高校电气设计（通用7篇）
高校电气设计 篇1
前言
随着社会的发展,高等院校学生宿舍的用电状况已发生了巨大变化,电子设备、通信网络、有线电视等均已进入了学生宿舍,涉及到用电安全的电磁炉、电开水器等也同时进入。在全国大范围开展创建公共性建筑的今天,高校中的宿舍均被列入重点关注对象,各院校相继制定了用水用电管理办法、空调设备使用管理办法、加强节约用电和实行计量监督暂行办法等。电气专业在宿舍应用中如何做到有效管理能源的同时又不失用电需求及用电安全的保证是我们电气设计人员需要全面考虑的问题,本文针对项目设计中的一点体会,谈一下个人的想法。
1 规范要求
在《宿舍建筑设计规范》JGJ36-2005第6.3电气中,对宿舍的设计提出了基本要求,设计人员在设计中可以参照执行。但往往建设单位有自己的管理需求,所以在设计中除执行设计规范的规定外,还要从用户的管理角度考虑,进行综合设计。
2 设计需求
在宿舍建筑中,笔者认为宿舍的配电设计宜从功能需求、管理需求和安全用电三个方面综合考虑。
1)功能需求:宿舍主要是用于学生休息和生活,需要为其提供照明、插座、信息网络接线口及有线电视接线口。插座的需求主要是台灯、电子设备、充电器、电开水器等小型日用电器;网络接线口为学生提供能访问互联网或校园内部网的网线接口;有线电视接线口为学生从校园有线电视中获得信息。在设计中,这些出线口的布置需要结合家具布置以方便使用。
2)管理需求:从管理角度考虑,既要统一管理照明以保证学生的正常休息,又要保证学生对其他用电的需求。因此,传统限时限量的供电方式已不适应发展的需求,而电费再从住宿费中平均收取的方法也不适宜现在的管理模式,采取按需购电的方式实行电力商品化是势在必行的管理手段。
3)安全用电:对学生用电虽然采取了购电方式,但并不是完全放开。用电安全是宿舍管理和学生使用的重要环节,应避免学生在使用电气设备时发生过负荷而引起火灾的情况,所以设计中应考虑超负荷自动断电的控制措施。对于有按时间节点来管理宿舍内房间照明要求的,应定点定时开、闭照明电源,但同时要保证涉及到学生安全(如起夜时卫生间等)的、容易引起跌倒的位置的基本照明需求,这一点也是本文提出引起重视的关键点。
3 智能化设计
宿舍的智能化设计也是一个不可忽视的方面,因学生有相当一部分时间在宿舍度过,所以在宿舍内应为学生提供一个安全、舒适、健康、获得信息便捷的环境,故网络、电话、有线电视的接口是宿舍必备的基础硬件。以下是笔者理解的在宿舍设计中实现智能化需要考虑的几个方面:
1)信息网络:在信息交流和沟通的时代,宿舍中网络的提供已是必须具备的条件,但设计中预留的方式可以很灵活,可以按家具布置为每个床位设置一个有线接线口,也可以考虑采用无线上网,在房间入口处设置无线网口。实际应用中选择哪种方式要与校园网络管理及服务相一致。
2)电话:在移动电话不断普及的情况下,建议将固定电话设置在宿舍楼有人管理的区域,若实行无人管理方式,可以采用IC电话并集中在某一层设置。
3)有线电视:在宿舍内设置一处有线电视出线口,可以考虑设置在每个人在床上基本都能看到电视的位置。
4)出入口管理:为保障学生宿舍的安全,防止其他闲杂人员入内,宿舍楼应设置出入口管理系统。对于有条件的院校可以考虑采用一卡通系统,即宿舍楼大门、宿舍房间门、食堂用餐卡及图书馆借阅卡等集成一体,方便学生使用。
5)视频监控:从宿舍学生安全到个人财产安全考虑,可以在公共走道上能观察到每个房间人员进出的位置设置视频监控摄像机,并将其监视信号上传至校园安全防范管理中心。
4 工程设计案例
1)工程概况:某院校宿舍总建筑面积为10 600.50m2,其中地上面积为9 245.98m2,地下面积为1 354.52m2,标准层面积为979.38m2,建筑层数(地上/地下)10/1层,建筑高度38.50m。地下设自行车库、设备间,一层设楼长室、缝纫间和洗衣房等,二层设辅导员宿舍,三层及以上为学生宿舍。
2)计量设置原则:每间宿舍设置单独计量,计量装置集中在竖井设置。
3)智能化设置原则:每间宿舍内设置一个电话出线口、一个网络出线口、一个电视出线口。
4)管理需求:
(1)远程监控:信息可通过数据现场采集实现远程实时监控,即可实施远程设置;远程查看工作状态、违规记录和远程查看断路器、电源状态;
(2)时控功能:可设定宿舍自动断电和自动供电的时间;
(3)权限管理:管理者可对操作人员设定不同的操作权限;
(4)管理中心:相关购退电、催缴费告警.线损分析、设置自动通断电时间、各电表的最大断电负荷、各宿舍用电查询及日常维护管理等。
(5)财务、后勤等部门可在网上使用历史数据库并完成相关分析、结算等工作。
(6)系统功能:当用户预购电量剩余量达到设定底限时,提示用户购电。
5)平面设计图如图1、图2和图3所示。
6)配电系统设置:
(1)层计量装置竖井集中设置如图4所示。
(2)宿舍外配电箱设置系统图如图5所示。图中采用双回路供电,一路专供照明使用,另一路供给大功率的用电设备(如空调、电热水器等)。其中供照明的回路具有限流、恶性负载识别及定时断送电功能。
5 结束语
宿舍设计是很简单的工作,但如何能够同时做到保证人员安全、功能适宜的用电、管理维护方便仍需要设计人员用心去考虑,这样设计出来的产品在使用过程中才更贴近生活。
参考文献
[1]中国建筑标准设计研究院.JGJ36-2005宿舍建筑规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2006.
