智能樓宇配電系統(tǒng)及綜合防雷的設(shè)計(jì)研究

前言隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，居民對(duì)用電量的規(guī)定越來(lái)越高。家用電器從八十年代的黑白電視機(jī)、收音機(jī)、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)，到現(xiàn)在的大屏幕彩色電視機(jī)、DVD、微波爐、消毒柜、電腦、電熱水器、空調(diào)等，有的家庭甚至擁有好幾部空調(diào)。此外，一些大功率家用電器設(shè)備也逐步進(jìn)入百姓家庭，比如電灶（即熱式電熱水器）、小型中央空調(diào)等。家用電器發(fā)展之迅猛，已大大超過(guò)人們對(duì)住戶(hù)面積的規(guī)定，將來(lái)的發(fā)展速度更是難以預(yù)料。再加上我國(guó)人民生活水平的不斷提高，通訊與信息技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)樓宇設(shè)計(jì)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)也不斷向智能化過(guò)渡。作為建筑業(yè)的一個(gè)重要組成部分的電氣設(shè)計(jì)在如何提高，滿(mǎn)足時(shí)代的規(guī)定，也有了很大的發(fā)展。在傳統(tǒng)的低壓供電系統(tǒng)中重要強(qiáng)調(diào)過(guò)載、短路保護(hù)，其目的是保護(hù)用電設(shè)備、供電線路不受損壞。近年，已提出了人身安全的觀點(diǎn)，住宅的電氣設(shè)計(jì)一方面是要考慮到人身的安全，并且可靠、舒適、美觀和利于發(fā)展。同時(shí)相稱(chēng)多的普通樓宇防雷系統(tǒng)不僅不能保護(hù)高層樓宇的電子設(shè)備和智能系統(tǒng)，反而也許引入雷電，加倍雷擊損失。這些不僅對(duì)樓宇配電系統(tǒng)的可靠安全性提出了規(guī)定，同樣也對(duì)電氣電子信息設(shè)備的綜合防雷掀起了新的挑戰(zhàn)。對(duì)的設(shè)計(jì)智能樓宇的配電系統(tǒng)和綜合防雷，是保證智能樓宇安全、可靠、舒適和有助于發(fā)展有前提。目錄摘要 ⅠAbstract Ⅱ第一章緒論 11.1引言 11.2普通樓宇配電系統(tǒng)和防雷措施中存在的重要問(wèn)題 11.2.1用電負(fù)荷計(jì)算存在的問(wèn)題 11.2.2供電系統(tǒng)的安全可靠性方面存在的問(wèn)題 11.2.3綜合防雷及電磁兼容設(shè)計(jì)的有關(guān)問(wèn)題 21.3智能樓宇配電系統(tǒng)智能化的相關(guān)問(wèn)題 31.4本文所要研究的重要內(nèi)容 3第二章智能樓宇配電系統(tǒng)的有關(guān)問(wèn)題的研究 42.1負(fù)荷計(jì)算的有關(guān)問(wèn)題 42.1.1負(fù)荷計(jì)算及負(fù)荷計(jì)算的目的 42.1.2負(fù)荷計(jì)算的方法 52.2電力負(fù)荷的相關(guān)計(jì)算 52.2.1智能化住宅社區(qū)住戶(hù)電力負(fù)荷的擬定 52.2.2公共電力負(fù)荷的計(jì)算 72.2.3單元計(jì)算負(fù)荷的擬定 82.2.4住宅社區(qū)總計(jì)算負(fù)荷的擬定 102.3供配電系統(tǒng)容量的選擇 102.3.1電力變壓器的選擇 112.3.2電容無(wú)功補(bǔ)償容量的選擇和配置 122.3.3智能樓宇內(nèi)柴油發(fā)電機(jī)組的選擇與設(shè)立 142.3.4高原地區(qū)環(huán)境對(duì)常用電器設(shè)備容量的影響 152.4提高樓宇配電系統(tǒng)可靠性的措施 152.4.1若干配電設(shè)備的設(shè)計(jì)容量需要注意的問(wèn)題 152.4.2提高柴油發(fā)電機(jī)組的供電系統(tǒng)可靠性的措施 162.4.3提高低壓斷路器短路保護(hù)級(jí)間選擇性的措施 172.5小結(jié) 19第三章智能樓宇電氣設(shè)計(jì)中用電安全問(wèn)題的研究計(jì) 203.1低壓三相供電系統(tǒng)中漏電危險(xiǎn)性及其防范措施 203.1.1問(wèn)題的提出 203.1.2低壓配電系統(tǒng)的接地形式及出現(xiàn)漏電時(shí)的觸電危險(xiǎn)分析 203.1.3觸電事故的防范 253.2低壓配電系統(tǒng)漏電的火災(zāi)危險(xiǎn)性及其防范措施 303.2.1漏電的火災(zāi)危險(xiǎn)性 303.2.2漏電火災(zāi)的防范措施 323.3小結(jié) 33第四章智能樓宇綜合防雷設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題的研究 344.1智能樓宇加強(qiáng)雷電防護(hù)的重要性 344.1.1雷電危害 344.1.2雷擊的分類(lèi) 354.2智能樓宇的綜合防雷措施 354.2.1外部防護(hù) 364.2.2內(nèi)部防護(hù) 374.3智能樓宇綜合防雷設(shè)計(jì)方案 474.3.1防雷設(shè)計(jì)基本原則 474.3.2具體防護(hù)方案 474.4樓宇內(nèi)電子設(shè)備的電磁兼容及提高電磁兼容的措施 514.2.1電磁兼容簡(jiǎn)介 514.2.2提高電子設(shè)備電磁兼容性的措施 514.5小結(jié) 52第五章智能樓宇配電系統(tǒng)的智能化 535.1樓宇智能建筑系統(tǒng)的現(xiàn)狀 535.2智能樓宇配電系統(tǒng)的智能管理 545.3智能化管理實(shí)例 565.3.1工程系統(tǒng)概況 565.3.2報(bào)業(yè)大廈分布式系統(tǒng)的集中監(jiān)控 575.4小結(jié) 58第六章結(jié)束語(yǔ) 59參考文獻(xiàn) 60致謝 62附錄1 63附錄2 64附錄3 65智能樓宇配電系統(tǒng)及綜合防雷的設(shè)計(jì)研究摘要：隨著人們生活水平的不斷提高，通訊與信息技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)樓宇設(shè)計(jì)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)也不斷向智能化過(guò)渡。出現(xiàn)了住宅中各種通信、家電、安保設(shè)備等通過(guò)總線技術(shù)進(jìn)行監(jiān)視、控制與管理的智能樓宇建筑系統(tǒng)，這一趨勢(shì)勢(shì)必給現(xiàn)代樓宇設(shè)計(jì)帶來(lái)一系列新的問(wèn)題。對(duì)的設(shè)計(jì)智能樓宇的配電系統(tǒng)和綜合防雷，是保證智能樓宇安全、可靠、舒適和有助于發(fā)展的前提。科學(xué)合理的進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算是提高樓宇配電系統(tǒng)的可靠性、對(duì)的選擇各類(lèi)配電設(shè)備容量的前提。本文對(duì)負(fù)荷計(jì)算中相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析和探討，就重要設(shè)備的容量選擇作了具體的論述，并提出了進(jìn)一步提高配電系統(tǒng)可靠性的措施。安全第一，當(dāng)今電氣設(shè)計(jì)中，人身安全及消防安全已提高到了首位，為擺脫傳統(tǒng)低電壓供電系統(tǒng)中重要強(qiáng)調(diào)過(guò)載、短路保護(hù)以保護(hù)用電設(shè)備和供電線路不受損壞的缺陷。本文對(duì)低壓供電系統(tǒng)中出現(xiàn)漏電時(shí)的人身觸電危險(xiǎn)性及漏電引起的火災(zāi)危險(xiǎn)性因素進(jìn)行了討論并給出了相應(yīng)的防范措施。普通樓宇防雷系統(tǒng)不僅不能保護(hù)高層樓宇的電子設(shè)備和智能系統(tǒng)，反而也許引入雷電，加倍雷擊損失。因此智能樓宇對(duì)防雷系統(tǒng)規(guī)定越來(lái)越高，本文對(duì)智能樓宇中直擊雷和感應(yīng)雷進(jìn)行了探索及雷電的電磁兼容性問(wèn)題進(jìn)行了討論分析，提出了樓宇內(nèi)可靠的電子設(shè)備的綜合防雷保護(hù)措施。同時(shí)，為了達(dá)成智能控制，提高管理質(zhì)量、減少管理人員，現(xiàn)代智能建筑系統(tǒng)以大跨度框架式建筑結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，由智能建筑環(huán)境內(nèi)的系統(tǒng)集成中心運(yùn)用綜合布線系統(tǒng)形成標(biāo)準(zhǔn)化強(qiáng)電與弱電接口，連接樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS)、通信自動(dòng)化系統(tǒng)(CAS)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)(OAS)，實(shí)現(xiàn)3A功能。本文就BAS中相關(guān)配電系統(tǒng)智能化的功能及應(yīng)用作了簡(jiǎn)樸的討論和研究。關(guān)鍵詞：智能樓宇；電氣設(shè)計(jì)；綜合防雷。Intelligentbuildingelectricalpowerdistributionsystemandsynthesisanti-radardesignresearchAbstract：Withtheconstantimprovementofpeople'slivingstandard,thedevelopmentofcommunicationandinformationtechnology,betweenpeopleanddemandstandardthatbuildingdesigntointelligenttocarryoutthetransitionconstantlytoo.Appearhousevariouskindsofcommunication,electricalhomeappliances,securityprotectionequipment,etc.isitmonitor,controlintellectualbuildingsysteminmanagementtogoonthroughbustechnology,thistrendcertainlywilldesignandbringaseriesofnewproblemstothemodernbuilding.Designthedistributionsystemsoftheintellectualbuildingcorrectlyanddefendthethunder,guaranteeingintellectualbuilding'ssecurity,reliable,comfortableandprerequisitefavorabletodevelopment.Thesciencereasonablecarriesontheloadcomputationisenhancesthebuildingelectricalpowerdistributionsystemthereliability,correctlychooseseachkindofswitchingequipmentcapacitythepremise.Thisarticletoshoulderedinthecomputationtobeconnectedthequestiontocarryontheanalysisandthediscussion,theimportantequipmentcapacitychoicehasmadethedetailedelaboration,andproposedfurtherenhancedtheelectricalpowerdistributionsystemreliablemeasure.Thesafetyfirst,nowintheelectricaldesign,thepersonalsafetyandthefirepreventionweresafeenhancedtothefirstplace,forgotridofinthetraditionallowvoltagepowersupplysystemthemainemphasistooverload,short-circuitstheprotectionbytoprotectthecurrentcollectorandthesupplylinenottheshortcomingwhichdamaged.Thisarticleappearswhentheleakagetothelowpressurepowersupplysysteminthepersonreceivesanelectricshockthefirehazardousreasonwhichtheriskandtheleakagecausestocarryondiscussedandhasproducedthecorrespondingguardmeasure.Theordinarybuildinganti-radarsystemnotonlycannotprotectthehighlevelbuildingtheelectronicinstallationandtheintelligentsystem,insteadpossiblyintroducesthethunderandlightning,doublesisstruckbylightningtheloss.Thereforetheintelligentbuildingismoreandmorehightotheanti-radarsystemrequest,thisarticlestraightstruckthethunderandtheinductionthundertotheintelligentbuildinginhascarriedontheexplorationandthethunderandlightningelectromagneticcompatibilityquestionhascarriedonthediscussionanalysis,proposedinthebuildingthereliableelectronicinstallationsynthesisanti-radarprotectivemeasures.Atthesametime,inordertoachievetheintelligentcontrol,improvesthemanagementquality,thereductionadministrativepersonnel,themodernintelligenceconstructionsystemtakethegreatspanframepostureconstructionstructureasthefoundation,formsthestandardizedstrongelectricityandtheweakelectricityconnectionbytheintelligentconstructionenvironmentinsystemintegrationcenterusingthesynthesiswiringsystem,theconnectionbuildingautomatedsystem(BAS),thecorrespondenceautomatedsystem(CAS),theofficeautomationsystem(OAS),realizesthe3Afunction.ThisarticlewasconnectedtheelectricalpowerdistributionsystemintellectualizationfunctiononBASinandshouldserveasthesimplediscussionandtheresearch.Keyword:theintelligentbuilding；electricitydesign；synthesisanti-radar第一章緒論1.1引言隨著人們生活水平的不斷提高，通訊與信息技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)樓宇設(shè)計(jì)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)也不斷向智能化過(guò)渡，這勢(shì)必對(duì)樓宇供配電系統(tǒng)的安全、可靠性及防雷措施提出了更高的規(guī)定，對(duì)樓宇內(nèi)智能系統(tǒng)的環(huán)境保護(hù)提出了更高的規(guī)定。1.2普通樓宇配電系統(tǒng)和防雷措施中存在的重要問(wèn)題1.2.1用電負(fù)荷計(jì)算存在的問(wèn)題在普通樓宇中，為了節(jié)約成本、減少開(kāi)支，每戶(hù)的用電負(fù)荷都定得很低，所配置的電表，開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線截面均偏小，主線無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代電氣設(shè)備的規(guī)定，導(dǎo)致經(jīng)常性的負(fù)荷跳閘，超負(fù)荷運(yùn)營(yíng)而燒壞開(kāi)關(guān)、電表、電線的現(xiàn)象常有發(fā)生。于1999年6月1日起正式施行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50096-1999），它的一些規(guī)定已脫離了客觀發(fā)展的現(xiàn)實(shí)。當(dāng)時(shí)規(guī)定住宅使用面積最大為68，而現(xiàn)在許多住宅面積已超過(guò)了100，特別在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，新建的住宅套型面積高達(dá)100～160且已占了相稱(chēng)大的比例，有些面積甚至更大。電視機(jī)、空調(diào)往往有2～4部，早已超過(guò)了每戶(hù)4kW的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；另一方面，從家用電器的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，此后負(fù)荷的增長(zhǎng)點(diǎn)將重要在廚房和衛(wèi)生設(shè)備上，如現(xiàn)在市場(chǎng)上見(jiàn)到的即熱式電熱水器其功率達(dá)6kW～10kW，電灶的功率為3kW～12kW……。可見(jiàn)隨著目前發(fā)展的現(xiàn)狀，我們應(yīng)結(jié)合各地的實(shí)情加以調(diào)整。據(jù)有關(guān)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，2023～2023年將是住宅用電負(fù)荷的快速增長(zhǎng)期，其中2023～2023年增長(zhǎng)速度適中，大約是前2023的2倍；而2023～2023年住宅電氣負(fù)荷將進(jìn)入迅速增長(zhǎng)期。這是由于一些高品質(zhì)的家用電器將會(huì)普及并且迅速增長(zhǎng)，如智能溫控電熱膜、電熱線，廚房設(shè)備，供熱設(shè)備等。2023～2023年住宅電氣負(fù)荷將進(jìn)入緩慢增長(zhǎng)期。根據(jù)家用電器的壽命規(guī)律，現(xiàn)在已進(jìn)入家庭的傳統(tǒng)家電和采用變頻技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、模糊控制技術(shù)的新產(chǎn)品，到2023年以后將逐步進(jìn)入更新?lián)Q代時(shí)期。經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)也逐步由過(guò)去的增量型轉(zhuǎn)向增值型，由能耗型轉(zhuǎn)向技術(shù)節(jié)能型。這樣一來(lái)，采用高新技術(shù)武裝起來(lái)的家電，其產(chǎn)品從高耗能變?yōu)榈秃哪?，到那時(shí)住戶(hù)的用電負(fù)荷就不會(huì)有過(guò)快的增長(zhǎng)。當(dāng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展到一定水平，用電指標(biāo)趨于平衡飽和，甚至略呈下降趨勢(shì)。1.2.2供電系統(tǒng)的安全可靠性方面存在的問(wèn)題（1）傳統(tǒng)的低壓供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)重要強(qiáng)調(diào)過(guò)載、短路保護(hù)，用來(lái)保護(hù)用電設(shè)備、供電線路不受損壞；（2）當(dāng)接用單相不平衡負(fù)荷時(shí)，聯(lián)結(jié)組別為Y，yn0的配電變壓器規(guī)定中性線電流不超過(guò)低壓繞組額定電流的25%，因而嚴(yán)重地限制了接用單相負(fù)荷的容量，影響了變壓器設(shè)備能力的充足發(fā)揮。按《配規(guī)》規(guī)定，低壓為T(mén)N及TT系統(tǒng)時(shí)，宜選用聯(lián)結(jié)組別為D，yn11的變壓器。這種聯(lián)結(jié)組別變壓器的中性線電流允許達(dá)成相電流的75%以上，對(duì)于重要是單相負(fù)荷的住宅顯得尤為重要。況且，D，yn11聯(lián)結(jié)變壓器比Y，yn0聯(lián)結(jié)變壓器更有助于克制高次諧波和單相接地故障的切除；（3）總等電聯(lián)結(jié)作為接地故障保護(hù)的重要電氣安全措施之一，被廣泛實(shí)行，《低規(guī)》和《防雷規(guī)》都有規(guī)定。但在某些建筑物內(nèi)的變電所竟沒(méi)有總等電位聯(lián)結(jié)，這樣難以防止變電所高壓側(cè)接地故障引起建筑物內(nèi)低壓用戶(hù)的電氣事故。（4）現(xiàn)代的電氣系統(tǒng)中，漏電保護(hù)的作用非常重要，能有效的防止接地故障引起的人身電擊和電氣火災(zāi)，但當(dāng)其選用或接線不對(duì)的時(shí)，會(huì)減少供電系統(tǒng)的可靠性與安全性。（5）《低規(guī)》規(guī)定，低壓保護(hù)電器要切斷短路故障電流，應(yīng)滿(mǎn)足短路條件下的動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定規(guī)定，還必須具有足夠的通斷能力。但有些變電所內(nèi)未進(jìn)行計(jì)算就選用微型斷路器，而微型斷路器的短路分?jǐn)嗄芰π∮谒Ｗo(hù)內(nèi)的短路故障電流，發(fā)生故障時(shí)，非但不能保護(hù)故障線路，反而會(huì)因微型斷路器的分?jǐn)嗄芰^(guò)小而引起微型斷路器的爆炸，危及人身和其它電氣設(shè)備線路的安全運(yùn)營(yíng)。同時(shí)規(guī)定低壓配電系統(tǒng)上下級(jí)保護(hù)電器的動(dòng)作應(yīng)具有選擇性，非重要負(fù)荷的保護(hù)電器可采用無(wú)選擇切斷?？墒窃谠S多變電所設(shè)計(jì)中，無(wú)論負(fù)荷重要與否，上下級(jí)均為非選擇性塑殼斷路器，也就無(wú)法保證保護(hù)電器的選擇性。1.2.3綜合防雷及電磁兼容設(shè)計(jì)的有關(guān)問(wèn)題作為智能樓宇，電子設(shè)備和智能系統(tǒng)不斷增長(zhǎng)，防雷系統(tǒng)更不可少，然而普通樓宇防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮不深，即使加強(qiáng)傳統(tǒng)防雷，也只能保護(hù)建筑物自身，不能完全消除電網(wǎng)中由雷電引起的暫態(tài)過(guò)電壓，感應(yīng)雷電脈沖一般在千伏以上減少，不僅不能對(duì)智能化電子設(shè)備起保護(hù)作用，反而有也許加大其損失。對(duì)于現(xiàn)代的智能樓宇，必須采用綜合防雷方式，即在常規(guī)防雷基礎(chǔ)上，針對(duì)建筑物、特殊用房和重要設(shè)備采用各種相應(yīng)的防雷保護(hù)措施，保證建筑物和建筑物內(nèi)所有保護(hù)對(duì)象的防雷安全。電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，必然導(dǎo)致它們?cè)谄渲苓吙臻g產(chǎn)生的電磁場(chǎng)電平的不斷增長(zhǎng)，也就是說(shuō)，電子設(shè)備不可避免地在電磁環(huán)境（EME）中工作。因此，必須解決電子設(shè)備在電磁環(huán)境中的適應(yīng)能力。電磁兼容性（EMC）技術(shù)是一門(mén)關(guān)于抗電磁干擾（EMI）影響的科學(xué)。目前，就世界范圍來(lái)說(shuō)，電磁兼容技術(shù)是一門(mén)迅速發(fā)展的交叉學(xué)科。