黃 生 優(yōu)

[同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司, 上海 200092]

0 引 言

隨著我國(guó)人民生活水平的不斷提高,動(dòng)物園作為科普宣傳教育基地以及為游人提供休閑娛樂(lè)場(chǎng)所的功能越來(lái)越明顯,新建及改擴(kuò)建的動(dòng)物園不斷增加,對(duì)電氣設(shè)計(jì)提出更高的要求。本文介紹了某動(dòng)物園電氣設(shè)計(jì)中供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì),以期為類(lèi)似工程項(xiàng)目提供參考。

1 工程概況

某動(dòng)物園由食草類(lèi)動(dòng)物區(qū)、食肉類(lèi)動(dòng)物區(qū)、靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物區(qū)、鳥(niǎo)類(lèi)動(dòng)物區(qū)域、動(dòng)物醫(yī)院、動(dòng)物表演劇場(chǎng)以及餐飲、游樂(lè)設(shè)施等建筑單體構(gòu)成,占地面積約為60萬(wàn)m2,總建筑面積約為5萬(wàn)m2,均為建筑層數(shù)不超過(guò)6層的多層建筑。

2 中壓配電方案

該工程采用從市政進(jìn)入二路10 kV雙重電源,同時(shí)供電互為備用。兩路10 kV電源同時(shí)供電,平時(shí)分列運(yùn)行;當(dāng)一路10 kV電源失電時(shí),另一路10 kV電源應(yīng)不同時(shí)受到損壞,且能滿(mǎn)足工程所有消防及重要負(fù)荷的供電要求。

10 kV雙重電源進(jìn)入本地塊的市政開(kāi)關(guān)站后,經(jīng)過(guò)進(jìn)戶(hù)、計(jì)量后,配出至各個(gè)片區(qū)的變電所。變配電系統(tǒng)框架如圖1所示。

3 10/0.4 kV變配電系統(tǒng)

3.1 負(fù)荷等級(jí)、各類(lèi)負(fù)荷容量計(jì)算

目前,我國(guó)還沒(méi)有針對(duì)動(dòng)物園建筑負(fù)荷等級(jí)劃分的全國(guó)通用規(guī)范。設(shè)計(jì)者一般參照根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范執(zhí)行。對(duì)于負(fù)荷分級(jí),GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]中第3.0.1條規(guī)定:電力負(fù)荷應(yīng)根據(jù)對(duì)供電可靠性的要求及中斷供電對(duì)人身安全、經(jīng)濟(jì)損失上所造成的影響程度進(jìn)行分級(jí),并應(yīng)符合下列規(guī)定。

(1) 符合下列情況之一時(shí),應(yīng)視為一級(jí)負(fù)荷:① 中斷供電將造成人身傷害時(shí);② 中斷供電將在經(jīng)濟(jì)上造成重大損失時(shí);③ 中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。

(2) 在一級(jí)負(fù)荷中,當(dāng)中斷供電將造成人員傷亡或重大設(shè)備損失或發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負(fù)荷,以及特別重要場(chǎng)所的不允許中斷供電的負(fù)荷,應(yīng)視為一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷。

(3) 符合下列情況之一時(shí),應(yīng)視為二級(jí)負(fù)荷:① 中斷供電將在經(jīng)濟(jì)上造成較大損失;② 中斷供電將影響較重要用電單位的正常工作。

(4) 不屬于一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷者應(yīng)視為三級(jí)負(fù)荷。

JGJ 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]中第3.2.1條中對(duì)負(fù)荷分級(jí)也有敘述,基本與標(biāo)準(zhǔn)GB 50052—2009第3.0.1條的相同。

綜上,該工程的消防用電、安防系統(tǒng)用電、限制動(dòng)物活動(dòng)范圍的脈沖電子圍欄系統(tǒng)、動(dòng)物醫(yī)院手術(shù)室、動(dòng)物繁殖場(chǎng)、動(dòng)物育幼育雛室/維生系統(tǒng)、籠舍內(nèi)因動(dòng)物季節(jié)性要求設(shè)置的采暖及空調(diào)設(shè)備、猛獸區(qū)及靈長(zhǎng)動(dòng)物籠舍的電動(dòng)門(mén)電源等按一級(jí)負(fù)荷供電。其他負(fù)荷用電按二、 三級(jí)負(fù)荷供電。

動(dòng)物籠舍的主要用電為照明、風(fēng)機(jī)、空調(diào)以及安防用電(包括電動(dòng)門(mén))。由于各種動(dòng)物對(duì)采暖、光照、保濕等的要求不一樣,需要根據(jù)各設(shè)備專(zhuān)業(yè)的提資以及甲方運(yùn)營(yíng)的需求來(lái)綜合考慮,不能簡(jiǎn)單地按單位面積功率法統(tǒng)計(jì)用電容量。該動(dòng)物園內(nèi)設(shè)置一些游樂(lè)設(shè)施以及劇場(chǎng),此部分用電負(fù)荷較大,對(duì)變壓器的容量影響較大。