对高校学生公寓电气设计的体会 篇2
一、负荷容量的确定
在以前的学生宿舍中, 除了必需的照明电器外, 基本上没有任何改善生活的家用电器, 对电能的需求也比较小。随着国家经济的高速发展, 人们的物质生活水平不断提高, 大量的家电设备随之进入了学生的生活中, 以前的电气设计容量和设施已不能满足今天的用电需求。因此, 在当前学生公寓的电气设计中, 有必要在电力负荷容量确定时, 既满足目前的负荷需求, 又保证今后5—10年内不落后的原则下适度超前。以下按四人标准间学生公寓列出主要电器设备 (见表一) , 作为电力负荷容量确定的依据。
根据上表所列, 四人标准间学生公寓家电配置的总功率约为7—8kW左右, 综合各种家电的正常同时使用情况, 一般每间公寓设备使用系数为K=0.4—0.5之间, 每间公寓平均负荷容量约为3—4kW, 综合功率因数取0.80为宜。下面以一栋七层的学生公寓 (22间/层) 为例进行负荷计算:每间公寓容量:Pe=3—4kW, cosФ=0.8, Ue=0.22kV, 则计算电流Ie=Pe/ (Ue×cosФ) =17—22.7A, 每间公寓的进线采用6mm2。整个楼层的∑Pe=66—88kW, 取楼层同时系数为K∑p=0.8, cosФ=0.8, Ue=0.38kV, Ie=∑Pe/ (1.732×Ue×cosФ) =100—133A, 每层公寓的进线采用70—95mm2的低压交联电缆进线。整栋公寓的∑Pe=462—616kW, 取楼层同时系数为K∑p=0.5, cosФ=0.8, Ue=0.38kV, Ie=∑Pe/ (1.732×Ue×cosФ) =438.7—584A, 每栋公寓的进线采用2根120—185mm2的低压交联电缆进线。上述负荷计算的依据是适度超前, 考虑到现阶段的外部用电不足的实际情况和投资方对一次投资的控制, 笔者认为设计人员在设计中宿舍和楼层干线进线截面按超前值预留, 每栋总进线和变压器选型可以适当地减小, 但应考虑远期总线和变压器的增加或调整的可能性, 为适应今后的发展留有余地。
二、用电管理
学生公寓的用电管理包含电费的收费管理、用电容量的控制管理和限时供电控制管理。高校学生公寓的用电管理问题, 一直是摆在高校学生公寓管理者面前的一道难题。在以前的电气设计中, 大多数设计人员采用传统的电表分散或集中布置的方式, 这样势必给学生管理人员带来以手工操作为主的学生公寓用电管理方式, 信息反馈慢, 工作效率低, 管理质量差等缺陷。为了弥补上述设计缺陷, 我们可采用三种解决方案。方案一:采用IC卡电度表来进行电费管理, 采用预付费管理方式, 可解决电费收缴问题但无法实现用电容量控制和限时供电控制管理。方案二:采用远传电表管理系统, 通过计算机控制系统来完成电耗量的收费和未付费的用户报警及切断, 该系统能解决上述的缺陷, 但存在投资相对高和布线量大等不足。方案三:采用智能集中电能计量管理系统所提供的一体化解决方案, 该系统集电能计量、负荷控制、双重保护、收费管理、用电资料统计分析功能于一体、使抄表和收缴电费等工作被省略;采用信用卡技术进行预收费, 实现了用户“先交钱、后消费”的现代消费模式, 并可以通过用电资料统计分析来提高管理水平, 在布线方面只需一控制线将所有的各层管理机柜和管理室主机相连。经过上述比较, 笔者认为采用方案三最适合学生公寓的用电管理, 能很好地弥补传统管理中的不足。
三、接地及防雷保护
学生公寓一般都属于三类防雷建筑, 防雷保护一般均采用在屋面安装避雷带和避雷小针作为接闪器, 利用结构柱内二根大于覬16或四根覬12的主钢筋作为引下线, 上与接闪器焊接连通, 下与基础地梁及桩基内的钢筋相互焊接连通, 基础地梁及桩基内的钢筋相互焊接连通作为基础接地体, 要求接地电阻小于1欧姆。
每栋学生公寓楼均应在底层设置一—二个总等电位联结端子箱 (MEB) , 所有进出建筑物的各种金属管道、铠装电缆的金属外皮、弱电系统的接地、PEN线等均应与总等电位联结端子箱联结, 并通过总等电位联结端子箱与接地系统连通。公寓内卫生间均设局部等电位联结端子箱 (LEB) , 卫生间内所有外露金属件均采用BVR-4mm2导线与局部等电位端子箱连接, 实现卫生间内的局部等电位联结。对于局部等电位端子箱位置, 笔者认为应该设在卫生间的台盆柜下或门后较为隐蔽和便于检修的部位。此外, 近年来随着信息技术的飞速发展, 智能型学生公寓的出现, 多种弱电系统纷纷在学生公寓中出现。因此, 在设计中我们应充分考虑弱电系统的防雷接地工作, 在电源方面要求总电源、楼层电源、机房电源均分级设有过电压浪涌保护装置。弱电机房内应设置等电位端子箱, 由等电位端子箱采用25×4的铜排或BVR-50mm2导线作为接地干线, 再从弱电机房的等电位端子箱引出12×4的铜排或BVR-25mm2导线作为接地干线, 沿弱电线槽引至各楼层弱电设备竖井接地端子排。
四、智能系统
随着信息技术的飞速发展, 学生公寓已经变成了课堂学习之外的生活、工作、学习、娱乐中心, 智能型学生公寓的出现正好适应了这个社会需求。作为智能型学生公寓的基本硬件设施, 每间学生公寓内应包含以下三种弱电子系统, 分别为电话通讯系统、有线电视系统、计算机网络系统 (或互联网宽带接入系统) 。整栋公寓楼还应包含以下几个系统:背景音响广播系统、楼道监控安防系统、电能计量管理系统、火灾自动报警及联动控制系统等。
五、与建筑和结构专业之间的配合要求
1. 在设计中我们应向建筑专业提供智能化子系统弱电机房和强电相关的变配电设备用房的配置要求。在工程设计中应考虑的弱电机房有2个, 一个是用于监控系统、广播控制系统、有线电视系统、电量计量管理系统的物业管理用房, 它可以和公寓中底层的值班室合用, 面积考虑30—40m2;另一个是用于计算机网络、电话交接机间, 作为信息控制中心的设备间, 一般设置在二、三层, 面积考虑20—30m2。在工程设计中应考虑的强电设备用房是变配电室和配电间, 一般位于自行车库层和底层, 设备用房面积大小在设计中应按具体工程的设备布置情况和建筑平面来确定。
2. 在设计中我们应向建筑专业提供强、弱电竖井的设置要求, 根据规范要求强、弱电竖井应分开设置。弱电竖井的位置应保证至平面任何一点位置的计算机信息点的线缆距离不大于90米, 每个竖井的面积一般按综合布线规范的要求定, 通常弱电竖井并不是单纯的用于敷设弱电电缆桥架, 而要考虑放置网络机柜, 弱电竖井的门应选用防火门并向外开启。考虑到学生公寓楼层用电量的增加, 以前通过由底层直接埋管引至楼层配电箱的做法已经不适合, 我们建议在设计中考虑强电竖井, 主要用于敷设强电电缆桥架和有利于今后的管线调整, 其尺寸根据具体设计的管线布置来定。
3. 我们向结构专业提供有关设备用房的荷载情况、进出建筑物管线穿越地下层剪力墙孔洞大小、数量和位置, 另提供竖井内的楼板留洞尺寸和定位。
六、结语
笔者仅对大学生公寓电气设计作了一些粗浅的探讨, 水平有限, 不足之处敬请赐教。
参考文献
[1]民用建筑电气设计规范 (JGJ/T16-2008) .中华人民共和国建设部, 2008-01-31.
[2]建筑物防雷设计规范 (GB50057-942000年版) .北京:中华人民共和国建设部, 2000.
