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由于现代文明的发展,都市的高层建筑越来越普及,在高层建筑配电系统电气设计中,供电可*性、工程经济性和施工便利性越来越重要,采用普通电力电缆供电,三者的矛盾总难完全统一,只能根据不同工程而有所侧重。按传统方法,在楼层配电设计中,通常采用的办法有三种:
(1)放射式,由地下配电间分别对各个楼层引电缆直接供电,却需要大量的电缆、桥架和较大的电缆井,造价高,经济性最差。
(2)链接法,由配电间引出电缆至底层配电箱,再由底层逐层向上链接供电,此法经济性最佳,但由于层数越多,安全系数越低(安全系数是逐级相乘)。
(3)分区树干式,把一座高层建筑划分成n个单元区,每个单元采用电缆接从配电室供电,然后再分配至单元区内各个楼层。经济性都比较好,经常被采用。
(4)干线电缆分支法,从配电室引出一根(或数根)主干电缆,每个楼层在干线电缆上供头分支,此法经济性最好,但施工却是最麻烦的,更麻烦的是在主电缆上做楼层分支头时,受电缆的结构和现场施工条件以及人员素质的影响,接头质量参差不齐,但这种方法却促使人们想到把接头与电缆一同制造,由此诞生了新一代的建筑配电电缆——分支电缆。
分支电缆是把经过专门工艺处理的单芯电力电缆作为建筑主干电缆,根据各具体建筑的结构特点和尺寸量体裁衣,预先把分支接头与分支线、主干电缆一同设计制造。是把上面第(4)种方法中现场施工和管理的工作由专业制造厂完成,而且工艺一致性也带来了质量一致。
分支电缆较早出现于英国和日本,在技术标准方面,1980年,日本电线工业协会颁布了第一部行业性标准JCS376(1980),随着技术的发展与进步,在1992年对该标准进行了修订,放宽了对产品结构材料方面的要求,提高了成品技术指标,目前,国内正规的分支电缆生产厂的产品标准主要是以该标准为基础。
2、结构分支电缆在结构上,分为单芯型和多芯绞合型两种,每根单芯分支电缆又可分为三部分:
(1)主干电缆;(2)支线电缆;(3)分支连接体。
目前,因单芯型分支电缆结构简单,本论文由
型分支电缆实质上是多个单芯电缆的绞合体,而不是传统概念多芯电缆的结构,多芯型分支电缆的每项导体外面都有单独的绝缘和护套,每根线芯有独立的分支连接体。多芯型分支电缆具备一般多芯电缆的运行性能,国内只有为数极少的大型综合性电缆厂才具备生产能力,目前也已在推广应用中。
3、性能分支电缆是一种新型的电力配送电缆,其关键性能有两项:首先,一根具备良好品质的分支电缆,必须是性能优良的电力电缆,对于国内产品,其导体性能、绝缘性能、材料的机械物理性能均应符合GB12706-91标准——电缆的性能是分支电缆产品的基础指标。
第二,分支连接体的性能至关重要,这是分支电缆的关键性能。分支连接体把干线电缆与支线电缆的导体连为一体,并作绝缘防潮处理。从外观上看,无法知道内部接头质量,有两项重要的试验能够检测接头性能,即机械拉力试验和电热循环试验。对机械拉力试验而言,分支连接体(含干线与支线导体)的拉断力应保持在连接前的80%以上,对电热循环试验而言,在125次一定时间间隔的额定载荷与空载循环后,分支连接体的温度不得大于电缆表面温度的8℃。决定分支连接体的机械与电气性能的关键在于分支连接体的材料和工艺。对广大用户而言,应充分关心分支电缆的电缆质量、接头的材料选择和生产工艺工装。
我们讲,分支电缆更适合于现代建筑的配电系统,为什么?要分析这个问题,我们必须首先弄清楚相关电气设计规范中对配电线路的要求。
二、相关规范对建筑电气系统中配电线路的设计要求
1、建筑电气相关的设计规范目前与建筑电气低压配电系统设计有关的规范主要有:
(1)GB50052-1995供配电系统设计规范
(2)GB50054-1995低压配电设计规范
(3)JGJ/T16-92民用建筑电气设计规范
(4)GBJ16-87建筑设计防火规范(1997年版本)
(5)GB50045-1995高层民用建筑设计防火规范其中:《供配电系统设计规范》和《低压配电设计规范》是两项基础规范,主要内容参照采用了IEC标准。本论文由
致,但由于这是一个建筑行业的专业标准,建筑相关的部分规定更具体,如供电系统的负荷简等级,除规定分级原则外,更规定了各类具体建筑名称的负荷级别。
由于上述规范在颁布实施时,分支电缆产品在国内还没有应用先例,因此在规范中并未提及分支电缆,但在众多条款中体现了设计指导方向,总的说来,有三种观点:
1、关于配电级数——越少越好;
2、关于配电方式,从高到低依次为放射式>树干式>分区树干式>链接式;
3、关于安装敷设方式,应与环境、建筑特征、机电应力等多种因素相适应。
(一
)、关于配电级数:对配电级数而言,GB50052-95第3.07条规定:供电系统应简单可*,同一电压供电系统的变配电级数不宜多于两级,JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》中8.14条规定:“自变压器一次侧至用设备之间的低压配电级数不宜超过三级,但对非重要负荷供电时,可超过三级。”上述规范体现了一个要领,那就是配电级数越少越好,越少可*性越高,技术越先进。
(二)、关于配电方式,GB50052-95中第6.02、6.03、6.04、6.05条中提出:“在正常环境的车间或建筑物内,当大部分用电设备为中小容量,但无特殊要求时,宜采用树干式配电”,“当用电设备为大容量,或负荷性质重要,或在有特殊要求的车间、建筑物内,宜采用放射式配电”,“当部分用电设备离供电点较远,而彼此相距很近、容量很少的用电设备,可采用链式配电,但每一回路环链设备不超过5台,其总容量不宜超过10kW”:“在高层建筑物内,当向楼层各配电点供电时,宜采用分区树干式配电,但部分较大容量的集中负荷或重要负荷,应从低压配电室以放射式配电”。
(三)、JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》中对配电方式有更为详细的规定,如:“8.2.15居住小区的高层建筑,宜采用放射式配电”“8.2.2.4除多层民用住宅外的其他民用建筑,对于较大的集中负荷或较重要的负荷应从配电室以放射式配电;对于向多层配电间或配电箱配电,宜采用树干式和分区树干式的方式”“由层间配电间或层配电箱至各分配电箱的配电,宜采用放射式与树干式结合的方式”,“8.2.3.2对于容量较大的集中负荷或重要负荷,宜从配电室以放射式配电对各层配电间的配电宜采用下列方式之一:
(1)工作电源采用分区树干式,本论文由
(2)工作电源和多用电源都采用由首层到顶层垂直干线方式。
(3)工作电源采用分区树干式,多用电源取自应急照明等电源干线。
上述规定,是限于制定规范时,分支电缆尚未在国内推广应用,供电线路主要依赖普通电力电缆和母线。笔者认为,在应用分支电缆配电后,上述规定应该可以简化。放射式高于树干式,又高于链接式的观点。
(四)、关于电缆和母线安装敷设方式。
GB50054-94中5.5.1、JGJ/T16-92中9.12.1都规定“封闭母线宜用于干燥和无腐蚀性的屋内场所。”
GB50054-94中5.7.2、JGJ/T16-92中4.13.5规定“竖井垂直布线时应考虑下列因素:……。垂直干线与分支线的连接方法。”
GB50054-94中5.7.3竖井内垂直布线采用大容量单芯电缆大容量线线作干线时,应满足下列条件:
1、载流量要留有一定的裕度;本论文由
GBJ16-87《建筑设计防火规范》中10.1.4规定:“消防用电设备的配电线路应穿管保护。当暗敷时应敷时应敷设在非燃烧体结构内,其保护层厚度不应小于3cm,明敷时必须穿金属管,并采取防火措施。采用绝缘和护套为非延续燃性材料的电缆时,可不采取穿金属管保护,但应敷设在电缆井沟内。
GB50045-95《高层民用建筑设计防火规范》中对消防电源及其配电,9.1.4条也规定了相同内容。
上述规范说明:电缆配电比母线具有更好的环境适应性,安装敷设更便利。
在熟悉电气规范的相关规定后,让我们来分析分支电缆配电方法与规范的符合性与技术先进性.
