楊 春 霞

(太原市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030012)

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高層建筑電氣設(shè)計(jì)中常見問題探討

楊 春 霞

(太原市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030012)

結(jié)合某高層建筑工程實(shí)例，介紹了建筑設(shè)計(jì)中電梯電纜的選型方法，探討了民用供電系統(tǒng)中四極開關(guān)的使用范圍，并闡述了應(yīng)急照明的設(shè)計(jì)要求，為類似工程的設(shè)計(jì)提供了思路。

電梯，電纜，四極開關(guān)，應(yīng)急照明

隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，城中村的改造深化，越來越多的高樓拔地而起，不但美化了城市，方便了生活，而且對實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、現(xiàn)代化、縮小城鄉(xiāng)差別、推動社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，而且高層建筑的興起也帶動了各行各業(yè)。下面就高層建筑設(shè)計(jì)中常見的幾個(gè)問題進(jìn)行探討。

以一實(shí)際工程為例，某市一城中村改造項(xiàng)目，住宅地上34層，地下1層為停車庫。地上1層為商業(yè)服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)，2層～34層為住宅，屋頂有電梯機(jī)房。屋面結(jié)構(gòu)標(biāo)高為101.2 m，地下車庫高度為5.15 m，設(shè)有變配電室。

1 電梯電纜的選型

每單元屋頂機(jī)房里設(shè)有消防電梯和普通客梯。根據(jù)國家規(guī)范，分開供電。由建筑專業(yè)提供電梯型號，一般一部電梯按20 kW考慮(已含電梯機(jī)房插座，電梯井道照明，插座，轎廂照明插座等)。通常按經(jīng)驗(yàn)選WDZB-YJY-4×25+1×16的電纜，以此為例計(jì)算一下末端短路電流和電壓損失。

本樓座變壓器型號選為SCB9-1 250 kVA,母線選用變壓器出線母排選用LMY-3[2(100×10)]+100×10，長度為5 m，母排上饋線選用3(WDZB-YJY-4×185+1×95)長度為并聯(lián)至本樓座低壓配電室，長度為72 m，低壓配電室配電柜母排LMY-4[100×10]，2 m，配電柜到末端電梯控制箱的距離為112 m，由當(dāng)?shù)毓╇娋痔峁┑臄?shù)據(jù)，系統(tǒng)短路容量為200 MVA，如圖1所示。

計(jì)算整個(gè)線路的短路電流如下：

1)三相短路電流：根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊》第3版，P154表4-21，查得高壓側(cè)系統(tǒng)短路容量換算到400 V時(shí)的阻抗值(單位均為mΩ)，高壓側(cè)的系統(tǒng)電抗Xs=0.80，系統(tǒng)電阻Rs=0.08；查P155表2-23，變壓器電阻Rt=0.93，變壓器電抗Xt=7.62；變壓器母排，查表4-24得知，LMY-3[2(100×10)]+100×10，母排1電阻Rx1=0.016×5=0.08 mΩ，母排1電抗Xm1=0.181×5=0.905 mΩ；饋線1，3(WDZB-YJY-4×185+1×95)，查表4-25，Rkx1=0.095×72/3=2.28 mΩ,Xkx1=0.076×72/3=1.824 mΩ；低壓配電室的母排LMY-4[100×10]的阻抗，查表4-24，母排2電阻Rm2=0.033×2=0.066 mΩ，電抗Xm2=0.181×2=0.362 mΩ，末端饋線，WDZB-4×25+1×16，查表4-25，電纜電阻Rmd=0.702×112=78.6 mΩ，Xmd=0.08×112=8.96 mΩ。系統(tǒng)總電阻R=82.0 mΩ，系統(tǒng)總電抗X=20.5 mΩ。根據(jù)162頁，式(4-54)計(jì)算出三相短路電流為2.72 kA，由P179小于電動機(jī)額定電流的0.01倍，所以需要計(jì)算電動機(jī)對短路電流的影響。由P151公式(4-26)，(4-28)，(4-29)，(4-30)得，考慮異步電動機(jī)(該工程電梯選用異步電機(jī))對短路點(diǎn)的影響，異步電動機(jī)啟動電流倍數(shù)取5，I″p=5×0.055=0.275 kA。計(jì)算的三相短路電流交流分量初始值為：I″=2.72+0.275=3.0 kA。本工程電梯電動機(jī)回路末端選用NM7-125S/63塑料外殼式斷路器，短路電流最小持續(xù)時(shí)間為0.15 s。由P211，式(5-25)，(5-26)算得電纜熱穩(wěn)定允許的最小界面。

