建筑电气设计存在的几个突出问题.pdf

<p>1/11建筑电气设计存在的几个突出问题 1、低压配电线路上、下级保护动作不能保证全部选择性1.1 保护动作具有部分选择性变压器低压母线馈电干线断路器绝大多数设计采用非选择型配电断路器，只有长延时过电流保护（?1）和瞬时过电流保护（?3）。瞬时过电流保护是短路保护，它要保护线路全长，即规范要求的线路末端最小短路电流不小于瞬动电流值?1的 1.3 倍。见图 1-1，设计中通常标出断路器脱扣器额定电流?。?一定，?1、?3就确定了，一般不可调。上级断路器的?比下一级断路器的?通常大二级，这样的配合可保证上下级断路器长延时过电流保护动作有选择性，即下级线路过负荷绝对不会引起上一级的长延时过电流保护动作。图 1-1 中，AB、DE、GH区间?5、?3、?1点发生短路，可以作到保护动作的选择性。若 FG区间的?2点发生短路，?2与?3可能同时2/11动作断开，也可能是?2越级跳闸。若 CD区间的?4点发生短路，同样可引起?1与?2保护动作没有选择性。也就是说，现行设计只能做到上、下级保护动作具有部分选择性，不能做到全部选择性。1.2 保护动作具有全部选择性五星级宾馆、超高层写字楼、信息中心、省（直辖市）及国家体育馆等电气设计，其配电线路应作到上、下级保护动作具有全部选择性。为此，必须用短延时过电流保护。（1）选用选择型断路器，具有长延时、短延时、瞬时过电流三种保护，动作值和动作时间可调。a.长延时过电流保护?1的选择与非选择型断路器基本相同，?1整定范围在（0.41）?。b.短延时过电流保护?2的计算、整定及校验。（a）短延时过电流保护的整定值?2要躲过回路中最大次尖峰电流，即要满足下列关系式：?2?(?+?)（1-1）式中：?可靠系数 1.2；?电动机起动前已接最大计算负荷电流，A；?同时起动的电动机起动电流（不计非周期分量），A。（b）保护动作时间?2的选择当下一级线路无短延时过电流保护时，?2取 0.1s 或 0.2s；当下一级线路有短延时过电流保护时，?2应在下一级短延时时间3/11基础上增加 0.1s 或 0.2s，但?2时间一般不大于 0.4s。（c）短延时过电流保护要保护线路全长，因此要校验短路灵敏系数?：?21.3（1-2）式中：?线路末端最小短路电流，A。c.具有短延时过电流保护时，其瞬时过电流保护的整定值?3的选择。（a）放射式配电干线的瞬时过电流保护的整定值?3要躲过干线末端最大三相短路电流?3，即要满足下列关系式：?3?3（1-3）式中，?可靠系数，1.2。（b）树干式配电线路的瞬时过电流保护整定值?3要躲过第一个分支点处的最大三相短路电流?3，即要满足下列关系式：?3?3（1-4）（c）断路器的瞬时过电流整定范围一般是（416）?1、（414）?1、（412）?1，若所选断路器的最大整定值满足不了（1-3）式、（1-4）式要求，为确保保护之间动作选择性，应将瞬时过电流保护 OFF。（d）具有短延时过电流保护后，瞬时过电流保护不需要校验保护灵敏系数，能保护线路多长算多长。（2）上级为选择型断路器，下级为非选择型断路器的保护配合见图 1-2。4/11无论?1、?2、?3、?4发生短路，上、下级保护间动作都具有选择性。1.3 短延时过电流保护的其它应用采用短延时过电流保护不仅能解决上、下级保护间动作选择性问题，而且可以很好解决设计遇到的两个问题。（1）电流较大，距离较远的三级负荷线路采用非选择型配电断路器保护，当末端短路保护灵敏系数不满足1.3 要求的情况，现在多数设计者是在满足电压降截面的基础上再增大截面，从而增大短路电流来解决保护灵敏系数不够的问题，这是最不经济合理的办法。非选择型配电断路器的瞬动值通常是10?，改用选择型断路器用短延时过电流保护作线路的短路保护，按公式（1-1）计算?2，一般?2动作值不会超过 3?，就大大提高了保护灵敏系数，时间?2取 0.2s。导线截面不用增大，使设计经济合理。（2）对距离较远的电动机，即使电动机采用了Y/?起动，电动机回路采用非选择型断路器，其瞬时过电流保护灵敏系数不满足规范1.3 要求，采用加大导线截面的方法来解决问题，是不经济合理的。