（貴州民族大學(xué) 人文科技學(xué)院,貴州 貴陽(yáng)550000）

0 引言

在對(duì)建筑電氣配電線路的配電方式及其防火進(jìn)行研究的過(guò)程中，選擇某地的一高層建筑作為研究對(duì)象。該建筑總面積為60 000m2，其中地上15層，地下2層。地下建筑用于地下商場(chǎng)、設(shè)備、機(jī)房和地下車(chē)庫(kù)。地上第一到第三層用于商業(yè)，其余樓層用作酒店客房或居民住宅。在建筑物的地下第一層建設(shè)變電所，電纜埋在地下，提供兩路10kV電源。

1 建筑電氣配電線路配電方式設(shè)計(jì)

1.1 計(jì)算負(fù)荷和負(fù)荷分級(jí)

正確計(jì)算建筑物的電器負(fù)荷，并進(jìn)行分級(jí)，才能更好地設(shè)計(jì)建筑電氣配電方式。在計(jì)算建筑電器負(fù)荷時(shí)，結(jié)合建筑實(shí)際用電需求，并選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算方法，才能使計(jì)算的斷路器整定電流值與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)相符合。如果計(jì)算結(jié)果偏小，選擇和配置的電源線截面偏小，在電器使用過(guò)程中，容易導(dǎo)致線路過(guò)熱、線路短路，甚至發(fā)生火災(zāi)；計(jì)算結(jié)果偏大，必然導(dǎo)致不必要的浪費(fèi)。一般將電氣負(fù)荷劃分為三級(jí)。在一級(jí)負(fù)荷的情況下，應(yīng)配置兩個(gè)電源供電，其中把容量較小的電源作為應(yīng)急電源，并禁止其他負(fù)荷接入應(yīng)急電源系統(tǒng)。在一級(jí)負(fù)荷的情況下，如果供電中斷，容易損壞設(shè)備，甚至發(fā)生爆炸、火災(zāi)等重大事故。應(yīng)急電源與工作電源之間必須相互獨(dú)立，否則工作電源也會(huì)影響應(yīng)急電源正常供電。在二級(jí)負(fù)荷的情況下，選擇兩回路方式供電，至少配置2臺(tái)變壓器；從配電所引出兩根電纜組成電纜段，每根電纜都可以作為備用電纜，且能有效承載建筑物中電器的實(shí)際負(fù)荷。在三級(jí)負(fù)荷的情況下，無(wú)特殊供電要求。如果建筑電氣負(fù)荷較小，可選用6kV以上的專(zhuān)用架空線供電。

1.2 合理選擇N線及PE線

在建筑物建設(shè)過(guò)程中供電配電系統(tǒng)并不是根據(jù)建筑物電氣配置的電纜N線和PE線，并且沒(méi)有充分考慮諧波電流的影響。因此在建筑物中，繼續(xù)使用原來(lái)的供電系統(tǒng)，容易導(dǎo)致建筑物內(nèi)的計(jì)算機(jī)、氣體放電燈等設(shè)備產(chǎn)生諧波電流，引發(fā)配電線路過(guò)熱的現(xiàn)象，甚至線路短路和電氣火災(zāi)[1]。在對(duì)修建好的建筑物配置電氣線路時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵守國(guó)家制定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，增大中性線的截面，使中性線的截面達(dá)到相線截面的2倍；根據(jù)建筑物的電氣負(fù)荷，重新選用適當(dāng)?shù)腘線PE線，消除建筑物的電氣安全隱患。

1.3 優(yōu)化配置配變電設(shè)備

優(yōu)化配置配電變壓器、配變電空間和高壓配電裝置。

優(yōu)化配置配電變壓器。該建筑物在夏季要供冷氣，在冬季要供暖氣。為了滿足建筑物的供電需求，安裝兩臺(tái)干式氣體絕緣配電變壓器，容量控制在630kV·A以內(nèi)，具有穩(wěn)定的非可燃性液體絕緣性能。

優(yōu)化配變電配置。由于該建筑物屬于大型高層建筑，為了保障建筑電氣的配電安全，在建筑物內(nèi)部必須有專(zhuān)門(mén)的配變電場(chǎng)所，且要配置專(zhuān)門(mén)的三相變壓器，每臺(tái)三相變壓器的油量至少為100kg；配置高壓開(kāi)關(guān)柜，其頂面裸露導(dǎo)體之間的距離不小于2m，并為高壓開(kāi)關(guān)柜安裝適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)外殼[2]。為了節(jié)約空間和方便人員維修，不專(zhuān)設(shè)高壓配電室和低壓配電室，在距地面約為2.3m處的干式變壓器高壓端子的外面安裝IP2X等級(jí)的金屬防護(hù)外殼。

