建筑电气设计易错问题评析

日期:2020-02-05编辑作者:公司产品

  负荷容量 脱扣器保护功能 开关联锁 Ⅰ类灯具 应急照明 漏电电流动作保护器RCD 电涌保护器SPD 住宅建筑规范

  【问题1:在施工图设计说明中对建筑物的结构形式、基础形式、防火分类与耐火等级未予交待】

  评析:按建筑材料划分,建筑物的结构形式分为混凝土结构、钢结构、木结构、膜结构等, 其中混凝土结构又分为框架结构、剪力墙结构、框架- 剪力墙结构 、筒体(框架- 核心筒、筒中筒)结构、框支结构等。因建筑物的这些结构形式与电气管线的敷设直接相关,故应交待建筑物的结构形式。

  高层建筑混凝土结构的常见基础形式有:筏形基础、箱形基础、桩基础。多层建筑一般采用独立柱基础、条形基础、墩基础等。因基础形式与建筑物的防雷、接地装置的自然接地体直接相关,故应交待建筑物的基础形式。

  根据《建筑设计防火规范》(GB50016-2006),多层民用建筑的耐火等级分为一、二、三、四级;根据《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95)(2005年版)3.0.1、3.0.2与3.0.4,高层建筑分为一、二类,耐火等级分为一、二级。 一类高层建筑的耐火等级应为一级,二类高层建筑的耐火等级不应低于二级,裙房的耐火等级不应低于二级,高层建筑地下室的耐火等级应为一级(注:多层民用建筑无防火分类之说,说明时要注意)。

  因建筑物的防火分类、耐火等级与火灾自动报警系统的保护对象分级直接相关,故在工程概况中应予交待。

  通常在电气设计的工程概况说明中,尚应交待建筑物的总建筑面积、主体高度、层数、各层功能用途;变配电所、水泵房、冷冻站、锅炉房位置;消防控制室、弱电机房位置;强电井、弱电井位置与数量;客用电梯、消防电梯数量、防火分区的划分情况等。工业建筑还应根据加工产品或储存物品的种类, 确定其火灾危险性类别;汽车库还需根据停车数量,确定其防火类别;人防地下室工程尚应明确人防级别、防护单元、抗爆单元设置等。

  【问题2: 对医疗、体育、剧场、人防工程等特殊建筑,其相应的设计规范未列入,有关的技术措施及要求亦未在说明及图纸中体现】

  评析:不少电气设计,把医疗、体育、博览、剧场、人防工程等特殊建筑,几乎视同普通办公建筑对待,其相应的特殊设计规范未列入,有关的技术措施及要求亦未在说明及图纸中体现出来,使设计显得针对性不强、技术含量不高。

  对于医疗建筑,应将《建筑物电气装置- 特殊装置或场所的要求- 医疗场所》(GB16895.24-2005) 及《综合医院建筑设计规范》(JGJ49-88)(修编报审中)中的重要技术措施及要求,在设计说明及图纸中全面、准确地体现出来。

  如医疗场所的应急电源,对于要求t 0.5s(t 为自动恢复供电时间)的手术室照明和重要医疗设备等,采用静止型UPS 作为应急安全电源,并与发电机组配合使用。对于要求0.5st15s者,采用切换时间的PC 级ATSE 转接的独立备用回路作为应急电源,并与发电机组配合使用。要求t 15s 者,采用发电机组作为应急电源。

  在1 类、2 类医疗场所,当任一导体的电压下降幅度超过供电标称电压的 10%,应急电源应自动启动。

  对手术室、急救室、重症监护部(ICU)、心脏监护部(CCU)、心血管造影室等1 类、2 类医疗场所的重要医用设备,采用由电源隔离变压器和绝缘监视设备组成的IT 不接地系统供电,当第一次接地时,发出声光预报警信号。

  对于体育建筑、剧场建筑,应分别将《体育建筑设计规范》(JGJ31-2003)、《剧场建筑设计规范》

  (JGJ57-2000)中的重要技术措施及要求,在设计说明及图纸中全面、准确地体现出来。

  对人防工程设计,不能遗漏《人民防空地下室设计规范》(GB50038-2005)、《人民防空工程设计防火规范》(GB50098-98)中的重要技术措施及要求。

  (2003 年版),还必须严格遵从全文强制的《住宅建筑规范》GB50368-2005(详见后文)。

  评析:说明中只明确了负荷的分级,未明确一、二、三各级负荷的容量,这是不完整的。因为一、二级负荷的容量与备供电源的供电容量有关,一级负荷中特别重要负荷的容量又与自备发电机组、集中应急电源装置EPS 或不间断电源装置UPS 的容量选择有关,所以设计说明要明确各级负荷的容量。

