李金和,高純斌

(吉林工程技術(shù)師范學(xué)院，吉林 長春 130052)

本設(shè)計(jì)的對(duì)象是安徽省某居住小區(qū)。小區(qū)由23棟二類高層住宅樓、1棟幼兒園、地下車庫以及配套用房(物業(yè)用房、社區(qū)居委會(huì)用房、社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)站、未成年活動(dòng)中心、養(yǎng)老院用房、地面開閉所、設(shè)備用房等)組成。

1 高低壓變配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 負(fù)荷分級(jí)與負(fù)荷計(jì)算

依據(jù)國家現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范以及結(jié)合地方標(biāo)準(zhǔn)的要求。將從供電可靠性的要求以及中斷供電對(duì)人身安全和經(jīng)濟(jì)損失來確定普通負(fù)荷等級(jí)，將不同建筑物劃分為三個(gè)等級(jí)。但在平常工程設(shè)計(jì)中，很多電氣設(shè)計(jì)師往往忽視了消防負(fù)荷分級(jí)，依據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2014(2018年版)10.1條對(duì)消防負(fù)荷等級(jí)劃分，確保消防負(fù)荷不與普通負(fù)荷的等級(jí)混淆。結(jié)合本小區(qū)的實(shí)際狀況，本小區(qū)均為二類高層住宅建筑，地下車庫為I類汽車庫。

負(fù)荷計(jì)算作為選擇導(dǎo)線截面、開關(guān)設(shè)備及變壓器容量的基礎(chǔ)，通過了負(fù)荷計(jì)算后對(duì)導(dǎo)線、開關(guān)和變壓器等電氣設(shè)備進(jìn)行合理的匹配，滿足末端設(shè)備時(shí)刻處于額定狀態(tài)下工作，從而保障電氣系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。因此，負(fù)荷計(jì)算的成敗將對(duì)設(shè)備的選型和經(jīng)濟(jì)有著重要意義。

本文將依據(jù)國家現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范以及結(jié)合地方標(biāo)準(zhǔn)的要求，將這些規(guī)范的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的對(duì)比，由于該標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)于國家規(guī)范，在本設(shè)計(jì)中將按嚴(yán)格的數(shù)據(jù)來作為設(shè)計(jì)依據(jù)，則每套住宅的用電負(fù)荷見表1。

表1 每套住宅用電負(fù)荷和電能表的選擇

對(duì)于小區(qū)內(nèi)一些配套用房的用電負(fù)荷，應(yīng)按中標(biāo)廠家實(shí)際的用電設(shè)備來計(jì)算。但是往往在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)備廠家?guī)缀醵际亲詈蟠_定的，所以我們只能采用單位指標(biāo)法對(duì)配套公建進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。配套公建的用電指標(biāo)見表2。

表2 配套公建的用電指標(biāo)

1.2 變壓器的容量和數(shù)量

高層住宅小區(qū)用電負(fù)荷大，小區(qū)變壓器的分配不均造成有的地方過載運(yùn)行，影響小區(qū)內(nèi)居民的生活質(zhì)量。因此，合理地選擇和分配變壓器的額定容量、數(shù)量、運(yùn)行方式和變壓器的型號(hào)，以及預(yù)留有一定的富余容量以方便日后新增加的用電設(shè)備在經(jīng)濟(jì)上有重要意義的。

本設(shè)計(jì)依據(jù)當(dāng)?shù)毓╇姴块T要求對(duì)變壓器容量進(jìn)行選擇，住宅部分配置系數(shù)采用0.6，負(fù)載率采用85%；配套公建配置系數(shù)采用0.7，負(fù)載率采用95%進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算變壓器容量如公式1所示。

(1)

式中 Sjs—變壓器所需容量，kVA；

Pn—變壓器供電的住宅部分有功功率之和，kW；

Kp—配置系數(shù)；

K1—變壓器負(fù)載率。

由上述計(jì)算方法可知，該小區(qū)公變電房變壓器的計(jì)算所需總?cè)萘繛?1325kVA。分別用10臺(tái)容量為800 kVA的變壓器和6臺(tái)容量為630 kVA的變壓器進(jìn)行供電。

1.3 10kV系統(tǒng)