高壓配電裝置。在配置高壓配電設(shè)備時(shí)，應(yīng)考慮該建筑物電氣系統(tǒng)所有電器的額定電壓。高壓配電設(shè)備中的額定電壓高低不同，應(yīng)確保高壓配電的安全凈距。選用的導(dǎo)體的電壓值應(yīng)超過(guò)所在回路運(yùn)行電壓的最高值。此外，還應(yīng)該對(duì)三相短路對(duì)導(dǎo)體及電器的熱穩(wěn)定、動(dòng)穩(wěn)定等進(jìn)行準(zhǔn)確驗(yàn)算，建筑物電纜短路熱穩(wěn)定計(jì)算公式為：

在（1）式中，Smin與C分別代表電纜最小的熱穩(wěn)定截面積與電纜熱穩(wěn)定系數(shù)；ti為斷路器分?jǐn)鄷r(shí)間，通常取值為0.25s；為I3d三相短路電流值。用真空斷路器作為切合并聯(lián)補(bǔ)償電容器組斷路器，且在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，電器引線作用力的最大值始終小于電器端子允許的荷載。使用不同顏色的硬導(dǎo)體，以方便識(shí)別。預(yù)留一定的接觸面用于安裝攜帶式接地線。在所有的高壓配電裝置上統(tǒng)一安裝閉鎖、聯(lián)鎖和防護(hù)外殼，以防止電氣誤操作和發(fā)生電氣火災(zāi)事故。

1.4 低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括配電間設(shè)計(jì)、導(dǎo)體選用、線路短路保護(hù)設(shè)計(jì)等。

一是配電間設(shè)計(jì)。針對(duì)該建筑的大容量集中負(fù)荷問(wèn)題和電源類(lèi)型，設(shè)計(jì)不同的配電方式。對(duì)于工作電源，選擇分區(qū)樹(shù)干式配電方式；對(duì)于備用電源，選用應(yīng)急照明燈電源干線。所有消防設(shè)備和重要的用電負(fù)荷工作電源，采用末端自動(dòng)與備用電源切換方式。對(duì)于低壓配電裝置，成排安裝配電屏。如果配電屏的長(zhǎng)度超過(guò)6m，在配電屏后方的通道兩端設(shè)置出口，并與其他房間相通。如果兩端出口間距在15m以上，還應(yīng)適當(dāng)增加出口。應(yīng)保證低壓配電室通道上方的裸帶電體與地面之間的距離。如果配電屏前方的通道內(nèi)側(cè)為2.5m，應(yīng)安裝不低于2.2m的防護(hù)網(wǎng)；如果配電屏方的通道內(nèi)側(cè)為2.3m，應(yīng)安裝不低于1.9m的遮護(hù)網(wǎng)。如果兩段母線處于同一配電室，應(yīng)在母線的分段處安裝防火隔斷。

導(dǎo)體選擇。應(yīng)根據(jù)建筑的電氣環(huán)境、電力負(fù)荷、額定電壓等合理選擇低壓配電系統(tǒng)的導(dǎo)體型號(hào)與截面，導(dǎo)體額定載流量應(yīng)大于預(yù)期負(fù)荷電流的最大值。應(yīng)將線路電壓損失控制在允許的范圍內(nèi)。由于該建筑物屬于人口密集的公共建筑，建筑電氣配電防火等級(jí)高，應(yīng)將銅芯電線與電纜應(yīng)敷設(shè)在建筑夾層、豎井等位置，對(duì)電纜采取非延燃性絕緣措施，表面加裝防水性能和抗老化性能較好的防護(hù)層。

線路短路保護(hù)。必須對(duì)建筑電氣配電線路采取短路保護(hù)措施。根據(jù)建筑物的實(shí)際情況和相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，安裝短路保護(hù)電器，使短路電流通過(guò)導(dǎo)體或連接導(dǎo)體在連接之前，能及時(shí)切斷短路電流，防止配電線路短路。對(duì)于持續(xù)時(shí)間在5s以內(nèi)的短路，在校驗(yàn)絕緣導(dǎo)體熱穩(wěn)定時(shí)，要考慮絕緣導(dǎo)體線芯截面面積，計(jì)算公式如下：