  还有的说明表述“本工程用电负荷总体为一级(二级)”,这种说法不妥,应分别交待一、二、三各级负荷对应的用电设备名称与容量。

  【问题4:低压开关柜断路器的脱扣器保护功能设置不当、开关联锁关系交待不清】

  评析:低压开关柜断路器的脱扣器保护功能设置不当、开关联锁关系不清,是设计常见问题。

  很多设计要求“所有低压断路器均设置过载长延时、短路短延时、短路瞬时脱扣器三段保护”,这是不合理的。

  正确的做法应是区别对待,对低压主进、联络断路器设过载长延时、短路短延时保护脱扣器(不设短路瞬时功能,以保证前后级开关之间的选择性,减少故障面);对其他低压断路器设过载长延时、短路瞬时脱扣器(不设短路短延时,以实现短路瞬时切断);部分回路设分励或失压脱扣器,这些回路既可以在自动互投时卸载部分负荷,防止变压器过载,又可以在火灾时,切断火灾场所相关非消防设备电源。

  为确保低压供电系统的安全可靠性,开关联锁关系应做如下明确交待:当低压系统为单母线分段运行时,联络开关设自投自复/ 自投不自复/ 手动转换开关。自投时应自动断开非保证负荷,以保证变压器正常工作。低压主进开关与联络开关之间设电气联锁,任何情况下只能合其中的两个开关。

  评析:当高、低压配电装置和非油浸的电力变压器贴邻安装时,变压器外壳防护等级应当改选为或IP40。

  第4.1.3 条“具有符合IP3X 防护等级外壳的不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器,当环境允许时,可相互靠近布置在车间内。”

  对具有符合IP3X 防护等级且断路器不带可燃性油的高低压配电装置和非油浸的电力变压器,在环境允许时可相互靠近布置在车间内,不仅可减少占地面积,也有利于高压深入负荷中心。

  根据《外壳防护等级的分类》(GB4208-84)规定,能防止直径大于12mm 的固体异物进入壳内;IP3X 能防止直径大于2.5mm 的固体异物进入壳内;能防止直径大于1.0mm 的固体异物进入壳内。

  需要说明的是:如果配电室面积允许,最好不要将变压器与开关柜贴邻布置,而间隔0.8m ??1.0m 的距离以利于变压器的散热(此时变压器外壳等级可为IP20),若贴邻布置(IP30 或IP40 外壳),则不利于变压器散热,影响其供电容量的发挥。

  【问题6:“灯具安装高度低于2.4m 时,需增加一根PE 线”的技术要求有误】

  评析:提出“灯具安装高度低于2.4m 时,需增加一根PE 线”的要求,这是设计极易犯的错误。

  根据《建筑照明设计标准》(GB50034-2004)“当采用Ⅰ类灯具时,灯具的外露可导电部分应可靠接地。” 《民用建筑电气设计规范》()12.3.1 亦有此规定。

  根据国家标准《灯具一般安全要求与试验》(),灯具按防触电保护分类,分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类。

  其中Ⅰ类灯具:防触电保护不仅依靠基本绝缘,还有附加安全措施,即应把外露可导电部分连接线;Ⅱ类灯具:依靠双重绝缘或加强绝缘保证安全,不需要连接PE 线;Ⅲ类灯具:采用安全超低压SELV 供电,电压不超过50V,经隔离变压器供电,二次侧导线和外露可导电部分不允许连接PE 线,以避免一次侧故障时的接触电压通过PE 线 类灯具仅有基本绝缘、不连接PE 线,已被取消)。

  绝大多数照明配电系统采用接地故障保护,因此,不论灯具距地面高度多少,应采用Ⅰ类灯具、连接线接地,以实现间接接触防护(灯具距地面高度主要涉及直接接触防护,如低于伸臂距离2.4m,则灯具还应采取直接接触防护措施)。

  因此,“灯具安装高度低于2.4m 时,需增加一根线”的技术要求有误,应当改为“当采用Ⅰ类灯具时,灯具的外露可导电部分应可靠连接PE 线:应急照明系统的各项指标说明不详尽】