高校教学办公建筑电气改造探析 篇3
现有高校的教学办公建筑大多建于二十世纪八九十年代。随着高校节能减排及新的教学使用要求,此类老建筑现有电气线路已经不能满足需要。故高校建筑的电气改造作为一个普遍的问题摆在了广大电气设计人员的面前。本文从校园既有建筑电气领域存在的问题及电气改造方案两方面进行了探析。
1 高校既有建筑电气领域存在的问题
1)由于使用年限长,配电线路老化严重,保护电器无法正常动作。高校内需电气改造的建筑由于大多已使用20年～30年,建筑物内配电线路大多采用普通绝缘铝线。由于建筑物用电负荷增加较多,配电线路大多满负荷,甚至超负荷运行。这就导致配电线路绝缘严重老化,甚至部分线路绝缘已脱落。而在线路保护电器方面,由于使用年限太长,平时不注重检修,保护电器已不能满足线路保护要求,且受当时技术条件限制,保护电器大多使用旧式胶盖闸刀开关和瓷插式保险。
2)教室内灯具偏少,照度水平不满足现行规范要求,且灯具均未接PE线。经笔者调查,现有教室由于大多采用普通T8灯管,发光效率不高,且原有设计灯具偏少,加上教室后期维护差,墙面及顶面反射率不高,使最终照度水平远达不到现行规范要求的普通教室300 lx,美术教室500 lx的照度水平。
3)建筑物配电系统大多采用TN-C系统,室内插座、实验设备等易触电设备未设置漏电保护器。现有老建筑物由于历史原因,配电系统大多采用TN-C系统。在用电安全可靠性上,由于没有单独PE线,往往造成用电设备外壳带电而开关不动作,这就使用户的人身安全得不到保护。同样由于系统没有PE线,在室内插座等用电回路中无法安装漏电保护器,达不到国家现行的安全用电要求。
4)由于后期新增设备较多,建筑物内新增配电线路混乱,无法对相关场所进行用电计量。在实验楼中,由于新增设备或实验室更换房间,原有房间内配电线路大多需进行改造。而这部分改造大多没有图纸存档。随着年代的久远,这就造成后使用者无法准确知道建筑内配线情况,很容易出现本层线路保护开关全部断掉,而部分房间仍然有电的情况。在这种情况下,是无法在原有线路基础上完成国家关于高等学校校园建筑节能监管系统建设技术导则的用电计量要求。
5)建筑物内弱电线路配置混乱,严重影响后期维护。由于现有高校教学办公楼大多始建于二十世纪八九十年代,在弱电设计方面,当时对建筑物没有太多的要求。大多仅设置了电话系统,甚至某些教学楼连电话系统都没有。另外,后期增设的网络系统,视频监控系统,多媒体教学系统等弱电系统都由不同时期、不同施工单位独立完成,各系统间缺乏统一规划,利用建筑内空间不合理。
2 电气改造方案
1)在电气改造过程中,全面更换原有线路。在设计中,室内线路将不再使用铝芯电线、电缆。由于原有配电线路均为使用多年的铝芯电力电线、电缆,且由于负荷增大,线路长期处于满负荷甚至超负荷状态,从电气安全及今后发展角度,笔者认为在改造中,不应考虑使用原配电系统中电线,电缆。整个建筑物的配电系统应按照现有的设备负荷从进线端重新设计,线路宜采用铜芯电力电线、电缆。在线缆截面方面,应根据使用单位提供的负荷要求及本建筑物长期运行负荷调查结果重新计算,从而保证使用单位的用电需求得到合理的保障。在线路敷设方面,配电水平干线应沿建筑物吊顶内沿电力电缆桥架敷设,竖向干线在有电气竖井的建筑物内应在原有管井内敷设,在无竖向电井的建筑物内应采用穿原有干线配管或在走廊等公共区域新增明配管敷设。由层配电箱至各房间配电支线在公共区域内宜采用沿电缆桥架敷设,在室内沿塑料线槽明敷设引至灯具、插座等用电点。
2)对于教室内照明灯具,按现有规范重新进行照度计算,灯具采用高效光源,高效灯具。对于教室内安装灯具建议仍然采用直管荧光灯,结合电气节能及教室内配电线路改造,采用T5光源或三基色T8光源,重新按现有国家规范要求照度水平(普通教室300 lx,美术教室500 lx)布置灯具。在布置灯具时应注意灯具应平行于外窗方向,且灯具安装时应充分考虑灯具与多媒体教学设备的相互影响。前排灯具安装高度不应影响吊装投影仪的投射角度。在有条件的建筑物内,在教室内设置照度探测器配合智能控制单元实现白天高照度条件下灯具停止供电。在公共走廊内照明灯具由于声光控开关与节能灯无法配合使用,故设置人体红外感应开关,实现无人状态下的电能节约。
3)在建筑物电源进线处新增接地体,将配电系统由TN-C改为TN-C-S。在室内配电线路新增PE线,并在插座、移动式用电设备回路增设漏电保护器。根据建筑物实际情况,在各单体建筑物室外增设人工接地体,将原有进线的PEN线在进线处重复接地,进入室内后,PE线与N线不再连接。这样,就可以为各配电箱提供独立的N线与PE线,从而将配电系统由TN-C改为TN-C-S。而在各层分配电箱中,应将现有插座及移动式用电设备回路改用带漏电保护的微型断路器,漏电电流设置应不大于30 m A。
4)按《高等学校校园建筑节能监管系统建设技术导则》(下称《导则》)要求,设置用电计量。在《导则》中,国家相关主管部门对高校建筑电气节能做了相应的规定。笔者通过学习《导则》,结合工程实际,总结出如下符合《导则》要求的改造做法:a.在电气线路改造中,注重将不同类型负荷分路供电,具体分为四类:照明插座用电;空调用电;动力用电;特殊用电。其中特殊区域用电是指不属于建筑物常规功能的用电设备的用电。b.对于照明回路,将公共照明灯具与各功能房间灯具分回路供电,以便于按《导则》要求计量电能。c.在各建筑物内总进线、各特殊用电设备处设电能计量表。对于各用电单位,按用电负荷性质分类设计量表。考虑到高校内房间功能变更较多,笔者建议对于办公类建筑,宜按各自然间设置分类计量,且计量采用智能计量系统,在系统软件内设置收集各用电单位分类用电量。d.新设置普通电能表应具有监测和计量三相(单相)有功电量的功能,多功能电能表应具有监测和计量三相电流、电压、有功功率、有功电度、无功功率、无功电度、有功功率因数、频率、总谐波含量功能,且具有数据远传功能,至少应具有RS-485标准串行电气接口,采用MODBUS标准开放协议或符合《多功能电能表通信规约》中的有关规定。
5)根据弱电线路敷设需要,统一考虑弱电敷设路径,并预留长期发展需要。经过现场调查,现有正在使用的教学办公楼内弱电设施大部分已经设置完善,故在弱电改造时,改造内容应集中在线路敷设改造方面。根据建筑物内公共场所的特点,充分利用走廊及房间吊顶内空间,将原来杂乱无章的弱电线路,统一路径,采用集中设置弱电桥架的方式。将弱电线路由沿墙明敷设改为在吊顶内沿弱电桥架敷设。在选择弱电桥架时,宜在满足现有线路需要的基础上,预留今后发展所需空间。
3 电气改造施工中容易出现的问题及解决方法
1)在无电气竖井且原有竖向预埋管不能满足新的配电干线需求时,部分工程施工人员在没有考虑结构安全性的情况下,盲目开洞,对建筑物结构稳定性造成了破坏。因此,在电气改造设计阶段,电气设计人员必须积极与结构专业配合,由结构专业在改造施工前提供楼板开洞方案或相应加固措施。
2)由于高校教学办公楼大多无法在停止运行后再进行施工。故电气改造基本处于边施工边运行的状态,在这种情况下,配电线路散落在各处,容易出现损坏,且今后线路标识困难。而这些故障点往往只有在最后通电后才能发现。为避免这种情况,施工时,施工人员应尽可能的将配电线路放置于普通人员不易接触到的场所,如走廊吊顶等位置。在施工穿线时,尽量在穿线的同时,对线缆做好相应标识,以利于以后的使用。
4 结语
对于高校教学办公建筑电气改造项目,电气设计人员只有充分了解建筑物的现有电气系统、设备现状及使用中存在的问题,结合国家相关的规范,以使用单位的需求为改造目标,本着节能、环保的设计理念,才能最好的完成电气改造设计。
摘要：结合《高等学校校园建筑节能监管系统建设技术导则》中与电气相关的内容,对高校教学办公建筑电气改造中发现的问题进行了分析,提出了一系列解决高校教学办公建筑电气改造难题的方法,以指导实践。
关键词：高校电气改造,用电计量,照明设计
参考文献
[1]JGJ 16-2008,民用建筑电气设计规范[S].
[2]全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇——电气[Z].
[3]GB 50034-2004,建筑照明设计标准[S].
[4]住房和城乡建设部工程质量安全监管司,中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施(电气)[M].北京:中国计划出版社,2009.
