建筑电气设计中的安全性和节能性分析

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jfhz2001
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  摘要:在现代建筑电气工程的设计当中,无论是相关国家标准,还是具体用户,都对电气设计的安全性提出了更高的要求。电气设计的安全性,主要指在电气系统工作时,能够保证人员和电气设备的安全。但另一方面,如何在满足安全性的基础上,进行节能设计,减少不必要的浪费,节约工程投资,提高工程经济性,同样是非常重要的问题。本文分别重点探讨了建筑电气设计中安全性和节能性要点。
  关键词:建筑电气;安全;节能;接地保护;变压器
  Abstract: in the design of modern architectural electrical engineering, whether it is related to the national standard, or a specific user, is the safety of the electrical design, put forward the higher request. The safety of the electrical design, mainly refers to the electrical system is working, to ensure the safety of the electrical equipment and personnel. But on the other hand, how to meet, on the basis of safety, energy saving design, reduce unnecessary waste, economize the engineering investment, improve the engineering economy, is also a very important question. This paper probes into the construction safety and energy saving in electric design points.
  Keywords: building electric; Safety; Energy saving; Ground fault protection; transformer
  中圖分类号:TU2文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
  
  建筑电气设计中的安全隐患
    (一)触电危险 
  触电危险是指由于工程人员在电气设备的设计、安装上的疏忽,以及在系统运行过程中疏于维护或操作不当,造成的设备或线路等出现的过热、绝缘失效以及PE线断线等故障,从而对用户或工作人员的人身安全构成的威胁。 
   (二)电气火灾或爆炸 
  电气火灾危险指的是由于设计过程或运行中存在的不合理、不规范的操作,造成供电系统中出现的运行短路、过载、铁芯短路、发热等故障,从而导致局部系统过热,带来严重的火灾,甚至爆炸的隐患。
   (三)静电危害
  静电维护则是由于系统缺乏必要的检修与维护,或是接地、跨接装置不完善,以及工作人员的静电防护不合格等问题造成的静电或静电火花危害。
   (四)雷电危害 
  雷电危害指的是由于电气系统中缺乏必要的防雷措施,或者是在防雷装置的设计施工中存在缺陷等因素,导致建筑在雷电环境下存在安全隐患。
   (五)电磁维护 
  电磁维护是指由于高频设备参数调整不当,屏蔽设备缺陷,或外界环境因素导致人体长期处于电磁场照射下,给工作人员的健康造成的危害。
  建筑电气设计的安全设计要点
   (一)绝缘保护 
   材料、设备进场应进行绝缘检查。在《建筑电气工程施工质量验收规范》GB50303-2002基本规定中对主要设备、材料、成品和半成品进场验收作了详细要求。比如成套灯具的绝缘电阻不小于2MΩ,内部所用导线绝缘厚度不小于0.6mm;开关、插座的不同极性带电部件间的电气间隙和爬电距离不小于3mm,绝缘电阻值不小于5MΩ;柜、屏、台、箱、盘间线路的线间和线对地间绝缘电阻值馈电线路必须大于0.5MΩ,二次回路大于1MΩ;电线、电缆产品有安全认证标志,绝缘层完整无损,厚度均匀且规定了绝缘层厚度。因有异议送有资质实验室进行抽样检测。对于在施工中由于工艺需要而损坏的绝缘层应采用色相带和绝缘电胶布恢复到不低于原绝缘等级,等等。
   (二)过载、短路保护设计