  评析:多层和高层公共建筑的应急照明系统很重要,各项指标说明要详尽。设计说明常见问题是:

  评析:不少设计将应急照明线路的耐压等级视同一般照明线V,这是不对的。由于应急照明至关重要,火灾时其供电线路仍在工作,所以要明确要求:“应急照明线路应采用额定电压不低于750V 的铜芯绝缘线缆。”

  另外,对应急照明及消防线路的敷设方式,要明确要求:“应急照明及消防线路穿管暗敷时,保护层厚度不小于30mm ;当明敷时,应穿金属管或金属线槽并涂防火涂料保护。电气竖井内孔洞在设备安装完毕后要用防火材料封堵。电缆桥架穿过防烟分区、防火分区、楼层时应在安装完毕后用防火材料封堵。”这些技术措施所依据的相关规范如下:

  (GB13955-2005)、《民用建筑电气设计规范》()(以下简称新《民规》)7.7.10,下列设备的配电线. 手持式及移动式用电设备、室外工作场所的用电设备、3.环境特别恶劣或潮湿场所的电气设备、4. 家用电器回路或插座回路、5. 由系统供电的用电设备、6. 医疗电气设备,急救和手术用电设备的RCD 宜作用于报警”。

  根据《低压配电设计规范》(GB50054-95)第条“为减少接地故障引起的电气火灾危险而装设的漏电电流动作保护器,其额定动作电流不应超过0.5A”,新《民规》7.7.10 亦有此规定。所以应明确,在供电干线或电源线路上设置的防止电气火灾动作电流I △n 500mA,动作时间t 0.5s。

  【问题11:4P 开关断开PE 或PEN 线、漏电电流动作保护器RCD 的互感器磁回路穿过或PEN 线】

  评析:为防止接地电弧短路引起的漏电火灾,住宅或公建的总电源进线处应设置具有漏电保护功能的断路器,而根据《低压配电设计规范》()第4.5.6 条 “在TT 或TN -S 系统中,N 线上不宜装设电器将N 线断开,当需要断开N 线时,应装设相线和N 线一起切断的保护电器。

  【问题12:对接地故障保护,是否加设漏电电流动作保护器RCD 缺乏依据】

  评析:根据《低压配电设计规范》(GB50054-95)第4.1.1条 “配电线路应装设短路保护、过负载保护和接地故障保护,作用于切断供电电源或发出报警信号。”

  一、当过电流保护能满足本规范第4.4.7 条要求时, 宜采用过电流保护兼作接地故障保护;二、在三相四线制配电线路中,当过电流保护不能满足本规范第4.4.7 条的要求且零序电流保护能满足时,宜采用零序电流保护,此时保护整定值应大于配电线路最大不平衡电流;三、当上述一、二款的保护不能满足要求时,应采用漏电电流动作保护” 。

  校验公式:R 50/Ia ,式中: R -可同时触及的外露可导电部分和装置外可导电部分之间, 故障电流产生的电压降引起接触电压的一段线段的电阻();Ia切断故障回路时间不超过5s 的保护电器动作电流(A)(当保护电器为瞬时或短延时动作的低压断路器时,Ia 值应取低压断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3 倍)。

  结论是:当断路器或熔断器的过电流保护能满足R 50/Ia 时,则可将断路器或熔断器兼作接地故障保护,这最为经济简单,应优先采用;如其过流保护不能满足R 50/Ia 的要求,则必须另外加设漏电动作保护器RCD 实现接地故障保护,且此时须设置专用的PE 线:不经过计算就随意确定建筑物的防雷类别】

  评析:相当多的设计,没有计算年预计雷击次数,就随意将建筑物的防雷类别定为第一、第二或第三类。

  应当根据建筑物的重要性、使用性质及年预计雷击次数 N的计算结果,依据《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94)(2000 年版) 第2.0.2条、第2.0.3条、第条,确定建筑物的防雷类别。

  -校正系数,一般情况取1,位于旷野孤立的建筑物取2 ;金属屋面的砖木结构建筑物取1.7 ;位于河边、湖边、 山坡下或山地中土壤电阻率较小处、地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物,以及特别潮湿的建筑物取1.5 ;-建筑物所处地区雷击大地的年平均密度[次/(km2a)];-与建筑物截收相同雷击次数的等效面积(km2),应为其实际平面积向外扩大后的面积,建筑物高度H <100m 或H 100m,其计算公式有别,此处从略。