高校电气节能措施的分析与探讨 篇4
我国能源与发展间的矛盾已成为社会各界普遍关注的热点, 政府提出了建设“资源节约型、环境友好型”社会, 电气节能已经成为时代的呼唤。高等院校教育事业近些年发展迅速, 致使用电量增长迅猛, 为更合理地利用有限的教育经费, 要求我们更合理地利用电能, 积极开展高校电气节能。
二、高等院校用电特点
高等院校是集教科研于一体的事业单位, 在用电方面与机关、企事业单位存在这很大的不同, 具有以下特点:
1) 负荷中心点众多且分散, 10/0.4k V供配电半径大。
2) 大型实验设备数目多, 使用率不高, 配电变压器大部分时间轻载运行, 大马拉小车, 致使电网总的功率因数偏低, 无功损耗大。
3) 同一处所, 原则上应等压分配, 则容易造成部分小功率电器高压运行。比如教学楼、图书馆、路灯等照明灯具在电压偏高不良情况下长期使用, 导致灯具过热损坏, 耗电量增大。
4) 用电相数混杂。现代高校在用电方面与民用建筑和企事业单位存在较大不同, 既有动力三相电, 又有普通两相电。由于大多数负荷为单相, 三相负荷的不平衡会导致中性线通过不平衡电流, 致使3次及其奇次谐波构成中性电流, 使电脑及各家用电器设备的高次谐波污染日益加剧。
三、高等院校节能措施分析
(一) 科学调配供配电系统, 降低电网损耗
现代高校校园建筑面积普遍较大。教学楼、实训中心、行政办公楼、学生宿舍、生活区等分布较广, 用电需求、系统供电能力都有所不同。
线路电流无法改变, 若想减少线路损耗, 关键在减小供配电线路电阻。线路电阻R=P·L/s, 因此减少线路的损耗, 理论上可以选用电导率小的材质做导线、减小导线长度并适当增大导线截面面积。为了降低配电网损耗, 应从接入点附近从电网中取得电源, 因为负载的功率损耗和电网的输电电压、负载电流、有功无功功率和供配电线路的距离有关。所以, 当供配电线路距离过长会大大增加线损。当输送电压和功率因数均保持不变的条件下, 输送距离增加10%, 功率损耗随之增大10%。我国对10k V/0.4k V配电线路规定了其合理的输送距离和容量 (见下表) 。
因此, 高校供配电系统应尽量简单可靠, 同一电压等级变配电级数不宜多于两级, 适宜采用10/0.4k V电压等级配电, 再结合校园各区用电要求, 合理确定供配电系统, 可采用10k V电压等级线路直接供电到负荷中心, 输送容量和距离均应满足上表要求。
(二) 装设无功补偿设备, 提高功率因数, 有效降低线损
无功电源和有功电源一样, 同样保证着电能的质量。电力系统运行时应保证无功平衡, 否则, 系统电压将会降低, 功率因数也会随之下降。负荷的有功功率保持不变的条件下, 提高其功率因数, 可以减少所需的无功功率, 进而减少通过供配电线路和变压器的损耗和电能损失。统计数据表明, 电网线损约70%实在10/0.4k V配电系统中损耗的, 而无功功率大约50%消耗在用户方面, 剩余的约50%左右消耗在电网损耗上, 对用户端来说, 应就地安装无功补偿设备。
对于高校来说, 其中大量使用单相负荷, 容易造成三相负载的不平衡。由于调节补偿无功的采样信号取自任意一相, 从而造成未检测的两相容易形成欠补偿或过补偿。对于三相不平衡以及单相配电系统, 可以采用分相电容自动补偿的办法, 通过调节无功功率参数的信号, 根据每相感性负载的大小和功率因数的高低进行相应补偿, 不影响其他相, 故不会产生欠补偿和过补偿。
(三) 照明节能
1. 推广使用高效率光源, 提高整个照明系统的效率
从电能转换角度来考虑, 高压钠灯效率最高, 其次是荧光灯和金属卤化物灯, 高压汞灯, 白炽灯最低。所以从节能及投入成本来考量, 应尽量少用白炽灯, 优先使用三基色荧光灯或紧凑型荧光灯;逐步取缔高压汞灯;积极推广使用高效、长周期高压钠灯和金属卤化物灯。在广泛使用荧光灯照明的教学楼、实训中心、行政办公楼中, 该灯若配高效电子镇流器, 可提高光效率25%, 功率因数超过0.9, 节能达30%。
2. 自然光及可再生资源的利用
在设计过程中也应充分考虑对自然光源的利用, 减少开灯时间。尤其像宿舍、教室、图书馆等建筑物要充分利用自然采光, 同时也要结合工程所在地的资源状况和工程投资情况, 像太阳能光伏电源系统的年日照时数小于2200小时就不宜采用。
(四) 科学管理及能耗监测平台建设
对高校节能除了在技术上采取措施外, 还应加强管理, 实行计划用电指标量化管理和奖惩制度, 将节能措施有效落实到单位和个人。目前管理上存在着, 学生生活用电偏高, 存在浪费;照明用电偏大;用电定额及收费管理制度不完善等问题。
针对以上问题, 可利用网络及自动控制等技术手段, 建立能耗监测平台, 为节能目标的实现提供先进的技术支持。此平台是依托校园网络基础上, 对电能源进行管理, 并对师生提供服务的一整套的应用管理及服务系统, 是针对校园中电耗数据的采集、传输、分析管理、控制的系统。通过对电能耗数据的自动采集, 配合各高校各项针对性的规章制度, 为管理部门提供基本数据、提供互有关联的各能源种类的业务管理流程, 并可根据采集的基础数据建立数学模型, 为学校节约型校园建设提供指标化管理作技术支撑。
四、结语
建设节约型高校不仅能有效地节约自然和社会资源, 缓解资源紧张的矛盾, 还有助于传承中国的勤俭传统和节约美德, 培养具有节约品德的高素质人才。同时, 高校作为科技研发和技术成果转化的重要基地, 还能为节约型社会建设提供智力、技术和节能产品的支持, 推动节约型社会建设的顺利进行。
因此, 建设节约型高校对节约型社会的构建具有重要的现实意义。
参考文献
[1]林家伟, 莫耀赐.高等学校电气节能分析及应用[J].广西节能, 2008.