3.2 供電電源及備用電源

為滿(mǎn)足該動(dòng)物園的用電需求,由市政電網(wǎng)引來(lái)兩路10 kV電源線路作為主供電。部分對(duì)供電要求高的動(dòng)物籠舍或者建筑物供電,采用不間斷電源裝置(UPS)或移動(dòng)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組作為后備電源,確保在雙路電源失電后保證動(dòng)物、工作人員和游客的安全。

用電負(fù)荷較小的設(shè)備采用UPS,如安防系統(tǒng)(如電動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng))、脈沖電網(wǎng)隔離系統(tǒng)(獨(dú)立供電時(shí)間不小于8 h)、動(dòng)物醫(yī)院手術(shù)室等,UPS輸入輸出配電柜系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 UPS輸入輸出配電柜系統(tǒng)

用電負(fù)荷較大時(shí),采用應(yīng)急發(fā)電機(jī)組作為第三電源,在變電所附近設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)房,引至變電所的低壓配電柜。此類(lèi)負(fù)荷一般有因動(dòng)物季節(jié)性要求設(shè)置的空調(diào)設(shè)備、恒溫/恒濕機(jī)以及維生系統(tǒng)等。低壓配電系統(tǒng)接線形式如圖3所示。

圖3 低壓配電系統(tǒng)接線形式

在游樂(lè)片區(qū)內(nèi),個(gè)別游樂(lè)設(shè)備(如摩天輪等)需要較大用電量的應(yīng)急電源,采用移動(dòng)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的方案,即在游樂(lè)設(shè)備單體的配電間預(yù)留移動(dòng)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組電源接口,當(dāng)兩路市電均停電或故障時(shí),經(jīng)雙電源開(kāi)關(guān)切換,由自備用移動(dòng)式應(yīng)急發(fā)電機(jī)組向應(yīng)急母排上的游樂(lè)設(shè)備等重要負(fù)荷供電。

3.3 開(kāi)關(guān)站及變電所的設(shè)置

該工程在西北側(cè)設(shè)置一處10 kV市政開(kāi)關(guān)站?？紤]到該工程用地面積大,但建筑面積相對(duì)較小,且用電負(fù)荷相對(duì)分散的情況,參考片區(qū)功能的劃分,以及供電半徑不宜超過(guò)250 m的節(jié)能要求,設(shè)置5處變電所,每個(gè)變電所均設(shè)置2臺(tái)變壓器,以滿(mǎn)足一、二級(jí)負(fù)荷對(duì)供電的要求[3-4]。

4 低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 低壓配電系統(tǒng)

(1) 各單體,在1F設(shè)置低壓總配電間。

(2) 至單臺(tái)容量較大的負(fù)荷或重要負(fù)荷的低壓配電線路,采用放射式配電方式;至一般設(shè)備的配電線路,采用放射與樹(shù)干混合配電方式。由于部分籠舍面積不大(100～300 m2),用電量較小且為三級(jí)負(fù)荷,在部分籠舍相對(duì)集中處室外設(shè)置分接箱(設(shè)置在游客不能到達(dá)的區(qū)域),變電所電源引至此箱后再分配至各籠舍配電箱。

(3) 猛獸區(qū)及靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的籠舍在引入雙路低壓市電的同時(shí)增設(shè)UPS,以滿(mǎn)足電動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)等用電的需求。

(4) 對(duì)冬季保暖有要求的動(dòng)物籠舍,當(dāng)裝有空調(diào)或者恒溫/恒濕機(jī)等設(shè)備時(shí)應(yīng)設(shè)置雙電源開(kāi)關(guān)(ATS)自動(dòng)切換,以確保供電的可靠性。

(5) 為保證供電的連續(xù)性,各智能化系統(tǒng)機(jī)房設(shè)備、消防控制室(中心)等負(fù)荷根據(jù)自身需要,均自帶UPS作為備用電源。

(6) 籠舍內(nèi)可以不設(shè)置應(yīng)急照明。動(dòng)物園籠舍通道的應(yīng)急照明可以采用燈具自帶蓄電池方式。如果僅為飼養(yǎng)員工作時(shí)的通道,游人不能進(jìn)入,建議與消防局溝通是否需要設(shè)置應(yīng)急照明。

4.2 照明設(shè)計(jì)

(1) 動(dòng)物籠舍一般都會(huì)充分利用自然光。一般可不設(shè)置普通照明,如籠舍面積較大或者為清掃方便時(shí),可設(shè)置普通照明,但控制開(kāi)關(guān)應(yīng)布置在飼養(yǎng)員通道或者籠舍辦公室,且燈具應(yīng)有防止動(dòng)物破壞的措施,如增加金屬保護(hù)罩和提高防護(hù)等級(jí)(不低于IP35),安裝高度超出動(dòng)物能接觸的范圍等。

