建筑电气设计中常见问题的思考

李建云 （天津泰达电力公司 天津300456）

建筑电气设计中常见问题的思考

李建云 （天津泰达电力公司 天津300456）

针对民用电气设计中一些常见的问题，如断路器的极数选择、变频器的使用、配电箱的选用和等电位联结设置范围等，结合实际，分析阐明原理，对未来电气设计工作具有一定的借鉴作用。

断路器极数 变频器 配电箱 等电位联结

0 引言

近年来，随着建筑智能化的发展，民用建筑电气设计内容越来越多，已经不再局限于传统的配电、照明、防雷接地内容，电气和相关给排水、暖通专业相配合的内容也增多，需要对设备工艺有更多了解。本文就民用电气设计中常见的容易忽视的问题，做一些研究，对这些问题提出一些想法，与大家共同探讨。

1 低压断路器极数的选择

低压断路器极数的选择，看似比较简单，但在设计中却经常有选择错误的情况，这样的失误，会造成跳闸故障，甚至引起安全隐患。

1.1 低压断路器的产品分类

低压断路器从产品来说分：1P，2P，1P+N，3P，4P，3P+N。P指的是装设了线路过载或短路保护模块的极（刀极），N指中性线只装设了刀极，没有装设保护模块。通常将2P和1P+N都叫两极开关，4P和3P+N都叫四极开关，因为1P+N、3P+N中性线没有装设保护，中性线刀极随相线刀极一起动作。

1.2 低压断路器在技术上的选择依据

从电气技术方面来说：单极开关和两极开关，三极开关和四级开关的选择，其实就是看线路的中性线是否需要断开，一般来讲通过以下几点判断：①TT（含IT）系统需要检修的时候，由于TT系统中性线与建筑物内等电位连接未导通，可引入由于室外各种故障带来的危险电压，故需断中性线，所以需要两极和四极开关；②TN系统，在做好等电联结后，一般配电回路不需要断开中性线，选单极和三极即可。

1.3 一些特殊情况下，对中性线的要求

特殊情况下，常见的规范和电气技术手册提出需要采用中性线的措施：①《住宅设计规范》GB 50368-2005第8.5.4，每套住宅应设置电源总断路器，总断路器应采用可同时断开相线和中性线的开关电器。②《电气技术专业设计技术措施》第4.3.11条，住宅低压配电末端的单相用电负荷，可能由非电气专业人员操作时，宜采用单相双极保护电器。③《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB 50058-92第2.5.8条，爆炸性气体环境电气线路的设计和安装应符合下列要求：在1区内单相网络中的相线及中性线均应装设短路保护，并使用双极开关同时切断相线及中性线。④《电气技术专业设计技术措施》第4.3.7条，当中性线与相线截面等同时，中性线上可不设置过电流检测或断电装置，在中性线截面小于相线时，则应装设相应于该导线截面的过电流检测装置并使相线断开，但不断开中性线。

2 变频器的使用

一般民用建筑电气设计中，应用变频器的场合主要在生活水泵供水和补水泵补水的变频调速节能方面。

2.1 变频器的控制模式

生活水泵和补水泵调速工作原理基本相同，在这种工况里，对于水泵来说，其出水流量由用户（或管网）的需水量决定，这是水泵无法主动调节的，水泵在不同流量的情况下，如何保证合理的出水压力就是衡量变频器系统工作是否合理的唯一条件。一般采用恒压和变压两种控制方式。所谓恒压，就是保证水泵出水压力与参照压力值一致，保证恒定，此参照压力值应能满足最大用水高峰期时管网末稍用户的正常用水压力。补水泵调速一般是保证补水点的管道压力恒定，给水泵是保证水泵出口压力恒定或管网末端最不利点压力恒定。所谓变压，其实质是参考压力的变化，而对于变频调速系统来说，还是要保证水泵出水压力与参考压力相同，此参考压力值是根据出水流量变化的，一般流量大，此压力值就大；流量小，此压力值也小。恒压和变压的参照压力值的差别就是考虑不同流量下的管道沿程水头损失。所以变压要比恒压供水节能。

在一些市政供水管网中，这个水头损失可以通过在城区供水范围内的不同地点、相对的供水最不利点设置测压点，以最低压力作为基准，来保证管网供水压力。在较小的供水系统里，通常采用测量水泵出水流量，针对具体管网系统的计算，得到不同流量对应的出水参考压力值，通过变频调速系统的控制，保证水泵出口压力与参考压力一致。如果在可能的情况下，在民用建筑中，将压力表设置在管网最不利点，如楼顶管网末稍，采用恒压供水系统，也完全可以达到变压供水的要求，同时又可以减少设备投资。