三、分支电缆配电的技术先进性
1、分支电缆的配电方式分支电缆配电系统一般如图所示,在一个n层的大楼中,垂直竖井干线和各楼层供电由一根整预制的分支电缆完成,PG是总配电柜,PX是楼层配电箱,ZJX是转接箱,当PG与ZJX之间距离不远时,(满足载流量与起动运行压降要求)一般不予选用,这样可减少一个连接点,节约投资。
2、分支电缆配电的技术先进性从上述配电系统的分析中,可以知道分支电缆可以使楼层配电简化成二级配电,每个楼层都可以达到最简单的二级配电,符合规范中配电级数越少越好的原则,这是先进性之一。
分支电缆配电系统的实质是一种放射式配电系统,适用于各种重要场合甚至是特别重要场合的配电,这是先进性之二。
分支电缆是一种经过预制的电力电缆,本论文由
在出厂时经受过水中耐压和绝缘电阻试验,因此对环境要求低,能适用于潮湿、盐雾酸碱等环境,而母线在规范中明确不能应用于这些环境,比母线适用范围广。而且,其安装方式简便,施工工期短,工费低,符合规范中设计应注重经济性的观点,这是其技术先进性之三。
四、分支电缆配电设计的注意点
我们已分析:分支电缆配电系统的技术先进性,可以说分支电缆就是一种为现代建筑度身定做,量体裁衣的专业产品,具有最佳的适用性和技术经济性,但在工程设计中,需注意一点——那就是分支线的保护问题。对由于支线截面一般都有比干线小,因此,当支线发生过载或短路时,干线保护系统一般不会对其发生作用,必须在支线配电箱中设置保护器,保护器与分支接头问题不超过3m,如超过,分支线必须受敷设在不燃的管或槽中,且当该段发生单相或两相短路时,干线保护应能够断开。对此,应予以注意。
分支电缆作为一种从国外传入的新型建筑配电电缆,
充分满足建筑物的使用功能建筑物的电气设计最终目的是为了满足人们对于消费品的使用功能。一般考虑到的使用功能有:照明的亮度、显色指数;运输通道的畅通,色温、空调温度的舒适度等,也包括一些特殊的工艺要求。这些大大小小的所有的要求都需要在建筑电气设计时得到充分的考虑,设计成果要充分的保证这些功能能够得到满足。并且随着生活水平的提高,人们用电量会有所提升这一点要做出一定的预测,电气的设计要留有一定超额设计。不能够过于紧凑,以防出现用电高峰期或者突然的超负荷工作。充分考虑经济条件和节能环保在当今世界,节能环保是社会发展的主要趋势,所以在建筑电气设计时需要充分的考虑节能问题,以节能环保为设计理念和主要的原则。但是在节能设计的同时也应该考虑到经济性。在节能设计和经济效益之间一定要找到一个平衡点,来达到最好的节能效果和经济效益,避免一边倒的情形发生。比如一些电气设计对于建筑功能的发挥没有多大益处,那么这些电能的损耗就是无用的,所以设计时要采取合适的方法来避免这些不必要的损耗。这也使得建筑电气的设计更加符合使用者的要求和更好的发挥建筑本身的功能。
2.建筑电气设计需要实现的目标分析
总体来说,建筑电气设计是为了满足使用者的需求。建筑电气的设计是以一定时间内,使用者使用电负荷作为建筑用电数据作为参考,也要有一定超负荷的预测,合理的设计出未来的电路。要确保电气设计能够使得电力设备正常的运作,并且在电力设计有效期内不会出现大量的电路的更改。同时对于建筑电能质量,建筑物内部用电设备工作情况要保证其正常的运作,以免影响人们的正常工作和生活。
二、建筑电气设计中的问题
1.安全是建筑电气设计的重要基础电力供应配置
电力是建筑一切电气设施的动力源泉。没有了电力,建筑也就是去了很大的价值。电力是稳定供给才能保证居民的正常生活。在现代化的建筑电气设计一般都至少有两个独立电源来确保电力的供应。两个电源相互独立,又相互备用。一旦一个电源出现故障,其他的独立电源就会继续供电,这样就不会影响到整个建筑的电力供应,也会更加安全。通常是不会出现停电导致的事故。比如电梯,加热设备等。对于一个建筑到底需几个独立的电源,和每个电源负荷大小的问题,应该根据当地的电网条件决定。
2.供电线路的选择
随着社会的发展,人们的生活离不开电,同样建筑也离不开电,建筑没有了电就不能满足人们的需求。所以电力的供应是建筑必须设施。所以建筑的电气设计及其重要。安全性是建筑电气设计的基础。要做到建筑的电气设计的安全性,首先要考虑到供电线路的选择,在一般的居民建筑中,各种电路复杂繁多,为了保证安全性和稳定性,供电电路的主线截面不能随意更改。如果线路截面变小,电路电阻就会变大功率过载的情况下将会导致电路发热,严重的可能导致火灾的发生。所以供电线路的选择对于建筑电气设计的安全性是非常必要的。
3.电气设备的接地设计
现代社会中,电气设备诸多复杂,有电视,电脑,洗衣机,冰箱等都需要接地保护。通常,电气设备都是通过保护接地系统的重复接地与共用接地体相连,为了保证使用者的安全,通常规定共用接地体的电阻不应大于1Ω。
4.建筑的消防控制设计
建筑的消防设计也就是火灾自动报警灭火系统。主要是为了实现建筑报警灭火自动化。火灾自动报警灭火系统主要包括四个部分,分别是:火灾探测器、消防中心和气体自动喷射灭火,分区消防报警控制器及自动洒水灭火系统。对于消防线路设计要求消防管线穿金属管或者暗敷。其主要的目的是保证在发生火灾后消防线路可以正常使用,能够确保信号和命令正常的传输。在整个防火系统中,消防水泵的线路和控制尤其重要,如果消防水泵的线路出了故障,那么其他所有的消防设施和线路都是徒劳。所以消防水泵的设计一定要多一层保障,通常采用两条线路通向消防水泵,一条由引至消防水泵控制柜;另一条线路则是引至消防控制室。由这两条线路便可以确保消防控制的顺利完成。以免出现特殊情况下某条线路不畅通,使得信息不能够传达,造成了火灾抢救的最佳时间。同时这一点也能够确保建筑电气的安全性。
5.建筑电气设计中经济性问题的分析
为了提高建筑电气设计的经济性,必须重视强电环节。建筑电气的强电主要包括高压配电系统和低压配电系统两部分。其中高压配电系统是一个建筑工程配电的源头,因此要提高这一部分的经济性主要体现在选择合适的可靠的产品为了提高系统的稳定性和可靠性,降低了出现不必要故障的几率。以免建筑用电出现故障。低压配电系统属于民用建筑设计的核心部分。要提高这个部分的经济性可以从以下几个方面考虑。但是这个方法有一定的缺陷就是出线端出现故障时可能造成大面积断电。为了确保经济性,要正确的选择系数,和功率因数。以上这几个系数对于建筑电气设计的经济性有很大的影响。因此在设计过程中一定要进行调查研究,对于实际情况下,一些设备的运行情况和负荷要要有一定的调查计算,最后得到一个合理的系数。
某机关办公大楼,总面积21000m2,高60m,地面15层,地下1层,属一类高层建筑。按甲方提出的要求,需做到方案合理、技术先进、运行可靠、满足相关规范的要求,还要简捷实用、便于操作、管理和维护,减少综合投资。
2.负荷计算和估算
广州市越秀建筑设计院主要进行本工程的一次设计,二次装修部分由专业装饰设计公司完成。这
就要求一次设计时预留供电电源,既要符合实际情况,又要留有发展变化的余地。本大楼内部功能分为:一般办公室、区领导办公室、大会议室、展厅、大堂、多功能厅(礼堂)、信息中心(计算机中心)、通讯中心(电话总机)、制水中心、空调机房、水泵房等。
在一般办公区按50~60W/m2考虑,在特殊办公区按50~80W/m2考虑。对于上述特殊装修场所,设计估算参数如下表所示。
电力负荷一般由各专业提供技术要求及负荷大小。总电力负荷需用系数Ks为0.75,功率因数0.8,总照明负荷需用系数Ks为0.85,功率因数0.8.
2.1三相负荷计算方法:
将三相用电设备的设备容量乘以一个需用系数Kx,得有功计算负荷,即:
Pjs=Kx•;Ps(kW)
无功计算负荷Qjs确定:
Qjs=Pis•;tgΦ(kVar)
最后,确定视在计算负荷Sjs:
Sjs=Pjs2+Qjs2(kVA)或Sjs=Pjs/cosΦ(kVA)
计算电流为:
Ijs=Pjs/3UecosΦ。(Ue三相设备的额定电压kV)
2.2单相负荷确定:
尽量将各单相负荷逐相均匀分配,以减少不平衡。计算时,当回路中的单相负荷的总容量小于该回路三相对称负荷的总容量的15%时,全部负荷按三相对称负荷计算,当超过15%时,应将单相负荷换算为等效三相负荷,再同三相负荷相加,功率及电流计算公式同上。
3.10kV供电系统
根据《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95)9.1.1条规定,一类高层建筑中的消防水泵、防排烟设施、消防电梯、应急照明及消防用电按一级负荷要求供电。
按《民用建筑电气设计规范》(JGJ/T16-92)3.1条规定,省部级办公建筑的客梯电力、主要的办公室、会议室照明属二级负荷。本办公大楼属一级负荷供电,通过传统的几种供电方案比较,选定了下面的供电方案。
即由不同区域变电站引来两路10kV电源,10kV系统设计为单母线分段,中间有联络柜,正常工作时,两路电源同时供电,互为备用,一路电源故障时,另一路电源供全部负荷。这样做既方便检修又可达到供电要求。此方案表面上符合供电要求,但实际很难做到,因为,国内各地区的大电网都是并网的,电力网内的各种故障均可能引起全部电源进线同时失去电源。多年来的实际运行经验表明,很多电气故障难以限制在某一范围内部,因此,即使设计中采用了两路市政电源,也很难保证一级负荷的供电要求。所以,为保证一级负荷别重要的负荷,必须增设应急电源柴油发电机作为第三备用电源。
4.220/380V配电系统
本建筑配电电压为交流220/380V,联结形式采用TN-S系统。
结合工程实际情况,通过负荷计算,考虑到空调用电负荷占建筑物总用电量的50%,耗电量很大。因此,空调系统合理的配电与控制方式,很大程度上决定了整个大楼的经济运行情况。设计时,选用一台1250kVA变压器供中央空调用电,照明及其它动力负荷。选用另一台1250kVA变压器,两个供电系统之间采用分段母线联络,在不使用空调的季节,可将空调变压器退出,减少变压器功耗,达到节电效果。同时,该变压器可作为另一台变压器检修时的备用设备。
4.1照明及其它动力配电系统。
办公楼的配电系统主要由配电变压器、低压主开关柜、垂直干线、各楼层的配电箱和其后的分支电路组成,变压器低压侧出线经低压主开关柜中的母线接至垂直干线,1~15层照明负荷采用额定截流量为1250A的密集型母线槽做主干线,各楼层设母线插接箱,由插接箱引至各楼层总配电箱,由总箱引至各室末端配电箱。末端配电箱是按照办公室的不同功能来分设的,目的是便于管理、检修。地下室其它动力设备,如水泵、电梯、风机等由低压配电屏单回路放射式配电,这些重要动力负荷要求在末端配电箱设双电源自动转化装置,使供电更可靠、更安全。
4.2空调机组的配电及控制系统。
4.2.1空调机组的配电
从变电所低压引一路电源至地下室机房控制中心配电屏,此段线路采用额定量为2000A的封闭式母线槽。主机、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔等外部设备均采用独立回路供电,即放射式供电方式。保证了供电的可靠性。而首层以上空调机组(指风机弯管新风机)采用树干式配电,用一根ZR-VV3×95+1×50的电力电缆,引至电缆分接盒,由此引至楼层空调配电箱。
