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【摘要】本文结合实际对建筑电气设计中的若干问题进行了研究,分析了在建筑住宅电气设计中应注意的问题并提出了具体对策。
【关键词】用电负荷线；保护线(PE线)截面；等电位联结技术交流
1用电负荷的计算
用电负荷计算的内容,方法及其有关问题在《民用建筑电气设计规范》中均有叙述,用电负荷计算是电气设计中最重要的环节之一,要根据计算结果来选取电器设备、线缆型号规格及断路器整定值,可见用电负荷计算的重要性是不言而喻的。但目前在工程设计中尚存在以下问题,应当引起注意。
1.1对用电负荷计算不重视。不计算、无计算书、或凭估算、仅以4.5A/kW估算、并用来确定导线截面。
1.2未按不同性质的负荷归类,以选取不同需用系数和功率因数。
1.3对不同性质负荷的需用系数和功率因数选用不当。以多层住宅为例,有的取Kx=1,cosφ=1,显然欠妥,现推荐一种随着户数的增加而递减的需用系数(见表1),以供参考。如果按照用电采暖的特点分析,电采暖与空调在冬夏两季有互补性,都具有季节使用的集中性,因此对于用电采暖的用户,上表数据原则上仍可适用,不过需用系数应适当加大。根据家庭用电特点,推荐功率因数选取0.9为宜。表1
1.4对于有单相负荷、三相不平衡的负荷,设备容量之和(∑P)的取值以简单的单相负荷相加进行计算,显然欠妥。对于终端箱盘的电源进线和总开关的选择应当按负荷最大相的数值乘以三来确定设备容量进行负荷计算;对于支干线、主干线及其回路开关选择应当按单相负荷相加后取最大相的数值乘以三来确定容量进行负荷计算。
1.5对于暂载率的用电负荷,如吊车、电焊机等未按规定要求进行计算,误将其名牌值作为长期负荷来计算。
1.6对于功率因数较低,不符合供电规则要求的用电负荷遗漏无功补偿的计算。
2关于线、缆截面的选择导线电线型号规格的选取应当遵照有关电气设计规范的规定进行选择,不过在有的工程设计中尚存在一些问题。
2.1低于供电用户源进线截面偏小有的工程在设计不同程度的存在电源进线截面选择偏小的问题,这里指的“电源进线”是接在“本工程总断路器”前面,该进线不受总断路器的保护,它是受上一级断路器保护,上一级短路器的整定电流需大于本工程总断路器的整定电流,上下级需要有级差。况且,由于有的电源进线还有II接箱,除供本工程用电负荷外,还经II接箱转给另外的工程供电,这时上级断路器的整定电流会更大。显然本工程电源进线的截面不能只考虑按本工程需要的计算电流和本工程总断路器的整定电流选择,还必须根据上一级断路器的整定电流选择,进线电缆需受到上级断路器的有效保护。如果在单项(子项)工程时按上一级断路器的整定电流选择有因难,为确保安全,建议在施工图中注明:电源进线(包括II接箱前后)的型号规格,均由外线设计者确定。为什么电源进线截面设计偏小呢?究其原因是它处在设计范围的两个单位结合部,设计人员忽略了此段线路受上级断路器保护这个基本原则。
2.2关于中性线(N线)截面的选择中性线(N线)截面的选择在(低于配电设计规范)(GB50054-1995)第2.2.6条规定:“在三相四线制配电系统中,中性线(N线)的允许载流量不应小于线路中最大不平衡负荷电流,且应计入谐波电流的影响”。第2.2.7条规定:“以气体放电灯为主要负荷的回路中,中性线(N线)截面不应小于相线截面”。可见中性线(N线)截面的选择取决于用电负荷性质。因此(民用建筑电气设计规范)(JGJ/T16-1992)第8.4.1.1条也规定:“在三相四线或二相三线的配电线路中,当用电负荷大部分为单相用电设备时,其N线或PEN线的截面不宜小于相线截面的2倍”。因此,大部分为单相用电负荷的三相四线制配电系统中的N线或PEN线,其截面应当与相线截面相等,应选用四芯截面线、缆;若为可控硅调光负荷,三相负荷可能严重不平衡及谐波电流因素,致使中性线中电流的有效值可能接近或大大超过相电流,故N线或PEN线的截面不应小于相线截面的2倍。但是有的设计人员对大部分为单相用电负荷的三相四线配电线路的N线或PEN线的截面仍按二分之一或三分之一相线截面选取,这是很不安全的,是不允许的,也是违规的。另外,还有两个单相支路或两个以上接在同一相(为A相)时,共用中性线(N线),有的设计人员有时忽视中性线(N线)载流量,往往选择与相线同以截面,引起N线严重过负荷,引起绝缘老化起火,这也是必须注意的。
2.3关于保护线(PE线)截面的选择
