民用建筑電氣設(shè)計(jì)中若干問題的思考

王　錚，王一平(.中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都　6004; .華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州　5064)

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民用建筑電氣設(shè)計(jì)中若干問題的思考

王錚1，王一平2
(1.中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都610041; 2.華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州510641)

王錚(1987—)，女，從事建筑電氣設(shè)計(jì)工作。

摘要:從側(cè)擊雷防護(hù)、電涌保護(hù)器前端保護(hù)器極數(shù)的選擇、接地網(wǎng)要求、多聯(lián)機(jī)配電開關(guān)的選擇、配電級(jí)數(shù)的理解等方面，重點(diǎn)分析和探討了民用建筑電氣設(shè)計(jì)中的若干問題，并給出相應(yīng)的建議，供建筑電氣設(shè)計(jì)人員進(jìn)一步探討。

關(guān)鍵詞:側(cè)擊雷防護(hù);電涌保護(hù)器;接地網(wǎng);多聯(lián)機(jī);配電級(jí)數(shù)

王一平(1988—)，男，從事建筑電氣設(shè)計(jì)工作。

0　引言

建筑電氣設(shè)計(jì)時(shí)，如果對(duì)規(guī)范及條文解釋掌握不夠透徹，會(huì)存在諸多不合理之處，如項(xiàng)目投資過高、存在安全隱患的可能、給維修維護(hù)及管理帶來不便等。本文對(duì)民用建筑電氣設(shè)計(jì)中若干問題展開分析和討論，以期為建筑電氣設(shè)計(jì)人員提供參考。

1　防雷接地

1.1側(cè)擊雷防護(hù)

GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(簡(jiǎn)稱《雷規(guī)》)第4.3.9條2款及第4.4.8條2款對(duì)第二、第三類防雷建筑物防側(cè)擊保護(hù)作了相應(yīng)規(guī)定:①建筑高度大于60 m，且上部占高度20％并超過60 m的部位才有側(cè)擊雷防護(hù)的必要;②此部位布置接閃器應(yīng)符合對(duì)該類防雷建筑物的要求;③利用鋼筋混凝土內(nèi)具有電氣貫通的鋼筋作自然引下線時(shí)，可利用其作為接閃器。

通常在防雷接地設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)側(cè)擊雷防護(hù)基本上用文字進(jìn)行描述，如60 m(或占高度20％并超過60 m)開始每層(或間隔一層)利用外圍圈梁中的2根主筋及其他結(jié)構(gòu)金屬體電氣聯(lián)結(jié)連通成均壓環(huán)，該環(huán)與所有引下線、樓層等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)焊接;每層外圍金屬門窗框、金屬欄桿通過預(yù)埋件與均壓環(huán)連通。

本文結(jié)合某住宅樓防雷設(shè)計(jì)(按二類防雷設(shè)計(jì))，說明側(cè)擊雷防護(hù)時(shí)易被忽視的問題。住宅樓屋頂防雷平面如圖1所示。防雷引下線按《雷規(guī)》第4.3.3條中對(duì)引下線間距(不大于18 m)的要求布置。該建筑高度為99.9 m，80 m及以上部分應(yīng)做側(cè)擊雷防護(hù)。按照上述防側(cè)擊雷的作法，間隔一層利用外圍圈梁作均壓環(huán)，并將該環(huán)與所有引下線焊接。由于引下線間距不大于18 m，均壓環(huán)間距為6 m，因此在該住宅樓各個(gè)側(cè)面上引下線與均壓環(huán)形成的網(wǎng)格尺寸可能為15 mm×6 mm、17 mm×6 mm、13 mm×6 mm?！独滓?guī)》第4.3.3條對(duì)防側(cè)擊保護(hù)的規(guī)定為:“接閃器應(yīng)符合對(duì)本類防雷建筑物的要求”，即網(wǎng)格尺寸不大于10 mm×10 mm或12 mm×8 mm，因此可能無法滿足規(guī)范的要求。

目前，大部分高層住宅樓采用剪力墻結(jié)構(gòu)，建議引下線間距按不大于12 m設(shè)置。對(duì)于高層辦公、商業(yè)綜合體等建筑，多采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，其建筑外圍柱網(wǎng)間距一般為6～10 m。因此，建議利用建筑物四周每根柱內(nèi)的兩根對(duì)角主筋作自然引下線，需防側(cè)擊的屋頂部分每層作均壓環(huán)，以構(gòu)成網(wǎng)格尺寸不大于10 mm×10 mm或12 mm×8 mm。同時(shí)，該做法對(duì)泄放防雷電流也有一定的好處。實(shí)際上，防側(cè)擊保護(hù)相當(dāng)于將建筑物上部占高度20％并超過60 m的部位均做成法拉第籠的形式。