4.2.2空调机组的控制方式
分手动和自动两种控制方式。手动控制时,制冷机与外部设备以及外部设备之间无电气连锁关系,各设备均可单独启动和停止,此时,制冷机由内部保护电路进行保护,此种状态主要是为了机组的调试和维修。自动控制时,各设备之间有连锁关系,机组的启动顺序:冷却塔风机—冷却水泵—冷冻水泵—主机。停机时顺序与启动时相反,按照这个要求,设计空调系统的二次控制回路,在火灾自动报警方面,空调系统与火警信号也要求有连锁控制,当确定有火警发生时,消防值班室发出信号切断空调机的总电源,并将开关动作信号反馈回消防控制中心。
5.采光与照明标准。
为了减少动力设备用电对照明线路电压波动的影响,照明用电与动力用电线路尽量分开供给,本楼设有一般照明和应急照明。
5.1办公室照明设计
利用天然采光与人工照明相结合的方法,在天气允许条件下,充分依靠天然采光以节约能源,当阴雨天气时,工作面的照度不够,则利用人工照明,按《民用建筑电气设计规范》规定,办公室的一般照明照度的均匀度,按最低照度(100Lx)与平均照度之比确定,平均均匀度应在0.7以上,最低均匀度不得低于0.3.工作面上有无眩光,是衡量采光与照明质量的重要内容,按《民用建筑电气设计规范》,办公室工作面上可以有轻微眩光。为防止天然采光产生的眩光,按功能要求选好采光口的方向,采用减少窗亮度和提高背景亮度,这也是控制不舒适眩光指数的有效措施。而避免人工照明所产生的眩光,要选好灯具,着重处理好背景亮度。搞好灯具布置,灯具布置间距宜不大于所选灯具的最大允许距离比,选用半间接型照明灯具。本方案选用格栅高光效荧光灯,从而限制了眩光,满足了照明的照度、色温、显色指数,达到了节能效果。
5.2应急照明设置
地下室车库、电梯间、楼梯间、公共通信和主要出入口等场所设应急疏散指示照明及楼层指示灯,它们在正常及事故时均点燃。应急疏散、楼层指示灯均自带蓄电池。应急供电时间不少于20分钟。
地下室、电梯间、重要办公室(区长、副区长)、重要会议室(常务、纪委)、大堂、礼堂、变配电房、主机房、消防控制中心、水泵房、电梯机房、电话总机、信息中心,这些场所均设应急照明及工作照明,应急照明分别占工作照明的25%~100%。
5.3特殊场所照明
对于有特殊要求的场所,如大楼外墙,节日彩光等设有泛光照明和特殊照明,设计时按估算负荷预留电源。
6.防雷与安全
防雷设计按二类防雷建筑物处理,利用建筑物金属构件作防雷装置。屋面敷设避雷带,共用天线用避雷针保护,利用建筑物结构钢筋作引下线,并利用混凝土基础钢筋作自然接地体。为防侧击雷,从30m以上,每三层设均压环,所有金属门窗、建筑玻璃幕墙均应与作防雷引下线的钢筋连通。为了保证建筑物外立面的效果,所有防雷装置均采用暗装作法。
防雷接地、变压器中性点接地,电气安全接地以及其它需要接地的设备,弱电设备采用共用接地,共用接地体的接地电阻应小于1Ω。这样既保证了人身和设备的安全,也减少了由不合理接地引起的干扰。
一般使用中要求交流接触器装置结构紧凑,使用方便,动静触头的磁吹装置良好,灭弧效果好,最好达到零飞弧,温升小。按照灭弧方式分为空气式和真空式,按照操动方式分为电磁式、气动式和电磁气动式。
接触器额定电压参数分为高压和低压,低压一般为380V,500V,660V,1140V等。
电流按型式分为交流、直流。电流参数有额定工作电流、约定发热电流、接通电流及分断电流、辅助触头的约定发热电流及接触器的短时耐受电流等。一般接触器型号参数给出的是约定发热电流,约定发热电流对应的额定工作电流有好几个。比如CJ20-63,主触头的额定工作电流分为63A,40A,型号参数中63指的是约定发热电流,它和接触器的外壳绝缘结构有关,而额定工作电流和选定的负载电流、电压等级有关。
交流接触器线圈按照电压分为36、127、220、380V等。接触器的极数分为2、3、4、5极等。辅助触头根据常开常闭各有几对,根据控制需要选择。
其他参数还有接通、分断次数、机械寿命、电寿命、最大允许操作频率、最大允许接线线径以及外形尺寸和安装尺寸等。接触器的分类见表1
表1常用接触器类型
使用类别代号适用典型负载举例典型设备
AC-1无感或微感负载,电阻性负载电阻炉,加热器等
AC-2绕线式感应电动机的启动、分断起重机,压缩机,提升机等
AC-3笼型感应电动机的启动、分断风机,泵等
AC-4笼型感应电动机的启动、反接制动或密接通断电动机风机,泵,机床等
AC-5a放电灯的通断高压气体放电灯如汞灯、卤素灯等
AC-5b白炽灯的通断白炽灯
AC-6a变压器的通断电焊机
AC-6b电容器的通断电容器
AC-7a家用电器和类似用途的低感负载微波炉、烘手机等
AC-7b家用的电动机负载电冰箱、洗衣机等电源通断
AC-8a具有手动复位过载脱扣器的密封制冷压缩机的电动机压缩机
AC-8b具有手动复位过载脱扣器的密封制冷压缩机的电动机压缩机
2、交流接触器的选用原则
接触器作为通断负载电源的设备,接触器的选用应按满足被控制设备的要求进行,除额定工作电压与被控设备的额定工作电压相同外,被控设备的负载功率、使用类别、控制方式、操作频率、工作寿命、安装方式、安装尺寸以及经济性是选择的依据。选用原则如下:
(1)交流接触器的电压等级要和负载相同,选用的接触器类型要和负载相适应。
(2)负载的计算电流要符合接触器的容量等级,即计算电流小于等于接触器的额定工作电流。接触器的接通电流大于负载的启动电流,分断电流大于负载运行时分断需要电流,负载的计算电流要考虑实际工作环境和工况,对于启动时间长的负载,半小时峰值电流不能超过约定发热电流。
(3)按短时的动、热稳定校验。线路的三相短路电流不应超过接触器允许的动、热稳定电流,当使用接触器断开短路电流时,还应校验接触器的分断能力。
(4)接触器吸引线圈的额定电压、电流及辅助触头的数量、电流容量应满足控制回路接线要求。要考虑接在接触器控制回路的线路长度,一般推荐的操作电压值,接触器要能够在85~110%的额定电压值下工作。如果线路过长,由于电压降太大,接触器线圈对合闸指令有可能不起反映;由于线路电容太大,可能对跳闸指令不起作用。
(5)根据操作次数校验接触器所允许的操作频率。如果操作频率超过规定值,额定电流应该加大一倍。
(6)短路保护元件参数应该和接触器参数配合选用。选用时可参见样本手册,样本手册一般给出的是接触器和熔断器的配合表。
接触器和空气断路器的配合要根据空气断路器的过载系数和短路保护电流系数来决定。接触器的约定发热电流应小于空气断路器的过载电流,接触器的接通、断开电流应小于断路器的短路保护电流,这样断路器才能保护接触器。实际中接触器在一个电压等级下约定发热电流和额定工作电流比值在1~1.38之间,而断路器的反时限过载系数参数比较多,不同类型断路器不一样,所以两者间配合很难有一个标准,不能形成配合表,需要实际核算。
(7)接触器和其它元器件的安装距离要符合相关国标、规范,要考虑维修和走线距离。
3、不同负载下交流接触器的选用
为了使接触器不会发生触头粘连烧蚀,延长接触器寿命,接触器要躲过负载启动最大电流,还要考虑到启动时间的长短等不利因数,因此要对接触器通断运行的负载进行分析,根据负载电气特点和此电力系统的实际情况,对不同的负载启停电流进行计算校合。
3.1控制电热设备用交流接触器的选用
这类设备有电阻炉、调温设备等,其电热元件负载中用的绕线电阻元件,接通电流可达额定电流的1.4倍,如果考虑到电源电压升高等,电流还会变大。此类负载的电流波动范围很小,按使用类别属于AC-1,操作也不频繁,选用接触器时只要按照接触器的额定工作电流Ith等于或大于电热设备的工作电流1.2倍即可。
3.2控制照明设备用的接触器的选用
照明设备的种类很多,不同类型的照明设备、启动电流和启动时间也不一样。此类负载使用类别为AC-5a或AC-5b.如果启动时间很短,可选择其发热电流Ith等于照明设备工作电流1.1倍。启动时间较长以及功率因数较低,可选择其发热电流Ith比照明设备工作电流大一些。表2为不同照明设备用接触器选用原则。
3.3控制电焊变压器用接触器的选用
当接通低压变压器负载时,变压器因为二次侧的电极短路而出现短时的陡峭大电流,在一次侧出现较大电流,可达额定电流的15~20倍,它与变压器的绕组布置及铁心特性有关。当电焊机频繁地产生突发性的强电流,从而使变压器的初级侧的开关承受巨大的应力和电流,所以必须按照变压器的额定功率下电极短路时一次侧的短路电流及焊接频率来选择接触器,即接通电流大于二次侧短路时一次侧电流。此类负载使用类别为AC-6a.
3.4电动机用接触器的选用
电动机用接触器根据电动机使用情况及电动机类别可分别选用AC-2~4,对于启动电流在6倍额定电流,分断电流为额定电流下可选用AC-3,如风机水泵等,可采用查表法及选用曲线法,根据样本及手册选用,不用再计算。
绕线式电动机接通电流及分断电流都是2.5倍额定电流,一般启动时在转子中串入电阻以限制启动电流,增加启动转矩,使用类别AC-2,可选用转动式接触器。
当电动机处于点动、需反向运转及制动时,接通电流为6Ie,使用类别为AC-4,它比AC-3严酷的多。可根据使用类别AC-4下列出电流大小计算电动机的功率。公式如下:
Pe=3UeIeCOS¢η,
Ue:电动机额定电流,Ie:电动机额定电压,COS¢:功率因数,η:电动机效率。
如果允许触头寿命短,AC-4电流可适当加大,在很低的通断频率下改为AC-3类。
根据电动机保护配合的要求,堵转电流以下电流应该由控制电器接通和分断。大多数Y系列电动机的堵转电流≤7Ie,因此选择接触器时要考虑分、合堵转电流。规范规定:电动机运行在AC-3下,接触器额定电流不大于630A时,接触器应当能承受8倍额定电流至少10秒。
对于一般设备用电动机,工作电流小于额定电流,启动电流虽然达到额定电流的4~7倍,但时间短,对接触器的触头损伤不大,接触器在设计时已考虑此因数,一般选用触头容量大于电动机额定容量的1.25倍即可。对于在特殊情况下工作的电动机要根据实际工况考虑。如电动葫芦属于冲击性负载,重载启停频繁,反接制动等,所以计算工作电流要乘以相应倍数,由于重载启停频繁,选用4倍电动机额定电流,通常重载下反接制动电流为启动电流2倍,所以对于此工况要选用8倍额定电流。
3.5电容器用接触器选用
电容器接通时电容器产生瞬态充电过程,出现很大的合闸涌流,同时伴随着很高的电流频率振荡,此电流由电网电压、电容器的容量和电路中的电抗决定(即与此馈电变压器和连接导线有关),因此触头闭合过程中可能烧蚀严重,应当按计算出的电容器电路中最大稳态电流和实际电力系统中接通时可能产生的最大涌流峰值进行选择,这样才能保证正确安全的操作使用。
选用普通型交流接触器要考虑接通电容器组时的涌流倍数、电网容量、变压器、回路及开关设备的阻抗、并联电容器组放电状态以及合闸相角等,一般达到50至100额定电流,计算时比较烦琐,可以参见文献1.