電磁兼容的中心課題是研究控制和消除電磁干擾，使電子設(shè)備或系統(tǒng)與其它設(shè)備聯(lián)系在一起工作時(shí)，不引起設(shè)備或系統(tǒng)的任何部分的工作性能惡化或減少。一個(gè)設(shè)計(jì)抱負(fù)的電子設(shè)備或系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)既不輻射任何不希望的能量，又應(yīng)當(dāng)不受任何不希望有的能量的影響。但許多樓宇的電氣設(shè)計(jì)對(duì)電磁兼容的問(wèn)題并未引起足夠的重視。1.3智能樓宇配電系統(tǒng)智能化的相關(guān)問(wèn)題在普通樓宇中，一般都是采用人工操作、人工監(jiān)控，這樣不僅不能及時(shí)的預(yù)見(jiàn)、減少電氣事故的發(fā)生，也給管理帶來(lái)了諸多不便，在當(dāng)今，通訊與信息技術(shù)不斷發(fā)展，人們對(duì)樓宇設(shè)計(jì)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)也不斷向智能化過(guò)渡。出現(xiàn)了住宅中各種通信、家電、安保設(shè)備等通過(guò)總線技術(shù)進(jìn)行監(jiān)視、控制與管理的智能樓宇建筑系統(tǒng)，這樣不僅能大大的減少樓宇監(jiān)控人員，為樓宇管理員和業(yè)主提供方便，更加能預(yù)見(jiàn)事故的發(fā)生防范于未然。1.4本文所要研究的重要內(nèi)容本文研究的重點(diǎn)是智能樓宇的配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和綜合防雷設(shè)計(jì)，同時(shí)也有智能樓宇配電系統(tǒng)智能化管理的討論研究。在配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，重要討論了電氣負(fù)荷的計(jì)算和用電設(shè)備容量的選擇，并提出進(jìn)一步提高配電系統(tǒng)可靠性的措施。針對(duì)目前對(duì)于小康社會(huì)住宅的電氣設(shè)計(jì)一方面要考慮到人身安全，并且可靠、舒適、美觀和利于發(fā)展的原則，還將探討解決低壓配電系統(tǒng)中出現(xiàn)漏電時(shí)的人身觸電危險(xiǎn)性及漏電引起火災(zāi)危險(xiǎn)性的問(wèn)題。對(duì)于系統(tǒng)的綜合防雷，從攔截、屏蔽、均壓、分流和接地五種方法上作了比較具體的分析，并對(duì)保證電子設(shè)備的電磁兼容性提出了適合的措施。樓宇智能化是人們對(duì)生存環(huán)境規(guī)定的一個(gè)質(zhì)的轉(zhuǎn)變?？萍歼M(jìn)步日新月異，綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)日趨劇烈，現(xiàn)代化水平不斷提高，用計(jì)算機(jī)完全上述各種管理與記錄工作就顯得十分重要，它能顯著減少管理人員工作量和提高科學(xué)管理水平。第二章智能樓宇配電系統(tǒng)的有關(guān)問(wèn)題的研究隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，居民對(duì)用電量的規(guī)定越來(lái)越高。家用電器從八十年代的黑白電視機(jī)、收音機(jī)、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)，到現(xiàn)在的大屏幕彩色電視機(jī)、DVD、微波爐、消毒柜、電腦、電熱水器、空調(diào)等，有的家庭甚至擁有好幾部空調(diào)。此外，一些大功率家用電器設(shè)備也逐步進(jìn)入百姓家庭，比如電灶（即熱式電熱水器）、小型中央空調(diào)等。家用電器發(fā)展之迅猛，已大大超過(guò)人們對(duì)住戶(hù)面積的規(guī)定，將來(lái)的發(fā)展速度更是難以預(yù)料。再加上我國(guó)人民生活水平的不斷提高，對(duì)住宅的規(guī)定已由滿(mǎn)足需要型向電氣化、信息化、舒適化轉(zhuǎn)變，作為建筑業(yè)的一個(gè)重要組成部分的電氣設(shè)計(jì)在如何提高，滿(mǎn)足時(shí)代的規(guī)定，也有了很大的發(fā)展。在傳統(tǒng)的低壓供電系統(tǒng)中重要強(qiáng)調(diào)過(guò)載、短路保護(hù)，其目的是保護(hù)用電設(shè)備、供電線路不受損壞。近年，已提出了人身安全的觀點(diǎn)，住宅的電氣設(shè)計(jì)一方面是要考慮到人身的安全，并且可靠、舒適、美觀和利于發(fā)展。要提高樓宇配電系統(tǒng)的安全可靠性，就必須科學(xué)合理的進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，對(duì)的選擇各類(lèi)配電設(shè)備的容量。2.1負(fù)荷計(jì)算的有關(guān)問(wèn)題2.1.1負(fù)荷計(jì)算及負(fù)荷計(jì)算的目的供電系統(tǒng)要能可靠地正常運(yùn)營(yíng)，就必須使其元件涉及電力變壓器、電器、電線電纜等滿(mǎn)足負(fù)荷電流的規(guī)定，因此有必要對(duì)供電系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的電力負(fù)荷進(jìn)行記錄計(jì)算。計(jì)算負(fù)荷又稱(chēng)需要負(fù)荷或最大負(fù)荷。是通過(guò)對(duì)已知用電設(shè)備組的設(shè)備容量進(jìn)行記錄計(jì)算求出的，用來(lái)按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各元件的最大負(fù)荷值。它是一個(gè)假想的連續(xù)性負(fù)荷，其熱效應(yīng)與同一時(shí)間內(nèi)實(shí)際變動(dòng)負(fù)荷所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。在配電設(shè)計(jì)中，通常采用30min的最大平均負(fù)荷作為按發(fā)熱條件選擇電力變壓器、電器、導(dǎo)線及電纜的依據(jù)，并用來(lái)計(jì)算電壓損失和功率損耗。假如計(jì)算負(fù)荷擬定過(guò)大，將使設(shè)備和導(dǎo)線選擇偏大，導(dǎo)致投資和有色金屬的浪費(fèi)；假如計(jì)算負(fù)荷擬定過(guò)小，又將使設(shè)備和導(dǎo)線燒毀，導(dǎo)致事故。在工程上為了方便計(jì)算，亦可作為電能消耗及無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)挠?jì)算依據(jù)。尖峰電流是指單臺(tái)或多臺(tái)用電設(shè)備連續(xù)1～2S的短時(shí)最大負(fù)荷電流。一般取啟動(dòng)電流的周期分量作為計(jì)算電壓損失、電壓波動(dòng)和電壓下降以及選擇熔斷器和低壓斷路器及整定繼電器保護(hù)裝置等的依據(jù)。在校驗(yàn)瞬動(dòng)元件時(shí)，還應(yīng)考慮啟動(dòng)電流的非周期分量。電力負(fù)荷按其對(duì)供電可靠性的需求和意外中斷供電所導(dǎo)致的損失和影響，分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)負(fù)荷，在樓宇配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，用以擬定備用電源或應(yīng)急電源。對(duì)于季節(jié)性負(fù)荷，從經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)條件出發(fā)，用以考慮變壓器的臺(tái)數(shù)和容量。2.1.2負(fù)荷計(jì)算的方法 1、需要系統(tǒng)法：需要系數(shù)的大小取決于用電設(shè)備組中設(shè)備的負(fù)荷率、平均效率、同時(shí)運(yùn)用系數(shù)以及電源線路的效率等因素。事實(shí)上，人工操作的純熟限度、材料的供應(yīng)、工具的質(zhì)量也對(duì)需要系數(shù)的大小有影響。應(yīng)用該方法求計(jì)算負(fù)荷時(shí)，用設(shè)備功率乘以需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)。這種方法比較簡(jiǎn)便，應(yīng)用廣泛，特別合用于配、變電所的負(fù)荷計(jì)算。2、運(yùn)用系數(shù)法：采用運(yùn)用系數(shù)法求出最大負(fù)荷班的平均負(fù)荷，再考慮設(shè)備臺(tái)數(shù)和功率差異的影響，乘以與有效臺(tái)數(shù)有關(guān)的最大系數(shù)得出的計(jì)算負(fù)荷。這種方法的理論根據(jù)是概率論和數(shù)理記錄，因而計(jì)算結(jié)果比較接近實(shí)際，但因運(yùn)用系數(shù)的實(shí)測(cè)與記錄較難，在民用建筑電氣設(shè)計(jì)中一般不采用。3、二項(xiàng)式法：在設(shè)備組容量之和的基礎(chǔ)上，考慮若干容量最大設(shè)備的影響，采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算負(fù)荷。4、單位面積功率法、單位指標(biāo)法。負(fù)荷計(jì)算方法一般可按下列原則選?。?、方案設(shè)計(jì)階段可采用單位指標(biāo)法：在初步設(shè)計(jì)及施工圖設(shè)計(jì)階段，宜采用需要系數(shù)法，對(duì)于住宅,在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段均可采用單位指標(biāo)法；2、電設(shè)備臺(tái)數(shù)較多，各臺(tái)設(shè)備容量相差不懸殊時(shí)，宜采用需要系數(shù)法，一般用于干線、配變電所的負(fù)荷計(jì)算；3、電設(shè)備臺(tái)數(shù)較少，各臺(tái)設(shè)備容量相差懸殊時(shí)，宜采用二項(xiàng)式法，一般用于支干線和配電屏（箱）的負(fù)荷計(jì)算。進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)，需將用電設(shè)備按其性質(zhì)分為不同的用電設(shè)備組，然后擬定設(shè)備功率。用電設(shè)備的額定功率或額定容量是指銘牌上的數(shù)據(jù)。2.2電力負(fù)荷的相關(guān)計(jì)算2.2.1智能化住宅社區(qū)住戶(hù)電力負(fù)荷的擬定1、智能住宅社區(qū)家用電器的分類(lèi)把智能化社區(qū)的家用電器劃分為三類(lèi)，第一臺(tái)階的電器具有高普及率，如照明設(shè)施、電視機(jī)、音響、電冰箱、洗衣機(jī)等，這類(lèi)電器稱(chēng)為Ⅲ類(lèi)家用電器；第二臺(tái)階的電器具有中普及率，如微波爐、電水壺、電飯鍋、電熱水器、電烤箱等，這類(lèi)電器稱(chēng)為Ⅱ類(lèi)家用電器；第三臺(tái)階的電器具有低普及率，如電灶、遠(yuǎn)紅外醫(yī)療器、電熱取暖器、電洗碗機(jī)、即熱式電熱水器等，這類(lèi)電器稱(chēng)為Ⅰ類(lèi)家用電器。家用普及率發(fā)展規(guī)律相應(yīng)的類(lèi)別及有關(guān)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表2-1：表2-1家用電器普及率發(fā)展規(guī)律相應(yīng)的類(lèi)別家電名稱(chēng)參考容量/KW參考COSΨ類(lèi)別照明設(shè)施0.2-0.81Ⅲ電視機(jī)0.1-0.20.7Ⅲ音響0.2-0.30.6-0.7Ⅲ影碟機(jī)（VCD）0.150.7Ⅲ電冰箱0.1-0.20.8Ⅲ排煙機(jī)0.20.5Ⅲ洗衣機(jī)2.00.6Ⅲ電斗1.01Ⅲ空調(diào)機(jī)1.5-4.50.7-0.8Ⅲ電風(fēng)扇、換氣扇0.10.6Ⅲ錄像機(jī)0.060.7Ⅱ計(jì)算機(jī)及附件0.50.7Ⅱ電飯鍋0.81Ⅱ電烤箱1.01Ⅱ電水壺1.51Ⅱ食品加工機(jī)0.30.6Ⅱ吸塵器0.80.6Ⅱ電熱水器2.0-3.01Ⅱ微波爐1.01Ⅰ消毒柜0.61Ⅰ電洗碗機(jī)1.00.7Ⅰ電灶1.51Ⅰ帶烘干功能的洗衣機(jī)3.50.6Ⅰ即熱式電熱水器3.5-4.51Ⅰ電取暖器1.0-2.01Ⅰ家庭自動(dòng)化設(shè)施0.2-0.51Ⅰ2、擬定每戶(hù)計(jì)算容量的原則和方法（1）每戶(hù)用電容量的擬定原則：對(duì)智能化住宅社區(qū)，應(yīng)按小康型住宅擬定每戶(hù)計(jì)算容量。