高層建筑供配電系統(tǒng)安全性分析

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        摘 要：文章主要對高層電氣設計供配電系統(tǒng)安全性進行了分析，對簡易圖解確定干線首端保護器分支線長度進行了分析和驗證，提出了一些問題供大家參考。

　　關鍵詞：低壓供配電系統(tǒng) 一級負荷 安全性 分支線 　　 　　1.引 言 　　 　　電力負荷根據(jù)對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負荷、二級負荷、三級負荷。一類高層建筑的消防控制室、消防水泵、消防電梯、防排煙風機、防火卷簾、火災自動報警、自動滅火系統(tǒng)、應急照明等為一級負荷, 還有柴油發(fā)電機房送風機、專用變電所所用的送、排風機及專供消防水泵房所用的污水泵等設備應與消防設備等級一致。 　　 　　2.供配電方案安全性分析 　　 　　供電電源在滿足電力負荷的要求下，變電所的安全以及供配電系統(tǒng)可靠性至關重要。 　　高層民用建筑存在大量的一級或二級負荷, 變壓器臺數(shù)往往為兩臺及以上, 同時還設有一臺柴油發(fā)電機組。柴油發(fā)電機組的起動要求為: 一類高層建筑保護對象分級為一級建筑物的發(fā)電機組，應設有自動啟動裝置，當市電中斷時，機組應立即啟動，并應在30s內(nèi)供電,。同時為了不降低消防用電的可靠性, 一旦發(fā)生火災,要求能自動切除非消防用電負荷。 　　 　　3.供電線路的安全性分析 　　 　　3.1 供電線路安全的具體設計措施 　　供電電源在滿足電力負荷的要求下, 供電線路的安全可靠也是非常重要的。供電線路敷設方式應根據(jù)建筑物的性質(zhì)、要求、用電設備的分布及環(huán)境特征等因數(shù)確定。應避免因外部熱源、灰塵聚集及腐蝕或污染物存在對布線系統(tǒng)帶來的影響。防止在敷設及使用過程中因受沖擊、振動和建筑物的伸縮、沉降等各種外界應力作用而帶來的損害。而高層民用建筑消防用電設備應采用專用的供電回路, 消防控制室、消防水泵、消防電梯、防排煙風機等的供電, 應在最末一級配電箱處設置自動切換裝置, 其配電線路敷設應符合有關規(guī)范的要求。 　　3.2 干線首端保護器分支線安全長度分析 　　根據(jù)供配電系統(tǒng)設計規(guī)范要求規(guī)定，在不影響一、二級負荷供電的情況下, 配電線路被前段線路短路保護裝置有效保護,且此段線路和過負載保護裝置能順利通過的短路電流, 可不裝設短路保護。本著安全、節(jié)約的原則, 在建筑電氣低壓供配電設計中,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 用簡易圖解分析干線首端保護器分支線安全長度。 　　近年來, 電氣設計師總結出了一套簡易圖解來分析計算干線首端保護器分支線安全長度, 這種方法簡單實用, 筆者根據(jù)實踐經(jīng)驗并以此為依據(jù)進行分析驗證。 　　3.2.1.1 圖解法制作的準備 　?。?）首先根據(jù)該干線的總負荷, 按供電的距離和電壓損失的要求確定該干線的長度(L1)、截面 (S1)、型號(銅或鋁) , 然后選擇能保護該干線末端短路時的短路保護電器, 并確定其整定值和整定時間(選擇低速 0.2s即可) , 并能通過熱校驗和電壓損失校驗。同時假定該短路安裝點為O點。 　　（2）根據(jù)分支線路的負荷選擇同干線同型號的分支線截面(S2) , 同時確定以干線短路保護器安裝點O為起點, 截面為S2的虛擬長度(L2 ) , 其中L2長度可用 L2= L1x S1/S2算出。 　　3.2.1.2 圖解法的制作步驟 　　a.如圖5, 以O點為原點, 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 .以分支點距O點的距離 L3在OA線上得C點, 經(jīng)C點作垂直O(jiān)A的線交AB線于D點, 測量CD線的長度即得L4, 此L4即為分支線截面為S2, 從干線C處分支, 能得到O點短路保護電器保護的分支線長度。也可從兩個相似直角三角形BOA/DCA兩直角邊的比值中求得CD線的長度 　　L4/ L2= (L1-L3) / L1; L4= (L1-L3) L2/ L1 　　c.其它截面為Sn同主干線同型號的分支線, 在距O點不同的距離下, 所確定分支線長度Ln的方法按上述a和b的步驟可依次確定。 　　3.2.1.3 分支線安全長度確定的分析驗證 　　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, 當我們確定主干線的短路電流整定值能保護整個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器的保護范圍之內(nèi)。假定截面為S1、長度L1的導線末端三相、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, 從C點分支后截面為S2、長度為 L4的導線末端三相、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時也即在Zk1≥Zk2Zphp1≥Zphp2 的情況下短路保護器就能保護分支線路末端的短路。 　　3.2.2 在上述的短路電流計算式中, 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, 在一個回路中均為常數(shù), R11、R12、X11、X12分別是截面為S1、S2導體的電阻和電抗。如要滿足Zk1≥Zk2、Zphp1≥Zphp2即可看成要滿足RL1≥RL2、XL1≥XL2的要求, 而導線電阻和電抗的計算公式分別為R=KjfKljPθCjL/S、XL=(0.1445lgDj/Dz ) XL。從上述的計算公式可知: 當在同一電源時, 頻率相同, 干線與分支線處在同一環(huán)境, 導線同材質(zhì)、同型號、同敷設方式的情況下, 除鄰近效應系數(shù) Kl j有較少的變化可以忽略不計外,其它均無變化或變化很少均可忽略不計影響, 故而導線的電阻在此等條件下可近似地看為 RL=KL/S, 導線的電抗只與幾何均距和線芯的等效半徑和長度有關, 不同截面的導線單位長度上的電抗差別極少, 可以忽略其變化, 現(xiàn)列一電纜的單位長度上的電阻和電抗值作一比較。 　　綜上所述, 用簡易圖解確定干線首端保護器分支線長度既方便又實用, 避免了眾多電氣設計人員僅憑設計經(jīng)驗來確定其長度的不準確性, 也可避免眾多分支線逐個計算帶來的巨大工作量, 為整個工程供配電系統(tǒng)線路的安全設計提供科學保障。 　　 　　4.結 語 　　 　　高層建筑供配電系統(tǒng)的安全性是電氣設計的出發(fā)點和歸宿。除了保證電氣負荷和供配電線路外, 設計時還應注意采取措施,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:；電氣設備應盡量采用技術性先進, 可靠性高的產(chǎn)品, 以確保供電品質(zhì)和供電安全。