由上述的負(fù)荷等級(jí)可知。結(jié)合本小區(qū)的實(shí)際狀況采用電纜+開閉所+配電房的供電方式，本小區(qū)由市政引來2路不同變電站10kV電源進(jìn)入小區(qū)地塊內(nèi)。本小區(qū)內(nèi)設(shè)置10kV開閉站，負(fù)責(zé)對(duì)本小區(qū)10kV電源的分配。電源分別接入小區(qū)中心開閉所I、II段母線，母線之間設(shè)置有聯(lián)絡(luò)。為了保障一、二級(jí)用電負(fù)荷用電。公變電房10kV電源由中心開閉所I段母線和II段母線引接，形成環(huán)網(wǎng)供電方式，公變電房8座共設(shè)4個(gè)小環(huán)。1#專變電房、2#專變電房、3#專變電房，則10kV電源由中心開閉所兩段母線分別接入電房兩組高壓進(jìn)線柜內(nèi)，以保證小區(qū)配套設(shè)施(二級(jí)負(fù)荷)具備雙電源。

2 建筑物防雷與接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

當(dāng)前，我國城市化進(jìn)程的步伐越來越快，所建建筑樓層越來越高，同時(shí)人們的生活水平也不斷上升，小區(qū)內(nèi)不斷引進(jìn)各種電氣設(shè)備與智能化設(shè)備越來越豐富，這將增加電氣系統(tǒng)復(fù)雜性。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可能伴隨故障的發(fā)生，一旦有故障發(fā)生而造成了一些不必要的損失。因此，依據(jù)國家現(xiàn)行的規(guī)范，結(jié)合本住宅小區(qū)所處的年平均雷暴日以及建筑物屬性，來確定小區(qū)內(nèi)建筑物的防雷級(jí)別，則對(duì)防雷與接地系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)。

2.1 建筑物防雷類別

為了更合理設(shè)置防雷措施接地形式，先對(duì)建筑物所處的環(huán)境以及建筑物的高度、規(guī)模來判斷，雷電可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)以及可能產(chǎn)生的損壞進(jìn)行全面評(píng)估。住宅小區(qū)防雷設(shè)計(jì)將按照建筑物的重要性以及發(fā)生雷電事故的可能性和后果的嚴(yán)重性，把建筑物防雷等級(jí)分為三類。建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)計(jì)算如公式2所示。

N=k×Ng×Ae

(2)

式中：N—建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)(次/a)；

k—校正系數(shù)；

Ng—建筑物所處地區(qū)雷擊大地的平均密度(次/km2/a)；

Ae—與建筑物截收相同雷擊大地的年平均密度(km2)；

其中：Ng=0.1Td，Td為當(dāng)?shù)啬昶骄妆┤誂e=[LW+2(L+W)√D+πD]×10^(-6)。D為建筑物每邊擴(kuò)大寬度，當(dāng)建筑物的高度不超100m時(shí)，D=√(H(200-H))；L、W、H分別為建筑物的長、寬、高。

結(jié)合上述計(jì)算方法，以本住宅小區(qū)的5#樓為例進(jìn)行年雷擊計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表3所示。依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010可知，該5#樓屬于第三類防雷建筑。剩余建筑物的計(jì)算方法相似，經(jīng)計(jì)算本小區(qū)所有單體建筑物均屬于第三類防雷建筑物。

表3 年雷擊計(jì)算表

2.2 建筑物防雷措施

對(duì)于雷擊的防范，將采取的措施是使用厚度為12mm鍍鋅圓鋼做避雷帶，并沿屋面易受雷擊的部位進(jìn)行明敷設(shè)置，將屋面的避雷帶形成不大于20m×20m或24m×16m的網(wǎng)格。避雷帶的支持卡高度為100mm，且在水平和轉(zhuǎn)角處分別設(shè)置長度為1000mm、500mm的支架固定在女兒墻上或現(xiàn)澆的混凝土支座上。引下線將利用建筑物柱內(nèi)的兩根不小于?16mm主鋼筋作為防雷引下線，且引下線上端與避雷帶必須可靠焊接，下端經(jīng)接地電阻測試卡與接地裝置可靠焊接。對(duì)于接地系統(tǒng)將利用基礎(chǔ)圈梁內(nèi)最外層對(duì)角兩根大于?12mm主鋼筋可靠焊接連作為建筑物接地裝置，接地電阻應(yīng)小于1歐姆，這樣才能迅速地疏散雷電流。如接地電阻達(dá)不到要求，可沿基礎(chǔ)四周敷設(shè)一圈?40x4鍍鋅扁鋼埋深0.8m與接地可靠焊接。