高校电气实验室安全管理探讨 篇5
关键词：电气实验室,安全管理,安全事故,预防对策
高校电气实验室是重要的研发基地, 主要用于教学实验、科学研究、电气技术研发等工作, 同时起到培养电气相关人才的职责。作为电气专业的组成部分, 电气实验室对教学质量的提高和科学研究起到了极为重要的作用。受其本身特性影响, 电气实验室要求的条件和环境尤为苛刻, 高电压、电流大、真空、强磁等条件加上人员的流动性、重要设备和科研资料存放, 使得高校电气实验室的安全管理工作变得非常重要。本文就是基于这样的现实需要对高校电气实验室进行了研究, 分析各种影响电气实验室安全的因素, 并查找原因, 提出解决问题的办法, 以期提高电气实验室的安全管理水平, 保证电气实验室的安全性, 为培养人才与科研工作营造一个安全的环境。
1 电气实验室事故的主要形式
高校在实验室的建设中不断加大投资力度, 虽进一步提升了其科研水平, 利于高校的宣传工作, 但随着设备的增多和实验环境的日益复杂, 安全隐患也不断增加, 难以预防, 这就为实验室的安全管理增加了难度。电气实验室有其与众不同的特性, 那就是安全问题都与电产生直接联系, 预防与保护工作更加困难。依据其表现形式, 可以将电气实验室安全隐患分为以下六个方面, 逐一进行研究, 了解原因, 寻求有针对性、全面性的解决方案。
电气实验室事故的主要形式有:1触电类。在电气实验室中, 触电类的事故是很常见的, 触电类事故具有很强的隐蔽性。随着实验室供电系统的完备, 触电类的事故发生率也随之减少。除去主观原因, 触电类事故的客观原因主要有线路老化、供电管理不规范、私拉电线等。2机械类。在有电机等旋转设备的电力传动实验中, 机械类事故频繁发生, 该类事故致死率高, 严重威胁着研究人员和实验室的安全。3火灾类。在电气实验室中, 火灾通常与用电联系在一起, 根本原因包括长时间使用大功率设备导致温度过高、线路老化、散热不均和操作不当引起短路等。4毒害类。由于毒害类事故具有蔓延性, 所以危害极大, 通常是在高电压、大电流的影响下, 将有毒物质由液态转变化气态引起中毒, 甚至火灾。5爆炸类。除了上文中提到的, 发生在电气实验室中的爆炸事故还包括变压器、逆变桥等变换设备中, 一旦发生爆炸, 对研究及科研人员的伤害都是很大的。6盗窃类。电气实验室中有许多昂贵的科研设备, 例如高速示波器、频谱分析仪等, 同时接地铜排也会被盗窃, 这都会妨碍科研工作和教学的顺利进行。
2 电气实验室安全管理上所存在的漏洞
从以上事故分析我们可以得出结论, 高校电气实验室的安全管理根据其意识形态可以分为两部分, 即硬件与软件。
2.1 硬件部分
硬件部分常见问题有:1线路、设备老化。在高校的电气实验室中, 有很多是已经建立时间很长的实验室, 其线路的功率已经不能满足先进设备的要求, 并且很多电气实验没有安全接地, 因此会带来很多安全隐患。2元器件、研究设备的质量问题。在电气实验室中, 还有元器件质量差、次品较多的问题, 这样的劣质产品会严重威胁电气实验室的安全。3安全资金的投入不够。某些电气实验室安全资金的投入严重不足, 致使在事故发生时无法及时进行处理。
2.2 软件部分
软件部分常见问题有:1安全意识与观念认识不足, 在进行电气实验时, 人员疏忽大意、安全意识薄弱, 这样很容易发生事故。2相关经验不足, 设计不正确。如果相关人员的经验不足, 就会在实验中造成失误, 从而引发安全事故, 所以必须注重科研人员经验的累积。3安全管理体系不清晰。由于安全制度的不健全, 使得安全责任的划分非常模糊, 这样的安全管理体系形同虚设, 无法起到应有的警告与保护作用。
3 管理策略
目前, 电气实验室还存在着许多安全隐患和诸如管理体系不完善等问题, 因此, 在电气实验室的管理工作中, 既要根据实际情况开展工作, 也要根据电气专业的特点解决存在的问题, 具体可从以下四个方面着手。
3.1 加强安全意识的培养
人为失误在安全事故中占有很大的比例, 所以这就要求实验室相关人员要有足够丰富的经验和知识。在实验室的日常工作中, 一定要着重对实验室人员安全知识的宣讲和安全意识的培养, 提升其在处理事故时的自我保护能力和预防、减少事故伤害的能力。
3.2 打造实验室的安全文化
事实表明, 打造实验室安全文化可以有效提高科研人员的安全意识与观念。打造实验室的安全文化, 在内容中需要以实验室人员为重心, 使预防为主的观念深入人心。在行动上, 要想打造实验室的安全文化环境, 需要通过开展形式多样的教育安全活动, 让实验室人员在互动中理解实验室的安全文化并付诸实践。
3.3 完善实验室安全管理体系
完善实验室安全管理体系, 需要根据相关安全规定, 由上及下, 发生事故时, 问责到底, 提高实验室人员的责任感, 从而减少实验室的安全事故。
3.4 推动实验室的正规化进程
科技在进步, 电气实验室也同样在发展, 陈旧的设备已经不能满足实验室对先进设备的需求, 在对实验室的改建过程中, 一定要让安装更加规范化, 并制订相关流程, 推动实验室的正规化进程。
4 结束语
电气实验室是培养相关人才的主要基地, 其安全性也影响着实验室人员的安全和实验的顺利进行, 所以, 必须将电气实验室的安全管理作为重点, 完善安全管理体系, 避免人身安全和财产损失。文章对电气实验室的情况进行了分析, 并给出了相应的解决办法, 以提高电气实验室的安全性。
参考文献
[1]林荣锋, 文惠玲, 陈秀娟, 等.浅谈高校实验室安全管理的问题与对策[J].实验室研究与探索, 2011, 30 (8) :429-431.
高校实验室电气设备安全隐患分析 篇6
一、电气事故的类型
电气事故的分类有很多种, 从产生电气危害的源头来分可以分为自燃事故 (如雷击、静电等) 和人为事故 (如电击、电弧等) ;本文将对触电事故、雷电事故和电气火灾事故进行详细的探讨和分析。
(一) 触电事故
当人体接触带电体时, 带电体与人体之间发生闪击放电, 电流就会通过人体进入大地或者其他导体而形成导电回路, 这就发生了触电, 从而引起人体的组织损伤和功能障碍, 严重者甚至发生死亡。实验室中, 电气设备种类繁多, 电气线路、仪器仪表等的安装和调试错综复杂, 一旦处理不当则会导致触电事故的发生。
(二) 雷电事故
雷电是一种大气放电现象, 众所周知, 雷电的危害是很巨大的, 它可以造成通讯系统的中断、电力系统的损坏、电子设备的烧毁, 甚至于引发建筑物的火灾。发生雷电事故的原因主要有以下几点: (1) 建筑物未作防雷措施或者防雷措施不到位。 (2) 防雷装置选用不合理或者材料未达到国家规范要求。 (3) 建筑物的屏蔽、接地和等电位联结未采取合理措施。除了以上事故原因之外, 实验室的建设必须遵循《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010的各项标准和规范。
(三) 电气火灾事故
电气火灾一般发生在电气线路、电气设备以及供配电设备出现故障的情况下, 它也有可能引燃可燃物而发生火灾。电气火灾事故主要发生在以下几个方面: (1) 实验室的电气设备未安装漏电火灾探测装置, 造成漏电流过大而不能形成剩余电流动作保护, 从而引起局部产生漏电火花而发生火灾。 (2) 由于实验室的电气线路绝缘老化或者裸露, 在电缆线路上造成短路。 (3) 由于实验室的重新建设, 较老的铜线截面积过小, 其载流量满足不了大型多台电气设备的同时使用, 使得电气线路过负荷而引发绝缘层的燃烧。
二、电气设备的安全隐患分析
(一) 实验室内未正确进行保护接零
保护接零是为了防止电气设备因绝缘损坏而使人遭受间接接触电击的危险。通常情况下, 在中性点接地系统中, 将正常状态下的金属不带电、而在故障状态下意外带电的金属导体与零线作良好的金属连接。在高校实验室中, 电气设备、仪器仪表、实验装置等的外露金属部分即为故障状态下意外带电的金属外壳。
根据《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008的第12.2.2条规定, 在TN系统中, 配电变压器中性点应直接接地, 所有电气设备的外露可导电部分应采用保护导体 (PE) 或保护接地中性导体 (PEN) 与配电变压器中性点相连接。实验室建筑属于民用建筑, 其接地系统在实验室内通常采用TN-S系统。根据设备防触电保护所采用的方式, 实验室的电气设备、仪器仪表、实验装置等均采用I类设备, 即外露金属可导电部分与PE线可靠连接。然而, 在实际的情况中, 实验室中的相关设备在设计和生产制造上并没有实施双重绝缘保护, 或者在安装操作中绝缘保护的装置根本没有起到实际的作用, 因此, 这类实验设备实际上属于0类设备, 其外露可导电部分并没有与PE线可靠连接, 使得实验室存在重大的安全隐患。再者, 实验室中的有些设备并没有按照设计图纸和规范要求进行电气线路布线, 没有将设备的保护零线与建筑物的零干线相连, 而是将设备连接插座处单独引出一根线与工作零线相连, 这样就失去了保护零线的基本作用了。
(二) 实验室内未安装电气火灾监控系统或剩余电流动作保护装置
电气火灾监控系统和剩余电流动作保护装置都是为防止因漏电流过大而造成的电气火灾事故的发生, 它们在直接接触防护和间接接触防护中都起到了很好的作用。根据国家现行的标准规范《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2013中的规定, 凡是存在电气火灾危险的场所均应采用电气火灾监控系统或剩余电流动作保护装置, 因此, 实验室是必须要安装此类装置的。然而, 有些实验室在进行设备安装时, 生产厂家依赖学校在电源进线处安装漏电装置, 而学校又依赖每台实验设备上内部安装漏电保护装置, 从而造成了电气火灾监控系统或剩余电流动作保护装置的缺失, 使得实验室存在安全隐患。
(三) 防雷接地措施不完善
由于很多高校的实验室都是旧楼改造或者设备更新之后而使用的, 对于年限较久的建筑物来说, 对国家现行的标准和规范已不再适用, 使得防雷和接地措施不够完善。有些高校由于大面积的扩建, 使得原有的变压器容量发生很大变化, 因此, 对于建筑物保护干线PE线来说, 其截面积往往不能满足于规范要求。其次, 由于有些实验室的前身并不是具有高级别火灾危险性的场所, 因此各个实验室内并没有进行等电位联结, 也没有与PE干线可靠连接, 使得实验室在发生雷击事故时存在安全隐患。
三、结语
随着科技的发展和不断进步, 实验室的实验设备也越来越先进, 因此, 正确认识电气设备所存在的安全隐患是必不可少的, 对于高校的安全管理和实验室建设具有重要意义。
参考文献
[1]李岩.实验室电气危险因素分析与隐患问题探讨.科技致富向导.2011, (18) :213-214.