  电气线路一旦出现过载乃至短路时,电流将激增数倍乃至数十倍,因此,过载保护十分重要。
  首先,要查看过载保护的设计是否合理,主要是选择的熔断电流值是否适中,过大起不到保护作用,过小则可能出现熔断器经常烧断,影响正常使用。
  其次,要查看熔断器的选用是否合理,要注意熔断器上,额定电流和额定电压均应标志。
   (三)漏电保护设计
  漏电流也是造成用电安全事故的一个主要原因,一旦人体不慎接触,受电流大小和经过时间的不同,有可能造成不同程度的伤害,当前,我国一般选取30mA/s的参数进行设计,经验表明该参数较为合理,能够起到足够的安全作用。但漏电保护关系到人身安全,因此,漏电保护器的选择,还要注意以下两点:
  首先,要符合国家标准《漏电电流动作保护器》的要求,并有CCEE的认证;其次,要仔细阅读相关检测部门的报告文件。
   (四)接地保护设计
  设备的某部分与土壤之间作良好的电气连接,叫做接地。与土壤直接接触的金属物件,叫做接地体或接地极。当电气设备发生接地故障时,电流就通过接地体向大地作半球形散开,这一电流叫做接地短路电流。试验证明,在距单根接地体或接地短路点20m左右的地方,实际上流散电阻已趋近于零,也就是这里的电位己趋近于零。凡电位趋近于零的地方,即距接地体或接地短路点20m以上的地方,就叫做电气的“地”或“大地”。接地电阻并不是一成不变的,是随着时间的推移、地下水位的变化以及土壤导电率的变化而变化。按接地作用的不同可分为工作接地、保护接地、重复接地和防雷接地、静电接地、屏蔽接地或隔离接地等。
  工作接地
  为了保证电气设备在正常和事故情况下可靠地工作而进行的接地,叫做工作接地,如变压器中性点直接接地。
  保护接地
  为了保证人身安全,防止触电事故,把在故障情况下可能呈现危险的对地电压的金属部分同大地紧密地连接起来,叫做保护接地。对电力系统来说,保护接地的方法一般只适用于中性点不接地的电网中,只有在这种电网中,凡有金属外壳及构件的用电设备才可以采用保护接地来保证人身安全。
  重复接地
  在中性点直接接地的低压系统中,为确保零线安全可靠,除在电源 (如变压器)中性点进行工作接地外,还必须在零线的其他地方进行必要的重复接地。比如电缆和架空线在引入到建筑物处,零线应重复接地,如果不进行重复接地,则在零线发生断线并有一相碰壳时,接在断线后面的所有设备的外壳都将呈现接近于相电压的对地电压,这是很危险的。 
  防雷接地
  为了防止雷电的危害而进行的接地,叫做防雷接地。防雷接地作用不言而喻,不接地就无法对地泄放雷电流。规范对利用建筑物基础和主体钢筋做接地极和引下线以及人工接地装置、接闪器的安装作了具体要求。设计对防雷接地阻值都给出了参数,接地体和引下线完成后要测试,接闪器完成后整个系统才能测试。人工接地引下线要顺直,不存在死角,引下线金属保护管要与引下线做电气连通。避雷带形成等电位可防静电危害。人工接地装置接地体间距不小于5m是为了降低接地体屏蔽作用。
  我国进行建筑电气节能设计的必要性
   (一)我国能源短缺的现状的迫切要求
  我国是能源相对紧缺的国家,随着工专业化水平的日益提高,导致能源实际实际利用效率低下和环境污染的不断加剧,据资料显示,我国的建筑能耗占社会总能耗的30%左右,并且建筑能耗所占的比例呈逐年上升的趋势,电气节能为建筑节能的重要组成部分,由于国民经济的高速发展,建筑领域对电力需求的快速增长,因为发电装机容量和电网供电能力不足的原因,建筑领域电力设备的增长速度远远超过了发电设备的增长速度,使建筑用电能源供不应求矛盾非常突出,全国相当多的地区出现了不同程度的拉闸限电现象,这就必须要求把建筑电气节能当做首要任务来抓。
   (二)我国国家政策的导向
  基于电力能源的普及面最广和覆盖率最大的特点,合理有效的减少电力能源消耗,提高电力能源利用率已成为国家关注的焦点。近年来,在国家努力创建节约型社会的新形势下,政府及相关部门已深刻认识到节能减排问题的重要性和紧迫性,并在该方面提出了一系列政策方针,即把建设“资源节约型”社会为总体目标,以“节能省地型”建筑为发展核心。
  四、建筑电气节能设计的措施
  (一)供配电系统的节能措施
  供配电系统设计时认真考虑并采取节能措施是实现电气节能的有效途径,也是供配电系统设计正确合理的具体体现。其中负荷计算是确定供配电系统方案和施工图设计的重要依据,需要关注其计算方法和计算负荷参数。提高供电系统的功率因素、治理谐波是提高供电质量、节约能源的又一途径,变配电系统应选择节能设备;同时,选择适配的导线截面及材质,优化线路敷设方案,则利于降低配电线路的损耗,从而达到节能设计目的。
  1、供电系统的负荷计算是进行节能设计依据
