吴英明,　陈兴航

(1.潍坊市建设工程 施工图审查中心, 山东 潍坊　261061;

2.山东省淮河流域水利管理局规划设计院, 山东 济南　250000)



影响建筑电气工程质量的问题探讨

吴英明1,陈兴航2

(1.潍坊市建设工程 施工图审查中心, 山东 潍坊261061;

2.山东省淮河流域水利管理局规划设计院, 山东 济南250000)

摘要：从变配电、电梯安装、消防应急照明、弱电系统等方面剖析了影响工程质量和性能的各种因素,并提出了相应的解决措施,以确保工程项目的整体安全性、技术合理性及施工可行性。

关键词：变配电; 电梯安装; 消防应急照明; 弱电系统

0引言

工程项目建设一般有项目建议书、可行性研究报告、初步设计、施工图设计、施工建设、验收运用等阶段,其中还包含初步设计、施工图设计审查、施工招标、监理招标和设备材料采购招标。对于某些工程,还可能有多个专项工程深化设计。由于体制和运营管理等原因,如变配电,强、弱电等特殊工艺专业,以及装修装饰等原因造成设计施工由多家单位完成,给建设过程中设计审查、施工管理、建成后管理运用带来一定的影响,很难确保工程建设项目的整体安全性、技术合理性、施工方便可行性等。

1变配电

目前公共建筑、住宅小区用电负荷大且负荷级别较高,有大量一、二级负荷,特别是对消防配电要求更特殊。大多数情况下大型公共建筑或小区工程都设有专用的变配电室,一般设计人员都能对建筑物内的用电负荷给出明确的分级,符合建筑电气专业规范的要求,但在变压器台数和容量选择、电气主接线(高压配电系统)设计上有所欠缺,这可能有以下几个方面的原因。

1.1负荷统计计算及变压器容量台数选择

新建建设项目必须进行供电系统设计,而供电系统设计的重要依据是最高用电负荷。如果依据的数据较实际的偏小,会使供电系统的开关设备、载流导体和变压器等选择的偏小,在运行中严重发热,影响使用寿命甚至发生事故;依据的数据偏大,使供电系统的设备规格选择偏大,投资增大。负荷计算一般有需要系数法、二项式法、利用系数法、单位面积估算法等。建筑上采用的需要系数法,简单易行,但计算结果偏大,在选择变压器时综合考虑变压器负荷率一般为70%~85%。这样选择的变压容量比计算负荷大些,使运行中变压器实际负荷率较低,运行不经济。

为满足消防及其他一、二级负荷的供电要求,需要设置两台变压器以实行两路供电。在实际运行负荷较低的情况下,为节约运行成本,人为停一台变压器,合上低压母联开关,就成为低压单电源双回路供电。一旦运行变压器或其有关高、低回路开关等设备出现故障,消防电源会完全消失,存在一定的安全隐患。

有设计人员对采用需要系数法计算出的计算负荷偏大和变压器节能运行有所认识,选用4台或以上单台小容量变压器代替2台单台大容量变压器,以灵活投运变压器,方便节能运行,但又将4台变压器分成两组,其供电范围也分成两大区。配电系统(一)如图1所示。由图1可知,Tl、T2变压器为一组(两台变压器为一区供电),T3、T4变压器为一组,对同一区域供电的两台变压器T1及T2间设置母联,对消防及其他重要负荷采用低压双电源供电,在末端配电箱采用自动转换开关自动切换。这样虽设置4台变压器,仍不能达到根据实际负荷停运变压器以节能运行的目地。原因是停任一台变压器都会使消防用电设备负荷变成低压单电源双回路供电。

配电系统(二)如图2所示。由图2可见,T1、T2变压器视实际负荷情况并联运行或单台单独运行,T1、T2变压器设有母联,但应将T1、T2变压器并联后作为一段低压母线对消防或其他一、二级负荷提供一路低压电源,而一路引接至T3、T4变压器的联络后的低压母线,这样任何一台变压器退出运行时都能满足消防用电设备的双电源供电要求,末端配电自动互投,从而保证供电可靠性。当然,设计时应以并联运行方式下最大短路电流值对设备及载流导体进行动、热稳定效验,单台运行最小方式下保护整定计算等情况。

图1　配电系统(一)

图2　配电系统(二)

1.2变配电室(所)设计与施工送电

建筑设计部门做出配电室(所)施工图后,一般要由当地供电部门深化,有些在深化过程中改变了电气设备布置和主接线形式。一些建筑设计人员原预留配电室(所)面积、空间不够,在深化、施工过程中需重新调整配电室(所)房间布置,因此对配电室(所)部分设计就进行甩项,施工时由当地电力部门去做,给施工和运行管理带来许多隐患。