高校电气设计 篇7
现代民建与工业企业中各种电力电子变频设备及LED灯、日光灯应用容量增大, 而对高低压供电系统谐波电流的治理与防范谐振问题不够重视, 没有对此进行认真分析计算与评估, 随意选择无功补偿设备, 导致投运后产生供电系统谐振、谐波放大而导致设备元件损坏, 甚至发生电气火灾事故。
3. 8通风设施不足
对高低压供电系统配电室及电缆夹层、电缆隧道的通风设施不足, 没有设置必要的通风设施, 特别是在南方, 炎热的夏季户外温度已达到或超过设备元件允许的最高温度 ( 40 ℃) , 导致设备、电缆绝缘损坏, 造成系统短路, 产生电气火灾事故。
3. 9对电缆敷设的防火、消防措施考虑不足
主要问题是对电缆敷设构筑物即电缆隧道和电缆沟的防火、消防、通风措施考虑不足。
在电力、钢铁等企业, 曾发生过使人触目惊心的电缆“火烧连营”的电缆火灾事故。主要原因分析如下:
( 1) 电缆隧道通风设施考虑不当, 使隧道内温度超过40 ℃, 或因电缆施工时操作不当, 导致转弯处极度弯曲或单芯电缆敷设固定不当, 造成三相不平衡引发电缆游动擦伤电缆, 以及本文所述供电系统涉及的其他问题造成的电缆绝缘损伤, 导致电缆短路而发生火灾。
( 2) 电缆隧道没有设置用于封堵的耐火隔墙及耐火门, 电缆沟没有用耐火砂袋封堵以及火灾报警失控或电缆隧道没有装设自动喷淋灭火消防设施或消防设施失控, 从而导致电缆着火并蔓延造成“火烧连营”。
另外一个问题是对电缆套管敷设保护问题不够重视。
在城网供电系统中采用电缆套管敷设方式比较普遍, 经常发现选择套管材料强度不符合要求而造成损坏 ( 如破裂漏水、严重变形等) , 特别是在山区, 回填的是碎石块, 其荷重较大, 是回填砂土的约1. 5 倍, 如果不重视套管强度验算, 没有采取混凝土保护层或钢筋混凝土保护层的保护措施, 就很容易造成损伤或压坏, 如果没有进行整改就直接穿电缆、或将单芯电缆穿入未经隔磁处理的钢管中引发钢管涡流发热, 将会破坏电缆绝缘而发生短路故障, 造成严重后果。
3. 10绝缘材料老化
高低压供电系统配电设备、元件及电缆等的绝缘材料均为塑料, 其使用寿命一般为10 ~ 15年, 如果超期使用, 不及时更换配电设备、元件及电缆, 塑料绝缘材料会发生老化、损坏而导致短路, 这也将引发电气火灾及触电事故。而在发生火灾时, 塑料绝缘的设备外壳和电缆产生的烈性毒性气体对人体伤害也非常严重。
4电气设计时严防电气危害的措施
4. 1严格按照国家有关标准设置剩余电流保护装置
文献[4]规定了必须安装剩余电流保护装置的场所、需要安装报警式剩余电流保护装置的场所以及可以不安装剩余电流保护装置的场所。文献[4, 9 ~13]规定了剩余电流保护装置选用注意事项, 包括应该选用通过中国国家强制性产品认证的国内外合格产品、符合低压系统的具体相数要求、符合中性点接地系统的要求、根据电气设备的工作环境条件选用相适应的剩余电流保护装置、符合剩余电流保护动作参数的选择要求、安装分级保护并要求级间保护延时级差以及在安装剩余电流保护装置时必须严格区分N线和PE线等等。
4. 2设计时必须进行最大短路电流校验
为严防电气火灾, 对高低压供电设备 ( 含断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线等) 及供电电缆都必须进行最大短路电流校验。
在高低压供电系统设计的系统图和说明书中, 应注明高低压供电系统最大短路电流的相关参数, 这是决定系统中设备和电缆等投资和安全可靠的最关键的基础参数依据。另外, 高低压供电系统开关设备、母线、馈电回路电缆最小截面等都必须通过系统最大短路电流热稳定校验, 该参数是严防电气火灾危险的基本参数之一。特别是在初步设计和施工设计阶段, 一定要标注并提供最大短路电流热稳定的验算资料。如果取得该系统最大短路电流数据很难, 或暂时得不到这个数据, 则应在方案最初设计阶段, 根据设计经验先暂定系统最大短路电流数据, 但在施工设计前, 该数据必须得到本工程地区供电部门的审查确认后, 才可进行相关订货及施工安装。
4. 3选择合适的短路保护装置及综合防范措施
所用电源变压器、电压互感器、计量柜等应采用熔断器方式, 不但可以实现各种短路保护, 还能起到过电流和过负荷保护作用。
另外, 3 ~ 10 kV高压供电系统设计时, 应向欧、美、日先进工业国家学习, 除受电、分段开关采用VCB真空断路器外, 其余馈电回路建议尽量采用FC真空接触器加熔断器的组合开关进行短路保护的综合防范措施。据2008 电气设备制造年报调查统计: 先进工业国家中压系统开关采用VCB断路器的约为20% 、采用FC组合开关的约为80% ( 即1∶ 4) ; 可在中国却相反, 采用VCB断路器的约为80% 、采用FC组合开关的约为20% ( 即4 ∶ 1 ) 。FC真空接触器组合开关柜, 不但价格较便宜、电气寿命较长 ( 国内产品电气寿命约20 万次、比最好的VCB要长10 ~ 20 倍) , 而且其馈电回路电缆截面可以按照正常负荷电流选择, 且可不做短路校验, 这样, 较大地节省了电缆投资。当发生短路故障时, 随着熔断器熔丝温度的上升, 电阻迅速增加并很快熔化断开, 这样, 不但可以阻止短路电流的增大, 还可以减少电缆短路时发生火灾危险的几率。
根据国内外设计经验, 在低压变压器安装容量及短路容量较大 ( 即变压器1 600 ~ 2 000kVA) 的低压供电系统中, 建议对较大电流的配电回路 ( 630 A以上) 采用一级配电系统进行最大短路容量校验; 而对较小电流的配电回路 ( 16~ 200 A) 则采用二级配电系统 ( 或将较小电流配电回路集中组合在一起) 进行最大短路容量校验, 其受电总开关 ( 630 ~800 A) 可采用带熔断器的负荷开关, 二级配电系统均接在总开关的限流熔断器之后, 其小回路的开关和电缆截面均可不再按低压一级配电系统的最大短路容量校验, 这样, 不但可节约基建投资, 也可降低短路时发生电气火灾的危险。
4. 4设置微机保护和微机智能监控系统
根据有关继电保护系统标准规定, 受电、分段、变压器、电动机、馈线等回路均应设置电流速断保护装置 ( 代号50) , 并设置以单相接地保护 ( 代号51G或64 + 51G) 为主, 以过电流、过负荷等为辅的单相接地保护装置。其中, 电流速断保护装置的灵敏度应满足文献[14]的要求。
