建筑電氣設計中常見問題的思考

李建云 （天津泰達電力公司 天津300456）

建筑電氣設計中常見問題的思考

李建云 （天津泰達電力公司 天津300456）

針對民用電氣設計中一些常見的問題，如斷路器的極數選擇、變頻器的使用、配電箱的選用和等電位聯結設置范圍等，結合實際，分析闡明原理，對未來電氣設計工作具有一定的借鑒作用。

斷路器極數 變頻器 配電箱 等電位聯結

0 引言

近年來，隨著建筑智能化的發展，民用建筑電氣設計內容越來越多，已經不再局限于傳統的配電、照明、防雷接地內容，電氣和相關給排水、暖通專業相配合的內容也增多，需要對設備工藝有更多了解。本文就民用電氣設計中常見的容易忽視的問題，做一些研究，對這些問題提出一些想法，與大家共同探討。

1 低壓斷路器極數的選擇

低壓斷路器極數的選擇，看似比較簡單，但在設計中卻經常有選擇錯誤的情況，這樣的失誤，會造成跳閘故障，甚至引起安全隱患。

1.1 低壓斷路器的產品分類

低壓斷路器從產品來說分：1P，2P，1P+N，3P，4P，3P+N。P指的是裝設了線路過載或短路保護模塊的極（刀極），N指中性線只裝設了刀極，沒有裝設保護模塊。通常將2P和1P+N都叫兩極開關，4P和3P+N都叫四極開關，因為1P+N、3P+N中性線沒有裝設保護，中性線刀極隨相線刀極一起動作。

1.2 低壓斷路器在技術上的選擇依據

從電氣技術方面來說：單極開關和兩極開關，三極開關和四級開關的選擇，其實就是看線路的中性線是否需要斷開，一般來講通過以下幾點判斷：①TT（含IT）系統需要檢修的時候，由于TT系統中性線與建筑物內等電位連接未導通，可引入由于室外各種故障帶來的危險電壓，故需斷中性線，所以需要兩極和四極開關；②TN系統，在做好等電聯結后，一般配電回路不需要斷開中性線，選單極和三極即可。

1.3 一些特殊情況下，對中性線的要求

特殊情況下，常見的規范和電氣技術手冊提出需要采用中性線的措施：①《住宅設計規范》GB 50368-2005第8.5.4，每套住宅應設置電源總斷路器，總斷路器應采用可同時斷開相線和中性線的開關電器。②《電氣技術專業設計技術措施》第4.3.11條，住宅低壓配電末端的單相用電負荷，可能由非電氣專業人員操作時，宜采用單相雙極保護電器。③《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》GB 50058-92第2.5.8條，爆炸性氣體環境電氣線路的設計和安裝應符合下列要求：在1區內單相網絡中的相線及中性線均應裝設短路保護，并使用雙極開關同時切斷相線及中性線。④《電氣技術專業設計技術措施》第4.3.7條，當中性線與相線截面等同時，中性線上可不設置過電流檢測或斷電裝置，在中性線截面小于相線時，則應裝設相應于該導線截面的過電流檢測裝置并使相線斷開，但不斷開中性線。

2 變頻器的使用

一般民用建筑電氣設計中，應用變頻器的場合主要在生活水泵供水和補水泵補水的變頻調速節能方面。

2.1 變頻器的控制模式

生活水泵和補水泵調速工作原理基本相同，在這種工況里，對于水泵來說，其出水流量由用戶（或管網）的需水量決定，這是水泵無法主動調節的，水泵在不同流量的情況下，如何保證合理的出水壓力就是衡量變頻器系統工作是否合理的唯一條件。一般采用恒壓和變壓兩種控制方式。所謂恒壓，就是保證水泵出水壓力與參照壓力值一致，保證恒定，此參照壓力值應能滿足最大用水高峰期時管網末稍用戶的正常用水壓力。補水泵調速一般是保證補水點的管道壓力恒定，給水泵是保證水泵出口壓力恒定或管網末端最不利點壓力恒定。所謂變壓，其實質是參考壓力的變化，而對于變頻調速系統來說，還是要保證水泵出水壓力與參考壓力相同，此參考壓力值是根據出水流量變化的，一般流量大，此壓力值就大；流量小，此壓力值也小。恒壓和變壓的參照壓力值的差別就是考慮不同流量下的管道沿程水頭損失。所以變壓要比恒壓供水節能。

在一些市政供水管網中，這個水頭損失可以通過在城區供水范圍內的不同地點、相對的供水最不利點設置測壓點，以最低壓力作為基準，來保證管網供水壓力。在較小的供水系統里，通常采用測量水泵出水流量，針對具體管網系統的計算，得到不同流量對應的出水參考壓力值，通過變頻調速系統的控制，保證水泵出口壓力與參考壓力一致。如果在可能的情況下，在民用建筑中，將壓力表設置在管網最不利點，如樓頂管網末稍，采用恒壓供水系統，也完全可以達到變壓供水的要求，同時又可以減少設備投資。