在小區(qū)中存在電磁脈沖是不可避免的事情，為減少電磁脈沖對(duì)電子器件的破壞，則我們將總配電柜、分配電柜、設(shè)備機(jī)房配電箱、特殊重要電子設(shè)備的配電線路，根據(jù)雷電流水平和設(shè)備耐壓水平裝設(shè)相應(yīng)浪涌保護(hù)器(SPD)等級(jí)進(jìn)行保護(hù)。

3 消防電氣設(shè)計(jì)應(yīng)用與分析

在所有類型的災(zāi)難中，火災(zāi)是人類可以控制和避免的災(zāi)難，也是發(fā)生頻率最多災(zāi)害之一?，F(xiàn)今，高層住宅的特點(diǎn)是人員聚集廣、各種類型的電氣和電子設(shè)備多、用電量大等，容易發(fā)生火災(zāi)。一旦發(fā)生火災(zāi)將造成人員疏散困難和火災(zāi)連貫性高等現(xiàn)象，這將對(duì)本小區(qū)產(chǎn)生不必要的經(jīng)濟(jì)損失和人身安全。

在建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí)任意一個(gè)火災(zāi)探測器感應(yīng)濃煙或者高溫后，再與手動(dòng)報(bào)警按鈕的動(dòng)作后發(fā)生“與”關(guān)系，將信息傳送到消防控制中心，值班人員通過消防控制室圖形顯示裝置得知火災(zāi)發(fā)生的部位，確定發(fā)生火災(zāi)無誤，若發(fā)生火災(zāi)將由值班人員下達(dá)指令，通過自動(dòng)或手動(dòng)方式啟動(dòng)消防裝置實(shí)現(xiàn)災(zāi)情控制，并撥打火災(zāi)電話通知消防隊(duì)救援。在火災(zāi)發(fā)生后火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警聲光信號(hào)同時(shí)廣播播報(bào)火災(zāi)狀況，第一時(shí)間讓火災(zāi)發(fā)生區(qū)和非發(fā)生區(qū)域的居民及時(shí)疏散；同時(shí)消防人員通過使用消防栓后，按下消火栓按鈕，信號(hào)發(fā)送到消防控制中心，觸發(fā)消防聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)消火栓泵工作。若在某個(gè)火災(zāi)區(qū)域設(shè)有噴淋系統(tǒng)時(shí)，發(fā)生火災(zāi)后達(dá)到預(yù)定的溫度會(huì)引破噴頭，噴淋管道內(nèi)部的水流發(fā)生較快的流量時(shí)，水流指示器感應(yīng)到水壓不平衡后及時(shí)發(fā)出信號(hào)通過消防聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)噴淋穩(wěn)壓泵，當(dāng)穩(wěn)壓泵供應(yīng)不足時(shí)，再次聯(lián)動(dòng)噴淋水泵啟動(dòng)工作。然而在火災(zāi)區(qū)域通過消防聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)部位的消防風(fēng)機(jī)以及防火閥等，且這些部件的動(dòng)作信號(hào)要反饋至消防控制室中心。從而降低煙氣和火勢的蔓延速度；啟動(dòng)消防應(yīng)急照明和疏散指示，為人員疏散提供安全疏散路徑；將非消防電源切斷，電梯不能作為疏散通道使用，非消防電梯自動(dòng)平層，由于消防人員身穿承重的滅火裝備，消防電梯僅為消防人員及時(shí)到達(dá)火災(zāi)區(qū)域，快速對(duì)火災(zāi)進(jìn)行及時(shí)撲滅。待火災(zāi)信號(hào)解除后，均自動(dòng)或手動(dòng)恢復(fù)正常供電。

4 結(jié)束語

本文介紹了住宅小區(qū)高低壓變配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建筑物防雷與接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、消防電氣設(shè)計(jì)應(yīng)用與分析，提出所有設(shè)計(jì)均滿足國家規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)以及當(dāng)?shù)仉娏鞠鄳?yīng)的供電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。