1.2SPD前端保護(hù)器極數(shù)的選擇

TN-S系統(tǒng)中，很容易忽視電涌保護(hù)器(Surge Protective Device，SPD)前端保護(hù)電器極數(shù)的選擇。目前，SPD前端保護(hù)電器的極數(shù)有3P、4P，整體比較混亂?！独滓?guī)》中圖J.1.2-3、圖J.1.2-5及GB 50343—2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》中圖5.4.3-1均推薦SPD前端保護(hù)電器的極數(shù)為3P。這是因前端保護(hù)電器的作用在于:當(dāng)SPD被擊穿而發(fā)生失效或損壞等故障時(shí)，故障元件所在線路為短路狀態(tài)，將會(huì)對(duì)配電系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，其前端保護(hù)電器應(yīng)動(dòng)作;但在總配電箱(低壓配電屏)、二級(jí)配電箱(樓層配電箱)，即使線路存在一定的不平衡，SPD的故障導(dǎo)致N線與PE線短路，其短路電流一般較小，不足以使保護(hù)電器動(dòng)作，即使裝設(shè)4P保護(hù)電器，也無實(shí)際意義。但在TN-S系統(tǒng)中，SPD的故障導(dǎo)致N線與PE線短路，系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)N線與PE線先分后合的情況(在低壓柜處N線和PE線合并)，這是系統(tǒng)不允許的，規(guī)范也未考慮到。

1.3接地網(wǎng)要求

《雷規(guī)》未對(duì)接地網(wǎng)布置、接地網(wǎng)網(wǎng)格尺寸作相應(yīng)的規(guī)定，只要求接地電阻不大于某個(gè)數(shù)值。QX/T 106—2009《防雷裝置設(shè)計(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)規(guī)范》對(duì)接地網(wǎng)網(wǎng)格作了相應(yīng)規(guī)定，要求接地網(wǎng)格尺寸與屋頂接閃防雷網(wǎng)格尺寸相同。因此，建議在布置接地網(wǎng)時(shí)充分利用建筑物基礎(chǔ)地梁，當(dāng)連接處無基礎(chǔ)鋼筋，采用2根直徑不小于10 mm的熱鍍鋅圓鋼進(jìn)行連接。

目前，規(guī)范未對(duì)樓層等電位聯(lián)結(jié)布置、等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)格尺寸作具體的規(guī)定，可能是因?yàn)槊繉訕菢前寤蛄簝?nèi)的鋼筋網(wǎng)即可滿足等電位聯(lián)結(jié)的要求。

2　配電系統(tǒng)

2.1多聯(lián)機(jī)配電開關(guān)的選擇

很多項(xiàng)目中采用多聯(lián)機(jī)進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)。由于多聯(lián)機(jī)一般安裝在屋頂?shù)嚷短靾?chǎng)合，工作條件苛刻，且不同廠家的型號(hào)、參數(shù)具有一定的差異，使業(yè)主購買的多聯(lián)機(jī)功率與設(shè)計(jì)值存在差異，對(duì)多聯(lián)機(jī)配電開關(guān)的選擇造成不同程度的影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)多加注意。

由于多聯(lián)機(jī)一般安裝在屋頂?shù)嚷短靾?chǎng)合，其供電配電箱可能由于條件有限而放置在附近或旁邊，此時(shí)不能忽視配電開關(guān)的降容問題，特別是配電開關(guān)為小型斷路器(Miniature Circuit Breaker，MCB)時(shí)，比一般室內(nèi)環(huán)境所選擇的斷路器額定電流大一級(jí)(因MCB是按基準(zhǔn)溫度設(shè)計(jì)，室外露天安裝的配電箱、配電箱內(nèi)夏季溫度可達(dá)50～60℃，降容系數(shù)約為0.85)。

目前，設(shè)計(jì)存在10～20 kW的多聯(lián)機(jī)采用塑殼斷路器或D型MCB的情況，這是對(duì)多聯(lián)機(jī)的認(rèn)識(shí)不夠。雖然多聯(lián)機(jī)屬于動(dòng)力類負(fù)荷，但目前市場(chǎng)上生產(chǎn)的多聯(lián)機(jī)多數(shù)為變頻多聯(lián)機(jī)，不存在起動(dòng)時(shí)斷路器速斷脫扣器的動(dòng)作特性曲線問題，C型MCB完全可以滿足起動(dòng)要求。

建議當(dāng)多聯(lián)機(jī)額定電流＞40 A時(shí)，才有考慮采用塑殼斷路器的必要;當(dāng)額定電流≤40 A時(shí)，正常情況下選擇的斷路器額定電流不超過50 A，考慮安裝在室外的配電箱需要降容或業(yè)主購買的多聯(lián)機(jī)額定電流偏大等因素，斷路器額定電流加大一級(jí)，取63 A，既可節(jié)約成本，又利于安裝和采購。

當(dāng)多聯(lián)機(jī)安裝在1F室外綠化帶時(shí)，屬于室外工作場(chǎng)所的用電設(shè)備。根據(jù)JGJ 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(簡(jiǎn)稱《民規(guī)》)第7.7.10條，室外工作場(chǎng)所的用電設(shè)備應(yīng)設(shè)置剩余電流動(dòng)作保護(hù)。根據(jù)該規(guī)定，其前端配電開關(guān)應(yīng)具有剩余電流功能，如帶剩余電流功能的斷路器、帶過電流的剩余電流動(dòng)作保護(hù)器等。本文認(rèn)為多聯(lián)機(jī)安裝在1F，且其離變電所的位置較近，前端保護(hù)電器(斷路器或熔斷器)可兼作間接接觸防護(hù)電器。因此，這類多聯(lián)機(jī)可以選用不帶剩余電流功能的斷路器。