2.2 一些常见问题及解决方案

在民用建筑电气中，经常选用设备配套的变频调速控制柜，有些设计人员对于设备工作原理未搞清楚，或者建设方未能按照设计要求选用设备成套控制柜，因此，不仅会带给工程一些遗憾，也会给今后设备运行带来一些隐患，常见情况有：

2.2.1 压力信号采集错误。变频器调速输入信号应该是模拟量信号，可以采用标准电压或电流信号，也可以是电阻信号，压力表较经济的办法是选用远传式压力表（电阻信号），而不能用电接点压力表（电接点信号，为数字量信号）。电接点压力表一般用在稳压泵保证管网压力时选用。

2.2.2 未选用水泵配套的成套控制柜，采用自己设计的非标控制柜，和其他配电柜并柜布置，虽然从配电角度来说，配电可靠，控制柜排列整齐，减少占地面积，但是常常因为开关柜成套厂技术力量有限，不能很好理解设计意图，从而不能达到变频恒压供水的功能要求。

2.2.3 开关柜成套厂提供的控制柜采用普通变频器，变频器功能不全，没有PID调节器，无法完成自动控制功能，需要改造。现在市场上有专用变频器，可利用其内置的PID调节器完成调速功能。因为变频器已经订货，更换变频器是不可能的，可增加一套PLC可编程控制器或专用PID控制器，也能满足需要。

3 配电箱的选用

前面已经提到控制柜一些选型问题，下面就具体工程遇到的一次事故，来说明配电箱接地问题的重要性。这是一个很普通的照明配电箱，在使用一年后，出现一次较大事故。

当用户打开某用电设备开关的同时，发现房间内计算机主机板、电源、灯具等设备被烧毁，检查插座板，电压为380 V。对配电箱开箱检查后，才发现生产厂在生产配电箱时，因为看到原设计配电箱出线回路较多，为图省事，将配电箱用两块现成的配电箱箱体拼接而成，这样箱体具有两组N母线端子和两个PE母线端子，分别放置在箱体两侧。两个N线端子采用铜导线连接，但导线截面和连接方式都无法保证配电柜的可靠运行。照明配电箱故障分析见图1：

图1 照明配电箱故障分析图

配电箱在长期使用后，由于较大的不平衡电流造成连接两组N母线端子导线烧焦、断线，发生断中性线N线故障。通过N线母排将不同的相线电压传导到插线板N线极，造成插座输出电压升高。由此看到中性线断线事故以不同方式无处不在，其危害严重，需要引起电气人员足够重视。

4 等电位联结的设置

随着对等电位联结的深入理解，工程中等电位的设置也越来越多，到底什么场合需要设置等电位联结，在《低压配电设计规范》GB 50054-1995中，规范没有明确说明，但是在“一般规定”中通过以下论述可以说明问题：

①接地故障保护能做什么：“接地故障保护的设置应能防止人身间接电击以及电气火灾、线路损坏等事故”。

②什么情况下可以不采用接地故障保护：“防止人身间接电击的保护采用下列措施之一时，可不采用本规范第4.4.1条规定的接地故障保护。A.采用双重绝缘或加强绝缘的电气设备（Ⅱ类设备）；B.采取电气隔离措施；C.采用安全超低压；D.将电气设备安装在非导电场所内；E.设置不接地的等电位联结。”

③接地故障保护措施适用什么情况：“接地故障保护措施所保护的电气设备，只适用于防电击保护分类为Ⅰ类的电气设备。设备所在的环境为正常环境，人身电击安全电压限值（UL）为50 V。”

④如何做接地故障保护措施：“采用接地故障保护时，在建筑物内应将下列导电体作总等电位联结：PE、PEN干线；电气装置接地极的接地干线；建筑物内的水管、煤气管、采暖和空调管道等金属管道；条件许可的建筑物金属构件等导电体。上述导电体宜在进入建筑物处接向总等电位联结端子。等电位联结中金属管道连接处应可靠地连通导电。”

可以看出，接地故障保护措施首先包括等电位联结，只有满足前面论述②的5种情况之一时，设计才不需要设置等电位联结。因此对于一般民用建筑，不论其规模大小，重要与否，只要有防止人身间接电击以及电气火灾、线路损坏等事故需要，而无前述5种保护措施，均应做等电位联结。

5 结束语

以上是对民用建筑电气设计中经常出现和容易忽视的一些问题的理解、分析和解决措施。在实际工作中，还有很多值得注意的地方，一旦出现问题，可能造成严重危害。一定要多掌握相关的技术规范，与实际结合，注意与其他专业的配合与协作，避免常见问题的发生。■

[1]北京建筑设计研究院《建筑电气技术专业设计技术措施》编写组.建筑电气技术专业设计技术措施[M]北京：中国建筑工业出版社,1989.

[2]符锡理.变频调速供水泵原理和实践[J].变频器世界.1999(10).

2011-05-09