在公式（2）中，絕緣導(dǎo)體線芯截面與短路電流有效值分別用S與I表示，t代表絕緣導(dǎo)體在達(dá)到最高允許持續(xù)工作溫度時(shí)，短路電流持續(xù)作用的時(shí)間，K為計(jì)算系數(shù)。在該建筑物中使用銅芯線導(dǎo)體，銅芯線的絕緣材料是聚錄乙烯和乙丙橡膠，計(jì)算系數(shù)的取值分別為115和142。如果銅芯線的絕緣體為普通橡膠和油浸紙時(shí)，計(jì)算系數(shù)的取值分別為131和107[3]。如果建筑物的上一級(jí)線路的保護(hù)電器能有效地保護(hù)線路，可不安裝保護(hù)裝置。

2 建筑電氣配電線路的防火策略

2.1 防火材料選擇

應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，選用具有良好防火性能的材料，如耐火線纜、耐阻燃線纜等。在該建筑物中，選用無(wú)鹵低煙阻燃線纜，即使線纜短路出現(xiàn)過(guò)熱、燃燒等現(xiàn)象，也不會(huì)釋放對(duì)人體有危害的鹵酸氣體和濃煙。對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間保持通電狀態(tài)的電氣設(shè)備，耐火電纜，由于耐火線纜的線芯只能承受不超過(guò)90℃的溫度，因此應(yīng)嚴(yán)格控制線纜周?chē)沫h(huán)境，避免線纜長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)。

2.2 層間防火

針對(duì)人口密集的高層建筑，應(yīng)采用層間防火方式。在該建筑物中使用裝配式建筑防火隔墻板，不僅具有隔熱防火功能，還具有隔音效果。在建筑物內(nèi)部的分隔區(qū)域，采用EI級(jí)防火固定隔墻和裝配式防火隔墻板，能有效地防火。在建筑物的豎井中，每間隔7m設(shè)置阻火隔層。強(qiáng)、弱電豎井口應(yīng)不低于樓層地面，防止水流入豎井。

2.3 保護(hù)設(shè)計(jì)

為了防止建筑電氣配電線路發(fā)生火災(zāi)事故，或者阻止火災(zāi)蔓延，應(yīng)安裝配電線路短路保護(hù)裝置。如果短路持續(xù)時(shí)間在5s以內(nèi)，除了選用截面面積適當(dāng)?shù)碾娎|外，還要對(duì)配電線路采取過(guò)負(fù)荷保護(hù)措施，防止過(guò)負(fù)荷電流使電器導(dǎo)體的溫度突然升高而損害導(dǎo)體的絕緣、端子等部件。還必須利用反時(shí)限特性來(lái)保護(hù)電器，使電器能夠承受短路帶來(lái)的能量。過(guò)負(fù)荷保護(hù)電器應(yīng)滿足下面兩個(gè)動(dòng)作特性：

在公式（3）（4）中，IB與 IZ分別表示被保護(hù)線路與被保護(hù)導(dǎo)體的負(fù)荷電流。I2表示能保護(hù)電器可靠動(dòng)作的電流，In代表熔斷器熔體的額定電流或低壓斷路器長(zhǎng)延時(shí)脫扣器的正定電流。在接地保護(hù)中，不僅要按照標(biāo)準(zhǔn)選用配電線路保護(hù)電器，同時(shí)還要進(jìn)行總等電位聯(lián)結(jié)。在TN接地型配電線路中，接地故障保護(hù)電器的動(dòng)作特性需要滿足下面的條件：

式（5）中Zs和U0分別表示接地故障回路阻抗和相線對(duì)地標(biāo)的電壓，Ia為規(guī)定時(shí)間內(nèi)保證保護(hù)電器自動(dòng)切斷故障線路的動(dòng)作電流。對(duì)難以進(jìn)行總等位聯(lián)結(jié)和輔助等電位聯(lián)結(jié)的地板，必須使用漏電電流動(dòng)作保護(hù)的方式保護(hù)配電線路，防止電氣火災(zāi)事故。

3 結(jié)語(yǔ)

在建筑電氣配電線路設(shè)計(jì)中，應(yīng)立足建筑環(huán)境和實(shí)際負(fù)荷，遵守國(guó)家的相關(guān)規(guī)定，合理選擇配電方式，合理選擇導(dǎo)體、電線電纜、配電裝置等。精確計(jì)算負(fù)荷，優(yōu)化配置配電資源，合理選用防火材料，做好層間防火，落實(shí)建筑電氣配電線路日常維護(hù)和管理制度，才能保證建筑防火安全。