次öa,应划为第三类防雷建筑物。　　为什么会出现这种错误, 究其原因主要是设计人员没有进行过计算和验正就草率分类,常常把第二类防雷建筑物当成第三类防雷建筑物, 把第三类防雷建筑物当成不必防雷的建筑物。其实只要按规范的要求, 先计算出每栋建筑物的年预计雷击次数N , 再结合建筑物的使用功能, 正确分类, 按类设防, 就可避免出现类似错误。   6　住宅供电系统 　　住宅供电设计存在的问题在于没有完全执行《住宅设计规范》提出的基本安全要求。比如每栋住宅的总电源电线开关未安装具有漏电保护功能的断路器。常见的电气火灾, 大多是 由接地电弧短路故障造成的。但是, 由于电弧接地短路电流小, 持续时间短, 电路不能形成过负荷及大的短路电流。普通的断路器、熔断器均不能及时跳闸切断电流。而对电弧短路电 流具有很高灵敏度(300mA ) 的漏电断路器却能及时跳闸切断电流, 防止电气火灾的发生。另外, 规范还要求每套住宅均应设置可以同时断开相线和中性线的总断路器, 以便于在电气火灾发生时拉闸断电。 　　为了保障人身安全, 规范还要求住宅供电系统采用TT、TN 2C2S 或TN 2S 接地方式, 并进行总等电位联结。但是实际上由于目前等电位联结的实施尚在起始阶段, 电气设计中有总 等电位联结的图纸不多, 把问题全推给建设单位和施工单位。这表明设计人员对等电位联结的重要性认识不足。总等电位联结把进线配电箱的PE 母排、公共设施的金属管道(水管、热 力管、煤气管等)、建筑物金属结构、人工接地体等导电部分互相连通, 降低了建筑物内间接接触电击的接触电压和不同金属部件间的电位差, 消除了从建筑物外经电气线路和各种金属管道引入的故障电压的危害。在遭受雷击时, 可借助公共设施的金属管道(煤气管除外, 户内、外煤气管之间插入一段绝缘段隔离) 迅速泄流,减轻自然接地体的负担。因此总等电位联结决不是可有可无的, 绝对不能敷衍了事。 7　电话、电视、宽带网 　　按有关规定电话、电视、宽带网系统的室内预埋管线由设计单位设计, 室外部分由有关部门负责。由于绝大多数的建筑电气设计人员都不是电讯、电视、计算机网络专业人员, 对这些专业的学习和培训工作又不配套, 设计人员手头上缺少相应的设计规范和产品样本资料, 缺少一定的专业知识, 因此设计质量比强电施工图稍逊一筹。这主要表现在系统图的配置上, 反映出设计者对工作原理不甚了解。有些工程系统图根本不能用。有些工程连系统图都没画。要解决这个问题, 唯有对设计人员加强培训, 提高他们的专业水平。 参考文献 1　《低压配电设计规范》(GB500295) 2　《建筑物防雷设计规范》(GB50057294) 3　《住宅设计规范》(GB5009621999) 4　《民用建筑电气设计规范》(JGJöT 16292) 5　韩　风主编1《建筑电气设计手册》 6　陈一才编著1《高层建筑电气设计手册》 7　航空工业部第四规划设计研究院编1《工厂配电设计手册》