每個(gè)家庭一般有照明設(shè)備、廚房用電設(shè)備、衛(wèi)生洗浴設(shè)備、空調(diào)取暖設(shè)備和文化娛樂(lè)設(shè)備、安防設(shè)備等。智能化社區(qū)在工程設(shè)計(jì)中，總體上要滿(mǎn)足：高度的安全性、舒適的生活環(huán)境、足夠的通信設(shè)備、完善的信息設(shè)施和智能化家庭系統(tǒng)。（2）每戶(hù)用電計(jì)算容量：（2－1）式中：、、——Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ類(lèi)家用電器的需要系數(shù)，可取0.5－0.6；、、——Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ類(lèi)家用電器的普及率，目前可近視為：＝100%－200%，＝25%－40%，＝5%－15%；、、——Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ類(lèi)家用電器的設(shè)備標(biāo)稱(chēng)容量。（3）每戶(hù)用電負(fù)荷的建議值。根據(jù)式（2-1）的計(jì)算和有關(guān)文獻(xiàn)的分析論證，提出智能化社區(qū)每戶(hù)用電容量標(biāo)準(zhǔn)建議值如表2-2：表2-2智能化社區(qū)每戶(hù)用電容量的標(biāo)準(zhǔn)建議值（P/kW）氣象區(qū)普通住宅中檔住宅高檔住宅一類(lèi)468二類(lèi)579三類(lèi)68102.2.2公共電力負(fù)荷的計(jì)算居住建筑的公共用電負(fù)荷大體可分為照明負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷兩部分。1、照明負(fù)荷居住建筑公共場(chǎng)合的照明涉及一般照明、疏散照明及事故照明。其用電負(fù)荷量與控制方法有關(guān)。（1）門(mén)廳及電梯前室的照明，其燈具安裝于居住建筑的重要交通場(chǎng)合，照明對(duì)居民的安全感起著較重要的作用，一般采用按鍵開(kāi)關(guān)控制，夜間長(zhǎng)時(shí)點(diǎn)亮，照明容量即可按燈泡功率計(jì)算。（2）走道，門(mén)戶(hù)的照明，多采用定期開(kāi)關(guān)控制。據(jù)測(cè)定可節(jié)電75%，照明容量可按燈泡功率的25%計(jì)算。（3）電梯機(jī)房、水箱間、水泵房、值班室一般按辦公用房計(jì)算功率。（4）應(yīng)急照明負(fù)荷等。居住建筑公用照明負(fù)荷可按如下指標(biāo)估算：多層住宅5～6W/，高層住宅10～15W/。2、動(dòng)力負(fù)荷公共輔助設(shè)施的動(dòng)力負(fù)荷重要有：（1）給水、排水的用電負(fù)荷：根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，每人天天供水量一般為0.3t，一般居民區(qū)的噸水耗電量在0.1kw以?xún)?nèi)，按負(fù)荷處運(yùn)用小時(shí)4500h計(jì)相稱(chēng)于每人用電負(fù)荷為0.28W，亦可按0.2-0.25W/估算。排水：在通用的自流排水條件下，用電量可不計(jì)。（2）電梯用電負(fù)荷：高層住宅建筑中，電梯是關(guān)鍵的垂直運(yùn)送設(shè)備，高層住宅電梯重要與以下因素有關(guān)：a、每臺(tái)電梯的服務(wù)人數(shù)，一般服務(wù)戶(hù)數(shù)越多，電耗越大；b、建筑物的層高及層數(shù)越多，電耗越大：c、電梯的速度和載重；d、電梯的電機(jī)效率和傳動(dòng)效率。一般情況下，電梯的用電負(fù)荷可按每戶(hù)0.5-0.35kW估算，亦可按1.7-2.0W/估算高層住宅的電梯負(fù)荷。（3）北方冬季取暖用電負(fù)荷，根據(jù)測(cè)算，取暖用的動(dòng)力負(fù)荷為0.8W/。2.2.3單元計(jì)算負(fù)荷的擬定1、單位指標(biāo)法單位指標(biāo)法合用于方案設(shè)計(jì)階段，用于擬定供電方案和選擇變壓器的容量和臺(tái)數(shù)。（1）住宅社區(qū)的總計(jì)算負(fù)荷：（2－2）或（2－3）式中:——住宅社區(qū)總計(jì)算負(fù)荷，kW；、——單位指標(biāo)，kW/戶(hù)，；N——社區(qū)住戶(hù)數(shù)；A——社區(qū)總建筑面積，。（2）單位指標(biāo)：?jiǎn)挝恢笜?biāo)的建議值為：一類(lèi)氣象區(qū)：15，1.5KVA/戶(hù)；二類(lèi)氣象區(qū)：16，1.6KVA/戶(hù)；二類(lèi)氣象區(qū)：18，1.8KVA/戶(hù)。2、需要系數(shù)法需要系數(shù)法合用于初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)階段。（1）每戶(hù)計(jì)算負(fù)荷可按下表（2－3）的建議值擬定表2-3住宅用電負(fù)荷需要系數(shù)表按單相用電計(jì)算時(shí)所連接的戶(hù)數(shù)按三相配電時(shí)所連接的戶(hù)數(shù)通用值建議值≤391.101.04120.950.906180.750.708240.660.610300.580.5212360.500.4414420.480.4216480.470.4118540.450.3821630.430.3624720.410.3425～10075～3000.400.33125～200375～6000.330.26260～300780～9000.260.20注：表中的通用值指目前采用的住宅需要系數(shù)值。由公式：（2-4）式中：——每戶(hù)計(jì)算電流，A；——每戶(hù)用電容量標(biāo)準(zhǔn)建議值，KW；——額定電壓，一般取單相0.22KV；——綜合加權(quán)功率因素，取0.9以上?？梢愿鶕?jù)來(lái)擬定進(jìn)線總開(kāi)關(guān)脫扣器的額定電流和進(jìn)戶(hù)線截面等。（2）單元計(jì)算負(fù)荷（2-5）①配電干線采用0.22KV供電時(shí)計(jì)算電流：（2-6）②配電干線采用0.38KV供電時(shí)計(jì)算電流:（2-7）

式中：——單元計(jì)算負(fù)荷，KW；——需要系數(shù)；——單元綜合功率因素，見(jiàn)表（2－4），（2－5）。表2-4多層住宅配電干線采用單相220V供電時(shí)的需要系數(shù)和功率因數(shù)組合戶(hù)數(shù)169121.00.750.650.50.90.90.90.9表2-5多層、高層配電干線采用三相380V供電時(shí)的需要系數(shù)和功率因數(shù)多層住戶(hù)高層住戶(hù)12戶(hù)18戶(hù)21戶(hù)24戶(hù)32戶(hù)36戶(hù)0.950.750.730.660.580.500.900.900.900.900.900.902.2.4住宅社區(qū)總計(jì)算負(fù)荷的擬定1、電干線或變電所的計(jì)算負(fù)荷：（2-8）式中：——同時(shí)系數(shù)，取0.8－0.9；——公用電力負(fù)荷（如走道燈、水泵、消防設(shè)施等）。（2-9）2、住宅社區(qū)配電所總計(jì)算負(fù)荷為變所計(jì)算負(fù)荷之和再乘以同時(shí)系數(shù)，取0.85－0.95，戶(hù)數(shù)多時(shí)取下限，戶(hù)數(shù)少時(shí)取上限。3、住宅社區(qū)供電變壓器容量：（2-10）式中：——住宅社區(qū)總計(jì)算負(fù)荷，KW；——功率因素，取0.9以上。2.3供配電設(shè)備容量的選擇在建筑電氣設(shè)計(jì)范疇里，供配電設(shè)備容量的選擇是至關(guān)重要的一環(huán)。在施工圖設(shè)計(jì)階段，有時(shí)設(shè)計(jì)容量會(huì)留有一定的裕度是為了考慮日后用電設(shè)備的需要，這是合理的，但假如選得過(guò)大或過(guò)小，除了直接或間接地增長(zhǎng)工程造價(jià)外還也許發(fā)生配電線路誤動(dòng)作甚至導(dǎo)致電氣事故。2.3.1電力變壓器的選擇根據(jù)國(guó)際《JGJ/T16-92》：“用電設(shè)備容量在250KW或需要變壓器容量在160KW以上者應(yīng)以高壓方式供電”的規(guī)定，可知凡是具有一定建筑規(guī)模的工程都將使用電力變壓器。1、電力變壓器類(lèi)型的選擇電力變壓器類(lèi)型的選擇是指擬定變壓器的相數(shù)、調(diào)壓方式、繞組形式、絕緣及冷卻方式、聯(lián)貫組別等，并應(yīng)優(yōu)先選用技術(shù)先進(jìn)、高效節(jié)能、免維護(hù)的新產(chǎn)品。對(duì)于智能樓宇的配電變壓器類(lèi)型的選擇，根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)定，一般采用三相式、無(wú)載調(diào)壓、雙繞組形式、絕緣及冷卻方式用干式或充氣式（少見(jiàn)）、Dyn11聯(lián)結(jié)。隨著科技的進(jìn)步，變壓器新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，如為延長(zhǎng)變壓器使用奉命，做到免維護(hù)，油浸式變壓器采用全密封結(jié)構(gòu)；為減少空載損耗，變壓器采用卷制鐵心結(jié)構(gòu)和非晶合金鐵心；為提高抗短路沖擊能力，變壓器低壓采用箔式繞組等。2、電力變壓器的臺(tái)數(shù)和容量的選擇（1）臺(tái)數(shù)選擇變壓器的臺(tái)數(shù)一般根據(jù)負(fù)荷等級(jí)、用電容量和經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)等條件綜合考慮擬定。當(dāng)符合下列條件之一時(shí)，宜裝設(shè)兩臺(tái)或以上的變壓器：①有大量一級(jí)或二級(jí)負(fù)荷，在變壓器出現(xiàn)故障或檢修時(shí)，多臺(tái)變壓器可保證一、二級(jí)負(fù)荷的供電可靠性。當(dāng)僅有少量二級(jí)負(fù)荷時(shí)，也可裝設(shè)一臺(tái)變壓器，但變壓器低壓側(cè)必須有足夠容量的聯(lián)絡(luò)電源作為備用。②季節(jié)性負(fù)荷變化較大，根據(jù)實(shí)際負(fù)荷大小，相應(yīng)投入變壓器的臺(tái)數(shù)，可做到經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)，節(jié)約電能。③集中負(fù)荷容量較大，雖為三級(jí)負(fù)荷，但一臺(tái)變壓器供電容量不夠，這時(shí)也應(yīng)當(dāng)裝設(shè)兩臺(tái)及以上變壓器。當(dāng)備用電源容量受限制時(shí)，宜將重要負(fù)荷集中并且與非重要負(fù)荷分別由不同的變壓器供電，以方便備用電源的切除。當(dāng)然，在照明負(fù)荷容量較大，或動(dòng)力與照明采用共用變壓器供電會(huì)嚴(yán)重影響照明質(zhì)量及燈泡奉命時(shí)，宜設(shè)專(zhuān)用變壓器。（2）容量的選擇①變壓器的容量一方面應(yīng)保證在計(jì)算負(fù)荷下變壓器能長(zhǎng)期可靠的運(yùn)營(yíng)。對(duì)僅有一臺(tái)變壓器，其容量>，考慮到節(jié)能和留有余量，變壓器的負(fù)荷率一般取70%-85%。對(duì)有兩臺(tái)變壓器運(yùn)營(yíng)的，通常采用等容量的變壓器，每臺(tái)變壓器應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件：a、滿(mǎn)足總計(jì)算負(fù)荷70%的需要，即≈0.7；b、滿(mǎn)足所有一、二級(jí)負(fù)荷的需要，即≥。（2-11）當(dāng)采用兩臺(tái)不同容量變壓器時(shí)，每臺(tái)變壓器的容量可按下列條件選擇：（2-12）且；（2-13）②變壓器的容量應(yīng)滿(mǎn)足大型電動(dòng)機(jī)及其它沖擊負(fù)荷的起動(dòng)規(guī)定。