熱穩(wěn)定系數(shù)C查P212表5-9為137,計(jì)算出Smin≈10 mm2，滿足熱穩(wěn)定要求，且33.0 kA<35 kA斷路器的分?jǐn)嚯娏鳌?/p>

2)接地故障電流：根據(jù)工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊第3版，P154表4-21，查得高壓側(cè)系統(tǒng)短路容量換算到400 V時(shí)的阻抗值(單位均為mΩ)，高壓側(cè)的系統(tǒng)相保電阻Rphp.s=0.05，系統(tǒng)相保電抗Xphp.s=0.53；查P155表2-23，變壓器相保電阻Rph.p=0.93，變壓器相保電抗Xph.p=7.62；變壓器母排，查表4-24得知，LMY-3[2(100×10)]+100×10，母排1相保電阻Rphp1=0.048×5=0.24 mΩ，母排1相保電抗Xphp1=0.366×5=1.83 mΩ;饋線1，3(WDZB-YJY-4×185+1×95)，查表4-25，Rphpk1=0.285×72/3=6.84 mΩ,Xphpk1=0.152×72/3=3.648 mΩ；低壓配電室的母排LMY-4[100×10]的阻抗，查表4-24，母排2相保電阻Rphpm2=0.066×2=0.132 mΩ，相保電抗Xphpm2=0.366×2=0.732 mΩ，末端饋線，WDZB-4×25+1×16，查表4-25，電纜相保電阻Rphpk2=2.106×112=235.87 mΩ，Xphpk2=0.164×112=18.37 mΩ。系統(tǒng)總相保電阻Rphp=244.1 mΩ，系統(tǒng)總相保電抗Xphp=32.73 mΩ。根據(jù)162頁，式(4-54)計(jì)算出低壓單相接地故障電流Id=893.3 A。根據(jù)低壓配電線路的保護(hù)和斷路器的選擇，瞬時(shí)過電流脫扣器整定電流Iset3≥1.2I′stM(電動機(jī)全啟動電流，取啟動電流的2倍)=1.2×5×55×2=660 A。按短路電流校驗(yàn)低壓斷路器動作的靈敏性，893.3=Idmin≥1.3Iset3=1.3×660=858 A,滿足靈敏性。

3)計(jì)算電壓損失：從始端母線到末端電纜的電壓損失，由《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊》第3版，P551表9-78和P555續(xù)表9-83算得總的電壓損失ΔU%=3.1%<7%，滿足規(guī)范要求。

綜上所述，選用WDZB-YJY-4×25+1×16是滿足大部分一類高層普通功率為20 kW左右電梯的供電，應(yīng)滿足三相短路和單相接地故障的要求。

2 四極開關(guān)的選用

為了便于供電局的統(tǒng)一管理，一類高層電源進(jìn)線一般有居民用電進(jìn)線，公共用電進(jìn)線兩類。根據(jù)GB 50016—2014中10.2.7條款，一類高層民用建筑非消防用電負(fù)荷宜設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，采用剩余電流動作保護(hù)器保護(hù)出線回路。根據(jù)GB 50054—2011低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范3.1.11條款，除在TN-S系統(tǒng)中，當(dāng)中性導(dǎo)體為可靠接地電位時(shí)可不斷開外，應(yīng)能斷開所保護(hù)回路中所有帶電導(dǎo)體。3.1.12條，采用剩余電流動作保護(hù)電器作為間接接觸防護(hù)電器的回路時(shí)，必須裝設(shè)保護(hù)導(dǎo)體。所以居民用電配電柜的出線回路選用四極開關(guān)，同時(shí)斷開中性導(dǎo)體。