(2) 設(shè)置在室內(nèi)的爬行動(dòng)物籠舍應(yīng)設(shè)置普通照明燈具,建議采用針對(duì)不同動(dòng)物的全光譜照明燈具,以滿(mǎn)足動(dòng)物對(duì)紫外線的需求。

(3) 動(dòng)物籠舍若必須設(shè)置普通插座時(shí),可考慮設(shè)置于飼養(yǎng)員通道內(nèi)。若需要設(shè)置在籠舍內(nèi),電源線應(yīng)盡量暗埋。

(4) 動(dòng)物園的道路照明系統(tǒng)不應(yīng)將動(dòng)物生活和休息的環(huán)境照得很亮。大多數(shù)動(dòng)物園晚上不運(yùn)營(yíng),可考慮降低道路的照度或者分組分批控制道路照明燈具。

4.3 電纜選擇和敷設(shè)

(1) 電纜選擇。對(duì)于低壓電纜,并未有規(guī)范對(duì)動(dòng)物園建筑作明確規(guī)定?？紤]到電纜燃燒產(chǎn)生的煙霧毒性以及部分動(dòng)物的敏感性,該工程普通電纜選擇無(wú)鹵低煙阻燃B級(jí)電纜,消防電纜選用無(wú)鹵低煙阻燃耐火B(yǎng)級(jí)電纜,得到業(yè)主的認(rèn)可。

(2) 敷設(shè)。① 室外敷設(shè):地塊內(nèi)的室外高壓電力電纜采用管井敷設(shè),主要敷設(shè)在環(huán)形主干道外側(cè)的綠化下,兩電纜井間除所需管孔外另增加40%備用管孔。室外低壓電力電纜采用穿管敷設(shè),過(guò)車(chē)行道路處穿鋼管保護(hù)。電力線路與其他專(zhuān)業(yè)管道、道路交叉處設(shè)鋼管保護(hù),并滿(mǎn)足規(guī)范要求的最小間距。② 室內(nèi)敷設(shè):垂直線路沿梯形電纜槽盒敷于電氣豎井內(nèi),水平干線電纜采用槽式電纜槽盒敷設(shè)。所有金屬橋架均熱鍍鋅處理。

5 防雷、接地和安全防護(hù)

(1) 動(dòng)物園內(nèi)建筑物、動(dòng)物籠舍由于面積較小,經(jīng)過(guò)計(jì)算,通常可以按三類(lèi)防雷對(duì)象進(jìn)行保護(hù),并考慮防雷電磁脈沖影響的措施。

(2) 動(dòng)物園內(nèi)低壓配電系統(tǒng)的接地形式一般采用TN-C-S、TN-S系統(tǒng)。

(3) 參考文獻(xiàn)[5]第15章第3節(jié)“特殊場(chǎng)所內(nèi)的電氣安全”,動(dòng)物籠舍的電氣安全應(yīng)符合下列規(guī)定:

① 動(dòng)物籠舍和位于室外的場(chǎng)所的約定接觸電壓限值為25 V。為防止電擊,正常環(huán)境中當(dāng)接觸電壓超過(guò)25 V時(shí),應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)切斷故障電路。

② 插座供電回路應(yīng)裝設(shè)額定動(dòng)作電流IΔn不大于30 mA的剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD)作接地故障保護(hù)。如能避免誤動(dòng)作,應(yīng)盡量采用比30 mA更小IΔn值的RCD。

③ 動(dòng)物籠舍應(yīng)做局部等電位聯(lián)結(jié),即凡能被動(dòng)物觸及的外露導(dǎo)電部分和裝置外導(dǎo)電部分均應(yīng)與PE線相連通。需要時(shí),可在地面內(nèi)鋪設(shè)金屬均壓網(wǎng)格,并將其與PE線相連。

④ 當(dāng)安裝電熱設(shè)備時(shí)位置應(yīng)固定,并距動(dòng)物和易燃物品適當(dāng)距離,以防燒傷動(dòng)物和引起火災(zāi)。

⑤ 動(dòng)物籠舍內(nèi)電氣設(shè)備的防護(hù)等級(jí)不應(yīng)低于IP35。

(4) 草庫(kù)等堆儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)的電氣安全應(yīng)符合下列規(guī)定:干草、麥秸等的堆儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù),電源進(jìn)線處宜設(shè)置防電弧接地火災(zāi)的RCD,其額定動(dòng)作電流IΔn不得大于500 mA,其動(dòng)作時(shí)間不宜大于1 s。

6 結(jié) 語(yǔ)

結(jié)合某動(dòng)物園建筑的特殊情況,進(jìn)行了針對(duì)性的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì),以確保供配電系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行,可為其他類(lèi)似項(xiàng)目提供參考。

[1]供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范:GB50052—2009[S].

[2]20kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范:GB50053—2013[S].

[3]民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范:JGJ16—2008[S].

[4]低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范:GB50054—2011[S].

[5]中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].3版.北京:中國(guó)電力出版社,2005.