大型電動(dòng)機(jī)及其它沖擊負(fù)荷起動(dòng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致變壓器配電母線電壓下降，下降幅度與變壓器容量及設(shè)備起動(dòng)方式有關(guān)，一般規(guī)定電動(dòng)機(jī)非頻繁起動(dòng)時(shí)母線電壓不宜低于額定電壓的85%。③單臺(tái)變壓器容量一般不宜大于1250kV.A，但當(dāng)用電設(shè)備容量較大、負(fù)荷集中且運(yùn)營(yíng)合理時(shí)，也可選用較大容量（1600-2023）的變壓器。④應(yīng)滿(mǎn)足此后5-2023負(fù)荷增長(zhǎng)的需要。當(dāng)然最后擬定變壓器容量時(shí)還要綜合考慮其它一些因素，例如環(huán)境溫度的影響，減少溫度可以提高變壓器的輸出功率和減少變壓器的損耗。應(yīng)在對(duì)負(fù)荷資料進(jìn)行分析、調(diào)整的基礎(chǔ)上，結(jié)合一次接線方案的設(shè)計(jì)，做出合理的選擇。至于變壓器的過(guò)載能力是和起始負(fù)荷率、環(huán)境溫度和通風(fēng)散熱條件等相關(guān)因素有關(guān)且只能是應(yīng)急性質(zhì)和短時(shí)間的。過(guò)負(fù)載時(shí)一方面規(guī)定不至于損壞變壓器的絕緣和減少使用效果為原則，一年四季中高峰用電是也許會(huì)超負(fù)荷而低谷時(shí)又會(huì)出現(xiàn)輕載運(yùn)營(yíng)。這“超”、“輕”負(fù)載兩者之間的量和時(shí)間基本等同時(shí)會(huì)起到互補(bǔ)的作用，但最大不要超負(fù)荷15%。過(guò)負(fù)荷比例（N）計(jì)算公式：（2-14）式中：——變壓器實(shí)際負(fù)荷電流；——變壓器額定電流。當(dāng)然對(duì)于設(shè)立有逼迫風(fēng)冷的變壓器其應(yīng)急過(guò)載能力可達(dá)40%-50%，并且過(guò)載連續(xù)時(shí)間也可適當(dāng)延長(zhǎng)，但絕不允許過(guò)載情況下長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)，這可由產(chǎn)品的技術(shù)條件來(lái)擬定。2.3.2電容無(wú)功補(bǔ)償容量的選擇和配置我國(guó)《供電營(yíng)業(yè)規(guī)則》規(guī)定：容量在100及以上高壓供電的用戶(hù)，最大負(fù)荷時(shí)的功率因素不得低于0.9，假如達(dá)不到規(guī)定，則必須進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。由于用戶(hù)的大量負(fù)荷如感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)、氣體放電燈等，都是感應(yīng)負(fù)荷，使得功率因素偏低，達(dá)不到上述規(guī)定，因此需要采用無(wú)功補(bǔ)償措施來(lái)提高功率因素。無(wú)功補(bǔ)償裝置可分為穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備和動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備兩種。穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備重要有同步補(bǔ)償機(jī)和并聯(lián)電容器。在智能化樓宇設(shè)計(jì)中，一般采用并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，并聯(lián)電容器大多采用三角形接線，以提高電容器組的運(yùn)用率，它有手動(dòng)投切和自動(dòng)調(diào)節(jié)兩種控制方式。自動(dòng)調(diào)節(jié)又稱(chēng)無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，能按系統(tǒng)無(wú)功功率的變動(dòng)隨時(shí)自動(dòng)補(bǔ)償，可避免過(guò)補(bǔ)償或在輕載時(shí)電壓過(guò)高，導(dǎo)致某些用電設(shè)備損壞等。動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備又稱(chēng)為“靜止型無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置（SVC）”，具有響應(yīng)快，平滑調(diào)節(jié)性能好，補(bǔ)償效率高，維修方便及諧波、噪聲、損耗均小等優(yōu)點(diǎn)，因此得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。無(wú)功補(bǔ)償裝置的裝設(shè)位置一般有三種：高壓集中補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償和分散就地補(bǔ)償。在智能化樓宇中采用低壓集中補(bǔ)償?shù)霓k法，即在低壓配電室的配電母線上安裝若干組電力電容器補(bǔ)償供電范圍內(nèi)的無(wú)功功率以達(dá)成提高功率因素的目的，通過(guò)減少變壓器的視在功率，從而可使變壓器容量選得較小，但對(duì)于如何對(duì)的選擇電容器容量的問(wèn)題上有的設(shè)計(jì)者錯(cuò)誤的認(rèn)為在作施工圖設(shè)計(jì)時(shí)只要根據(jù)配電變壓器容量（）的1/3來(lái)選擇補(bǔ)償容量（Kvar）就可以了。事實(shí)上，從以下的功率因素三角形的矢量圖（圖2-1）可知要使功率因素由提高到就必須裝置補(bǔ)償電容器的容量為：（2-15）式中：－設(shè)立電容補(bǔ)償容量，Kvar,P-總有功計(jì)算負(fù)荷，kW,、應(yīng)于補(bǔ)償前、后、的正切值。當(dāng)然也可以通過(guò)三角子函數(shù)表查出和的相應(yīng)值。IrIcIrIcUI2LUI2LI2I2I1I1LI1I1La)電容補(bǔ)償原理圖b)矢量圖圖2-1電容補(bǔ)償原理圖及矢量圖從上述計(jì)算分析可知，電容器的無(wú)功補(bǔ)償容量與用電設(shè)備的負(fù)荷性質(zhì)、負(fù)荷（有功、無(wú)功）大小無(wú)關(guān)，也與變壓器的容量大小無(wú)關(guān)。近年來(lái)一種具有自愈功能且內(nèi)裝有放電電阻，體積小，介質(zhì)損耗低，安全性能高的無(wú)功補(bǔ)償干式電容已代替油浸式電容器，如國(guó)產(chǎn)型號(hào)重要有BMMJ型，進(jìn)口產(chǎn)品有ABB公司的CLMD型等，CLMD更具有高容量和放電速度快的特點(diǎn)，單臺(tái)容量可達(dá)83Kvar，放電速度可在電容器離開(kāi)電源后一分鐘端電壓下降到50V。無(wú)功補(bǔ)償電容器投入運(yùn)營(yíng)瞬間在配電線路上會(huì)產(chǎn)生幾十甚至上百倍額定電流的涌流，因此要在配電線路上裝設(shè)專(zhuān)用的切除電容器接觸器，以限制涌流在電容器額定電源20倍之內(nèi)和保證電容器在下次投入時(shí)其端子最大剩余電壓≤50V。2.3.3智能樓宇內(nèi)柴油發(fā)電機(jī)組的選擇與設(shè)立1、柴油發(fā)電機(jī)組的配置原則智能樓宇中選擇柴油發(fā)電機(jī)要考慮的重要問(wèn)題有：（1）智能樓宇的自備發(fā)電機(jī)組是應(yīng)急電源設(shè)備，供電對(duì)象一般是一級(jí)負(fù)荷或重要負(fù)荷，如消防設(shè)施等，其容量和選取應(yīng)按應(yīng)急負(fù)荷大小和投入順序以及應(yīng)急設(shè)備拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)容量等參數(shù)決定。（2）智能樓宇中自備發(fā)電機(jī)組應(yīng)選擇應(yīng)急自起動(dòng)型柴油發(fā)電機(jī)組或全自動(dòng)型柴油發(fā)電機(jī)組，并且要起動(dòng)性能好、運(yùn)營(yíng)可靠、高速小體型機(jī)組，其輸出功率應(yīng)按應(yīng)急備用功率來(lái)選擇。（3）選擇柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)，宜選用高速柴油發(fā)電機(jī)組和無(wú)刷型自動(dòng)勵(lì)磁裝置，高速柴油發(fā)電機(jī)具有體積小、重量輕、起動(dòng)運(yùn)營(yíng)可靠等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)刷型自動(dòng)勵(lì)磁裝置具有適應(yīng)各種起動(dòng)方式、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)化或?qū)Πl(fā)電機(jī)組遙控的特點(diǎn)，并且當(dāng)與自動(dòng)勵(lì)磁裝置配套使用時(shí)，可使靜態(tài)電壓調(diào)節(jié)率在±2.5%以?xún)?nèi)。（4）所選的機(jī)組應(yīng)裝設(shè)快速自起動(dòng)裝置和電源自動(dòng)切換裝置，并應(yīng)具有連續(xù)三次自起動(dòng)的功能，機(jī)組一般應(yīng)采用電起動(dòng)，不宜采用壓縮空氣起動(dòng)。（5）應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的供電范圍有：消防用電、樓梯及客房走道照明用電的50%、大樓各區(qū)一臺(tái)生活水泵，一臺(tái)或幾臺(tái)客梯、一臺(tái)服務(wù)電梯的用電，所有電梯均應(yīng)能投入事故電源母線，但每次只能選擇部分電梯投入運(yùn)營(yíng)。2、柴油發(fā)電機(jī)組容量的選擇選擇方法如下：（1）按最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的需要或成組電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的需要計(jì)算柴油發(fā)電機(jī)組的容量（kVA）（2-15）式中——發(fā)電機(jī)組供電范圍的總負(fù)荷，kW；——起動(dòng)容量最大的電動(dòng)機(jī)或成組電動(dòng)機(jī)的容量，kW；——總負(fù)荷的計(jì)算效率，一般取0.80－0.85；K——電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的電流倍數(shù)；C——按電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式擬定的系數(shù)；——電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)功率因素；——電動(dòng)機(jī)的額定功率因素。（2）按穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)的容量（kVA）（2-16）式中：a——負(fù)荷率，一般取0.8－1.0。（3）按起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)母線允許電壓降計(jì)算發(fā)電機(jī)的容量（kW）（2-17）式中：——導(dǎo)致發(fā)電機(jī)母線壓降的最大電動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)組容量，kW；——發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電抗，一般取0.25； ——應(yīng)急負(fù)荷中心母線允許的瞬時(shí)電壓降，有電梯時(shí)取0.2，無(wú)電梯時(shí)取0.25－0.30。2.3.4高原地區(qū)環(huán)境對(duì)常用電器設(shè)備容量的影響根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，常用低壓電器使用環(huán)境的海拔高度為≤2023米，假如超過(guò)高度，海拔每升高100m電器的溫升要增大0.1-0.5℃據(jù)了解，ABB公司生產(chǎn)的塑殼式斷路器（MCCB）用于海拔5000米的高原地區(qū)時(shí)其分?jǐn)嗄芰Σ⒉粫?huì)受到任何影響。