  评析:对二类(三类)防雷建筑物,将45m(60m)及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接;竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端与防雷装置连接等防侧击和等电位联结的防雷措施,多数设计都注意到了。

  但容易忽视的问题是:1、各种竖向金属管道还应每三层与其层的LEB 板连接一次,以防跳闪反击;2、电气、电信竖井内的接地干线,应与每层或每三层的楼板钢筋作等电位联结(新《民规》11.3.5、);3、穿过各防雷区界面的金属物和系统,以及在一个防雷区内部的金属物和系统,均应在界面处作等电位联结(新《民规》11.1.7、11.9.3)。

  评析:一般设计都能做到对电缆进出线,应在进出端将电缆的金属外皮、钢管、金属管道等就近与防雷接地网连接,以实现防雷电波侵入的措施。

  但易疏漏的问题是,防雷电波侵入的措施还应有:屋面的配线管应采用钢管;钢管的一端应与配电箱金属外壳相连,另一端应与用电设备金属外壳相连,并应就近与屋顶防雷装置相连(新《民规》

  评析:不少防雷设计说明中述及:“本工程采取防直击雷、防雷电波侵入、防雷电感应的措施,并采取等电位连接”。此种描述不当,因为对通常建筑物,采取“防雷电感应”的措施属多此一举,相关说明应予取消。

  根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(年版)第3.1.1 条“各类防雷建筑物应采取防直击雷和防雷电波侵入的措施。第一类防雷建筑物和本规范第2.0.3条四、五、六款所规定的第二类防雷建筑物尚应采取防雷电感应的措施。”可见,本条规定仅对制造、使用或贮存爆炸物质的建筑物和爆炸危险环境采取防雷电感应。其它防雷建筑物可以不防雷电感应。

  雷电感应可能感应出相当高的电压而发生火花放电引发事故。但在一般性建筑物内,在不带电的金属物上雷电感应所产生的火花放电,由于其能量小、时间极短,通常不会引发火灾危险。在220 /380V 系统的带电体上的雷电感应,由于采取了防雷电波侵入和防反击的措施(防反击包含于防直击雷中),此问题也跟着得到解决。

  此外,设备外壳及其外接金属管线由于电气安全或屏蔽需要已作接地或等电位连接,这也大大减少了雷电感应的危险性。

  评析:目前相当多的设计,防雷击电磁脉冲的电涌保护器(SPD)的设置部位不当或不明确,仅笼统交待“在变配电所设置一级SPD,层配电箱及弱电机房配电箱内设置二级SPD、三级SPD。”

  根据新《民规》11.9.4 ,低压配电系统及电子信息系统传输线路在穿过各防雷区界面处,宜采用电涌保护器(SPD)保护。为防止雷击电磁脉冲引起的过电流和过电压,通常应在下列部位装设电涌保护器(SPD)。

  (1)在变压器低压侧装一组SPD,当SPD 的安装位置距离变压器沿线m 时,可装在低压主进线断路器负载侧的母线上,SPD 支线上应设置短路保护电器,并且与主进断路器之间应有选择性。

  (2)在向重要设备供电的设备末端配电箱的各相母线上,应装设SPD。上述重要设备是指重要的计算机、监控设备、电话交换设备、网络设备、UPS 电源、火灾自动报警系统、电梯的集中控制装置、集中空调系统的中央控制设备,以及对人身安全要求较高的或贵重的电气设备等。

  (3)对重要的信息设备、电子设备、控制设备的订货,均提出装设SPD 的要求。

  (4)由室外引入或由室内引至室外的电力线路、信号线路、控制线路、信息线路等在其入口处的配电箱、控制箱、变压器对人体前端箱等的引入处应装设SPD。

  表11.9.4-2 ??4 给出了A、B、C、D 四种不同防护等级的SPD 性能参数,设计应遵照执行。

  注意:一级或二级SPD 要分别设置4P-50A 或、2P-10A 的短路保护开关对SPD 加以保护,且此开关应与电源主进开关之间有选择性,其分断能力要满足此处短路电流的需要。同时,SPD 的接地问题亦不容忽视。

  (GB50303-2002)9.1.4“不间断电源输出端的中性线,必须与由接地装置直接引来的接地干线相连接,做重复接地”。此为强制性规范条文,设计说明应予强调。设计人需理解此举的目的在于:遏制中心点漂移,使三相电压均衡度提高。同时,当引向不间断电源供电侧的中性线意外断开时,可确保不间断电源输出端不会引起电压升高而损坏由其供电的重要用电设备,提高供电系统的安全可靠性。