如果电容器组没有放电装置,可选用带强制泄放电阻电路的专用接触器,如ABB公司的B25C、B275C系列。国产的CJ19系列切换电容器接触器专为电容器而设计,也采用了串联电阻抑制涌流的措施。
选用时参见样本,而且还要考虑无功补偿装置标准中的规定。电容器投入瞬间产生的涌流峰值应限制在电容器组额定电流的20倍以下(JB7113-1993低压并联电容器装置规定);还应考虑最大稳态电流下电容器运行,电容器组运行时的谐波电压加上高达1.1倍额定工作时的工频过电压,会产生较大的电流。电容器组电路中的设备器件应能在额定频率、额定正弦电压所产生的均方根值不超过1.3倍额定电流下连续运行,由于实际电容器的电容值可能达到额定电容值1.1倍,故此电流可达1.43倍额定电流,因此选择接触器的额定发热电流应不小于此最大稳态电流。
4、有特殊要求情况下交流接触器的选用
4.1、防晃电型交流接触器
电力系统由于雷击、短路后重合闸以及单相人为短时故障接地后自动恢复等原因使供电系统晃电,晃电时间一般在几秒以下。
在有连续性生产要求的情况下,工艺上不允许设备在电源短时中断(晃电)就造成设备跳闸停电,可以采用新型电控设备:FS系列防晃电交流接触器。
FS系列防晃电接触器不依赖辅助工作电源,不依赖辅助机械装置,具有体积小、可靠性高,它采用强力吸合装置,双绕组线圈,接触器在吸合释放时无有害抖动,避免了电网失压时触头抖动引起的燃弧熔焊,因此减少了触头磨损。接触器线圈带有储能机构,当晃电发生时,接触器线圈延迟释放,其辅助触点延迟发出断开的控制信号,由此躲开晃电时间,晃电时间由负载性质和断电长短决定,接触器延时时间可调。
4.2、节能型交流接触器
交流接触器的节电是指采用各种节电技术来降低操作电磁系统吸持时所消耗的有功、无功功率。交流接触器的操作电磁系统一般采用交流控制电源,我国现有63A以上交流接触器,在吸持时所消耗的有功功率在数十瓦至几百瓦之间,无功功率在数十乏至几百乏之间,一般所耗有功功率铁芯约占65~75%,短路环约占25~30%,线圈约占3~5%,所以可以将交流吸持电流改为直流吸持,或者采用机械结构吸持、限电流吸持等方法,可以节省铁芯及短路环中所占的大部分功率损耗,还可消除、降低噪声,改善环境。
根据原理一般分为三大类:节电器、节点线圈、节电型交流接触器。
电磁系统采用节电装置,使电磁无噪声及温升低,并解决了使用节电装置有释放延时的缺点,如国产的CJ40系列。
4.3带有附加功能的交流接触器
电子技术的应用可以很方便的在接触器中增添主电路保护功能,如欠、过电压保护,断相保护、漏电保护等。电动机烧毁事故中,接触器一相接触不良的占11%,所以选择带有断相保护的断路器、接触器等电气器件也是十分必要的。
接触器加辅助模块可以满足一些特殊要求。加机械连锁可以构成可逆接触器,实现电动机正反可逆旋转,或者两个接触器加机械连锁实现主电路电气互锁,可用于变频器的变频/工频切换;加气延时头和辅助触头组可以实现电动机星-三角启动;加空气延时头可以构成延时接触器。
可以选用交流接触器的电磁线圈做电动机的低电压保护,其控制回路宜由电动机主回路供电,如由其他电源供电,则主回路失压时,应自动断开控制电源。
5、交流接触器的安装
笔者曾于一九九八年参观了上海、大连等地的各类冷库,总体上说北方冷库大部分年代久远,存在过剩状况,投资建设万吨级大规模冷库的几乎没有了,而在南方,中小型冷库即百吨、千吨级冷库数量反而有所增长。但与国外经济发达国家相比,无论观念上还是设备配置上均有很大差距。国外经济发达国家很少建多层冷库,一般为单层库,目的是为了缩短运货时间,月台为封闭式月台,以防止冷藏链断开,影响货物(特别是食品)的质量,库房内部自动化程度高,货架可调,制冷机组与冷间一对一设置,便于温度控制。而在国内,由于占地限制、冷藏车规格不统一和国内自控产品质量较差等等因素的制约,冷库多为多层结构、敞开式月台、设备以手动和半自动控制为主。以下将围绕新出版的《冷库设计规范》GB50072-2001(以下简称新规范)谈谈自己对冷库电气设计的体会和一些个人的看法。
一.氨机房环境归类
氨气属弱腐蚀性介质,比空气轻,当大气相对湿度较高时对电气设备及管线有明显的腐蚀。氨气的爆炸极限为15.5%~27%。根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92中的第2.2.1条,氨机房的爆炸性气体环境危险区域划分为2区,另根据《建筑设计防火规范》GBJ16-87中的第3.1.1条,氨机房的火灾危险性分类为乙类。因而在氨机房的设计中要考虑机房的通风和设备的防腐防爆。
二.氨机房电气设备的布置
氨机房控制室的设置,在新规范中是作为减少工人接触噪声时间的措施之一,并在第4.7.4条的条文说明中指出,控制室应视作氨机房本身的一个组成部分,笔者认为这种提法欠妥。因为新规范第7.2.2条中提到在正常运行中会产生火花的动力启动控制设备不应布置在氨机房中,按照新规范的上述解释,这些启动设备就必须在控制室以外的房间设置,从实际工艺操作和维护的角度上看显然不合理,并给设计造成了困难。控制室应视作氨机房不可缺少的附属用房,它在氨机房电气设备的防腐防爆中所起的作用不可低估,与氨机房的工艺要求也密切相关,它不能简单地归属于氨机房范畴,也不能独立于氨机房而存在。
《建筑设计防火规范》GBJ16-87中第3.4.9条规定乙类厂房的分控制室可毗邻外墙设置,并应用耐火极限不低于3h的非燃烧体墙与其它部分隔开,第3.2.7条及相应条文说明中也指出氨机房的配电所为观察设备、仪表运转情况,允许在配电所的防火墙上设置非燃烧体的密封固定窗。笔者认为氨气是一种具有强烈刺激性气味的气体,泄漏时易被发现,一般聚集于机房上部,而机房通风状态良好,有人值班,当机房内设置氨气浓度测量装置使空气中氨气最高浓度不超过爆炸下限值10%时,氨机房也可划为非爆炸危险区域(详《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92中第2.2.2条规定)。结合上述规范规定和工艺上观察与操作方面的要求,笔者一般将氨机房控制室设在氨机房和变配电房之间,以达到操作与配线方便的目的,室内设有直通室外的疏散门,在控制室与氨机房之间的防火墙上设置非燃烧体的密封固定观察窗以及开向氨机房的带自闭器的防火门。氨机房内除必须就地安装的电气设备(如照明灯具、液位计、压力表、断水继电器和氨机紧急停车按钮)外,其余动力控制启动设备、灯具开关、呼叫设备及铜接点易受氨气腐蚀的温度遥测、记录仪表等均设在控制室内。这样既便于设备维护,也满足了工艺对氨机房操作上的要求。
三.负荷等级
新规范考虑到降低停电时的经济损失,对于公称体积超过2500m3的冷库均要求按二级负荷供电,自备电源必须满足冷库保温的需要。氨机房防爆事故排风机、电梯、消防水泵等等均归属于冷库的二级负荷。且电梯与消防水泵不应与其它负荷共用同一路电源。此外还规定,当冷库采用双电源供电时,消防水泵应双路供电,末端自投,在这点上笔者有不同看法。
冷库常采用自备发电机作为二级负荷的备用电源。根据供电部门的规定,由供电局单一电源供电,另有自备发电机作为备用电源者,均称为双电源用户。因此,采用自备发电机作为备用电源的冷库,消防泵均得采用末端电源自投,尽管提高了消防泵供电线路的可靠性,但对于电源末端互投量不多的冷库工程,既增加了配电系统的复杂程度,也造成配电回路、配电设备及建筑面积上的浪费。
冷库由于种种客观因素的限制,一般不超过24米,为单、多层工业建筑,冷库内不存在一级负荷。根据《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92以及《建筑设计防火规范》GBJ16-87中的相应规定及条文说明,对这类型建筑的消防用电设备仅要求采用单独的供电回路,自成体系,当火灾发生时切断生产、生活用电后,仍能保证消防用电。所以本人认为,冷库消防水泵采用单独回路供电就可以了。新规范在这点上并未作详细解释,也许编制者有其它方面的考虑。
四.冷库照明及线路敷设
冷库建筑与其它建筑的不同主要体现在设备房和冷间,设备房是冷库的中枢。停电保温时除一部分氨机停机外,其余设备几乎都处于运行投入状态,所以设备房照明应按二级负荷考虑。而且设备房在停电时要进行倒闸操作和阀门操作,需适当设置自带电池的灯具,应急时间不少于30min。氨机房层高较高,照度为50~75Lx,新规范要求采用防爆荧光灯,操作平台处可选择防爆白炽灯。氨机房内照明线路采用截面不小于1.5m2的铜芯绝缘电线,根据以往腐蚀性环境中线路敷设经验,一般不采用暗配线,而是穿钢管明敷,这样便于管线维护。
冷库冷间低温潮湿,照度要求不低于20LX,采用防潮型白炽灯具,外壳防护等级为IP54。由于目前国内冷库冷间内自动化程度不高,工作人员在融霜及堆货时有触及灯具的可能,为了提高人身安全,也为了不影响货物的质量,冷间内灯具必须加防护罩,且应布置在顶排管的两侧。冷间内灯具控制开关集中装于该冷间门外远离门口的干燥场所,以避开进出货时内外空气冷热交换而产生的凝水。由于橡皮绝缘电线电缆耐低温性能好,温度低于0℃的冷间内电气线路必须采用铜芯耐低温橡皮绝缘电缆明敷,湿度高于0℃的冷间,如果线路明敷设,可采用铜芯全塑电缆,如果穿管暗敷,必须采用铜芯橡皮绝缘电线,穿线管两端要密封。
五.SELV回路在冷库中的应用