5/11改用选择型断路器，用短延时过电流保护就可解决问题，因?2的整定值不需考虑电动机起动电流的非周期分量，即起动尖峰电流值，可少乘 2，这就将保护灵敏系数提高了一倍。电动机起动电流非周期分量是客观存在的，为什么不考虑呢？那是因为短延时过电流保护的动作时间 0.1s 或 0.2s 远远大于非周期分量电流存在的时间（约零点零几秒），所以可以不考虑。采用短延时过电流保护后，导线截面满足正常运行电压降要求后，一般就不需再增大导线截面了。2、变压器低压侧总断路器过电流保护整定存在的问题（1）长延时过电流保护整定值?1按 1.1 倍变压器低压侧额定电流?2?进行整定，从理论上来讲，是错误的。?2?的含义是变压器在规定环境条件下安装，当负荷电流与?2?相同时，允许变压器长期运行，保证变压器的使用寿命不少于20 年。若长延时过电流保护的整定值?1按1.1?2?进行整定，我们知道，长延时过电流保护的动作特性是反时限特性。当实际负荷电流等于1.1?2?，对保护而言，可允许变压器长期运行，而保护无任何反应，而1.1?2?电流较长时间运行的结果必然是变压器绝缘因热效应恶性循环而破坏，大大减少其寿命。这是我们不希望的结果。（2）变压器低压总断路器的瞬时过电流保护，仍有少数设计单位仍然保留是错误的。若不取消瞬时过电流保护，当低压母线馈线干线断路器下端一定距离内出现短路故障，将可能引起总断路器的非选择性动作，断开全部负荷电源。6/11（3）变压器低压总断路器短延时过电流保护整定值?2按3?、4?、5?进行整定的都有，能否按6?、7?、8?进行整定？多数设计者讲不出道理。不管按多少倍?进行整定，都必须满足两个条件：一是躲过总的次尖峰电流，二是低压母线最远端发生短路故障能保证短路灵敏系数不小于 1.3。也就是说，满足这两个条件的短延时过电流保护的整定倍数都是正确的。3、消防风机、消防水泵电气保护设计存在的问题低压配电设计规范（GB50054-2011）6.3.6 条和通用用电设备配电设计规范（GB50055-2011）2.3.7条 1 款中都有过负荷断电造成的损失更大时，应使过负荷保护动作于信号的规定。为执行规范规定，现行设计、设计审核都把电动机回路断路器的长延时过电流保护取消，只剩瞬时过电流保护，即通常说的选用3200电磁保护开关，生产厂家紧跟需求，也专门生产出具有电磁保护又能将过负荷保护不动作跳闸并发信号的断路器。几乎全国建筑电气设计都是这样做的，更有甚者，还有要求电动机回路前的所有断路器都只设电磁保护。应该说，规范规定没有错，错的是没有针对设计对象进行具体分析，没有采用正确的措施来贯彻执行规范规定。规范规定含义：对电动机而言，一定是已经运转并可能过负荷，如重要化工原料生产的搅拌机，可能投料过多而过负荷，过负荷必定7/11不是故障，最多导线绝缘受到伤害，减少寿命而已，不能因过负荷跳闸断电，否则造成重大经济损失或安全事故。对消防风机、消防水泵而言，平时是很少运转的设备，而且是在流体中运转的设备，不会出现由于过负荷引起的过电流。消防风机、消防水泵在运行中若出现持续的过电流，一定是有故障，可能是一相断线、轴承磨损、叶片与壳体摩擦、电动机线圈匝间短路等。电动机回路的断路器的瞬时过电流保护要保证电动机起动时不会误动，若采用电动机型断路器，电动机全压起动时，一定要满足下面的关系式：0.8 12?2 7?即：?1.458?（3-1）电动机型断路器脱扣器额定电流?一定要不小于电动机额定电流?的 1.458 倍，才能确保电动机全压起动时不会误动。即使风机、水泵有过负荷，断路器长延时过电流保护也不起作用，只有电动机回路的过电流值大于 1.458?才有反应。根据过电流大小，决定动作时间的短长。前面已分析知，电动机回路较长时间出现大于1.458?的过电流一定是故障引起，为保护线路绝缘，同时也是避免电动机过度受损，长延时过电流保护就应动作断电。现在消防风机、消防水泵电气保护设计取消了长延时过电流保护，当出现前述故障，而故障电流值又达不到断路器的瞬动值（12?），只能是故障雪崩式的发展，最后才引起断路器瞬时过电流保护动作断电，但电动机、线路已全部烧毁，甚至引发火灾和安全事故。