2.2 一些常見問題及解決方案

在民用建筑電氣中，經常選用設備配套的變頻調速控制柜，有些設計人員對于設備工作原理未搞清楚，或者建設方未能按照設計要求選用設備成套控制柜，因此，不僅會帶給工程一些遺憾，也會給今后設備運行帶來一些隱患，常見情況有：

2.2.1 壓力信號采集錯誤。變頻器調速輸入信號應該是模擬量信號，可以采用標準電壓或電流信號，也可以是電阻信號，壓力表較經濟的辦法是選用遠傳式壓力表（電阻信號），而不能用電接點壓力表（電接點信號，為數字量信號）。電接點壓力表一般用在穩壓泵保證管網壓力時選用。

2.2.2 未選用水泵配套的成套控制柜，采用自己設計的非標控制柜，和其他配電柜并柜布置，雖然從配電角度來說，配電可靠，控制柜排列整齊，減少占地面積，但是常常因為開關柜成套廠技術力量有限，不能很好理解設計意圖，從而不能達到變頻恒壓供水的功能要求。

2.2.3 開關柜成套廠提供的控制柜采用普通變頻器，變頻器功能不全，沒有PID調節器，無法完成自動控制功能，需要改造。現在市場上有專用變頻器，可利用其內置的PID調節器完成調速功能。因為變頻器已經訂貨，更換變頻器是不可能的，可增加一套PLC可編程控制器或專用PID控制器，也能滿足需要。

3 配電箱的選用

前面已經提到控制柜一些選型問題，下面就具體工程遇到的一次事故，來說明配電箱接地問題的重要性。這是一個很普通的照明配電箱，在使用一年后，出現一次較大事故。

當用戶打開某用電設備開關的同時，發現房間內計算機主機板、電源、燈具等設備被燒毀，檢查插座板，電壓為380 V。對配電箱開箱檢查后，才發現生產廠在生產配電箱時，因為看到原設計配電箱出線回路較多，為圖省事，將配電箱用兩塊現成的配電箱箱體拼接而成，這樣箱體具有兩組N母線端子和兩個PE母線端子，分別放置在箱體兩側。兩個N線端子采用銅導線連接，但導線截面和連接方式都無法保證配電柜的可靠運行。照明配電箱故障分析見圖1：

圖1 照明配電箱故障分析圖

配電箱在長期使用后，由于較大的不平衡電流造成連接兩組N母線端子導線燒焦、斷線，發生斷中性線N線故障。通過N線母排將不同的相線電壓傳導到插線板N線極，造成插座輸出電壓升高。由此看到中性線斷線事故以不同方式無處不在，其危害嚴重，需要引起電氣人員足夠重視。

4 等電位聯結的設置

隨著對等電位聯結的深入理解，工程中等電位的設置也越來越多，到底什么場合需要設置等電位聯結，在《低壓配電設計規范》GB 50054-1995中，規范沒有明確說明，但是在“一般規定”中通過以下論述可以說明問題：

①接地故障保護能做什么：“接地故障保護的設置應能防止人身間接電擊以及電氣火災、線路損壞等事故”。

②什么情況下可以不采用接地故障保護：“防止人身間接電擊的保護采用下列措施之一時，可不采用本規范第4.4.1條規定的接地故障保護。A.采用雙重絕緣或加強絕緣的電氣設備（Ⅱ類設備）；B.采取電氣隔離措施；C.采用安全超低壓；D.將電氣設備安裝在非導電場所內；E.設置不接地的等電位聯結。”

③接地故障保護措施適用什么情況：“接地故障保護措施所保護的電氣設備，只適用于防電擊保護分類為Ⅰ類的電氣設備。設備所在的環境為正常環境，人身電擊安全電壓限值（UL）為50 V。”

④如何做接地故障保護措施：“采用接地故障保護時，在建筑物內應將下列導電體作總等電位聯結：PE、PEN干線；電氣裝置接地極的接地干線；建筑物內的水管、煤氣管、采暖和空調管道等金屬管道；條件許可的建筑物金屬構件等導電體。上述導電體宜在進入建筑物處接向總等電位聯結端子。等電位聯結中金屬管道連接處應可靠地連通導電。”

可以看出，接地故障保護措施首先包括等電位聯結，只有滿足前面論述②的5種情況之一時，設計才不需要設置等電位聯結。因此對于一般民用建筑，不論其規模大小，重要與否，只要有防止人身間接電擊以及電氣火災、線路損壞等事故需要，而無前述5種保護措施，均應做等電位聯結。

5 結束語

以上是對民用建筑電氣設計中經常出現和容易忽視的一些問題的理解、分析和解決措施。在實際工作中，還有很多值得注意的地方，一旦出現問題，可能造成嚴重危害。一定要多掌握相關的技術規范，與實際結合，注意與其他專業的配合與協作，避免常見問題的發生。■

[1]北京建筑設計研究院《建筑電氣技術專業設計技術措施》編寫組.建筑電氣技術專業設計技術措施[M]北京：中國建筑工業出版社,1989.

[2]符錫理.變頻調速供水泵原理和實踐[J].變頻器世界.1999(10).

2011-05-09