应当按《民用建筑电气设计规范》14.6.2.1条的规定截面进行选择。
2.4关于住宅干线截面的选择由于人民生活水平的不断提高,随着时间的推移,住户的用电量也在不断增加,由于考虑这个因素,建议选择住宅楼的配电干线截面时应在按计算电流选择导线(电缆)的基础上加大一级。确定住宅小区外线的电缆截面时,应按载流量与预留25%的余量。
3低压配电系统中导线(电缆)载流量与断路器整定电流不匹配问题
电线(电缆)的载流量需与低压短路器的整定电流配合选择,供线路受到短路器的保护,是每个工程都要遇到的问题,是设计人员必须掌握的基本功,看起来很简单,但实际的施工图中问题很多,这类问题主要表现在导线允许持续载流量小于保护该导线的断路器脱扣器的整定电流。正确的作法应是先按负荷的计算电流确定保护短路器的整定电流,再按其选择导线,若整定电流值选得大,导线(电缆)也应加大,使导线受到短路器的有效保护。应全面考虑各种因素,严格按照《低压配电设计规范》进行设计,以确保供电安全可靠。
4关于重型线隔离和开关级数的选用大家知道相线触头导电不良故障易于发现,可及时处理,而中性线的触头导电不良难以发现,往往成为“断零”而导致烧毁大量单相用电设备的事故,因此在可能条件下应尽量减少中性线上的触头或刀闸的数量,可装可不装的触头就不必装设,少一个中性线触头,就少一个潜在事故隐患。
4.1有总等电位联结的TN-C-S系统和TN-S系统建筑内的中性线不需要隔离。
IEC60364-4-46标准节461.2条规定:“在TN-S系统中(包括TN-C-S系统中户内TN-S部分)中性线不需要隔离和开关”。GB50054-95《低压配电设计规范》第4.4.4条规定:“采用接地故障保护时,在建筑物内应将下列导电体作等电位联接:①PE、PEN干线;②气装置接地级的干线;③建筑物内的水管、煤气管、采暖和空调管道等金属管道;④条件许可的建筑物金属构件等导电体,上述导电体宜在进入建筑物处接向总等电位联结端子,等电位联结中金属管道连接处应可靠地连通导电”。可见,建筑物内总等电位联结都规定为各种接地系统内必不可的基体防电击措施。当进行电气维修时,即使中性线没有隔离而带有从电源侧传导来的对地故障电压Vf,也没有电击危险,如图1所示。由于存在总等电位联结的缘故,所有外露导电部分和装置外导电部分都处于同一电位水平Vf上,而不存在电位差,检修人员接触中性线连触电感觉都没有,因此在有总等电位联结的TN-S系统和TN-C-S系统建筑物内不必为电气检修安全而隔离中性线。
4.2电源转换开关不需要开中性线。三相电源转换开关功能开关,不必在开合相线的同时开合中性线。因此中性线上没有开关并不影响电源的转换,所以IEC60364-4-46标准第465.1.2条规定:“功能性开关不必要控制全部带电导体”。但是,当在闭电源转换开关带漏电保护功能时才需装用四级开关来隔离中性线,那是为了防止漏电保护的误动作或拒动,而不是出于电源倒换功能上的需要。
4.3单相回路中的中性线隔离不存在“断零”危险,单相回路中如果中性线开关触头导电不良不会出现三相回路中因“断零”烧毁用电设备的问题,因此,为了提高电气安全水平,单相双极开关得到较多的应用。例如:住宅楼的单相总电源进线开关和每户的单相电源进线开关,不论其接地系统为何种类型,都应将中性隔离,即采用双极开关。因此,GB50096-1999《住宅设计规范》第6.5.2条5款规定,“每套住宅应设置电源总短路器,并应采用可同时断开相线和中性线的开关电器”。这样规定,可以提高用电安全水平,如防止因设备电源相线、中性线接错而引发的事故等。
5等电位联接国家设计规范
为什么规定要求作等电位联结?概括起来说,等电位联结的作用有四:一是减少预期的接触电压;二是消除自建筑物外沿PEN和PE线窜入的危险故障电压;三是减少保护作用电器动作不可靠带来的危险性;四是消除干扰。就住宅楼来说,安全用电是关系到千家万户的大事,采用总等电位联结及局部等电压联结是很重要的安全措施。因此“作总等电位联结”,以强制性条文载入国家有关设计规范,这是一定要引起我们电气设计人员注意的。
【参考文献】
[1] 李晓东,乔世军. 建筑电气设计常见问题浅析[J]. 低温建筑技术, 2007,(01) .
[2] 关秀霞. 对建筑电气设计可靠性与经济性的分析[J]. 黑龙江科技信息, 2008,(03) .
[3] 关光福,吴选忠. 建筑电气设计中的等效负荷计算分析与探讨[J]. 低压电器, 2007,(02) .