  根据《低压配电设计规范》(GB50054-95)第条“竖井内的高压、低压和应急电源的电气线路,相互之间的距离应等于或大于300mm,或采取隔离措施,并且高压线路应设有明显标志。当强电和弱电线路在同一竖井内敷设时,应分别在竖井的两侧敷设或采取隔离措施以防止强电对弱电的干扰,对于回路线数及种类较多的强电和弱电的电气线路,应分别设置在不同竖井内。”同理,电缆明敷在桥架上,普通电缆与应急电源电缆应分设桥架或采取隔离措施,以确保应急电源电缆的供电可靠性。另外,电气竖井内孔洞在设备安装完毕后要用防火材料封堵。电缆桥架穿过防烟分区、防火分区、楼层时应在安装完毕后用防火材料封堵。

  评析:住宅电气设计除了要遵从《住宅设计规范》GB50096-1999(2003 年版),还必须遵从《住宅建筑规范》GB50368-2005。目前,住宅电气设计易错问题就集中反映在对《住宅建筑规范》

  (以下简称《住建规》)的理解执行上,其相应的技术措施及要求没有在设计说明及图纸中体现。《住建规》是我国参照发达国家通行做法制定的第一部以功能和性能要求为基础的全文强制的规范,住宅设计必须逐条严格遵照执行。

  根据《住建规》8.5.3 “当应急照明在采用节能自熄开关控制时,必须采取应急时自动点亮的措施”。住宅公共部位的灯,常因开关不便而成为“长明灯”,造成电力浪费。出于节能的需要,应急照明可以采用节能自熄开关控制,但必须采取措施,使应急照明在应急状态下能自动点亮,保证应急照明的使用功能。也就是当发生失火等紧急情况时,无论现场开关是开还是关,应能实现应急照明强制接通点亮,即在消防控制室或值班室设置强制点亮应急照明灯的信号线m 及以下的插座,没有采用安全型插座。

  根据《住建规》8.5.5 “安装在1.8m 及以下的插座均应采用安全型插座”。 为了避免儿童玩弄插座时发生触电危险,故要求安装高度在1.8m 以下的插座应采用安全型插座。

  根据《住建规》10.1.4 “住宅公共部位的照明应采用高效光源、高效灯具和节能控制措施”。高效光源包括T8(26)、T5(16) 等细管日光灯、环形管节能灯、U 型管紧凑型节能灯等;高效灯具是指光能损耗小的高效率的灯具;节能控制措施就是要做到人来灯开、人走灯灭,为此,设计必须采用声控、光控、定时、延时开关等技术措施。

  根据《住建规》10.1.5 “住宅内使用的电梯、水泵、风机等设备应采取节电措施。”住宅建筑内配置的电梯、水泵、风机等机电设备消耗的电能较大,因此应注重这类机电设备的节电问题。常用的成熟节电技术有电梯的智能控制,水泵、风机的变频控制,电气设计中积极采用这些技术措施,能收到很好的节电效果。设计如不满足以上要求,未采用变频水泵、高效率水泵,则直接违反本强条。

  需要说明的是,对变频水泵的电控柜,要引入给水管道上的水压传感器的给水压力信号线,以及生活水池内的液位传感器的低水位信号线,作为控制变频水泵启停运转的输入信号,电气设计不能遗漏这些传感输入信号线 :

  对住宅供电干线的需要系数值,很多设计选大了,导致干线电缆截面过大、配电开关电流过大,造成浪费、极不合理。设计时应以下表为依据,正确选取需要系数值。

  当每户用电负荷标准大于4kW 时,应按二者之间的比值来计算户数。如:某户用电负荷为6kW,则该户应折算成1.5 个基本户型进行户数统计、查表计算;某户用电负荷为8kW,则该户应折算成2 个基本户型进行户数统计、查表计算;某户用电负荷为(12kW),则该户应折算成2.5 个(3 个)基本户型进行户数统计、查表计算。

  很多设计没有按上述方法进行户数折算、统计,直接按自然户数查上表,以致需要系数值往往选大了,这应当引起大家足够的重视。

  照明总进线处的漏电断路器的事故报警除在配电柜上显示外,还应将报警信号送至值班室,在值班室设声光报警。

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