高層建筑供配電系統(tǒng)安全性分析

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        摘 要：文章主要對(duì)高層電氣設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)安全性進(jìn)行了分析，對(duì)簡(jiǎn)易圖解確定干線首端保護(hù)器分支線長(zhǎng)度進(jìn)行了分析和驗(yàn)證，提出了一些問題供大家參考。

　　關(guān)鍵詞：低壓供配電系統(tǒng) 一級(jí)負(fù)荷 安全性 分支線 　　 　　1.引 言 　　 　　電力負(fù)荷根據(jù)對(duì)供電可靠性的要求及中斷供電的損失和影響程度分為一級(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷、三級(jí)負(fù)荷。一類高層建筑的消防控制室、消防水泵、消防電梯、防排煙風(fēng)機(jī)、防火卷簾、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)滅火系統(tǒng)、應(yīng)急照明等為一級(jí)負(fù)荷, 還有柴油發(fā)電機(jī)房送風(fēng)機(jī)、專用變電所所用的送、排風(fēng)機(jī)及專供消防水泵房所用的污水泵等設(shè)備應(yīng)與消防設(shè)備等級(jí)一致。 　　 　　2.供配電方案安全性分析 　　 　　供電電源在滿足電力負(fù)荷的要求下，變電所的安全以及供配電系統(tǒng)可靠性至關(guān)重要。 　　高層民用建筑存在大量的一級(jí)或二級(jí)負(fù)荷, 變壓器臺(tái)數(shù)往往為兩臺(tái)及以上, 同時(shí)還設(shè)有一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組。柴油發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)要求為: 一類高層建筑保護(hù)對(duì)象分級(jí)為一級(jí)建筑物的發(fā)電機(jī)組，應(yīng)設(shè)有自動(dòng)啟動(dòng)裝置，當(dāng)市電中斷時(shí)，機(jī)組應(yīng)立即啟動(dòng)，并應(yīng)在30s內(nèi)供電,。同時(shí)為了不降低消防用電的可靠性, 一旦發(fā)生火災(zāi),要求能自動(dòng)切除非消防用電負(fù)荷。 　　 　　3.供電線路的安全性分析 　　 　　3.1 供電線路安全的具體設(shè)計(jì)措施 　　供電電源在滿足電力負(fù)荷的要求下, 供電線路的安全可靠也是非常重要的。供電線路敷設(shè)方式應(yīng)根據(jù)建筑物的性質(zhì)、要求、用電設(shè)備的分布及環(huán)境特征等因數(shù)確定。應(yīng)避免因外部熱源、灰塵聚集及腐蝕或污染物存在對(duì)布線系統(tǒng)帶來的影響。防止在敷設(shè)及使用過程中因受沖擊、振動(dòng)和建筑物的伸縮、沉降等各種外界應(yīng)力作用而帶來的損害。而高層民用建筑消防用電設(shè)備應(yīng)采用專用的供電回路, 消防控制室、消防水泵、消防電梯、防排煙風(fēng)機(jī)等的供電, 應(yīng)在最末一級(jí)配電箱處設(shè)置自動(dòng)切換裝置, 其配電線路敷設(shè)應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范的要求。 　　3.2 干線首端保護(hù)器分支線安全長(zhǎng)度分析 　　根據(jù)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范要求規(guī)定，在不影響一、二級(jí)負(fù)荷供電的情況下, 配電線路被前段線路短路保護(hù)裝置有效保護(hù),且此段線路和過負(fù)載保護(hù)裝置能順利通過的短路電流, 可不裝設(shè)短路保護(hù)。本著安全、節(jié)約的原則, 在建筑電氣低壓供配電設(shè)計(jì)中,無論在城區(qū)內(nèi)的高層建筑群還是郊區(qū)盤的別墅和低層建筑群中的低壓配電方式, 大部分均采用分區(qū)樹干式的配電方式,。 　　3.2.1 用簡(jiǎn)易圖解分析干線首端保護(hù)器分支線安全長(zhǎng)度。 　　近年來, 電氣設(shè)計(jì)師總結(jié)出了一套簡(jiǎn)易圖解來分析計(jì)算干線首端保護(hù)器分支線安全長(zhǎng)度, 這種方法簡(jiǎn)單實(shí)用, 筆者根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并以此為依據(jù)進(jìn)行分析驗(yàn)證。 　　3.2.1.1 圖解法制作的準(zhǔn)備 　?。?）首先根據(jù)該干線的總負(fù)荷, 按供電的距離和電壓損失的要求確定該干線的長(zhǎng)度(L1)、截面 (S1)、型號(hào)(銅或鋁) , 然后選擇能保護(hù)該干線末端短路時(shí)的短路保護(hù)電器, 并確定其整定值和整定時(shí)間(選擇低速 0.2s即可) , 并能通過熱校驗(yàn)和電壓損失校驗(yàn)。同時(shí)假定該短路安裝點(diǎn)為O點(diǎn)。 　　