目前在实际的民建电气设计中, 大部分设计都没有装设避免各回路单相短路的单相接地保护, 如果没有设置的原因是想用过负荷保护及剩余电流报警系统代替单相接地保护装置, 则存在一定风险且方法不妥。因此, 建议在低压智能监测系统增设针对单相短路的单相接地保护装置, 并应设置跳闸或报警信号辅助接点。另外, 电力变压器二次中性点应设置零序电流互感器, 作为总开关单相接地的后备保护; 母线电压互感器应设置母线过电压、低电压、零序过电压 ( 或称三相不平衡) 接地过电压保护。
高低压供电系统要采用完善的总线制微机智能保护及测量 ( 含剩余电流报警系统) 的多功能集中监控系统, 其监控中心应设置一用一备的后台计算机、打印机、音响报警、UPS等, 并设置与上级变电站、建筑物监控中心等通信的接口以及RS485 或光纤传递系统。
4. 5选择合适的中性点接地方式
根据文献[8]中3. 1. 4 条和3. 1. 5 条规定, 以及在宝钢集团、武钢集团等多家钢铁厂工程中成功的实践经验证明, 对3 ~ 35 kV中压电缆配电系统中性点接地采用电阻接地方式是大势所趋。由于中性点接地电阻电流是按照2. 5 ~ 3 倍的系统电容电流选择的 ( 仅按15 s故障通电时间选择) , 因此, 在发生单相接地故障时, 其接地电流以电阻性电流为主, 接地过电压倍数降至2. 5倍以下, 小于系统绝缘3. 2 倍的承受能力 ( 实际测量过电压仅有1. 73 ~ 2 倍) , 可确保系统绝缘安全; 同时接地电阻电流较大并且稳定, 可使单相接地保护检测灵敏度提高 ( 2. 5 ~3) 倍, 可在瞬间切除接地故障线路, 并在上级可设有0. 5 s延时的后备保护装置, 可以说既不会产生危险过电压, 又是一种价格低廉、可靠的、最佳的单相接地保护“神”。有人认为采用电阻接地的缺点是一旦出现接地故障就即刻跳闸, 会影响安全运行, 但实际上电缆线路绝缘较弱, 接地故障对绝缘的损坏难以恢复, 如果像架空线路那样在单相接地发生后还继续允许运行2 h是非常危险的。因此, 一旦发生电缆线路接地, 其接地电流大于800 mA时就可能引起火灾危险, 另外, 电缆线路投资昂贵, 所以一旦发生单相接地, 与架空线路相反, 电缆故障线路应立即跳闸, 如果不跳闸去切除故障则可能引发一连串的线路及设备损害。而需要说明的是, 用电负荷等级为二级以上的均设有两路电源, 当故障线路跳开时, 另一条线路可以正常运行, 不会影响安全运行。
根据国内知名专家的研究和论述, 现行消弧线圈自动补偿或自动调谐有如下特点: ( 1) 消弧线圈补偿装置在电网工频50 Hz条件下有效, 发生单相接地时, 在0 ~ 0. 2 s内, 由于系统电感的抗衡作用 ( 即称“电抗”) , 此时还是在工频状态, 不会立即产生谐振, 因此是消除谐振的最好机会。但在单相接地0. 2 s后, 电网将会产生高频 ( 300 ~3 000 Hz) 振荡。由于工频与高频特性相差悬殊, 实际是不可能互相补偿或消除谐振的 ( 据文献[3]统计, 架空线路采用消弧线圈接地方式消除谐振的成功率不足50% ) , 因此, 消弧线圈补偿装置仅能改变振荡频率, 却改变不了振荡过电压峰值。 ( 2) 消弧线圈补偿装置或自动超感调谐 ( 使电感量超过容性量) 对于架空线路可以降低电网绝缘闪络 ( 如雷击闪络) 接地故障的建弧率, 约在0. 2 s内可能会消除灰尘、鸟类伤害等间歇性电弧接地故障, 降低线路跳闸率。但如果消除不了间歇性电弧接地, 则会在2 ~ 10 s间发展成稳定电弧接地 ( 完全性接地) , 即从所谓间歇性电弧接地过渡到永久性接地。而在间歇性电弧接地时间内 ( 0. 2 ~ 10 s) , 健全相过电压倍数高达4 ~ 6 倍相电压, 即不可能消除弧光接地过电压, 接地相上产生的高频振荡电流最大可达数百安培, 其结果会损坏元件。上述过程对架空线路来说, 一般是可以承受的, 而对电缆线路却非常危险, 主要原因是电缆线路一旦发生单相接地造成绝缘损坏, 不像架空线路那样是临时性、可恢复的, 而是不可恢复的, 如再经过0. 2 ~ 10 s的高频振荡过程, 不但没有任何好处, 反而会带来更大危害 ( 即引发火灾) , 带来“火烧连营”的后患。因此, 采用消弧线圈或自动补偿消弧装置, 用于架空线路是可行的, 但对电缆线路却不适合, 而且可能引发电气火灾, 非常危险。
4. 6雷电事故防范措施
目前, 在工企与民建工程的建筑物和构筑物设计中, 虽然基本上都按照有关标准规定设置建筑物和构筑物防雷措施［14］, 但在设计中也存在一些遗漏、不完善的方面, 为了更好地预防雷电引起的电气火灾, 特提出如下建议:
( 1) 注意建筑物和构筑物的海拔高度。对于建在山坡上或高处的高度超过12 m的建筑物, 必须考虑设置防雷措施。
( 2) 利用钢筋作为自然接地体。在设计中要注意充分利用建筑物基础中的钢筋作为自然接地体 ( 如在施工基础时, 可将地下基础中的钢筋联接成环形自然接地网) , 按实践经验只要地基是较好的土壤, 接地电阻会在0. 5 ~ 1 Ω 以下, 就可以满足公共接地系统1 Ω 的要求, 即使不能满足1 Ω 的要求, 再另补加接地极就可满足, 这是既省投资、又省力的好办法。特别值得一提的是, 应该设置接地电阻测量接头, 以方便测量接地电阻。
( 3) 注意高度超过30 m的建筑物的防雷电措施。建筑物高度超过30 m时, 为了防止雷电侧击, 需考虑采用环形连接处理方式, 并对建筑物内所有的金属门、窗进行接地, 以防止雷电过电压造成的电气火灾。
( 4) 合理装设防雷保护装置。对于高低压供电系统的受电和各种馈电回路、变压器中性点、就地开关柜、就地配电箱 ( 含住家配电箱) , 应按有关规定装设避雷器 ( 或称过电压保护器) , 主要是防止感应雷电过电压 ( 含各种操作过电压) 对高低压设备及电缆线路绝缘的伤害导致的绝缘被击穿造成短路而引发的电气火灾事故与电击伤人事故的发生。对通信设施、计算机系统等均要按电气设计规范的要求设置各种防雷电过电压保护装置。
4. 7操作过电压保护和防范措施
( 1) 对于高低压供电系统受电和各种馈电回路、变压器中性点、就地开关柜、就地配电箱 ( 含住家配电箱) 装设的避雷器的保护距离 ( 避雷器到被保护物件距离) 一般不能超过20 m。
( 2) 在高压供电系统对频繁自动投切的无功补偿装置及SVC动态无功补偿装置应采取过电压保护和防范措施, 防止引发火灾事故, 包括: 对单体高低压电容器采用熔断器保护 ( 即使电容器设内熔丝保护也宜在进线处加熔断器保护) ; 在投切高压断路器出口处设置三相避雷器、就地隔离开关后电容器进口处设置三相避雷器、三相中心点处设置一个避雷器, 即专家所称的“7 件套”过电压保护装置 ( 在低压电容器三相中心点处可以不设避雷器) ; 对于容量较大 ( 一般不小于3 MVar) 的无功补偿装置, 除安装以上“7 件套”以外, 在高压断路器断口两端装设过电压阻容保护器, 即专家所称的“10 件套”过电压保护装置。另外, 在SVC动态无功补偿装置的可控电抗器 ( 含电炉变压器) 就地隔离开关后需要安装3个单相式、3 个相间式避雷器及三相相间式阻容过电压保护器 ( 可称“9 件套”保护装置) 。