责任编辑：王利强
【关键词】用电负荷线；保护线(PE线)截面；等电位联结技术交流
1用电负荷的计算
用电负荷计算的内容,方法及其有关问题在《民用建筑电气设计规范》中均有叙述,用电负荷计算是电气设计中最重要的环节之一,要根据计算结果来选取电器设备、线缆型号规格及断路器整定值,可见用电负荷计算的重要性是不言而喻的。但目前在工程设计中尚存在以下问题,应当引起注意。
1.1对用电负荷计算不重视。不计算、无计算书、或凭估算、仅以4.5A/kW估算、并用来确定导线截面。
1.2未按不同性质的负荷归类,以选取不同需用系数和功率因数。
1.3对不同性质负荷的需用系数和功率因数选用不当。以多层住宅为例,有的取Kx=1,cosφ=1,显然欠妥,现推荐一种随着户数的增加而递减的需用系数(见表1),以供参考。如果按照用电采暖的特点分析,电采暖与空调在冬夏两季有互补性,都具有季节使用的集中性,因此对于用电采暖的用户,上表数据原则上仍可适用,不过需用系数应适当加大。根据家庭用电特点,推荐功率因数选取0.9为宜。表1
1.4对于有单相负荷、三相不平衡的负荷,设备容量之和(∑P)的取值以简单的单相负荷相加进行计算,显然欠妥。对于终端箱盘的电源进线和总开关的选择应当按负荷最大相的数值乘以三来确定设备容量进行负荷计算;对于支干线、主干线及其回路开关选择应当按单相负荷相加后取最大相的数值乘以三来确定容量进行负荷计算。
1.5对于暂载率的用电负荷,如吊车、电焊机等未按规定要求进行计算,误将其名牌值作为长期负荷来计算。
1.6对于功率因数较低,不符合供电规则要求的用电负荷遗漏无功补偿的计算。
2关于线、缆截面的选择导线电线型号规格的选取应当遵照有关电气设计规范的规定进行选择,不过在有的工程设计中尚存在一些问题。
2.1低于供电用户源进线截面偏小有的工程在设计不同程度的存在电源进线截面选择偏小的问题,这里指的“电源进线”是接在“本工程总断路器”前面,该进线不受总断路器的保护,它是受上一级断路器保护,上一级短路器的整定电流需大于本工程总断路器的整定电流,上下级需要有级差。况且,由于有的电源进线还有II接箱,除供本工程用电负荷外,还经II接箱转给另外的工程供电,这时上级断路器的整定电流会更大。显然本工程电源进线的截面不能只考虑按本工程需要的计算电流和本工程总断路器的整定电流选择,还必须根据上一级断路器的整定电流选择,进线电缆需受到上级断路器的有效保护。如果在单项(子项)工程时按上一级断路器的整定电流选择有因难,为确保安全,建议在施工图中注明:电源进线(包括II接箱前后)的型号规格,均由外线设计者确定。为什么电源进线截面设计偏小呢?究其原因是它处在设计范围的两个单位结合部,设计人员忽略了此段线路受上级断路器保护这个基本原则。
2.2关于中性线(N线)截面的选择中性线(N线)截面的选择在(低于配电设计规范)(GB50054-1995)第2.2.6条规定:“在三相四线制配电系统中,中性线(N线)的允许载流量不应小于线路中最大不平衡负荷电流,且应计入谐波电流的影响”。第2.2.7条规定:“以气体放电灯为主要负荷的回路中,中性线(N线)截面不应小于相线截面”。可见中性线(N线)截面的选择取决于用电负荷性质。因此(民用建筑电气设计规范)(JGJ/T16-1992)第8.4.1.1条也规定:“在三相四线或二相三线的配电线路中,当用电负荷大部分为单相用电设备时,其N线或PEN线的截面不宜小于相线截面的2倍”。因此,大部分为单相用电负荷的三相四线制配电系统中的N线或PEN线,其截面应当与相线截面相等,应选用四芯截面线、缆;若为可控硅调光负荷,三相负荷可能严重不平衡及谐波电流因素,致使中性线中电流的有效值可能接近或大大超过相电流,故N线或PEN线的截面不应小于相线截面的2倍。但是有的设计人员对大部分为单相用电负荷的三相四线配电线路的N线或PEN线的截面仍按二分之一或三分之一相线截面选取,这是很不安全的,是不允许的,也是违规的。另外,还有两个单相支路或两个以上接在同一相(为A相)时,共用中性线(N线),有的设计人员有时忽视中性线(N线)载流量,往往选择与相线同以截面,引起N线严重过负荷,引起绝缘老化起火,这也是必须注意的。
2.3关于保护线(PE线)截面的选择
应当按《民用建筑电气设计规范》14.6.2.1条的规定截面进行选择。