一般民用供電系統(tǒng)，由于廣泛存在三相不平衡，零線有一部分電流存在，投切時(shí)會引起相電壓波動，影響用電穩(wěn)定，所以需采用四極開關(guān)。根據(jù)JGJ 16—2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范7.5.3條三相四線制四極開關(guān)的選用：

1)保證電源轉(zhuǎn)換的功能性開關(guān)應(yīng)作用于所有帶電導(dǎo)體，均不得使這些電源并聯(lián)；

2)TN-C-S，TN-S系統(tǒng)中的電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，應(yīng)采用切斷相導(dǎo)體和中性導(dǎo)體的四極開關(guān)；

3)正常供電電源和備用發(fā)電機(jī)之間，其電源轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)采用四極開關(guān)。

本工程為一類高層，消防負(fù)荷、普通客梯、應(yīng)急照明、走道照明、值班照明、安防系統(tǒng)、排污泵、生活水泵為一級負(fù)荷，采用雙電源供電，當(dāng)一路電源發(fā)生故障時(shí)，另一電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞，且備用電源為供電網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立于正常電源的專用的饋電線路，且兩者之間要求采取防止并列運(yùn)行措施，消防負(fù)荷要求末端切換，普通一類負(fù)荷選用CB級，消防負(fù)荷選用PC級，所選用的電源轉(zhuǎn)換開關(guān)均為四極開關(guān)。

在民用建筑中，有些特殊功能的房間需要采用局部TT系統(tǒng)接地方式，即使用戶側(cè)做了總等電位聯(lián)結(jié)，但因?yàn)榇藭r(shí)的總等電位聯(lián)結(jié)不包括中性線，線路故障(譬如：某相線接地)在電源側(cè)接地極上產(chǎn)生的電位會傳導(dǎo)至用戶側(cè)，從而導(dǎo)致在使用三級開關(guān)時(shí)電氣維修的電擊事故。此時(shí)，需要四極開關(guān)將中性線和相線全部隔離。

除此之外，當(dāng)IT系統(tǒng)引出中性線時(shí)，為維修安全起見：IT系統(tǒng)一般不引出中性線，原本不存在采用四極開關(guān)的問題。如果引出中性線，當(dāng)發(fā)生一相接地故障時(shí)，中性線對地電壓將為相電壓220 V，電擊危險(xiǎn)很大，需為電氣維修安全安裝四極開關(guān)。

3 應(yīng)急照明

很多電氣設(shè)計(jì)人員認(rèn)為，應(yīng)急照明就是指疏散指示照明，其實(shí)不然。根據(jù)GB 50034—2013建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)2.0.19名詞解釋，應(yīng)急照明：因正常照明的電源失效而啟用的照明。應(yīng)急照明包括疏散照明、安全照明、備用照明，可見應(yīng)急照明包括的范圍比較廣。

1)疏散照明是用于確保疏散通道被有效地辨認(rèn)和使用的應(yīng)急照明，在高層建筑中，以一類高層住宅為例，防煙樓梯間及其前室、消防電梯間的前室或合用前室、避難走道，避難層(間)、要進(jìn)人的地下室等均需設(shè)置疏散照明。

2)安全照明是用于確保處于潛在危險(xiǎn)之中的人員安全的應(yīng)急照明，一般在民用建筑中設(shè)計(jì)的比較少，在工業(yè)設(shè)計(jì)或有工藝流程要求的機(jī)械，化工廠的設(shè)計(jì)中比較常見。

3)備用照明是確保正?；顒永^續(xù)或暫時(shí)繼續(xù)進(jìn)行的應(yīng)急照明，如停電可能會發(fā)生爆炸、火災(zāi)和人身傷亡等事故的場所，或者停電會造成很大影響和經(jīng)濟(jì)損失而設(shè)的照明。在高層民用建筑中，最常見的有為了保證火災(zāi)時(shí)消防設(shè)備的正常運(yùn)行和操作而設(shè)的照明。如消防控制室的照明，消防電梯機(jī)房的照明，消防風(fēng)機(jī)的照明，消防水泵房的照明，消防水箱間的照明，配電室和弱電室的照明都屬于為保證火災(zāi)時(shí)設(shè)備的正常運(yùn)行而設(shè)的備用照明。高層建筑底層所帶的超市、商場或如銀證機(jī)構(gòu)的一些特殊場所，因照明停電會造成一定的經(jīng)濟(jì)損失而設(shè)的備用照明，也屬于應(yīng)急照明。