(1) 建筑设计人员不做配电室(所)设备布置,只将引到竖井及配电箱的干线甩到配电室(所),不能合理将进、出配电室(所)的干线电缆分配到各个低压配电柜。大量工程中出现干线电缆从一个位置或几个位置引出配电室,电缆间没有合理布置间距,不仅影响电缆散热,降低电缆截流量,选择不当还会使电缆绝缘出现老化,降低电缆使用寿命,还可能影响其他电缆正常运行。

(2) 电力部门设计人员对建筑规范掌握不够全面,如在设计低压电缆引入低压柜时不尽合理,使出线电缆相互交叉;不了解电缆在建筑内部的敷设清况;对开关配置及保护整定不能合理选择。设计人员经验不足,设计费不足,设计周期不够等都对工程建设不利。

1.3对变配电室(所)设计的建议

建筑设计部门应对变配电室做出初步设计,施工图由电力部门深化。只要设计过程中与当时电力部门进行有效的沟通,其设计理念、经验还是可互补的。例如,建筑设计部门习惯上将高、低压开关柜和变压器等放在一个大空间内,多数选用干式变压器,采用紧贴低压柜布置。这是符合规范的,且比较节省空间,也是开发及建设单位支持的,但电力部门希望设置单独高压配电室,为今后改造扩建留有余地,变压器不贴邻配柜布置,以防变压器发热和振动影响安全运行。这些需事先沟通,才能达到各方要求。

1.4住宅小区变配电设计的配合

目前,有些住宅小区变配电室及低压干线电缆由电力部门设计、安装、送电并运行管理,建设单位只需向当地供电部门按规定(以户数或面积为单位指标)交一定数量的用电配套费。因此,建筑设计部门只进行单体建筑内部动力及照明设计。对于高层建筑来说,消防负荷、电梯、供排水设备负荷等一、二级负荷供电要求较高,对有低压双电源供电要求的负荷而设置的带有自动转换开关电器(Automatic Transfer Switching Equipment,ATSE)的配电箱,要求引自不同变压器的低压母线,使其既符合电力部门的供电及计费要求,又满足建筑规范对负荷的要求。对于各单体建筑,建筑设计部门一般按TN-S或TN-C-S接地系统设计,而电力部门从配电室到各单体建筑敷设的干线电缆一般采用4芯电缆,这样整体工程项目实际上可做成TN-C-S接地系统。关键是电力部门引来的4芯电缆应理解为PEN线,在单体建筑物设计时要按TN-C-S接地系统方式设计总进线控制配电箱,箱中预留好PE和N两个母排,4芯电缆进入总进线控制配电箱后将PEN线先接入PE母排,再由PE母排连接到N排上,并做好PEN线在PE母排处与建筑的总等电位联结端子的可靠联结并接地。这样电源进人建筑物后就成为了TN-C-S接地系统,PE线和N线应严格分开,N线不能再进行接地,否则防火剩余电流监控系统就会报警或误动作。总进线控制配电箱后各个分配电箱中PE线应尽量与建筑物的结构钢筋或装置外导电部分相连,特别是本层的结构钢筋等装置外导电部分。采用TN-C-S接地系统并等电位联结接地,有利于少用4极开关,在确保相线断开后N线与PE线(或地)间不会出现危险接触电压的情况下尽量采用3极开关,既节省工程投资,又保证电气安全。如果将电力部门引来的4芯电缆理解为N线,在总进线控制配电箱中N线不与建筑的总等电位联结端子连接接地,变压器及高、低压设备在变电室(所)接地,建筑物内的工类电气设备在建筑物内采用建筑物的结构钢筋或人工接地体接地,实际上就变成TT接地系统。由于使用自然接地体连通的导体作为接地故障电流的通路,接地故障电流较小,一般应采用剩余电流动作保护器做接地故障保护。TT接地系统内做等电位联结并接地,但不能保证N线与地之间不存在危险接触电压,因此采用4极开关以确保检修安全。

2电梯采购、安装

电梯一般单独招标安装,验收及维护属于当地技术监督部门监管。电梯功能较多,仅介绍以下几方面:

(1) 电梯多方对讲是电梯安装、维修过程要用到的功能,电梯机房、轿厢等与安装、检修有关的对讲功能在电梯采购、安装时都能满足要求。

(2) 轿厢与值班室内(有消防控制室大多指消控室)对讲在电梯安装时往往被忽略,原因是电梯生产、安装厂商不知消控位置、距离,且投标时未考虑这部分费用,建筑电气专业也未留走线通道。电梯与值班室的对讲是技术监督部门要求必须设置的。按消防规范要求,消防电梯轿厢内需安装消防电话,在救火时消防队员能与消控室取得联系,以便指挥人员指挥或了解现场救火情况。大多建筑设计人员都能在消防电气设计时满足这一规定,但大型星级宾馆、写字楼等施工过程中一般不在电梯内安装电话,原因是电梯生产制造时并未设计外挂电话的设施,临时打孔,安装影响美观。从功能上讲,安装在消控室的电梯多方对讲系统能否满足消防电话的这一要求,是否还需另安装引自消防电话主机的明装消防电话,需与消防有关部门沟通后确定。

(3) 电梯停靠各层时会有小的高度误差,电梯本身能自动校正(自动平层)。停电自动平层功能是电梯设备附带含有电池的电梯应急控制柜。电梯在使用过程中,平时采用市电供电,当供电系统故障时,电梯应急装置自动投入工作,将电梯轿厢缓慢运行到就近平层,让乘客迅速安全走出电梯。电梯平层功能和停电自动平层功能在采购、安装时由于没有严格区分,而出现安装方与建设方分歧,招投标时要特别强调。

3消防应急照明

多数情况下,消防应急照明负荷属于一、二级消防负荷,应由两个电源供电,这两个电源可以是满足消防供电要求的两路市电,也可以是一路市电和一路由自带电池且满足消防规范要求的应急备用电源或柴油发电机组。按消防有关规范,消防应急明灯具供电及控制不仅要有供电电源要求来保证其供电可靠性,还应有消防联动控制要求及应急照明灯具短暂熄灭的时间限制要求。在给应急照明灯具供电的高、低压供电回路中,可能涉及到设备有高压电源一次重合闸及备用电源自动投入、备用柴油发电机组起动、ATSE双电源切换、采用自带蓄电池应急灯市电与电池的切换、EPS等电源设备功能性电源转换过程,都会使应急灯短暂失电而熄灭,失电时间可能是上述单一设备转换的时间,也可能是上述几个设备转换的时间值的叠加,但应急灯的熄灭时间应严格控制在规范要求的时间内。

某些工程对消防应急照明方式采用一路市电和一路自带电池的应急灯具方案。自带电池的应急灯都有一根充电线,安装使用时可作为正常照明一部分,也可作为备用应急照明灯,可集中或就地控制。有些工程在设计、施工安装和灯具采购中没有综合考虑,导致在火灾确认后无法实现消防控制室应急点亮功能,只能人为切除自带电池应急灯具的市电电源,使自带电池应急灯具转换为自带的电池供电,严重违背了消防设备双电源供电的原则。应急灯的自带电池满足消防应急灯的有关规范要求,初安装时应急时间不小于90 min,但经长时间的充放电,电池的放电时间会越来越小。如果管理运行达不到要求,就会使电池失效。

4图纸中对电气元器件参数标注不详尽

4.1SPD使用问题

建筑物防雷设计应在建设开工前的规划设计阶段,要综合考虑建筑物遭雷击的概率、雷击后造成的后果及防雷措施的经济合理性,并对其进行风险评估。对于防雷击电磁脉冲,要综合运用分流、均压(等电位)、接地、屏蔽、合理布线、SPD保护等技术手段。有些设计人员不管是否可能受到雷击电磁脉冲的影响及影响程度如何,在配电箱中都安装SPD,造成严重浪费,有时甚至造成故障,影响设备正常使用,且不标注SPD的技术参数,给设计审查和设备采购、招标带来不便。

低压线路引入/引出建筑物的总箱中一般用Ⅰ级试验10/350 μs波形、冲击电流试验的开关型SPD。试验的限压型SPD,除最大持续工作电压、电压保护水平、冲击通流容量等参数应标注齐全外。对SPD上、下端口连接导线及安装做出要求,不能使SPD两端引线产生电压过高而影响加在被保护设备的电压,应能正确判断第一级泄放能量的开关型SPD是否能将保护水平限制在所被保护设备允许耐压以内,是否有必要在下级配电箱中安装第二级SPD来进一步降低保护电压水平等。

4.2低压断路器分断能力选用

低压断路器分断能力选用过高,造成工程投资增大。如配电室内变压器低压控制盘中的低压出口总控制开关,与其他低压出线柜中的分支出线开关以下部位发生短路时,计算的短路电流值相差不会太大。有些设计人员未从保护整定方面考虑,使保护整定具备选择性。低压出线柜中的分支出线开关以下部位发生短路时,一般要求瞬时切断该回路分支开关,不使上一级开关越级跳闸而造成较大面积的停电故障。变压器低压控制盘中的低压出口总控制开关一般要求具有一定时间的延时,动稳定校验时只需切断短路电流周期分量有效值。从动稳定校验来看,显然要求变压器低压控制盘中的低压出口总控制开关的分断能力不大于各分支出线开关的分断能力。实际设计中,有些设计人员将总开关分断能力选用的比最大短路电流值大一、二级,造成不必要的投资浪费。10 kV侧的进线总开关、分支出线开关也是同样如此。