2.4提高智能樓宇配電系統(tǒng)的可靠性措施在智能樓宇中，隨著各種用電設(shè)備及可編程控制器、計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的日益廣泛使用，對(duì)提高供電系統(tǒng)的可靠性提出了越來(lái)越高的規(guī)定。就智能樓宇的配電系統(tǒng)而言，一方面要保證各類(lèi)配電設(shè)備容量的對(duì)的選擇，另一方面要保證低壓配電系統(tǒng)主接線的科學(xué)合理，再次，選用智能型斷路器來(lái)提高短路保護(hù)動(dòng)作的可靠性。2.4.1若干配電設(shè)備的設(shè)計(jì)容量需要注意的問(wèn)題1、低壓并聯(lián)電容器線路的刀開(kāi)關(guān)和交流接觸器的導(dǎo)體截流量應(yīng)不小于其負(fù)荷（電容器額定電流）的1.5倍。2、用于計(jì)算機(jī)的不間斷電源其輸出功率應(yīng)大于計(jì)算機(jī)及各用電設(shè)備額定功率總和的150%。3、單臺(tái)交流電梯和直流電梯供電導(dǎo)體的連續(xù)工作載流量應(yīng)大于銘牌連接工作額定電流（或交流額定輸入電流）的1.4倍。4、非線性負(fù)荷的電氣設(shè)備，如氣體放電燈、微波爐、可控硅調(diào)光裝置等，這類(lèi)設(shè)備的負(fù)荷電流具有多次諧波電流，由于3次及其奇數(shù)諧波在中性線內(nèi)不是互相抵消而是疊加的，疊加后的電流最大值接近電流的兩倍，能使中性線過(guò)載發(fā)熱，加速老化而短路起火，電氣線路的設(shè)計(jì)安裝必須適應(yīng)電氣技術(shù)發(fā)展的新規(guī)定，當(dāng)配電系統(tǒng)為三相四線配電時(shí)，其截面應(yīng)為相線截面的兩倍。5、微型斷路器（涉及漏電保護(hù)器）緊密無(wú)間隔安裝時(shí)要考慮降容和檢查其截流能力，通常8－9臺(tái)緊密無(wú)間隔安裝時(shí)大約降容20%。環(huán)境溫度對(duì)開(kāi)關(guān)的額定電流影響也不可忽視，這都可以從產(chǎn)品的技術(shù)資料和有關(guān)資料中核算。6、插座額定電流對(duì)已知使用設(shè)備都應(yīng)大于設(shè)備額定電流的1.25倍，未知使用設(shè)備者不應(yīng)小于10A。2.4.2提高柴油發(fā)電機(jī)組的供電系統(tǒng)可靠性的措施1、一般規(guī)定作為應(yīng)急電源的柴油發(fā)電機(jī)采用單臺(tái)機(jī)組，其額定容量不宜超過(guò)1500kVA，柴油發(fā)電機(jī)組作為智能樓宇內(nèi)的自備應(yīng)急電源，其供電系統(tǒng)應(yīng)在電網(wǎng)電源中斷后，機(jī)組立即起動(dòng)，并在15S內(nèi)能投入正常運(yùn)營(yíng)，以減小停電后導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)發(fā)電機(jī)起動(dòng)達(dá)成額定轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)分批投入負(fù)荷，避免消防設(shè)備的電動(dòng)機(jī)的同時(shí)起動(dòng)而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組的熄火停機(jī)。一般順序?yàn)橄绕饎?dòng)大容量的電動(dòng)機(jī)，然后依次起動(dòng)中小容量的電動(dòng)機(jī)，錯(cuò)開(kāi)投入時(shí)間以減小母線上的起動(dòng)壓降。2、有柴油發(fā)電機(jī)時(shí)的低壓主接線圖2－2為深圳市一社區(qū)的配電系統(tǒng)示意圖，兩臺(tái)變壓器T1、T2分別接獨(dú)立的兩路10kV市電電源，并設(shè)有一臺(tái)自備發(fā)電機(jī)組。GG～T2T1T2T1母線工作母線Ⅲ工作母線母線工作母線Ⅲ工作母線Ⅱ工作母線IK5K4K2K3K1K5K4K2K3K1一、二級(jí)負(fù)荷一、二級(jí)負(fù)荷一、二級(jí)負(fù)荷一、二級(jí)負(fù)荷圖2-2配電系統(tǒng)示意圖（一、二級(jí)負(fù)荷涉及消防負(fù)荷、電梯負(fù)荷及其它特重要負(fù)荷）(1)在正常情況下，兩路10kV電源同時(shí)供電，K1、K2、K4處在閉合狀態(tài)，K3、K5斷開(kāi)。兩臺(tái)變壓器T1、T2不并聯(lián)運(yùn)營(yíng)，發(fā)電機(jī)G不運(yùn)營(yíng)，Ⅱ、Ⅲ段母線由T2供電，與第一段分開(kāi)運(yùn)營(yíng)，保證有兩組相對(duì)獨(dú)立的低壓電源。(2)當(dāng)市電因故障導(dǎo)致一路電源停電時(shí)，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)K3按照檢查工作母線Ⅰ或工作母線Ⅱ無(wú)壓時(shí)進(jìn)行自動(dòng)投入，保證在市電正常時(shí)兩臺(tái)變壓器互為備用。(3)當(dāng)市電停電時(shí)，可通過(guò)檢查工作母線Ⅰ或工作母線Ⅱ均無(wú)壓時(shí)，自動(dòng)起動(dòng)備用柴油發(fā)電機(jī)，并斷開(kāi)兩臺(tái)變壓器主開(kāi)關(guān)K1、K2，當(dāng)備用柴油發(fā)電機(jī)電壓正常后，發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)K5自動(dòng)閉合使備用母線帶電，而在工作上的重要負(fù)荷可通過(guò)開(kāi)關(guān)K4進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。在進(jìn)行配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)時(shí)，可按下列聯(lián)鎖程序設(shè)計(jì)。(1)K1、K2與K3聯(lián)鎖，保證T1、T2不并列運(yùn)營(yíng)。(2)K1、K2與K5聯(lián)鎖，保證發(fā)電機(jī)不與市電并網(wǎng)運(yùn)營(yíng)。(3)K5不與K3、K4聯(lián)鎖，K4的失壓脫扣器，應(yīng)同時(shí)檢測(cè)第Ⅱ、Ⅲ段母線的電壓，并且保證在平時(shí)非火災(zāi)時(shí)，當(dāng)市電停電時(shí)，發(fā)電機(jī)可兼做部分非消防用電的備用電源，充足發(fā)揮發(fā)電機(jī)的作用。2.4.3提高低壓斷路器短路保護(hù)級(jí)間選擇性的措施在低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，數(shù)年來(lái)一直存在一個(gè)懸而未決的老難題，那就是當(dāng)下級(jí)配電回路發(fā)生大短路電流的故障時(shí)，即使其上級(jí)保護(hù)裝有帶短路延時(shí)的所不應(yīng)有的巨額經(jīng)濟(jì)損失。這是由于當(dāng)配電回路阻抗小時(shí)下級(jí)回路的短路電流超過(guò)上級(jí)斷路器的瞬動(dòng)整定值，使瞬動(dòng)保護(hù)越級(jí)動(dòng)作而延時(shí)保護(hù)不起作用。由于技術(shù)上存在困難，國(guó)際上也長(zhǎng)期未能解決這一難題。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)<低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范>(GB50054-95)不得不寫(xiě)出這樣的規(guī)定：“第4.1.2條配電線路采用的上下級(jí)保護(hù)電器，其動(dòng)作應(yīng)具有選擇性：各級(jí)之間應(yīng)能協(xié)調(diào)配合。但對(duì)于非重要負(fù)荷的保護(hù)電器，可采用無(wú)選擇性切斷”。這一規(guī)定實(shí)際是說(shuō)要保證的選擇性動(dòng)作是困難的。除非停電損失十分巨大的重要負(fù)荷，對(duì)其他一般負(fù)荷設(shè)計(jì)中可以放棄短路保護(hù)的動(dòng)作選擇性。這是一條限于當(dāng)時(shí)(該規(guī)范1989年報(bào)批)技術(shù)水平的無(wú)可奈何的規(guī)定。1、保證選擇性的落后做法在未應(yīng)用ZSI以前，國(guó)內(nèi)的做法多是從電源(變電所的低壓配電盤(pán))直接配電至未端用電設(shè)備，由于只有一級(jí)配電，斷路器層次減至最少，兩級(jí)短路瞬動(dòng)保護(hù)整定值相差十分大，從而保證了上下級(jí)瞬動(dòng)保護(hù)的選擇性。如此保證選擇性的缺陷是大大增長(zhǎng)了配電回路數(shù)，從而花費(fèi)大量電纜和配電設(shè)備，在經(jīng)濟(jì)上是很不合理的。國(guó)外保證選擇性的做法是按正常規(guī)定采用多級(jí)配電系統(tǒng)，但除未端斷路器外其它各級(jí)斷路器都只有過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)和短路延時(shí)保護(hù)而取消短路瞬動(dòng)保護(hù)。它靠短延時(shí)上下級(jí)時(shí)間差來(lái)保證短路保護(hù)動(dòng)作的選擇性。這一做法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較合理，但也帶來(lái)了另一個(gè)問(wèn)題，即除未端斷路器外，其上各級(jí)斷路器即使在出口處短路它也不能瞬時(shí)動(dòng)作而只能延時(shí)動(dòng)作。按上述GB50054－96規(guī)范第4.2.2條規(guī)定，發(fā)生短路時(shí)為滿(mǎn)足熱穩(wěn)定規(guī)定，流過(guò)短路電流的導(dǎo)體的截面S應(yīng)滿(mǎn)足下式規(guī)定：(2-18)式中，I、t、k分別是短路電流有效值，短路電流作用時(shí)間（也即斷路器動(dòng)作時(shí)間）和計(jì)算系數(shù)。假如斷路器延時(shí)動(dòng)作，導(dǎo)體截面將按此式增大。越靠近電源的斷路器其出口處短路電流越大，以至大到十分不合理的地步，其結(jié)果是大量耗用有色金屬和絕緣材料。而斷路器也需能承受長(zhǎng)時(shí)間短路電流的熱作用和機(jī)械作用，這必然增大斷路器的制作成本。所以國(guó)外的這種全靠短延時(shí)來(lái)保證選擇性的做法也是難以令人滿(mǎn)意的。2、ZSI園滿(mǎn)的解決了配電系統(tǒng)短路保護(hù)的選擇性問(wèn)題值得欣愉的是現(xiàn)時(shí)國(guó)際上已得到了較好的采用級(jí)間選擇性連鎖技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)ZSI（ZoneSelectiveInterlocking），可以較好的解決這一老大難題。由于電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，八十年代后期國(guó)際上推出了所謂的智能型斷路器，它有許多新功能，從而大大提高了斷路器的性能，使配電系統(tǒng)得以設(shè)計(jì)得更加完善。其中之一就是ZSI，它能圓滿(mǎn)地解決短路保護(hù)的級(jí)間選擇性問(wèn)題，其原理可用圖2－3來(lái)說(shuō)明。圖中未端回路上的斷路器是帶有長(zhǎng)延時(shí)和瞬動(dòng)的一般斷路器，、和都是帶有長(zhǎng)延時(shí)、短延時(shí)和瞬動(dòng)以及ZSI功能的智能型斷路器。采用ZSI時(shí)規(guī)定在智能型斷路器間加設(shè)一與主回路平列的信號(hào)回路，如圖上虛線所示。圖2-3ZSI動(dòng)作原理圖當(dāng)未端回路上A點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，瞬時(shí)動(dòng)作，這時(shí)也檢測(cè)出短路電流，它通過(guò)信號(hào)線給、發(fā)出信號(hào)（同理，也給發(fā)出同樣的信號(hào)），使、的瞬動(dòng)元件被鎖住而不動(dòng)作，同時(shí)也給自己發(fā)出自鎖信號(hào)，使自己的瞬動(dòng)元件不動(dòng)作，只有0.1S的延時(shí)動(dòng)作，以作的后備短路保護(hù)，從而在和間實(shí)現(xiàn)了選擇性動(dòng)作。