2.4关于住宅干线截面的选择由于人民生活水平的不断提高,随着时间的推移,住户的用电量也在不断增加,由于考虑这个因素,建议选择住宅楼的配电干线截面时应在按计算电流选择导线(电缆)的基础上加大一级。确定住宅小区外线的电缆截面时,应按载流量与预留25%的余量。
3低压配电系统中导线(电缆)载流量与断路器整定电流不匹配问题
电线(电缆)的载流量需与低压短路器的整定电流配合选择,供线路受到短路器的保护,是每个工程都要遇到的问题,是设计人员必须掌握的基本功,看起来很简单,但实际的施工图中问题很多,这类问题主要表现在导线允许持续载流量小于保护该导线的断路器脱扣器的整定电流。正确的作法应是先按负荷的计算电流确定保护短路器的整定电流,再按其选择导线,若整定电流值选得大,导线(电缆)也应加大,使导线受到短路器的有效保护。应全面考虑各种因素,严格按照《低压配电设计规范》进行设计,以确保供电安全可靠。
4关于重型线隔离和开关级数的选用大家知道相线触头导电不良故障易于发现,可及时处理,而中性线的触头导电不良难以发现,往往成为“断零”而导致烧毁大量单相用电设备的事故,因此在可能条件下应尽量减少中性线上的触头或刀闸的数量,可装可不装的触头就不必装设,少一个中性线触头,就少一个潜在事故隐患。
4.1有总等电位联结的TN-C-S系统和TN-S系统建筑内的中性线不需要隔离。
IEC60364-4-46标准节461.2条规定:“在TN-S系统中(包括TN-C-S系统中户内TN-S部分)中性线不需要隔离和开关”。GB50054-95《低压配电设计规范》第4.4.4条规定:“采用接地故障保护时,在建筑物内应将下列导电体作等电位联接:①PE、PEN干线;②气装置接地级的干线;③建筑物内的水管、煤气管、采暖和空调管道等金属管道;④条件许可的建筑物金属构件等导电体,上述导电体宜在进入建筑物处接向总等电位联结端子,等电位联结中金属管道连接处应可靠地连通导电”。可见,建筑物内总等电位联结都规定为各种接地系统内必不可的基体防电击措施。当进行电气维修时,即使中性线没有隔离而带有从电源侧传导来的对地故障电压Vf,也没有电击危险,如图1所示。由于存在总等电位联结的缘故,所有外露导电部分和装置外导电部分都处于同一电位水平Vf上,而不存在电位差,检修人员接触中性线连触电感觉都没有,因此在有总等电位联结的TN-S系统和TN-C-S系统建筑物内不必为电气检修安全而隔离中性线。
4.2电源转换开关不需要开中性线。三相电源转换开关功能开关,不必在开合相线的同时开合中性线。因此中性线上没有开关并不影响电源的转换,所以IEC60364-4-46标准第465.1.2条规定:“功能性开关不必要控制全部带电导体”。但是,当在闭电源转换开关带漏电保护功能时才需装用四级开关来隔离中性线,那是为了防止漏电保护的误动作或拒动,而不是出于电源倒换功能上的需要。
4.3单相回路中的中性线隔离不存在“断零”危险,单相回路中如果中性线开关触头导电不良不会出现三相回路中因“断零”烧毁用电设备的问题,因此,为了提高电气安全水平,单相双极开关得到较多的应用。例如:住宅楼的单相总电源进线开关和每户的单相电源进线开关,不论其接地系统为何种类型,都应将中性隔离,即采用双极开关。因此,GB50096-1999《住宅设计规范》第6.5.2条5款规定,“每套住宅应设置电源总短路器,并应采用可同时断开相线和中性线的开关电器”。这样规定,可以提高用电安全水平,如防止因设备电源相线、中性线接错而引发的事故等。
5等电位联接国家设计规范
为什么规定要求作等电位联结?概括起来说,等电位联结的作用有四:一是减少预期的接触电压;二是消除自建筑物外沿PEN和PE线窜入的危险故障电压;三是减少保护作用电器动作不可靠带来的危险性;四是消除干扰。就住宅楼来说,安全用电是关系到千家万户的大事,采用总等电位联结及局部等电压联结是很重要的安全措施。因此“作总等电位联结”,以强制性条文载入国家有关设计规范,这是一定要引起我们电气设计人员注意的。
【参考文献】
[1] 李晓东,乔世军. 建筑电气设计常见问题浅析[J]. 低温建筑技术, 2007,(01) .
[2] 关秀霞. 对建筑电气设计可靠性与经济性的分析[J]. 黑龙江科技信息, 2008,(03) .
[3] 关光福,吴选忠. 建筑电气设计中的等效负荷计算分析与探讨[J]. 低压电器, 2007,(02) .
责任编辑：王利强