2.2配電級(jí)數(shù)的理解

現(xiàn)行規(guī)范對(duì)配電級(jí)數(shù)未作明確的定義，參照GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(簡(jiǎn)稱《供規(guī)》)第4.0.6條及對(duì)應(yīng)條文解釋:一個(gè)回路通過配電裝置分配為幾個(gè)回路的一次分配稱作一級(jí)配電。就配電裝置而言，進(jìn)線總開關(guān)與饋出分開關(guān)合起來稱為一級(jí)配電，不因它的進(jìn)線開關(guān)是采用斷路器還是隔離開關(guān)而改變其配電級(jí)數(shù)。簡(jiǎn)而言之，一個(gè)供電回路通過配電裝置分配為兩個(gè)或兩個(gè)以上分支配電回路的次數(shù)即為配電級(jí)數(shù)。

GB 50054—2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》、《民規(guī)》等規(guī)范條文均有提到:“配電線路裝設(shè)的上下級(jí)保護(hù)電器，其動(dòng)作特性應(yīng)有選擇性，且各級(jí)之間能協(xié)調(diào)配合”。“上下級(jí)具有選擇性”指的是保護(hù)級(jí)數(shù)，不應(yīng)將配電級(jí)數(shù)理解為保護(hù)級(jí)數(shù)，但它們之間是密切相關(guān)的，規(guī)范對(duì)配電級(jí)數(shù)作出規(guī)定是基于保護(hù)級(jí)數(shù)，保護(hù)級(jí)數(shù)是為了在某回路故障時(shí)不影響另一回路供電。如保護(hù)級(jí)數(shù)能做到，就沒必要對(duì)配電級(jí)數(shù)作出要求。

低壓配電系統(tǒng)按GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》條文說明“負(fù)荷分組設(shè)計(jì)方案(二)”進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)于非消防負(fù)荷，變壓器低壓出線至非消防負(fù)荷低壓柜饋線，其配電級(jí)數(shù)已有二級(jí)，加上樓層配電箱和末端配電箱，非消防負(fù)荷的配電級(jí)數(shù)為四級(jí)。因低壓柜消防負(fù)荷母線與非消防負(fù)荷母線之間采用的是斷路器，不利于上下級(jí)之間的保護(hù)選擇性，可將兩段母線聯(lián)絡(luò)的斷路器改為負(fù)荷開關(guān)，這樣消防人員到現(xiàn)場(chǎng)滅火時(shí)，既可以通過負(fù)荷開關(guān)切斷所有非消防負(fù)荷，又能在目前最常采用的低壓主接線形式上做最小的改動(dòng)，且節(jié)約了投資。由于把斷路器改為負(fù)荷開關(guān)，雖然配電級(jí)數(shù)仍為四級(jí)，但相比GB 50016—2014條文說明“負(fù)荷不分組設(shè)計(jì)方案(一)”，其配電系統(tǒng)的保護(hù)級(jí)數(shù)并不受影響，故遵循《供規(guī)》第4.0.6條也就沒有必要。

同樣，在實(shí)際工程中，建議放射式供電的樓層配電箱(二級(jí)配電箱)、末端配電箱(三級(jí)配電箱)的進(jìn)線總開關(guān)采用隔離開關(guān)，雖然未減少配電級(jí)數(shù)，但有利于上下級(jí)之間的保護(hù)選擇性。例如，某樓層配電箱(二級(jí)配電箱)的計(jì)算電流為105 A，若進(jìn)線開關(guān)采用斷路器，其額定電流可為125 A，低壓柜饋線斷路器電流可為160 A;若進(jìn)線開關(guān)采用隔離開關(guān)，其額定電流可為160 A，低壓柜饋線斷路器電流為160 A，更利于保護(hù)電器的選擇性。

3　結(jié)語

目前，對(duì)民用建筑電氣設(shè)計(jì)的要求越來越高，既要滿足建筑的使用功能，還要考慮實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益以及減少不必要的消耗。這就需要建筑電氣設(shè)計(jì)人員了解、掌握國家相關(guān)規(guī)范，以便進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

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Consideration on Problems of Electrical Design in Civil Building

WANG Zheng1，WANG Yiping2
(1.China Southwest Architectural Design and Research Institute Co.，Ltd.，Chengdu 610041，China; 2.Architectural Design＆Research Institute of South China University of Technology，Guangzhou 510641，China)

Abstract:The paper emphatically analyzed and discussed the problems of electrical design in aspects of protection of flank-striking lightning，choice of front-end protective device for surge protective device(SPD)，requirements of grounding grid，distribution switches choice of variable air volume，understanding of distribution series，etc.The suggestions were provided for further discussion and study of the electrical workers.

Key words:flank-striking lightning protection; surge protective device(SPD); grounding grid; variable air volume;distribution series

收稿日期:2015-12-14

DOI:10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.03.015

中圖分類號(hào):TU 852

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1674-8417(2016)03-0061-04