當(dāng)B點(diǎn)短路時(shí)，情況相同。仍給、發(fā)出連鎖信號(hào)，短路電流也小，對(duì)回路導(dǎo)體截面的影響不大。當(dāng)C點(diǎn)短路時(shí)，檢測(cè)出短路電流，它發(fā)出信號(hào)，使不能瞬動(dòng)而只剩0.5S的延時(shí)動(dòng)作，而自身未自鎖，也未接到前級(jí)的連鎖信號(hào)，可瞬時(shí)動(dòng)作，從而大減小了被保護(hù)線路的截面。當(dāng)D點(diǎn)短路時(shí)，未接受到前級(jí)發(fā)來(lái)的連鎖信號(hào)，它可立即瞬時(shí)動(dòng)作，以減輕被保護(hù)導(dǎo)體承受的短路能量的沖擊。綜上所述，可見(jiàn)ZSI具有良好的滿(mǎn)足配電系統(tǒng)選擇性規(guī)定的功能。該瞬動(dòng)則瞬動(dòng)，該延時(shí)則延時(shí)；即不增長(zhǎng)配電回路數(shù)，也不需增大導(dǎo)體截面。應(yīng)當(dāng)說(shuō)ZSI是現(xiàn)時(shí)國(guó)際上能滿(mǎn)足配電系統(tǒng)選擇性規(guī)定的一項(xiàng)新技術(shù)，能有效地避免大面積停電引起的巨大經(jīng)濟(jì)損失，可用在重要負(fù)荷上及一般較重要負(fù)荷上。換言之，保證配電系統(tǒng)保護(hù)選擇性的面將因ZSI推廣應(yīng)用而拓寬了。2.5小結(jié)本文對(duì)負(fù)荷計(jì)算中相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析和探討，就重要設(shè)備的容量選擇作了較為具體的論述，提出了一些進(jìn)一步提高配電系統(tǒng)可靠性的措施。并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，計(jì)算結(jié)果證明了本文所述的負(fù)荷計(jì)算方法是對(duì)的合理的，可在實(shí)際中應(yīng)用。第三章智能樓宇電氣設(shè)計(jì)中用電安全問(wèn)題的研究在傳統(tǒng)的低壓供電系統(tǒng)中重要強(qiáng)調(diào)過(guò)載、短路保護(hù)，其目的是保護(hù)用電設(shè)備、供電線路不受損壞，近年，已提出了人身安全、消防安全的觀點(diǎn)。所以，目前對(duì)于小康住宅和智能樓宇的電氣設(shè)計(jì)一方面要考慮到人身的安全。本章重要探討了低壓供電系統(tǒng)中出現(xiàn)漏電時(shí)人身觸電危險(xiǎn)性及漏電引起的火災(zāi)危險(xiǎn)性的因素，并提出了相應(yīng)的防范措施。這些問(wèn)題在以前的樓宇電氣設(shè)計(jì)中容易被忽視。3.1低壓三相供電系統(tǒng)中漏電危險(xiǎn)性及其防范措施3.1.1問(wèn)題的提出當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生漏電即碰殼短路時(shí),電流將沿設(shè)備外殼、保護(hù)接零線（保護(hù)接地線）零線（大地）形成閉合回路，但由于下述因素的存在，使過(guò)流保護(hù)裝置并不絕對(duì)可靠：1、熔斷器規(guī)格也許人為加大數(shù)倍或被銅絲代替，起不到過(guò)流保護(hù)的作用；2、電故障點(diǎn)也許發(fā)生在系統(tǒng)的足夠遠(yuǎn)的未端，故障回路阻抗較大，漏電短路電流局限性以使熔斷器動(dòng)作；3、假如電氣設(shè)備容量較大，熔體額定電流超過(guò)漏電電流時(shí)，熔斷器也不會(huì)動(dòng)作；4、接地裝置不符合規(guī)定，導(dǎo)致接在電阻較大，導(dǎo)致漏電短路電流較小時(shí)也不會(huì)使熔斷器動(dòng)作；5、當(dāng)采用過(guò)電流自動(dòng)保護(hù)開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)失靈，或脫扣電流設(shè)立過(guò)大，自動(dòng)保護(hù)開(kāi)關(guān)不動(dòng)作；6、保護(hù)接零（接地）線的接線端子連續(xù)不實(shí)，導(dǎo)致接觸電阻過(guò)大，限制了故障電流，致使熔斷器不動(dòng)作。上述現(xiàn)象在實(shí)際中并不少見(jiàn)，或存在一種或同時(shí)存在幾種且不被人重視，因此漏電一旦發(fā)生，過(guò)電流保護(hù)裝置不能可靠動(dòng)作而切斷電源，這種漏電的觸電危險(xiǎn)性就不可避免。漏電的連續(xù)存在，導(dǎo)致觸電，及至發(fā)生人身傷亡事故。3.1.2低壓配電系統(tǒng)的接地形式及出現(xiàn)漏電時(shí)的觸電危險(xiǎn)分析國(guó)際電工委員會(huì)（IEC規(guī)定的低壓配電系統(tǒng)有三種方式，即IT系統(tǒng)、TT系統(tǒng)、TN系統(tǒng)。目前，我國(guó)低壓配電系統(tǒng)已與IEC接軌，在《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ/T16-92中也將低壓配電系統(tǒng)分為IT、TT、TN系統(tǒng)。這三種形式各有優(yōu)缺陷和合用范圍。但是在建筑電氣設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中，還存在低壓配電系統(tǒng)接地形式混用的作法，導(dǎo)致了許多不該發(fā)生的人身傷亡事故。為了防止以上事故的發(fā)生，在低壓配電系統(tǒng)中，廣泛采用了剩余電流動(dòng)作保護(hù)電器（RCD），但假如設(shè)計(jì)、選擇不妥，同樣也會(huì)導(dǎo)致事故和損失，只有選擇參數(shù)合適、合用對(duì)的的RCD，方能防患于未然。1、IT系統(tǒng)IT系統(tǒng)是三相三線式接地系統(tǒng)，該系統(tǒng)變壓器中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高阻抗接地，無(wú)中性線N，只有線電壓(380V)，無(wú)相電壓(220V)，保護(hù)接地線PE各自獨(dú)立接地，受電設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分通過(guò)保護(hù)線接至接地裝置上，即構(gòu)成IT系統(tǒng)。如圖3-1所示，當(dāng)發(fā)生相線碰殼事故時(shí)，短路電流將同時(shí)沿著接地體和人體兩條通路流過(guò)。在低壓供電系統(tǒng)中，可忽略導(dǎo)線對(duì)地電容的影響，按純電阻電路分析。a)中性點(diǎn)高阻抗接地系統(tǒng)瓣保護(hù)接地b)等效電路圖圖3-1IT系統(tǒng)示意圖（3-1）（3-2）式中：流過(guò)人體的電流；接地體流入大地的電流；接地體的接地電阻；人體的電阻，約為1700；導(dǎo)線對(duì)地的電阻；相電壓。如，當(dāng)時(shí)，根據(jù)以上公式可算出流過(guò)人體的電流只有0.31mA。由此可見(jiàn)，該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)一相接地時(shí)，不會(huì)使外殼帶有較大的故障電流，系統(tǒng)可以照常運(yùn)營(yíng)，系統(tǒng)漏電的觸電危險(xiǎn)性不大。IT系統(tǒng)合用于環(huán)境不良、易發(fā)生單相接地或火災(zāi)爆炸的場(chǎng)合，如：煤礦、化工廠、紡織廠，也可用于農(nóng)村地區(qū)。近幾年也逐步就用于重要建筑物內(nèi)的應(yīng)急電源、醫(yī)院手術(shù)室等重要場(chǎng)合的動(dòng)力和照明系統(tǒng)。但此種接線方式不能配出中性線N。因此它是不合用于擁有大量單相設(shè)備的智能化大樓。在智能樓宇的柴油發(fā)電機(jī)適宜于采用IT系統(tǒng)的接線方式，在機(jī)組發(fā)生故障時(shí)，只發(fā)出故障信號(hào)而不切斷電源，以保證火災(zāi)發(fā)生時(shí)消防設(shè)施的電源供應(yīng)。2、TT系統(tǒng)通常稱(chēng)TT系統(tǒng)為三相四線接地系統(tǒng)，電源中性點(diǎn)直接接地，電氣設(shè)備的外露導(dǎo)電部分用保護(hù)線接至與電源中性點(diǎn)接地?zé)o電氣聯(lián)系的接地電阻上。該系統(tǒng)常用于建筑物供電來(lái)自公共電網(wǎng)的地方。TT系統(tǒng)的特點(diǎn)是中性線N與保護(hù)接地線PE無(wú)一點(diǎn)電氣連接，即中性點(diǎn)接地與PE線接地是分開(kāi)的。該系統(tǒng)在正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，不管三相負(fù)荷平衡不平衡，在中性線N帶電情況下，PE線不會(huì)帶電。只有單相接地故障時(shí)，由于保護(hù)接地靈敏度低，故障不能及時(shí)切斷，設(shè)備外殼才也許帶電。正常運(yùn)營(yíng)時(shí)的TT系統(tǒng)類(lèi)似于TN－S系統(tǒng)，也能獲得人與物的安全性和取得合格的基準(zhǔn)接地電位。隨著大容量的漏電保護(hù)器的出現(xiàn)，該系統(tǒng)也會(huì)越來(lái)越作為智能型建筑物的接地系統(tǒng)。從目前的情況來(lái)看，由于公共電網(wǎng)的電源質(zhì)量不高，難以滿(mǎn)足智能化設(shè)備的規(guī)定，所以TT系統(tǒng)很少被智能化大樓采用。如圖3-2所示，當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生單相接地故障時(shí)，其短路電流為：（3-3）圖3-2TT系統(tǒng)式中：中性點(diǎn)的接地電阻此時(shí)，電氣設(shè)備的外殼上帶一對(duì)地電壓：（3-4）從上式可見(jiàn)，要減少，只有減小，假如要使（安全電壓），通常為以上，則可根據(jù)以上公式可計(jì)算出，可見(jiàn)，這種情況對(duì)保護(hù)接地電阻的規(guī)定比較高。在TT系統(tǒng)中，熔斷器及自動(dòng)開(kāi)關(guān)不宜做單相碰殼、單相接地的保護(hù)電器，建議采用RCD做保護(hù)電器。3、TN系統(tǒng)供電系統(tǒng)有一點(diǎn)直接接地，受電設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分通過(guò)保護(hù)線與接地點(diǎn)連接。按中性線與保護(hù)線組合情況，又可分為以下三種型式：（1）TN-C系統(tǒng)TN－C系統(tǒng)被稱(chēng)之為三相四線系統(tǒng)，該系統(tǒng)中性線N與保護(hù)接地PE合二為一，通稱(chēng)PEN線。如圖3-3所示，當(dāng)發(fā)生碰殼短路事故時(shí)，短路電流經(jīng)金屬外殼和保護(hù)零線組成閉合回路，使保護(hù)置迅速動(dòng)作，切斷電源，能防止人遭受觸電。但必須注意：這種接線形式只能應(yīng)用于中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)中，必須保證零線的施工質(zhì)量，嚴(yán)禁在零線上安裝熔斷器或單極開(kāi)關(guān)，由于在TN系統(tǒng)中，當(dāng)零線在某處發(fā)生圖3-3TN-C系統(tǒng)斷線，假如斷線后面的電氣設(shè)備發(fā)生碰殼短路事故，如圖3-4所示，那么接地?cái)嗑€后面的所有電氣設(shè)備的外殼上都會(huì)帶有近于相電壓的對(duì)地電壓，這是相稱(chēng)危險(xiǎn)的。此外，就算沒(méi)有出現(xiàn)碰殼事故，當(dāng)工作零線斷開(kāi)時(shí)，如三相負(fù)荷不平衡，可使中性點(diǎn)電位升高（極有可能高于50V），且在斷裂點(diǎn)后與PEN相連的電氣設(shè)備的金屬外殼帶有危險(xiǎn)電壓；同時(shí)相電壓升高，可燒毀單相設(shè)備。圖3-4中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)中PEN線斷線的危險(xiǎn)因此，TN-C系統(tǒng)應(yīng)將PEN線反復(fù)接地，此舉能減少中性點(diǎn)及用電設(shè)備的外殼電位，但不能消除觸電危險(xiǎn)。