（2）根據(jù)分支線路的負(fù)荷選擇同干線同型號(hào)的分支線截面(S2) , 同時(shí)確定以干線短路保護(hù)器安裝點(diǎn)O為起點(diǎn), 截面為S2的虛擬長(zhǎng)度(L2 ) , 其中L2長(zhǎng)度可用 L2= L1x S1/S2算出。 　　3.2.1.2 圖解法的制作步驟 　　a.如圖5, 以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn), 以 L1、L2分別作直角三角形的二條直角邊OA、OB, 得直角三角形BOA。 　　b .以分支點(diǎn)距O點(diǎn)的距離 L3在OA線上得C點(diǎn), 經(jīng)C點(diǎn)作垂直O(jiān)A的線交AB線于D點(diǎn), 測(cè)量CD線的長(zhǎng)度即得L4, 此L4即為分支線截面為S2, 從干線C處分支, 能得到O點(diǎn)短路保護(hù)電器保護(hù)的分支線長(zhǎng)度。也可從兩個(gè)相似直角三角形BOA/DCA兩直角邊的比值中求得CD線的長(zhǎng)度 　　L4/ L2= (L1-L3) / L1; L4= (L1-L3) L2/ L1 　　c.其它截面為Sn同主干線同型號(hào)的分支線, 在距O點(diǎn)不同的距離下, 所確定分支線長(zhǎng)度Ln的方法按上述a和b的步驟可依次確定。 　　3.2.1.3 分支線安全長(zhǎng)度確定的分析驗(yàn)證 　　低壓配電線路的三相、二相短路電流和單相接地短路電流的計(jì)算公式分別為I”K3=230/Zk; I”K 2=(230/Zk) ×0.866; I” K1= 230/Zphp從上述三式中我們可知, 當(dāng)我們確定主干線的短路電流整定值能保護(hù)整個(gè)主干線末端的短路電流之后, 只要分支線末端的短路電流不小于主干線末端的短路電流, 則分支線末端的短路均能在主干線短路保護(hù)器的保護(hù)范圍之內(nèi)。假定截面為S1、長(zhǎng)度L1的導(dǎo)線末端三相、二相和單相接地的短路電流分別為I (1)”K3= 230/Zk1; I”(1) K2=(230/Zk1)×0.866;I”(1) K1= 230/Zphp1時(shí), 從C點(diǎn)分支后截面為S2、長(zhǎng)度為 L4的導(dǎo)線末端三相、二相和單相接地的短路電流分別為I(2)”K3= 230/Zk2; I”(2)K 2=(230/Zk2×0.866; I”(2 ) K 1= 230/Zphp2。只有在 I (1)”K 3= 230/ Zk1≤I (2 )”K3= 230/Zk2; I”(1) K1=220/Zphp1≤I”(2) K1= 220/Zphp2時(shí)也即在Zk1≥Zk2Zphp1≥Zphp2 的情況下短路保護(hù)器就能保護(hù)分支線路末端的短路。 　　3.2.2 在上述的短路電流計(jì)算式中, Zk1、Zk2、Zphp1、Zphp2分別為到截面S1、S2末端的阻抗和相保阻抗 　　 　　 , 其 中 Rphp=Rph+Rp , 　　Rs、Rt、Rm、Xs、Xt、Xm分別為系統(tǒng)S、變壓器T、母排M的電阻和電抗, 在一個(gè)回路中均為常數(shù), R11、R12、X11、X12分別是截面為S1、S2導(dǎo)體的電阻和電抗。如要滿足Zk1≥Zk2、Zphp1≥Zphp2即可看成要滿足RL1≥RL2、XL1≥XL2的要求, 而導(dǎo)線電阻和電抗的計(jì)算公式分別為R=KjfKljPθCjL/S、XL=(0.1445lgDj/Dz ) XL。從上述的計(jì)算公式可知: 當(dāng)在同一電源時(shí), 頻率相同, 干線與分支線處在同一環(huán)境, 導(dǎo)線同材質(zhì)、同型號(hào)、同敷設(shè)方式的情況下, 除鄰近效應(yīng)系數(shù) Kl j有較少的變化可以忽略不計(jì)外,其它均無變化或變化很少均可忽略不計(jì)影響, 故而導(dǎo)線的電阻在此等條件下可近似地看為 RL=KL/S, 導(dǎo)線的電抗只與幾何均距和線芯的等效半徑和長(zhǎng)度有關(guān), 不同截面的導(dǎo)線單位長(zhǎng)度上的電抗差別極少, 可以忽略其變化, 現(xiàn)列一電纜的單位長(zhǎng)度上的電阻和電抗值作一比較。 　　綜上所述, 用簡(jiǎn)易圖解確定干線首端保護(hù)器分支線長(zhǎng)度既方便又實(shí)用, 避免了眾多電氣設(shè)計(jì)人員僅憑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來確定其長(zhǎng)度的不準(zhǔn)確性, 也可避免眾多分支線逐個(gè)計(jì)算帶來的巨大工作量, 為整個(gè)工程供配電系統(tǒng)線路的安全設(shè)計(jì)提供科學(xué)保障。 　　 　　4.結(jié) 語 　　 　　高層建筑供配電系統(tǒng)的安全性是電氣設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。除了保證電氣負(fù)荷和供配電線路外, 設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)注意采取措施,做好系統(tǒng)的防雷及防雷擊電磁脈沖, 盡量減少高次諧波分量:；電氣設(shè)備應(yīng)盡量采用技術(shù)性先進(jìn), 可靠性高的產(chǎn)品, 以確保供電品質(zhì)和供電安全。