對于以上三種照明，雖然都屬于應(yīng)急照明，但是具體所屬的功能不一樣，從設(shè)計(jì)角度，消防相關(guān)的疏散照明和備用照明要求級別最高，對于一類高層采用雙電源再加蓄電池供電，且疏散照明要求連續(xù)供電時(shí)間不少于30 min；相關(guān)備用照明要求連續(xù)供電時(shí)間不少于180 min，為了保證供電的穩(wěn)定性，要求兩者從不同的回路引來，最好不要共用回路。而非消防相關(guān)的備用照明要求級別要低，根據(jù)業(yè)主的需要，確定是否要加正常電源和備用電源之間切換的中間過渡照明，可以考慮雙回路供電。

4 設(shè)計(jì)與規(guī)范之間存在的矛盾

根據(jù)GB 50052—2009供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范3.0.3-1：一級負(fù)荷應(yīng)由雙重電源供電，當(dāng)一電源發(fā)生故障時(shí)，另一電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞，除應(yīng)由雙重電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，并不得將其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。強(qiáng)條3.0.9：備用電源的負(fù)荷嚴(yán)禁接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。

一類高層建筑中，消防負(fù)荷、普通客梯、安防系統(tǒng)、排污泵、生活水泵均為一級負(fù)荷。通常做法有以下幾種：1)分別來自不同區(qū)域變電站的兩路10 kV電源，由不同變壓器的低壓側(cè)出線，互為熱備用；2)設(shè)自備電源柴油發(fā)電機(jī)組：a.配出一路，在低壓配電柜處設(shè)置一個(gè)雙電源切換裝置，雙切后面的配出回路作為所有一級以上(包括末端切換的消防負(fù)荷)的備用電源。b.配出幾路，某些路給消防負(fù)荷用，某些路給非消防的重要負(fù)荷用(例如上述生活水泵)，柴發(fā)配出的線路在變電所的低壓柜處分別設(shè)置多個(gè)雙電源切換裝置給消防與非消防一級負(fù)荷，雙切后面的配出回路作為負(fù)荷(還需末端切換)的備用電源。以上幾種常規(guī)做法均與規(guī)范有沖突。規(guī)范也沒有具體指出應(yīng)急供電系統(tǒng)的分界線在何處，電壓等級是多少。如果按規(guī)范強(qiáng)條3.0.9條，應(yīng)急電源只能給應(yīng)急負(fù)荷供電不能給備用負(fù)荷供電，必須要引入三路市電和兩臺柴發(fā)，這顯然是不符合實(shí)際的。如果按照3.0.3-1理解，只有在為一級負(fù)荷中有特別重要的負(fù)荷供電才設(shè)應(yīng)急電源，那顯然不滿足普通一級負(fù)荷的供電級別。如果從低壓配電柜的出線母排處為界點(diǎn)，那又體現(xiàn)不出應(yīng)急負(fù)荷和普通一級負(fù)荷的區(qū)別。

以上是筆者對自己從事設(shè)計(jì)幾年的心得和體會，資歷尚淺，難免有不足和欠妥之處，望各位前輩和同仁指正。

[1] GB 50052—2009,供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50054—2011,低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB 50034—2013,建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] JGJ 16—2008,民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] GB 50054—2014,建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[6] 任元會，卞鎧生，姚家祎.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊[M].北京:中國電力出版社,2005.

On common problems of electrical design in high-rise building

Yang Chunxia

(Taiyuan Urban Planning and Design Institute, Taiyuan 030012, China)

Combining with some high-rise building example, the paper introduces the type selection method for the elevator cable in the architectural design, explores the application scopes four-pole switch in the civil power-supply system, and illustrates the design requirements for the emergency light, so as to provide some ideas for the design of similar projects.

elevator, cable, four-pole switch, emergency light

1009-6825(2016)34-0125-03

2016-09-24

楊春霞(1984- )，女，工程師

TU972

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