綜上所述，TN-C系統(tǒng)不安全因素較多，這種接地系統(tǒng)雖對(duì)接地故障靈敏度高，線路經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)樸，但它只適合用于三相負(fù)荷較平衡的場(chǎng)合。智能化大樓內(nèi)，單相負(fù)荷所占比重較大，難以實(shí)現(xiàn)三相負(fù)荷平衡，PEN線的不平衡電流加上線路中存在著的由于熒光燈、晶閘管(可控硅)等設(shè)備引起的高次諧波電流，在非故障情況下，會(huì)在中性線N上疊加，使中性線N帶電，且電流時(shí)大時(shí)小極不穩(wěn)定，導(dǎo)致中性點(diǎn)接地電位不穩(wěn)定漂移。不僅會(huì)使設(shè)備外殼(與PEN線連接)帶電，對(duì)人身導(dǎo)致不安全，并且也無(wú)法取到一個(gè)合適的電位基準(zhǔn)點(diǎn)，精密電子設(shè)備無(wú)法準(zhǔn)確可靠運(yùn)營(yíng)。因此TN－C接地系統(tǒng)不能作為智能化建筑的接地系統(tǒng)。（2）TN-S系統(tǒng)TN－S是一個(gè)三相四線加PE線的接地系統(tǒng)。通常建筑物內(nèi)設(shè)有獨(dú)立變配電所時(shí)進(jìn)線采用該系統(tǒng)。如圖3-5所示：當(dāng)電氣設(shè)備相線碰殼直接短路，如短路電流較大，可采用一般過(guò)電流保護(hù)電器的切斷故障線路。如線路較長(zhǎng)，可在線路首端裝設(shè)RCD切除故障線路。當(dāng)N線斷開(kāi)，如三相負(fù)荷不平衡，中性點(diǎn)電位會(huì)升高，但外殼無(wú)電位，PE圖3-5TN-S系統(tǒng)線也無(wú)電位，這是TN-S區(qū)別于TN-C的重要特點(diǎn)。TN-S系統(tǒng)的N線不宜反復(fù)接地，因于反復(fù)接地后對(duì)N線斷線后保護(hù)設(shè)備不明顯，但必要時(shí)PE線可以反復(fù)接地。TN－S系統(tǒng)的特點(diǎn)是，中性線N與保護(hù)接地線PE除在變壓器中性點(diǎn)共同接地外，兩線不再有任何的電氣連接。中性線N是帶電的，而PE線不帶電。該接地系統(tǒng)完全具有安全和可靠的基準(zhǔn)電位。只要按TN－C－S接地系統(tǒng)，采用同樣的技術(shù)措施，TN－S系統(tǒng)可以用作智能建筑物的接地系統(tǒng)。假如計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備沒(méi)有特殊的規(guī)定期，一般都采用這種接地系統(tǒng)。（3）TN-C-S系統(tǒng)TN－C－S系統(tǒng)由兩個(gè)接地系統(tǒng)組成，第一部分是TN－C系統(tǒng)，第二部分是TN－S系統(tǒng)，分界面在N線與PE線的連接點(diǎn)。當(dāng)PE線與N線從某點(diǎn)（一般為進(jìn)戶(hù)處）分開(kāi)后就不能再合并，且N線絕緣水平應(yīng)與相線（L）相同，如圖3-6所示。當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生單相碰殼時(shí)，其后果與TN-S系統(tǒng)相同。該系統(tǒng)一般用在建筑物的供電由區(qū)域變電所引來(lái)的場(chǎng)合，進(jìn)戶(hù)之前采用TN－C系統(tǒng)，進(jìn)戶(hù)處做反復(fù)接地，圖3-6TN-C-S系統(tǒng)進(jìn)戶(hù)后變成TN－S系統(tǒng)。TN－C系統(tǒng)前面已做分析。TN－S系統(tǒng)的特點(diǎn)是：中性線N與保護(hù)接地線PE在進(jìn)戶(hù)時(shí)共同接地后，不能再有任何電氣連接。該系統(tǒng)中，中性線N常會(huì)帶電，保護(hù)接地線PE沒(méi)有電的來(lái)源，且系統(tǒng)中PE應(yīng)反復(fù)接地，N線不應(yīng)反復(fù)接地。PE線連接的設(shè)備外殼及金屬構(gòu)件在系統(tǒng)正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，始終不會(huì)帶電。因此TN－S接地系統(tǒng)明顯提高了人及物的安全性。同時(shí)只要我們采用接地引線，各自都從接地體一點(diǎn)引出，及選擇對(duì)的的接地電阻值使電子設(shè)備共同獲得一個(gè)等電位基準(zhǔn)點(diǎn)等措施，那么TN－C－S系統(tǒng)可以作為智能型建筑物的一種接地系統(tǒng)。值得注意的是：同一低壓三相供電系統(tǒng)不應(yīng)采用兩種運(yùn)營(yíng)方式，即不允許將一部分電氣設(shè)備的金屬外殼采用保護(hù)接地，而將另一部分電氣設(shè)備的金屬采用保護(hù)接零。在智能化樓宇內(nèi)，規(guī)定保護(hù)接地的設(shè)備非常多，有強(qiáng)電設(shè)備，弱電設(shè)備，以及一些正常情況下不帶電的導(dǎo)電設(shè)備與構(gòu)件，均必須采用有效的保護(hù)接地。假如采用TN－C系統(tǒng)，將TN－C系統(tǒng)中的N線同時(shí)用做接地線；或者在TN－S系統(tǒng)中將N線與PE線接在一起，再連接到底板上去；再或不設(shè)立電子設(shè)備的直流接地引線，而將直流接地直接接到PE線上；有的干脆把N線、PE線、直流接地線混接在一起。以上這些做法都是不符合接地規(guī)定的，且是錯(cuò)誤的。前面已經(jīng)分析過(guò)，在智能化大樓內(nèi)，單相用電設(shè)備較多，單相負(fù)荷比重較大，三相負(fù)荷通常是不平衡的，因此在中性線N中帶有隨機(jī)電流。此外，由于大量采用熒光燈照明，其所產(chǎn)生的三次諧波疊加在N線上，加大了N線上的電流量，假如將N線接到設(shè)備外殼上，會(huì)導(dǎo)致電擊或火災(zāi)事故；假如在TN－S系統(tǒng)中將N線與PE線連在一起，再接到設(shè)備外殼上，那么危險(xiǎn)更大，凡是接到PE線上的設(shè)備，外殼均帶電；會(huì)擴(kuò)大電擊事故的范圍；假如將N線，PE線，直流接地線均接在一起，除會(huì)發(fā)生上述的危險(xiǎn)外，電子設(shè)備將會(huì)受到干擾而無(wú)法工作。因此智能建筑應(yīng)設(shè)立電子設(shè)備的直流接地，直流工作接地，安全保護(hù)接地，及普通建筑也應(yīng)具有的防雷保護(hù)接地。此外，由于智能建筑內(nèi)多設(shè)有具有防靜電規(guī)定的程控互換機(jī)房，計(jì)算機(jī)房，消防及火災(zāi)報(bào)警監(jiān)控室，以及大量易受電磁波干擾的精密電子儀器設(shè)備，所以在智能化樓宇的設(shè)計(jì)和施工中，還應(yīng)考慮防靜電接地和屏蔽接地的規(guī)定。3.1.3觸電事故的防范1、應(yīng)用漏電保護(hù)器從以上的分析中可以看出來(lái)，保護(hù)接地對(duì)接地電阻值的規(guī)定較高，在土壤電阻率值較大的地區(qū)很難實(shí)現(xiàn)，而接零保護(hù)系統(tǒng)中存在著保護(hù)零線斷線后不能保證安全的缺陷，反復(fù)接地也只能起到平衡電位、減輕故障限度的作用。為了提高安全限度，就要配合使用漏電保護(hù)器。漏電保護(hù)是從泄漏電流，人體觸電等非金屬性單相接地等故障考慮，用來(lái)保護(hù)人身安全及設(shè)備安全的一種保護(hù)方式。在實(shí)際使用中，由于電流動(dòng)作型的檢測(cè)特性好，即可作全系統(tǒng)的總保護(hù)，也可作為各干線、支線的分級(jí)保護(hù)，因此，電流型的漏電保護(hù)器是應(yīng)用較普遍的一種。由于漏電保護(hù)采用的是“差動(dòng)”保護(hù)，當(dāng)配電線路是發(fā)生相地故障或絕緣破壞時(shí)，漏電保護(hù)能否可靠動(dòng)作，重要取決于故障電流或漏電電流的途徑。因此，漏電保護(hù)與接地系統(tǒng)的形式有很大的關(guān)系。（1）應(yīng)用于IT系統(tǒng)中因IT系統(tǒng)一般只能供應(yīng)小容量的負(fù)荷，并且IT系統(tǒng)必須裝設(shè)絕緣監(jiān)視及接地故障報(bào)警或顯示裝置。當(dāng)IT系統(tǒng)供電容量較大時(shí)，必須采用RCD。（2）應(yīng)用于TT系統(tǒng)中，如圖3-7所示，當(dāng)發(fā)生碰殼短路時(shí)，當(dāng)漏電保護(hù)器的漏電動(dòng)作電流為30mA時(shí)，只要滿(mǎn)足：（3-5）顯然，漏電保護(hù)器應(yīng)用于TT系統(tǒng)中，可以大大減少對(duì)接地電阻值的規(guī)定，一般取，這是很容易實(shí)現(xiàn)的。在TT系統(tǒng)中，采用RCD做保護(hù)器，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①在供電干線首端裝設(shè)RCD，其后面線路中N線不反復(fù)接地；②如在干線首端不裝設(shè)RCD，則N線可在線路適本地點(diǎn)反復(fù)接地。N線上不允許安裝熔斷器和自動(dòng)開(kāi)關(guān)；③TT系統(tǒng)的N線斷開(kāi)后，三相負(fù)荷如不平衡，中性點(diǎn)電位發(fā)生漂移，使個(gè)別相線電壓升高，單相設(shè)備也許被燒毀?？砂惭b斷零開(kāi)關(guān)，但缺陷是：當(dāng)某一用圖3-7漏電保護(hù)器用于TT系統(tǒng)電設(shè)備單相碰殼，而保護(hù)裝置不靈敏時(shí)，由于中性電位升高，會(huì)使所有斷零開(kāi)關(guān)動(dòng)作，擴(kuò)大事故停電范圍。故TT系統(tǒng)更規(guī)定裝設(shè)RCD，以填補(bǔ)此缺陷；④TT系統(tǒng)裝設(shè)RCD，應(yīng)采用四極（三相）和兩極（單相）切斷相線的同時(shí)切斷N線；⑤在TT系統(tǒng)中，安裝漏電保護(hù)器和圖3-8共用一組接地體的情況不安裝漏電保護(hù)器的設(shè)備不得共用一組接地裝置，如圖3-8所示，當(dāng)未安裝漏電保護(hù)的電氣設(shè)備M1發(fā)生碰殼時(shí)，由于共用一組接地裝置，電氣設(shè)備M2的漏電保護(hù)器無(wú)電流通過(guò)，起不到保護(hù)作用。（3）TN系統(tǒng)中應(yīng)用漏電保護(hù)器，重要是防止保護(hù)零線斷線后發(fā)生的觸電事故，如圖3-9所示，當(dāng)發(fā)生斷線時(shí)，如電氣設(shè)備發(fā)生碰殼短路事故，則會(huì)有漏電電流存在，可使漏電保護(hù)器動(dòng)作，能起到有效的保護(hù)作用。但在實(shí)際應(yīng)用中要注意，TN-S系統(tǒng)干線首端不能裝設(shè)RCD；TN-C不宜采用圖3-9漏電保護(hù)器應(yīng)用于TN系統(tǒng)RCD，由于如相、零導(dǎo)線錯(cuò)接，220V接觸電壓通過(guò)PEN傳到所有接零設(shè)備和外殼；同時(shí)因PEN不允許通過(guò)RCD而無(wú)法裝設(shè)RCD。一般采用零序過(guò)流保護(hù)，如有必要裝設(shè)RCD，則采用以下兩種措施之一：①設(shè)備外殼改接零為接地，即在TN-C系統(tǒng)中采用局部的TT型式。②當(dāng)TN-C系統(tǒng)進(jìn)戶(hù)后，從總配電箱開(kāi)始改為T(mén)N-C-S系統(tǒng)，即將PEN分為N線和PE線，分開(kāi)后不重新合并為PEN線。也就是說(shuō)保護(hù)線和零線分開(kāi)，且中性線絕緣水平應(yīng)與相線相同，將相線和中性線穿過(guò)漏電保護(hù)的零序電流互感器中，而保護(hù)線不得穿在零序電流互感器中，如圖3-9所示，當(dāng)發(fā)生碰殼故障時(shí)，漏電電流流經(jīng)設(shè)備外殼、保護(hù)線回到電源中性點(diǎn)，從而使零序電流互感器中能檢測(cè)出電流差值，以使保護(hù)動(dòng)作。③當(dāng)在此點(diǎn)采用漏電保護(hù)后，零線不可再反復(fù)接地。否則將引起漏電保護(hù)器誤動(dòng)作。由于在系統(tǒng)正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，三相負(fù)荷有