冷库冷间与一般的潮湿环境不同,温度低于0℃的冷间,内部金属构件如顶排管、支架等等容易结霜,温度高于0℃的冷间由于贮存品种的要求往往湿度较高容易凝水,而且还不能完全保证工人工作时不触及灯具,所以这种场所应属于有特殊触电危险的用电场所。新规范参照《工业企业照明设计标准》GB50034中第7.0.2条规定冷间内灯具安装高度等于或低于2.2米时,应采用AC24V安全电压(SELV)供电,笔者还是建议这种场所照明均采用AC24V电压供电为妥。
SELV回路IEC标准中对它的全称尚无定论,这里暂且称为安全特低电压回路,它是电源隔离回路中的一种。电源隔离常用在电击危险性大的潮湿场所,与IT系统相似,易混淆。它与IT系统不同之处主要在于回路中设备的外壳不接地,其原因有二,一是为了减少触电机会(如图一),设备接地后假如回路中有一相碰壳,这时只要操作人员无意中接触到另一相就会造成触电;二是为了避免高电位的引入。电源隔离回路仅要求在有多台设备时设备之间作不接地的等电位联结,以防止两台设备不同相碰壳时造成的触电危险。由于电源隔离回路不要求保证供电的不间断,故也不必像IT系统那样装设绝缘监察器。在我国,电气产品的额定值在干燥场所规定为36V,潮湿场所为24V,水下为12V及6V,所以像冷库冷间这样的场所采用24伏电压供电是十分必要的。
新规范中将采用的24V电压称为安全电压,既然是安全电压,其电源(包括变压器)就必须符合安全电源的要求。只有采用双重绝缘或有接地金属屏蔽层的安全变压器,才能符合安全电源的要求,这在《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92中第14.3.9条已有规定,同时还必须满足第14.3.5要求,即SELV回路及回路上设备外露可导电部分禁止直接或间接接地,这点上与新规范中规定的灯具金属外壳均应接保护线(PE线)有矛盾。
采用SELV回路,除要求采用防直接接触带电体的保护措施外,还要求回路和用电设备导电外壳与有接地设备及金属构件之间的绝缘性能要好,在冷库冷间这样的特殊环境中要做到比较困难。这问题还有待解决。目前,也有些地方采用普通变压器以获得50V以下的电压,但这种回路已不能称为安全超低压回路,可以看成是“功能性超低压回路”,在IEC标准中,将它称为PELV回路。它需要采用其它措施来保证用电安全(如图二),它要求变压器二次侧应进行接地,且一次侧应装设具有自动切断电源的保护,这样当回路中一相碰壳时会形成短路,由一次侧保护电器切断电源。在实际运用中,笔者还是认为冷间内采用功能性超低压供电比较容易实现,应该是可行的,但是这与新规范要求不一致。
六.其它
1.冷库的呼叫系统
冷库的呼叫系统是为了防止人员被误关在冷间内而设置的,其控制原理包括呼叫、呼叫确认、呼叫回应和呼叫解除几个部分,由于篇幅所限,就不多做说明。新规范中没有要求冷库必需装设呼叫系统。由于现在的冷藏门有较大改进,在库内可以方便地将门开启,因而设计人员可根据需要进行设计。但如果有安装呼叫系统,冷间内门上方要设置常明灯。
2.货梯电源
即满足照明的照度、色温、显色指数;满足舒适性空调的温度及新风量,也就是舒适卫生;满足上下、左右的运输通道畅通无阻;满足特殊工艺要求,如娱乐场所的一些电气设施的用电,展厅的工艺照明及电力用电等。
1.2考虑实际经济效益
节能应考虑实际经济效益,不能因为节能而过高地消耗投资,增加运行费用。而是应该让增加的部分投资,能在几年或较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。
1.3节省无谓消耗的能量
节能的着眼点,应是节省无谓消耗的能量。首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的,再考虑采取什么措施节能。如变压器的功率损耗,传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗,而量大面广的照明容量,宜采用先进技术使其能耗降低。因此,高层建筑节能设计应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。
2.高层建筑电气节能设计的措施
2.1变电所位置的选择
高层建筑因为楼层多,负荷分散,为保证配电干线最大电压降不超过允许值,减少电能损耗,变配电室的位置选择十分重要,一般变电所的位置有以下几种设置方式:
1)将变压器设在地下室或辅助建筑物内;
2)在地下室内和最高层设置变压器;
3)分别在地下室、最高层和中间层设置变压器;
4)仅在中间层设置变压器;
5)主变压器分设在底层与上部各层。
究竟采用何种方式,除了考虑经济、设备条件和施工方便等因素外,还要考虑经营和管理因素。
2.2变压器设备的选择
变压器设备的选择,重点考虑减少变压器的有功功率损耗。变压器应选用节能型的,如S9、SL9及SC8等型号的油浸变压器或干式变压器,它们都是采用优质冷轧取向矽钢片,由于“取向”处理,使矽钢片的磁场方向接近一致,以减少铁芯的涡流损耗;450倾斜接缝结构,使接缝密合性好,以减少漏磁损耗。
为减小变压器损耗,当容量大而需要选用多台变压器时,在合理分配负荷的情况下,尽可能减少变压器的台数,选用大容量的变压器。例如需要装机容量为2000kVA,可选2台1000kVA,而不选4台500kVA,因为选用前者可节能。在变压器设备选择中。能掌握好上述二点要求。即满足了节约能源、经济合理的原则/
2.3导线截面的合理确定
线路上的电流是不能改变的,要减少线路损耗,只有减小线路电阻。线路电阻与电导成正比,与线路截面成反比,与线路长度成正比,因此减少线路的损耗应从以下几方面入手:
1)应选用电导率较小的材质做导线。铜芯最佳,但又要贯彻节约用铜的原则。因此,在负荷较大的高层建筑中宜采用铜导线。
2)减小导线长度。首先,线路尽可能走直线,少走弯路,以减少导线长度;其次,低压线路应不走或少走回头线,以减少来回线路上的电能损失;第三,低压配电室应*近竖,而且由低压配电室提供给每个竖井的干线,不至于产生支线沿着干线倒送的现象。亦即低压配电室与竖井位置的布局上应使线路都分向前送,尽可能减少回头输送电能的支线。
3)增大导线截面。首先,对于比较长的线路,除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面,再加大一级导线截面,所增加的费用为M,由于节约能耗而减少的年运行费用为m,则M/m为回收年限,若回收年限为几个月或一、二年,则应加大一级导线截面。一般导线截面小于70mm2,线路长度超过100m的增加一级导线截面比较容易实现上述条件。其次,利用某些季节性负荷的线路,这些用户不用时,可提供给常期用户作供电线路使用,以减少线路和电阻。
在设计中,认真落实上述三条措施,就可减少线路上的能量损耗,达到线路节能的目的。
2.4提高系统的功率因数
提高系统的功率因数,减少无功在线路上传输,以达到节能的目的。前项RP2/UL2为线路上传输有功功率而引起的功率损耗,后项RQ2/UL2为线路上传输无功功率而引起的功率损耗。有功功率是满足建筑物功能所必须的,因此是不可变的。系统中的用电设备,如电动机、变压器、线路、气体放电灯中的整流器都具有电感,会产生滞后的无功,需要从系统中引入超前的无功相抵消,这样超前的无功功率就从系统经高、低压线路传输到用电设备,在线路上就产生了有功损耗,而这部分损耗是可以改变的。
2.5电动机在运行过程中的节能
在高层建筑电气中的电动机都是与暖通、水道、建筑等工种的设备相配套,由设备制造厂商统一供应。因此,其节能措施只能贯彻在运行过程中,除了上述的用就地补偿电容器以减少线路由于输送超前无功而引起的有功损耗外,还应减少电机轻载和空载运行。因为,在这种情况下,电机的效率是很低的,消耗的电能并不与负载的下降成正比。
2.6照明部分的节能
因为在高层建筑中照明用量大而面广,因此,照明节能的潜力很大,应着重从下列几方面着手:
1)采用高效光源。白炽灯过去用得最广泛,因为它便宜,安装维护简单,它致命的弱点是发光率太低。因此,目前常被各种发光率高,光色好,显色性能优异的新光源取代。
2)尽量利用自然采光,*近室外部分的建筑面积,应将门窗开大,采用透光率较好的玻璃门窗,以达到充分利用自然光的目的。凡是可以利用自然光的这部分照明,可采用按照度标准检测现场照度,进行灯光自动调节。
3)对气体放电灯,采用灯光无级自动调节,即调节灯丝从而达到调光的目的。但其代价太高,在工作照明中采用这种调光方案是不可取的。
随着社会的进步和人类生活水平的提高,住宅的作用越来越重要,并且随着我国住房制度的改革,住房将全部作为商品推向市场。作为商品的住宅,其质量以及其布局是否合理将直接影响住户的使用和开发商的利益,因此住宅的设计也就更应引起设计人员的注意。
二、每户住宅内计算负荷的确定及电度表、主开关、进户导线的确定:
“计算负荷”是按发热条件选择电气设备的一个假定负荷,“计算负荷”产生的热效应和实际变动负荷产生的最大热效应相等。因为我们所选用的导线达到稳定温升的时间为:30分钟,故只有持续时间在30分钟以上的负荷值,才有可能构成导体的最高温升。我们将一年中最大需用电力设定为:Pj1。根据历史资料,一年中最大需用电力一般出现在夏季的7、8、9月份。再依据人们的生活习惯,在满足人们最大限度方便的前提下,可能同时使用的电器设备有:灯具…200W,音响…300W,冰柜…200W,空调…1300W,电冰箱…150W,微波炉或电饭煲…1000W,电视机…90W,饮水机(台式制冷)…100W,抽油烟机…50W,洗衣机…200W,其它未知设备(我们假定一个“功率因子”)…500W。
根据所列设备容量可知,能够同时使用的设备容量为:4090W。