  负荷计算的过程中,应根据实际设备使用率,选择最合理的负荷参数,从而确定变压器的容量,另外应选择技术参数较好、性能较稳定的供配电设备,以确保系统在安全、经济、可靠的性能下运行。供配电系统节能设计的依据是对负荷计算及电力设备容量的最优化的选择,选择参数配置合适的设备是提高功率因数,降低变压器的无功功率的关键。
  2、变电所应靠近负荷中心,低压配电问应靠近电气竖井。合理分布供电网络,使低压供电半径控制在200m以内,减少线路电压损失,提高供电网络的运行质量。同一电压等级供电系统变配电级数不宜多于两级,尽量减少变电级数过多产生的电能损耗。
  3、合理选择电缆、导线截面,在满足允许载流量,运行电压损失等各种技术指标前提下,应按经济电流密度合理选择导线截面,并应从降低损耗、减少投资等方面综合考虑。
  4、变压器节能
  变压器节能的实质就是降低其损耗、提高其运行效率。变压器运行中的铁损、杂散损耗是固有的,而铜损是随负载率的平方而变化。为降低能耗,除了从自身材质、结构等方面着手外,还应重视变压器运行中的降损,综合初装费,变压器、高低压柜、土建投资及运行费用,又要使变压器在使用期内预留适当的余量,故变压器节能措施主要为:
   (1)合理選择变压器容量和台数,选择容量与电力负荷相适应的变压器,对负荷进行合理分配,使其工作在高效低耗区内。
   (2)选用节能型变压器,节能变压器具有损耗低、重量轻、噪音低、效率高、抗冲击、节能显著等优点,设计时应首选高效低损的节能变压器。如油浸式变压器已出现了比S9系列更节能的S10,S11系列,S11型变压器与S9型变压器相比,空载损耗平均降低30%,空载电流平均下降70%。新型干式 变压器SC9系列以及非晶合金变压器等产品,也都显示了低损耗的节能潜力。
   (二)照明系统节能设计
  1、选择合理的照度标准和照明方式
  作为照明节能的一个重要环节,照明设计应根据工作面的分布情况选取合理的照度标准值,正确考虑照度标准的高、中、低3档的照度值;根据视觉作业特点,选择合适的照明式,尽量少用一般照明,可考虑非均匀照明、混光照明以及其他灵活的照明系统,如设置照度梯度,使灯光物尽其用,达到节能的目的。
  2、选择高效光源
  光源的效率与电力消耗最为密切,常用各类光源中高压钠灯的光效为最高,而荧光灯和金属卤化物灯次之,高压汞灯不高,而白炽灯为最低。按不同的工作场所,选择相适应的高效光源,可以降低电能消耗,节约能源。故在设计中,应严格控制使用白炽灯(除了特别需要场所),尽量减少高压汞灯的使用量;推广使用细管径荧光灯和紧凑型荧光灯;大力推广高效、寿命长的高压钠灯和金属卤化物灯。
  3、采用合理的控制方式
  灯具的控制方式可分为手动控制与自动控制两种:对于手动控制,一是可适当增加照明开关点,以达到分区控制灯光的目的;二是可采用各种类型的节电开关,如调光开关、定时开关、节电控制器等,都有显著的节能效果。而自动控制,则包括红外遥控开关、光电照明控制、中央控制系统及智能照明控制系统等方式,可结合具体的工程实际,选用以节约用电。
   (三)建筑动力系统节能
  由于建筑动力用电设备通常容量较大,故其消耗的电能亦较大。据统计,约占整个建筑耗电的40%~60%,如此大容量的动力用电设备,无疑在节电方面大有所为。动力系统节电应在满足工艺要求的前提下,尽可能减少电动机电能损耗,提高电能的有效利用率。
  1、采用高效率节能型电动机
  采取各种切实可行的措施,减少电动机的各部分损耗(主要为负载损耗及空载损耗)、提高电动机的效率和功率因数。采用高效率电机(Y,Y2系列)减少的耗电量与普通标准电动机相比,其总损耗减少20%~30%,效率可提高3%~6%。
  2、选择正确的起动方式
  对于需频繁起动的电动机设备,正确选择起动方式,将直接影响节电效果。如直接起动方式,建议除特别小容量(<0.75 kW)的电动机外,应尽量不予采用;减压起动则有利于节电,故适用于容量较大的电动机。近年来,在民用建筑中采用变频器起动的越来越多,因其原理是根据负载变化自行调节电动机转速使两者相适应,从而提高电动机运行效率来达到节电目的。
  3、选择合理的控制系统,提高运转效率
  对于纳入建筑设备监控系统管理的动力设备,可根据系统设计需要,由程序控制其起动和运行,同时,还可通过控制系统的负载来达到节能目的。
  
  结语
  综上,随着我国建筑的高档化和高层化,建筑电气的安全和节能也越来越受人们的关注。电气设计人员在设计中要精心考虑,反复比较设计方案,拿出一套符合各种技术指标,满足功能需求的前提下,行之有效而又切实可行的安全节能措施,从而达到真正安全节约的目的。
  参考文献
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