( 3) 对变压器二次引出母线距离较长的母线出口处及高压电动机就地进口处须再加装过电压保护器 ( 避雷器) 保护。
( 4) 在高压电缆的终端和中间接头处设置护层过电压保护器, 高压电缆护层电线要设置接地保护装置, 且110 kV和220 kV电缆敷设时要设置10 kV 120 mm2专用回流接地保护线, 防止护层因过电压对人员造成的触电事故及火灾事故的发生。
4. 8变电所建筑物和构筑物的防火措施
( 1) 在委托土建设计中, 要严格执行有关变电所建筑物和构筑物的火灾等级和耐火等级等分类规定［5，8］以及有关变电所建筑物和构筑物最小防火净距的要求［15］。
( 2) 对于总储油量100 kg以上的变电所户内外油浸变压器和电气设备及总储油量1 000 kg以上的户外油浸变压器和电气设备等, 应设置储油设施或挡油设施, 并应设置可将事故油排至安全处的、带油水分离的事故储油池设施。
( 3) 中压3 ~35 kV户内高压开关柜 ( 或高压间隔布置的高压设备) 应设置在两侧带有隔墙 ( 板) 的间隔内 ( 对6 台以下的高压开关柜可与低压柜放在一起布置) ; 对储油量在100 kg以上的户内油浸变压器, 宜设在单独防爆间隔内。
( 4) 对储油量在1 000 kg以上的户外变压器应设置防火隔墙, 其高度不应低于变压器油枕的最高点, 否则户外油浸变压器最小防火净距应满足GB50058-92 标准的净距防火要求 ( 如35 kV净距为5 m) ［15］。
( 5) 供电系统变电所户内及建筑物内应设置火灾事故报警系统 ( 具有烟感和温感双重功能) , 并设置挂墙手提式或推车式化学灭火器 ( 对户外油浸变压器可设置氮气灭火柜) ; 另外对变电所户内及建筑物内还应设置事故排烟风机, 风机排烟能力不小于每小时10 次, 这是火灾后必要的灭火急救措施。
4. 9电缆隧道与电缆沟的防火措施
4. 9. 1电缆隧道
( 1) 当配电电缆根数超过12 根时, 要采用电缆隧道敷设方式 ( 单排布置或双排布置) , 在电缆隧道间隔长度不超过100 m处, 需设置电缆隧道进风和出风竖井及防火门和防火隔墙 ( 并设维修爬梯) 。
( 2) 电缆隧道通风竖井应设置通风设施, 通风机能力要考虑电缆发热量、环境温度等不利因素, 保证电缆隧道内部夏季最高运行温度不得超过40 ℃ ( 即电缆最大允许温度) 。电缆隧道进出线预埋钢管口处电缆穿管后要用防火材料封堵、隧道垂直竖井每隔一定长度 ( 不超过7 m) 应设防火隔层, 电缆施工完成后在隔层中均要采用耐火材料封堵, 地下电缆夹层建筑面积超过500 m2时也要加防火封堵隔离措施, 防止火灾蔓延。
( 3) 电缆隧道内要设置火灾报警系统 ( 烟感及温感器) 、电缆温度自动监测报警系统以及自动消防喷淋系统。当发生火灾时利用火灾报警装置发出指令联锁切断通风设施; 另外, 一旦火灾熄灭后, 将采用就地手动起动通风机排烟, 以利维修人员进入, 进行检修和恢复供电。
( 4) 为防止电缆被水浸泡造成电缆绝缘损坏发生短路事故而引起火灾, 电缆隧道土建除要采用防水措施外, 在电缆隧道竖井内要设集水井, 电缆隧道地面应设0. 5% 的排水坡度, 将水排入集水井后, 再排入下水道。
( 5) 在每边多排电缆桥架的中间一排应设置100 mm × 10 mm扁钢接地干线并每隔2 m再进行竖向接地联接, 每隔2 ~ 3 m应将电缆固定在桥架上, 以防止由于冲击电流和三相不平衡电流引发的电缆游动磨伤电缆从而损坏绝缘造成的短路故障; 另外, 在电缆隧道转弯处不能采用直转弯, 其电缆桥架要使其转弯处的曲率半径大于最大电缆外径的20 倍, 以防止电缆绝缘被折伤损坏, 导致短路进而发生火灾 ( 在一些老钢厂曾经发生过类似故障) 。
( 6) 所有高低压电缆均要选择阻燃型电缆［16］, 在比较重要的高层建筑内宜选择低烟无卤阻燃型电缆。
4. 9. 2电缆沟
( 1) 配电电缆根数12 根以下时, 应采取电缆沟敷设方式, 分为单排布置 ( 沟宽0. 8 m) 与双排布置 ( 1. 2 m) , 维护过道净距不小于0. 5 ~0. 7 m。电缆敷设完成后, 沿电缆沟每隔70 m ( 不超过100 m) 用0. 5 ~ 0. 6 m宽的防火材料砂袋封堵, 防止一旦发生火灾造成火灾蔓延。
( 2) 为防止电缆被水浸泡造成电缆绝缘损坏而发生短路事故引发电气火灾, 电缆土建中除了应该采取防水措施以外, 电缆沟还应高出地面约100 mm, 同时应在电缆沟内设置集水井, 电缆沟地面设置0. 5% 的排水坡度, 将水排入集水井后再排入下水道。
( 3) 在高层建筑或比较重要的工业企业工程中, 电缆沟线缆保护管宜采用钢管保护管, 既防止老鼠咬伤绝缘层又起到接地保护的双重作用。
( 4) 其余防范措施与4. 9. 1 节 ( 5) 和 ( 6) 相同。
4. 9. 3电缆套管敷设方式
在城网供电系统中采用电缆套管敷设方式, 需要注意选择套管材料 ( 高强度纤维管) 的强度应符合技术条件要求, 并应该是经过检验合格、通过鉴定的产品。在设计中应重视过公路或人行道时荷重对电缆套管强度的验算。在山区采用碎石回填时应考虑采取混凝土保护层或钢筋混凝土保护层的保护措施, 以确保电缆套管不被损坏; 对单芯电缆应穿入经隔磁处理的钢管中 ( 即纵向割缝) , 防止钢管产生涡流发热而损坏电缆绝缘, 保证电缆投运后安全可靠运行。
4. 10定期检修更换电气设备及材料
对高低压供电系统塑料绝缘设备、元件及电缆, 凡是超过设备使用寿命15 年 ( 按有关制造标准核准) 的均应进行大修或及时更换, 确保安全运行。
5结束语
作为电气设计工作者, 应认真贯彻执行国家有关标准规范, 在电气设计中严防电气危害事故的发生。电气设计要赶上和超过国际先进水平, 是每个电气设计工作者义不容辞的职责, 但如何做好此事, 牵涉许多问题, 需要不断学习、研究和总结, 并与各行各业密切配合, 真可谓“任重道远”。本文为作者在学习、设计与工程监理中执行有关国家标准时的体会, 仅供参考。
参考文献
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