我们可以采用“负荷分析法”来确定住宅的需用系数:
由上面分析可知:Pj1=4.09kW;Pe=17.35kW
故可得:Kx1=Pj1/Pe=4.09/17.35=0.2357,取Kx=0.24
则:Pj=PexKx=17.35x0.24=4.164kW,取Pj=4.2kW
随着国家对节约能源的宣传,人们的节电意识会明显增强。根据人们生活水平的现状,该容量在10-15年内不会突破。也许会有少数住户在使用时偶而会出现负荷过大开关跳阐的情况,从而限制了其过负荷的情况。这虽然会给住户带来一点麻烦,但总的算起来我们没有必要为了满足偶而出现的大负荷用电而将整个住宅设计的标准提高,与之比较起来显然很不合算,因此我们将负荷定为4.2kW考虑的是一种普遍现象,是能够满足大多数人的需要的。如果偶尔遇到过大的负荷,只要切除一部分用电设备就可以了,况且该种情况并不多见。
对于普通的居民来说,三居室是可以满足使用的,也是当今住宅的一种主流,虽然四居室和两居室的面积与三居室的面积有区别,但用电设备并不一定相差太大,故不一一区别,全以此类推计算,对于高级公寓和别墅的容量应根据情况适当增加,取6-10kW。
我们可以看到家用电器的功率因数为:0.6-1,故我们可以将总的功率因数设定为:0.8,则计算电流为:23.86A,因此,主进线开关的整定值可以定为25A。根据计算电流值和开关整定值可以选定进户线为:3x(BV-500-1x6),电度表为:10(40)A。
三、住宅支线回路的划分:
前面我们将住宅的计算负荷以及电度表、主开关和进户线规格进行了讨论,下面我们来讨论一下各支线回路的情况。
目前,我们设计的住宅中的电气管线有:照明、插座、空调、电视、电话,有的还提议将厨房、卫生间的插座再单设管线,这样就共有七路管线进入居室,其中这七路管线中除照明是在顶板敷设外,其余管线均敷设在地面垫层内,彼此交叉是不可避免的(地面垫层内管线彼此交叉的现象在施工中屡次发生),并且有的管线(如空调)往往是长距离的敷设,且每年中空调的利用大数并不是太多,尤其是北方地区均装有暖气,空调只是在夏季的三个月中可以使用,其它的时间均处于闲置状态,无形中就造成了浪费。同时居室中照明的用电时间是最长的,但同其它家用电器比较起来其容量却是较小的一部分,并且随着节能型灯具的开发及推广,照明支路的负荷越来越小;同时一直沿用下来的设计中灯具回路没有保护接地(按规定,只有灯具高度小于2.4米时才加装保护线,但在实际执行中不加保护线的也大有人在);另外一点也必须引起我们的重视,那就是随着住房制度的改革,人们对房子的更换时间会相对较长,有些可能一套三居室要住十几年甚至几十年,故对房子的装修是不可避免的。虽然我们在设计中已经根据建筑专业提供的家具布置图来布置电器设备插座,但是在实际的使用中,有相当一部分并不符合住户的使用要求。每个人有每个人的审美观,每个住户对自己居室的布置有自己的一套方案,从而对自己的房子就要进行二次装修改造,这必将会造成线路混乱,有些时候,我们没有设计插座的地方住户却需要,有些在装修过程中就直接由顶部的灯具引接插座,使插座没有接地保护,造成事故隐患,况且装修中有些住户需要安装壁灯来美化居室,有些安装高度低于2.4米,由于照明回路没有接地保护也就留下了事故隐患,因此在照明回路中增加保护地线也是必要的。
下面我们再来关注一下每间房间里可能拥有的电器设备;卧室:灯具,电视,空调,计算机,医疗器械等;起居室:灯具,电视,音响,饮水机,空调,医疗器械等;厨房:灯具,排烟机,冰箱,电饭煲,微波炉等;卫生间:灯具,排气扇,洗衣机,电热水器,电吹风,卫生设备;(上面房间的电器设备只是按人们现在的生活状况大致列举一下)通过上面的分析我们可以看出,容量较大的电器大致平均分布于每一个房间,因此我们可以将住宅的支路分配作一些相应的调整。
即将住宅内的支路管线按功能区设置,并且每一支路均装设漏电保护器,同一功能区内的所有电器均接于该功能区内的支路上。以一套三居室的闭职单元为例,其所需的回路数为:南面两卧室;起居室;厨房和北小卧室;卫生间。在划分功能区时我们也可以承接重墙来划分,因为居民在装修时承重墙是不能动的,而非承重墙有可能被拆掉,这样就可以保证住户在同一功能内随意改装,对其它功能区均无影响。按功能区划分支路有以下优点:
1、每一支路的所有电器均在漏电保护范围之内,用电更安全;
2、可以采用顶板布线,避免地面垫层敷设中的管路交叉;
3、方便住户将来的改造;
4、可以减少管线的用量,避免浪费;
我们的设计不仅要保证住户的用电安全,更应当为住户提供更大的方便,有时安全与方便会互相制约,我们往往会侧重考虑用电的安全性而将方便用户的概念淡化了,而按功能区划分支路管线则很好地将两者结合起来。如果面积增大可以考虑适当增加分支回路。
四、配电箱的布置
我们在住宅电气的设计中,通常是将两户(普通多层住宅)的户表箱置于楼梯间,而随着每户配电线路的增加,必然造成楼梯间管线增多,给施工带来麻烦,因此我们可以考虑在户表箱内只放置电度表、燃气和冷热水的室外计量表,将每户的分支回路开关置于户内配电箱,户内配电箱安装于室内易操作的地方。这样做首先是可以将集中于楼梯间的管线分散来布置;其次是可以使入户的管线简单,其余的管线则完全在室内布置;再次是为住户的操作带来方便。二表出户的问题已经提出了很久,并且已经有产品投入市场,有的住宅小区已经使用,只是质量和技术还有待于提高。我们在设计中可以考虑在冷热水表和煤气表对应位置的墙上预留86型接线盒,然后再预埋管线至室外户表箱,如果用户需要安装只要接上线就可以了。
五、室内灯具、插座及开关的布置
灯具、开关的布置:灯具、开关基本上按传统的布置方法,但有条件的地方应设置夜灯,起居室的开关采用双位单控开关或采用调光开关。
插座的布置:插座在住宅中起着非常重要的作用,我们通常布置插座是参照建筑专业提供的家具布置图,但是,将来的住户并不一定按照建筑师给他安排的方案来布置家具,因此,有些插座设计时是合理的,而使用时却很不方便。笔者认为我们不要单以建筑专业提供的图纸来安排插座,而是尽量的多安排一些插座,由于现在插座的价格相对来说比较便宜,总的造价增加不了太多,却给住户带来了很大的方便。同时住宅内的插座应全部设置为安全型二眼三眼插座,在比较潮湿的地方应加上防潮盖。
①卧室:卧室除有窗户外的三面墙上均设置插座,插座距地0.3米。在有窗的墙上距地2.3米设置空调插座。在阳台上距地1.8米设置一插座。
②起居室:起居室是电器布置较多的地方,并且也是人们活动较多的地方,我们所设计的插座往往被沙发或其它的家具挡住,故起居室中应在每一面墙上均设置插座,在面积较大的墙上应设置两组插座。
③厨房:应设置冰箱插座(距地1.8米)、抽油烟机插座(距地1.8米)、燃气热水器排气扇插座(带开关距地1.8米)、电饭煲插座(带开关距地1.0米)、其中燃气热水器排气扇插座为以前未考虑到的均加装防潮盖。
④卫生间:应设置洗衣机插座(带开关距地18米)、镜箱插座(距地1.8米)、视情况安装电热水器插座(带开关距地1.8米)。均加装防潮盖。
六、电视、电话出线口的设置
伴随电视技术的发展和光纤的使用,其进入家庭已经非常普遍,并且现在一台电视已经不能满足需要,有的家庭有两台或三台电视,而且现在图文电视也已经开始进入家庭,因此在起居室及每个卧室均应设置电视出线口。
电话已经成了人们生活中不可缺少的一部分,现在一般的家庭需要1~2部电话,并且每个房间均要设置电话。因为住宅电话为同一个号,住户一般需要自己并机,因此我们应将电话线引入居室后,再分引至各个房间的电话出线口,由用户自己来完成内部电话的连接。同时在工程设计中每户预留两对电话线。
七、保安系统
保安系统一般包括:门禁系统和安全报警系统。门禁系统又分为:来访应答系统和电子锁系统。门禁系统目前正逐渐的被大家接受和使用,并且生产的厂家也已经很多,但产品基本上大同小异。设计中可以同甲方协商来确定是否安装,同时我们可以参照厂家样本预留出管路以备将来安装。
2民用电气管线结构分析
在建筑施工过程中,电气管线的埋设是极其重要的组成部分,由于现代民用建筑电气要求较为复杂,功能较为齐全,因而在电气管线的安装铺设上就特别复杂,尤其是管线的平面布置,而墙体中的垂直管线以及楼板中所埋设的管线都会对结构造成影响,具体分析如下:
2.1承重墙中的管线埋设
当在混凝土剪力墙以及柱体中埋设管线时,埋设方法较为简便,只需要用钢管代替套管即可,同时利用结构钢筋进行固定,目的在于防止钢管在振捣过程中发生位移。电气管线直径不大,因而不会对混凝土结构产生太大的影响,可以灵活的进行位置调整,但是若埋设位置为砌体墙,那么在埋设方式上就会相对复杂些,这也是民用建筑电气安装工程最重要的内容。
2.2填充墙中的管线埋设
在混凝土结构中,填充墙无需承担额外的重量,其负重仅仅是墙体自身的重量,在进行填充墙的砌筑中往往会使用加气混凝土材料、空心砌块以及粉煤灰混合的混凝土的材料,这类材料具有低强度、质量轻的特征,即便是发生破坏,也不会对民用建筑结构主体造成损害。在填充墙中进行管线的预埋,仅仅需要对抗裂进行考虑,隔声也是填充墙预埋的一个原因,另外需要注意的是,在管线埋设时,开槽深度应当小于墙体厚度的一半。
2.3水平管线的埋设
这里主要指在楼板中的管线埋设,在楼盖中的装配埋设主要有在双向应力大楼板中的埋设以及预应力空心板的埋设,这些结构往往需要进行预制,采用最多的便是预应力空心板。在预制楼板中进行管线的埋设首先需要向专业机构进行预制板结构的了解,使得管线在进行埋设的过程中能够依照材料中的圆孔或者缝隙进行布置。另外需要注意,在预制板圆孔中进行管线的埋设过程中,必须将引出凿孔同板材的主筋位置错开。另外对管线在板材缝隙中进行布置时需要注意,通常板缝的宽度在25mm左右,预埋管线的设置会令灌缝无法达到密实的程度,因而同结构施工方商量后,可以加大板缝至35mm左右,并在缝中加装钢筋对密实度问题予以解决。