8/11取消风机、水泵回路的长延时过电流保护是错误的，为执行规范规定，可在电动机回路中加装热继电器，热继电器电流按大于并接近电动机额定电流?进行整定，热继电器的常开接点去发信号。以上是对消防风机、消防水泵全压起动进行的分析和正确设计。对 Y/?起动的风机和水泵，就不存在（3-1）式那样的关系式，但我们可按全压起动选择断路器和线路（电动机仍是 Y/?起动控制），使断路器带长延时过电流保护。?的增大不会引起导线截面的过分增大，电动机回路仍应装热继电器动作于信号。呼吁全国的电气设计专家和同行进行充分研究讨论，改变不正确的常规设计。4、低压无功功率补偿设计存在的问题通常在变压器低压侧母线采用静电电容器串联电抗器进行无功功率补偿，现在多数设计者按?=?(tan?1-tan?2)公式计算确定电容器容量，然后在设计说明书写上可以从功率因数多少补偿到多少就完事。不完全清楚串联电抗器起什么作用，不知电抗器的电抗率如何选择，不知电容器额定电压如何选择，不知电容器容量在按公式计算出来的容量后还要增加多少。串联电抗器不仅可以限制涌流，保护电容器，还可抑制谐波。这里省略理论分析和公式推导，将计算结果列出，见表4-1。9/11表 4-1 部分计算结果电抗率 K 电容器端电压?=4001-?/V 选择电容器额定电压?/V 电抗器额定电压?=?3/V 折扣系数A=11-?(400?)2限制涌流0.1%1%400404 440 0.26 2.6 0.827 0.835 抑制 3 次及以上次数谐波13.4%462 525 40.62 0.670 14%465 42.44 0.675 抑制 5 次及以上次数谐波5.4%423 480 14.96 0.734 7%430 19.40 0.747 按下面步骤利用表4-1：（1）按?=?(tan?1-tan?2)，计算出?；（2）根据工程实际情况选择电抗率?；（3）选择电容器额定电压?；（4）计算折扣系数 A；（5）实际选择电容器容量?要满足：?。5、室外路灯到底是采用TN-S接地系统或是采用TT接地系统（1）配电变压器高压侧系统若是中性点直接接地或是低电阻接地系统，室外路灯可采用TN-S接地系统。（2）配电变压器高压侧系统为小电流接地系统，且室外路灯未采取总等电位措施的，一定要采用TT接地系统。（3）见图 5-1，当变配电所高压配电装置发生单相接地短路?1时，单相接地短路电流?1小，但存在时间较长，高压保护接地和变压器中性点接地是共用接地，电流?1在共用接地电阻?上产生的故障电压?经N线、PE线在室内、外到处传导，室内已作总等电位联结，用途计算结果公式10/11不会带来危险，室外路灯电杆未采取总等电位措施而带有故障电位?，就可能对人带来安全威胁。为避免这种危险，不能把PE线引出，即切断故障电位?传导路径，室外电杆另行独立接地，即形成TT接地系统。（4）室外路灯短路保护即使满足线路末端单相短路灵敏系数，但因采用 TT 系统室外路灯线路发生单相接地短路时电流小，短路保护不会动作切断电源，因此必须增加漏电保护装置进行保护。（5）那种认为加装了漏电保护就可解决路灯线路单相短路保护灵敏系数不满足规范要求的想法是错误的。（6）一些设计技术规定讲建筑物周围20 米内的室外灯可用TN-S系统，20 米外用 TT系统是缺乏科学依据的。（7）有的设计单位将室外路灯设计成TT系统，后因漏电保护误动而重新改为TN-S系统，是未透彻掌握漏电保护设置技术的结果，是不正确的。11/116、工业与民用电气设计手册第三版有关电动机起动计算公式是错误的最新推出版的第四版设计手册进行了更正，更正的公式同样存在错误，不满足设计需要，因时间关系这里不作介绍，请参阅重庆医药设计院于东晓、李达志写的论文“也谈电动机起动计算及校验”。7、结语以上介绍内容在我写的建筑电气设计实用技术23 讲一书有较为详细讲解，欢迎各位专家参阅指教。我退职后做建筑电气设计技术交流的自愿者，不计报酬，已在重庆、成都、石家庄、深圳、广州进行了大大小小技术交流近100 次，我今年 78 岁了，能帮助年轻同行提高技术水平，推动建筑电气设计进步就是我的最大快乐！谢谢大家给我这次机会与大家交流。</p>