高层建筑供配电系统安全性分析

　　关键词：低压供配电系统 一级负荷 安全性 分支线

　　

　　1.引 言

　　

　　电力负荷根据对供电可靠性的要求及中断供电的损失和影响程度分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。一类高层建筑的消防控制室、消防水泵、消防电梯、防排烟风机、防火卷帘、火灾自动报警、自动灭火系统、应急照明等为一级负荷, 还有柴油发电机房送风机、专用变电所所用的送、排风机及专供消防水泵房所用的污水泵等设备应与消防设备等级一致。

　　

　　2.供配电方案安全性分析

　　

　　供电电源在满足电力负荷的要求下，变电所的安全以及供配电系统可靠性至关重要。

　　高层民用建筑存在大量的一级或二级负荷, 变压器台数往往为两台及以上, 同时还设有一台柴油发电机组。柴油发电机组的起动要求为: 一类高层建筑保护对象分级为一级建筑物的发电机组，应设有自动启动装置，当市电中断时，机组应立即启动，并应在30s内供电,。同时为了不降低消防用电的可靠性, 一旦发生火灾,要求能自动切除非消防用电负荷。

　　

　　3.供电线路的安全性分析

　　

　　3.1 供电线路安全的具体设计措施

　　供电电源在满足电力负荷的要求下, 供电线路的安全可靠也是非常重要的。供电线路敷设方式应根据建筑物的性质、要求、用电设备的分布及环境特征等因数确定。应避免因外部热源、灰尘聚集及腐蚀或污染物存在对布线系统带来的影响。防止在敷设及使用过程中因受冲击、振动和建筑物的伸缩、沉降等各种外界应力作用而带来的损害。而高层民用建筑消防用电设备应采用专用的供电回路, 消防控制室、消防水泵、消防电梯、防排烟风机等的供电, 应在最末一级配电箱处设置自动切换装置, 其配电线路敷设应符合有关规范的要求。

　　3.2 干线首端保护器分支线安全长度分析

　　根据供配电系统设计规范要求规定，在不影响一、二级负荷供电的情况下, 配电线路被前段线路短路保护装置有效保护,且此段线路和过负载保护装置能顺利通过的短路电流, 可不装设短路保护。本着安全、节约的原则, 在建筑电气低压供配电设计中,无论在城区内的高层建筑群还是郊区盘的别墅和低层建筑群中的低压配电方式, 大部分均采用分区树干式的配电方式,。

　　3.2.1 用简易图解分析干线首端保护器分支线安全长度。

　　近年来, 电气设计师总结出了一套简易图解来分析计算干线首端保护器分支线安全长度, 这种方法简单实用, 笔者根据实践经验并以此为依据进行分析验证。

　　3.2.1.1 图解法制作的准备

　　（1）首先根据该干线的总负荷, 按供电的距离和电压损失的要求确定该干线的长度(L1)、截面 (S1)、型号(铜或铝) , 然后选择能保护该干线末端短路时的短路保护电器, 并确定其整定值和整定时间(选择低速 0.2s即可) , 并能通过热校验和电压损失校验。同时假定该短路安装点为O点。

　　（2）根据分支线路的负荷选择同干线同型号的分支线截面(S2) , 同时确定以干线短路保护器安装点O为起点, 截面为S2的虚拟长度(L2 ) , 其中L2长度可用 L2= L1x S1/S2算出。

　　3.2.1.2 图解法的制作步骤

　　a.如图5, 以O点为原点, 以 L1、L2分别作直角三角形的二条直角边OA、OB, 得直角三角形BOA。

　　b .以分支点距O点的距离 L3在OA线上得C点, 经C点作垂直OA的线交AB线于D点, 测量CD线的长度即得L4, 此L4即为分支线截面为S2, 从干线C处分支, 能得到O点短路保护电器保护的分支线长度。也可从两个相似直角三角形BOA/DCA两直角边的比值中求得CD线的长度

　　L4/ L2= (L1-L3) / L1; L4= (L1-L3) L2/ L1

　　c.其它截面为Sn同主干线同型号的分支线, 在距O点不同的距离下, 所确定分支线长度Ln的方法按上述a和b的步骤可依次确定。

　　3.2.1.3 分支线安全长度确定的分析验证

　　低压配电线路的三相、二相短路电流和单相接地短路电流的计算公式分别为I”K3=230/Zk; I”K 2=(230/Zk) ×0.866; I” K1= 230/Zphp从上述三式中我们可知, 当我们确定主干线的短路电流整定值能保护整个主干线末端的短路电流之后, 只要分支线末端的短路电流不小于主干线末端的短路电流, 则分支线末端的短路均能在主干线短路保护器的保护范围之内。假定截面为S1、长度L1的导线末端三相、二相和单相接地的短路电流分别为I (1)”K3= 230/Zk1; I”(1) K2=(230/Zk1)×0.866;I”(1) K1= 230/Zphp1时, 从C点分支后截面为S2、长度为 L4的导线末端三相、二相和单相接地的短路电流分别为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时也即在Zk1≥Zk2Zphp1≥Zphp2 的情况下短路保护器就能保护分支线路末端的短路。

　　3.2.2 在上述的短路电流计算式中, Zk1、Zk2、Zphp1、Zphp2分别为到截面S1、S2末端的阻抗和相保阻抗

　　

　　 , 其 中 Rphp=Rph+Rp ,

　　Rs、Rt、Rm、Xs、Xt、Xm分别为系统S、变压器T、母排M的电阻和电抗, 在一个回路中均为常数, R11、R12、X11、X12分别是截面为S1、S2导体的电阻和电抗。如要满足Zk1≥Zk2、Zphp1≥Zphp2即可看成要满足RL1≥RL2、XL1≥XL2的要求, 而导线电阻和电抗的计算公式分别为R=KjfKljPθCjL/S、XL=(0.1445lgDj/Dz ) XL。从上述的计算公式可知: 当在同一电源时, 频率相同, 干线与分支线处在同一环境, 导线同材质、同型号、同敷设方式的情况下, 除邻近效应系数 Kl j有较少的变化可以忽略不计外,其它均无变化或变化很少均可忽略不计影响, 故而导线的电阻在此等条件下可近似地看为 RL=KL/S, 导线的电抗只与几何均距和线芯的等效半径和长度有关, 不同截面的导线单位长度上的电抗差别极少, 可以忽略其变化, 现列一电缆的单位长度上的电阻和电抗值作一比较。

　　综上所述, 用简易图解确定干线首端保护器分支线长度既方便又实用, 避免了众多电气设计人员仅凭设计经验来确定其长度的不准确性, 也可避免众多分支线逐个计算带来的巨大工作量, 为整个工程供配电系统线路的安全设计提供科学保障。

　　

　　4.结 语

　　

　　高层建筑供配电系统的安全性是电气设计的出发点和归宿。除了保证电气负荷和供配电线路外, 设计时还应注意采取措施,做好系统的防雷及防雷击电磁脉冲, 尽量减少高次谐波分量:；电气设备应尽量采用技术性先进, 可靠性高的产品, 以确保供电品质和供电安全。