3民用建筑电气设计中的强电和弱电
在民用建筑电气设计中,由于设计的要求较为严格,因而针对设计往往过于注重质量和技术使用,而没有注重经济性,这就使得很多电气设备在设计施工的初始阶段便出现了很大程度的投资浪费。而民用电气设计不但在技术和质量上有所要求,同时也要求具有经济性,即在设备的投资初期,其运行费用能够具有经济合理性。在当前的电气设计之初,设计主要分为强电和弱电两方面,下面进行讨论分析。
3.1监控技术
监控技术已经开始被广泛的应用在民用建筑中,而监控技术在上世纪八十年代还采用了计算机集中监控模式,但是这种模式下的监控不具有可靠性,同时运行速度也相对较为缓慢,到了九十年代后期,这种方式已经开始被集散式的控制模式所取代,随着网络技术的发展以及计算机技术的进步,网络通信技术的发展使得民用建筑的监控技术得到了进一步的发展。
3.2布线技术
综合布线是民用建筑智能化的主要依据,采用的是建筑中的数据、语音以及多媒体通讯基础平台,自从该项技术进入我国市场以后,由于该项技术的优异的性能,给国内的智能化民用建筑市场带来了一种新理念、新技术,并立即在建筑行业引起了巨大的反响,被各类智能建筑所广泛采用。也进一步推进了民用建筑的发展,是当前民用建筑电气设计以及施工的重点发展方向。
3.3安全防范技术
安保是民用建筑所注重的基础内容之一,安防系统从最初的各个子系统相互独立,发展到现在,各个子系统之间已经联系紧密、配合默契,极大的提高了安全防范的严密性、可靠性以及实时性,为人们的工作、学习以及生活提供了安全保障。
1.1采用高效节能光源
白炽灯过去用得最广泛,因为它价格低廉,安装维护简单,它的致命弱点是发光效率太低,因此,目前常被各种发光效率高、光色好,显色性能优异的新光源代替。低压钠灯和高压钠灯的发光效率高,但由于色温低,颜色偏暖,显色指数在40~60之间,颜色失真度大,只能用在路灯或广场照明显色指数在60的高显色性钠灯可与汞灯组成混光照明灯,用于工厂或体育馆的照明。发光效率很高的金属卤化物灯,三基色荧光灯及稀土金属荧光灯,由于色温范围广,3200K~4000K,光色选择性好,显色指数又高,可达80~95,颜色失真度小,尤其金属卤化物灯对人的皮肤显色性特别好,因此广泛用于商场、展厅、车站的候车室,航空港的候机楼以及舞台的灯光照明。荧光灯是大范围照明所普遍采用的光源。因其发光效率高、显色性好是一种冷光源,而与之配套的电感镇流器(如40W荧光灯)所消耗的功率竟有8W之多,而且对电压要求高,质量稍差的电感镇流器噪音大,功率因数只有0.5,所以在大量采用荧光灯的场所,如果不配置电容补偿器,就使得配电设备的效率降低。而电子镇流器比电感镇流器节能20%,功率因数达0.9以上。其节约的电能是相当可观的。但在选择电子镇流器时,要注意产品的性能,有的产品为了降低造价取消防电磁干扰滤波器;降低谐波含量修正电路及软启动电路,看似售价低,若大量集中使用这种产品,会造成相互之间由于浪涌电流的冲击,烧坏器件。而谐波含量不合要求,会造成中性线过热引起火灾。因此绝不能选用功能不完善的产品,否则,达不到节能的效果,还增加了投资。
1.2电路控制方式节电
对于长期需要开停,但又要按人流的多少自动调整照度的场合,在增加投资不多的情况下,对荧光灯可利用调电后的方式,固定几级调节,如北京地铁采用澳大利亚的调光设备就是如此。对于住宅楼、办公楼等公共楼梯间、楼道等应采用光感应延时开关,这不仅节约了电能,而且大大延长了灯泡的寿命。实践证明,住宅楼梯间灯采用了以上开关后,更换灯泡的周期大大延长,而且灯泡容量受开关的控制也不会过大,杜绝了以往楼梯间使用大容量灯泡昼夜长明的浪费现象。
2.电力变压器的正确选择
变压器的损耗包括空载损耗和负载损耗,即Pb=P0+B2Pk,式中Pb为变压器的有功损耗,P0为变压器的空载损耗,Pk为变压器的有载损耗,B为变压器的负载率。P0又称铁损,它是由铁芯涡流损耗及漏磁损耗组成,是固定不变的部分,它的大小取决于矽钢片的性能及铁芯制造工艺。所以变压器应选用节能型的,如S9、SL9及SC8型等油浸变压器及干式变压器。Pk
是功率传输的损耗,即变压器的线损,它决定于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小,与负载率B的平方成正比。当B=50%时变压器的能耗最小。此时,仅仅是为了节能而没有考虑经济价值。其实变压器实际运行的负荷率是很不均匀的,根据《变压器允许过负荷系数的负荷率最大负荷持续时间关系曲线》可求得变压器的过负荷系数,所以在确定变压器容量时,可按80%的负荷率选择。若变压器选择容量过大,长期低于经济运行的负荷率,会造成有功损耗的上升,因为其铁损并没有减少。相反,容量过大,铁损增大。为减小变压器损耗,当容量大而需要选用多台变压器时,在合理分配负荷的情况下,尽可能减少变压器的台数,选用大容量的变压器。例如需装机容量为2000kVA,可选二台1000kVA,不选4台500kVA。
3.减少线路上的电能损耗
低压线路截面选择的一般原则是按发热条件、机械强度、电压损失,并按热稳定校核其最小截面,当线路较长时,电压损失较大,这时主要依*电压损失的计算选择截面。因为线路上的电流是不能改变的,要减少线路的损耗,只有减少线路电阻。线路电阻R=LSQ,即与线路电阻电导率Q成正比,与线路截面积S成反比,与线路的长度成正比。因此,减少线路的损耗应从以下几方面考虑。
(1)应选用电导率Q较小的材质作导线,一般选择铜芯线。
(2)减小导线的长度,首先线路尽可能走直线,少走弯路,以减少导线长度;其次低压线路应不走或少走回头路,以减少来回线路上的电能损失;第三,变压器尽量接近负荷中心,以减少供电距离。
(3)适当增大导线的截面,对于比较长的线路,除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面外,可适当再加大一级导线的截面,这样可以延长导线的使用寿命,减少线路的损耗,减少火灾危险,而且提高了供电质量,并为负荷的发展留有余地。
4.提高系统的功率因数
线路上传输的功率分为有功功率和无功功率,有功功率是满足建筑物功能所必需的,因此是不可变的,系统中的用电设备如电动机、变压器、气体放电灯中的整流器都具有电感,会产生滞后的无功,这就需要从系统中引入超前的无功相抵消,这时无功在线路上就产生了有功损耗,怎样使这部分损耗降到最低呢?可以采取以下措施。
(1)提高设备的自然功率因数,以减少对超前无功的需求,可采用功率因数较高的电动机,电感镇流器的气体放电灯加装电容器。
工程设计是基本建设的龙头,设计文件是工程建设的主要依据,设计质量是决定工程质量的首要环节。我国工程质量事故统计资料显示,由设计原因导致的工程质量事故占40.1%;工程施工原因引起的占29.3%;其它原因(如设备材料质量问题等)引起的占30.6%。可见对工程质量实施三控的关键在于设计质量控制。电气工程也不例外。合格的建筑设计应满足七个质量特性规定的要求,即功能性、安全性、经济性、可信性、可实施性、适应性及时间性。设计单位本应将通过了设计评审的合格的设计文件交付施工。而实际上不少交付施工的设计文件都存在缺少或偏离质量特性要求的缺陷。对电气工程质量造成影响的设计问题又主要表现在安全性、可信性(包括可用性、可靠性、维修性等)及可实施性的缺失或偏离。
1高层建筑电气设计过程中应注意的问题
1.1高层建筑由于照明及空调负荷多,电梯等运输设备多,给排水设备多,所以用电量特别大,且供电的可靠性要求很高。
1.2在高层建筑中,照明与动力基本上不共用干线。动力负荷多采用放射式供电,照明负荷则多采用母线槽配电,与动力分开。
1.3由于在结构上多数采用大柱距,形成大空间,使墙面安装的设备增多,必然使地面管道增多。
1.4由于建筑构件的预制装配化及干法施工;缩短了施工周期,而且顶棚一般采用标准化、系统化的吊顶。
1.5电气设备的管线应采取防火措施。
1.6空调设备等主要用电设备分散,多数要求集中管理,即要求采用电脑管理和监控系统。
1.7采取防震措施。如配电屏、灯具等电气设备的防震;管线的层间贯通和建筑伸缩缝与沉降缝的耐震处理等。
1.8消防要求高。因为高层建筑高度高,体量大,人员密集,设备多,装饰豪华,建筑本身火灾隐患多,故对消防要求很高。
1.9节省能源是我国经济建设中的一项重大政策,节约用电又是节省能源工作中的一个重要方面,它直接关系到企业的经济效益和人们的日常生活。在高层建筑的电气设计中,要把电能消耗指标作为全面技术经济分析的重要组成部分。节电的设计方案,应根据技术先进、安全适用、经济合理、节约能源和保护环境的原则确定。采用合理的配电方式,采用高效率变压器、电动机和照明光源、无功功率补偿装置和设备监控电脑系统等措施,减少电能损耗,节约用电。采用壁灯时需将容量提高一级或增加盏数。
2照明要求
2.1混合照明
它是由一般照明和局部照明共同组成的照明方式。混合照明中一般照明的照度应不低于混合照明总照度的5-10%,并且其最低照度不低于201x。否则,过低的一般照明和过高的局部照明所形成的照度对比度过大,亮度分布不适当而产生不应有的眩光。
2.2事故照明
当工作照明因故障全部熄灭后,供暂时继续工作或供人员疏散用的照明称为事故照明.