4.3软起动器、变频器不合理的选用

电动机回路的控制、保护、测量设置不合理,不考虑电源系统的容量、变压器和柴油发电机组的容量、设备用途及工艺要求,一律规定一定容量的电动机就采用软起动器、变频器,且不标注软起动器、变频器的参数,给设备采购带来不便,且采用通用的低压断路器对其进行保护,留下安全隐患。设备选择起动控制、保护方式应根据电源容量情况确定,设备工艺要求视具体清况而定。当建筑中的供电变压器或柴油发电机组容量比较大时,一般不频繁起动的电动机采用全压直接起动,没必要采用变频器或软起动器。若选用的软起动器、变频器为电子式产品时,一般其使用年限比其他元器件短,对环境条件要求较高,投资大,出线故障时维修维护相对复杂,对运行管理人员素质要求高。因此,尽量采用常规的交流接触器和热继电器组合。电子式的软起动器和变频器应采用快速熔断器对其保护,低压断路器固有分断时间较长,短路时会烧毁晶闸管,不宜作为该类设备的保护元器件。

4.4ATSE设备选用问题

ATSE设备有PC级与CB级之分,CB级的ATSE配备有过电流脱扣器,具有电源转换和短路保护双重功能,结构比PC级复杂。按照结构简单、功能单一的可靠性原则,PC级ATSE比CB级的具有更高的可靠性。由于CB级ATSE配备有过电流脱扣器,在负载侧发生短路时可能导致过电流脱扣器直接动作脱扣而使转换功能失效。因CB级ATSE的控制器检测不到电源故障,将断开所有负载电源,需人工现场专门操作才能恢复供电。这也是国际专业供应商选择只提供PC级ATSE产品和UL标准要求CB级ATSE在产品可视处必须注明何时失效的重要原因。另外,重要负荷特别是消费负荷不应使用CB级ATSE产品。

5弱电系统

弱电系统包括消防报警及联动系统、安防及视频监视系统、语音及数据系统、有线电视系统、室内移动通信覆盖系统。有些公共建筑还设有BAS系统、出入口及停车场管理系统、灯光控制系统、公共广播系统等。大多数情况下,除消防报警及联动系统必须详细设计报审外,一般只在初设阶段说明或配有一两张系统框图,施工图阶段再由专业公司或弱电设计院所进行深化设计。设计人员设计过程中应与建筑专业设计人员进行沟通,预留好弱电设备机房位置,初步布置机房设备;预留好电气管路通道,做好弱电设备的抗干扰措施;预留好弱电机房的功能性等电位联接接地端子。为减少雷击电磁脉冲对弱电设备的影响,除要求机房位置选择在雷击电磁脉冲衰减较多的建筑内区外,应在设计时将建筑物的金属支撑物、金属框架或钢筋混凝土的钢筋的自然构件、金属管道、配电的保护接地系统等防雷装置组成一个接地系统,并在弱电机房和电气竖井中预留等电位联结板。

6结语

建筑工程建设中设计是龙头,施工是关键,运用管理是保障。为确保建筑工程整体质量,各环节需密切配合,以形成一个有机整体,并贯彻于整个建设工程。

参考文献

[1]贾亚娟.浅谈电梯自动救援装置设计[J].中国科技信息,2011(16):26-30.

[2]谭超.分层防雷接地系统在调度中心设计中的应用[J].山西科技,2012(2):35-38.

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张国栋(1970—),男,高级工程师,从事建筑电气方面的工作。

Discussion about Several Problems Influencing on Quality of Electrical EngineeringWUYingming1,CHENXinghang2

(1.Weifang Construction Engineering Construction Drawing Examination Center, Weifang 261061, China;

2.Shandong Huaihe Water Conservancy Bureau Planning and Design Institute, Jinan 250000, China)

Abstract：This paper discussed the various factors affecting on the overall quality and performances of the project at aspects of supply power and distribution,elevator installation,fire emergency lighting,and weak electrical system.The corresponding solutions were proposed to insure the whole security,technology rationality and construction feasibility of construction project.

Key words:supply power and distribution; elevator installation; fire emergency lighting; weak electrical system

收稿日期：2015-04-22

中图分类号：TU 852

文献标志码：B

文章编号：1674-8417(2015)06-0056-06