2.2.1应设置事故照明场所
a,在正常工作照明熄灭后,由于工作中断或误操作,将引起爆炸、火灾等严重危险的厂房或场所;
b.在无照明的情况下,由于设备继续运转或人员的通行,将造成设备、人身事故的场所;
c.高层建筑中的疏散楼梯间(包括防烟楼梯前室)、疏散走道、消防电梯室、消防控制中心、消防水泵间;公共建筑中的旅馆、礼堂、影剧院、展览厅、百货商店、体育馆等人员出入的走廊、楼梯、太平门等处。
2.2.2事故照明应采用能瞬时点燃的照明光源,一般采用白炽灯或卤钨灯。当事故照明作为工作照明的一部分而经常点燃时,又在发生故障不得切换电源的条件下,也可采用其它照明光源。
2.2.3事故照明的灯具应布置在可能引起事故的设备、材料周围和主要通道、危险地段、出入口等处,还应在事故照明灯具上明显位置涂以红色标记,以资区别。疏散指示标志可设在疏散走道距地面高度1m以内的墙面上,以及楼梯口和太平门的顶部,并要安装在非燃烧结构或装修上。
2.2.4事故照明的照度要求
用于暂时继续工作的事故照明其工作面上的照度不应低于工作照明总照度的10%。但标准较高的宾馆等建筑,其事故照明所占工作照明的比例应当为:出口指示灯为100%;楼梯照明为50%;公共场所照明为20%;客房走道照明为50%;一般走道照明为20%;总服务台、收款出纳、外币兑换等照明为100%。用于人员疏散的事故照明,其照度不应低于0.51x。
2.3警卫值班照明
在重要的车间和场所或有重要关键设备的厂房、重要的仓库等处设置作为值班时一般观察用的照明称为值班照明。值班照明宜利用工作照明中能单独控制的一部分,或者利用事故照明中的一部分或全部。
警卫照明是用于警卫地区周界附近的照明。是否设置警卫照明,应根据单位的重要性和当地保卫部门的要求来决定。警卫照明应尽量与室内或厂区的照明结合。2.4障碍照明
装设在高层建筑物尖顶上作为飞行障碍标志用的或者有船舶通行的两侧建筑物上作为障碍标志的照明称为障碍照明。障碍照明应按民航和交通部门有关规定装设。障碍照明应采用能透雾的红光灯具。装设障碍灯时,应符合下列要求:一般高层建筑物只在顶端装设。水平面较大的高层建筑物或群集高层建筑物,除在其最高顶端装设障碍灯外,还应在其外侧转角的顶端装设障碍灯。烟囱的高度在100m以上者,除在顶端装设障碍灯外还应在其三分之一和二分之一的高度处装设障碍灯。为了减少烟囱顶端的障碍灯污染程度,可在低于烟囱口4-5m处装设。为了保证障碍灯有一盏损坏时仍能从前进方向看到灯光,应装设排成等边三角形的三盏障碍灯。
2.5高层住宅室内照明要求
厕所及厨房应采用瓷质灯头或其它防水灯头;有条件时居室灯等可采用节电开关或节电灯头;楼梯间、电梯厅、公用走廊、配电室、消防控制室、消防泵房电梯机房等应设置供继续工作和疏散的事故照明。十九层及以上的高层住宅的疏散走廊、楼梯和出口应设置供疏散使用的标志灯,其安装距离为10.20m及各转角处;供电继续时间:作和疏散的事故照明兼作正常照明。如采用蓄电池作为事故照明或疏散标志灯的电源时,其连续供电时间不少于20分钟,事故照明的最低照度不应低0.51x,但配电室、消防控制室和消防泵房必须仍保持正常的照度水平;事故照明及疏散标志一般采用白炽灯,应具有玻璃或金属灯罩,并安装在非燃烧体结构上;大居室宜设置插座两组(其中一组为-个单相二极插座及一个单相带地三极插座;另一组为一个单相二极插座)。小居室、大厅宜设置插座-组(一个单相工极插座及一个单相带地三极插座)。厨房、卫生间根据需要设置-个单相带地三极插座;二极插座需采用扁、圆插孔两用型;有条件时宜采用二极加三极的连体式插座;供洗衣机的单相二极带地插座,宜带电源开关;插座的高度一般为距地0.3-0.5m(暗装安全型)或1.4-1.8m(明、暗装普通型);楼梯及公用廊道宜采用自动熄灯开关,但需在火警时能保持长明。每层的电梯前室灯应采用一般开关。
参考文献
[1]《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008年版
[2]《供配电系统设计规范》GB50052-95年版
随着城市规模的不断发展,高层建筑越来越多,因此,高层建筑电气设计就成为设计者不得不面对的问题,同时,在能源紧张的今天,更要注重节能的设计。
一、高层建筑电气设计过程中应注意的主要问题
(一)高层建筑由于照明、空调、电梯、给排水等诸多设备,因此负荷多,用电量特别大,且供电的可靠性要求很高。
(二)在高层建筑中,照明与动力基本上不共用干线。动力负荷多采用放射式供电,照明负荷则多采用母线槽配电,与动力分开。
(三)电气设备的管线应采取防火措施。
(四)空调等主要用电设备布局分散,多数要求采用计算机集中管理。
(五)采取防震措施。如配电屏、灯具等电气设备的防震;管线的层间贯通和建筑伸缩缝与沉降缝的耐震处理等。
(六)消防要求高。因为高层建筑高度高,体量大,人员密集,设备多,建筑本身火灾隐患多,故对消防要求很高。
(七)在高层建筑的电气设计中,要把电能消耗指标作为全面技术经济分析的重要组成部分。节电的设计方案,应根据技术先进、安全适用、经济合理、节约能源和保护环境的原则确定。采用合理的配电方式,采用高效率变压器、电动机和照明光源、无功功率补偿装置和设备监控电脑系统等措施,减少电能损耗,节约用电。
二、高层建筑电气设计的主要内容
(一)负荷的计算
电力负荷是供电设计的依据参数。计算准确与否,对合理选择设备,安全可靠与经济运行,均起决定性作用。高层建筑的电力负荷计算,基本上采用负荷密度法和需要系数法。
(二)供电电源及电压的选择
为了保证供电可靠性,现代高层建筑至少应有两个独立电源,具体数量应视负荷大小及当地电网条件而定。两路独立电源运行方式,原则上是两路同时供电,互为备用。另外,还须装设应急备用柴油发电机组,要求在15秒钟内自动恢复供电,保证事故照明、电脑、消防、电梯等设备的事故用电。国内高层建筑的供电电压,都采用lOkV标准电压等级。
(三)高低压配电系统的设计
1、高压配电系统:现代高层建筑均是采用两路独立的lOkV电源同时供电。一般高压采用单母线分段,自动切换,互为备用。
2、计费方式,采用高供高计。但在低压侧,仍装设计费电度表,采用将照明与动力分开的两部电价法。
3、为减少变压器台数,单台变压器的容量选择一般都大于lOOOkVA。为限制低压侧的短路电流,正常时变压器解列运行,中间设联络开关。
4、高压系统及低压干线的配电方式基本上都采用放射式系统。楼层配电则为混合式系统。配电设备中的主要部分是干线。现代高层建筑的竖井多采用插接式母线槽。水平干线因走线困难,多采用全塑电缆与竖井母千线联接等等。
(四)主要设备的选型
1、高压开关柜。现代高层建筑的变配电室设在主楼地下层,按规定不宜采用油开关。应根高层建筑地下室的标准,选用具有“五防”功能的真空开关手车式高压开关柜。
2、电力变压器。根据防火要求,主楼内不允许装设大容量的油浸电力变压器。
3、低压配电屏。国外低压配电屏的结构,几乎都做成抽屉式,特别是大容量的出线,则做成手车式。
4、应急备用发电机组。过去大多是采用柴油发电机组做应急备用电源的。近年国外高层建筑已开始采用燃汽轮发电机。这种发电机具有体积小、重量轻、反应速度快,故障率低等优点。
(五)变电所位置的确定现代高层建筑的用电量相当大,在确定变电所位置时,应尽可能使高压深人负荷中心。这对节约电能,提高供电质量都有重要意义。
(六)电气照明设计
电气照明设计,包括光源选择、照度计算、灯具造型,灯具布置,眩光控制和调光控制和照明配电线路敷设等。照明设计与建筑装饰有着非常密切的关系,应该相互配合,在使用功能及艺术意境方面求得统一。现代建筑物中,使用定时器,传感器,或光敏元件来实现照明自动控制功能是普遍的。选用各种建筑物自动化系统(特别是直接数字控制系统)来触发照明电路和接触器。同时,选用高光效电光源,是照明节能的手段之一。
(七)防雷与接地
现代高层建筑的防雷设计,除采用避雷针和避雷带的传统做法外,近年还出现有消雷器和放射性避雷针。这两种防雷技术虽然在工程上得到不少实际应用,但在理论上一直是有争议的。现代高层建筑都是采用钢筋混凝土剪力墙,与楼板的连接是十分可靠的。关键是做好金属管线的接地。
现代高层建筑的防雷接地、电气设备的保护接地和工作接地,都是合在一起的,组成混合接地系统。接地电阻按最小的要求而定,通常是在4欧以下。利用建筑物的钢筋混凝土基础作接地板。尽管基础钢筋等自然接地体已能满足接地电阻的要求,仍需要装设水平的人工接地体,将主要的建筑物基础连接成接地网,这对均衡电位,提高安全性都有好处。(八)电梯
电梯机房一般设置在井道上面。普通电梯的梯井可连通或设开口相连通。电梯按使用功能分,普通电梯、消防电梯等许多种;按速度又分为低速梯、快速梯、高速梯和超高速梯等;按电流分则有交流和直流两大类。现代高层建筑的电梯,为了提高输送能力和缩短候梯时问,一般都采用高速或超高速电梯,分组实行电脑群控。为提高运行的稳定性和舒适感,客梯都是选用直流电动机驱动。在进行电梯设计时一定要做好配电设计、主开关选择、电气照明、通风装置和插座设置及控制等相关问题。
(九)消防自动报警和自动灭火系统
现代高层建筑的火灾自动报警灭火系统,包括:火灾探测器、分区消防报警控制器、消防中心和气体自动喷射灭火及自动洒水灭火系统等四个部分,实现报警灭火自动化。探测器探测到火灾信号后转换成电信号,进人分区报警器和消防中心,发出声光报警信号。消防中心负责整座大楼火灾的监控和消防指挥。关于高层建筑中消防用电的设计问题,涉及到其他许多学科,而且规模越大,功能越多,控制内容越广泛,设计内容也就越复杂。
三、建筑电气设计中的节能原则
建筑电气设计节能的原则建筑电气节能应坚持以下三个原则:
(一)满足建筑物的功能
即满足照明的照度、色温、显色指数;满足舒适性空调的温度及新风量,也就是舒适卫生;满足上下、左右的运输通道畅通无阻;满足特殊工艺要求,如娱乐场所的一些电气设施的用电,展厅的工艺照明及电力用电等。
(二)考虑实际经济效益
节能应根据国情考虑实际经济效益,不能因为注重节能而过高地消耗投资,增加运行费用。
(三)节省无谓消耗的能量
节能的着眼点,应是节省无谓消耗的能量。首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的,再考虑采取什么措施节能。如变压器的功率损耗,传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗,又如量大面广的照明容量,宜采用先进技术使其能耗降低。因此,节能措施也应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。民用建筑的节能潜力很大,应在设计中精心考虑。但是在选用节能的新设备上,应具体了解其原理、性能、效果,从技术、经济上进行比较后,再选定节能设备,以达到真正节能的目的。
参考文献:
[1]许琳.高层建筑电气设计的主要内容及节能原则.黑龙江科技信息[J].2007(5):207