浅析临时用电设计易见、且易忽视的问题学士学位论文.doc

浅析临时用电设计易见、且易忽视的问题

[摘 要]临时用电方案（以下简称临电方案）对现场缺乏指导性、合理性是严重影响现场临时用电工程质量的重要原因，而如何编制临电方案又时常困扰着施工现场的管理。本文以临电施工组织设计常见且易被忽视的问题，结合对国家的有关标准的理解来探讨如何解决该类问题，以期与临电设计及施工现场安全管理人员共同促进与提高。
[关键词]临电设计 安全 过载保护 短路保护 漏电保护

随着现代建筑业的迅速发展，建筑施工现场临时用电的范围日益广泛，规模不断扩大。而临时用电设计不规范造成的安全问题、使用问题日趋突出，造成施工现场临时用电的设计、施工与管理中出现严重安全隐患，安全事故频发，特别是近几年建筑施工现场连续不断的因电气失火引起的火灾事故，让有关各方越来越关注施工现场临电工程的安全。作为临电工程实施依据的临时用电专项方案设计也因此越受到各方的重视。但由于诸种原因，使得临时用电设计成为许多施工企业的瓶颈，造成临电方案缺乏一定的针对性、合理性，也直接影响到了临电工程的安全。本文就临电检查中所常见的、且易被忽视的问题，结合对国家的有关标准的理解来探讨如何解决在临电设计中该类问题，以期与其他临电设计及施工现场安全管理人员共同交流探讨。
一、 忽视临电设计策划，使临电方案缺乏总体把关。
在日常的检查当中，经常会发现临电设施布局不合理、配置缺乏针对性，究其原因，除现场未按临电设计实施外，也与临电方案本身
的存在的缺陷不无关系。其中许多临电方案设计不是由专业电气设计人员设计固然是临电方案质量不高的一个原因， 但许多临电方案设计时缺乏前期有效策划，不能根据现场的实际情况对临电设计进行总体把握则是临电设计质量不高的一个普遍性的、常见的、易被忽视的主要原因。
临电设计与在建项目联系紧密、不可分割。因为 建筑施工项目类别、规模、工期不同，其施工现场特点、设备使用、实际用电负荷自然不同。如果临电设计不能在设计前期针对前述进行有效策划，方案的指导性缺乏也就自然不过了。因此要取得高质量的临电设计使之具有合理性、针对性就必须在设计时重视前期策划，这也是临电设计必需迈出的坚实的第一步。
临电设计在前期准备时，应针对建筑施工项目类别、规模、工期、施工现场特点、设备使用、实际用电负荷等特点进行相关数据、资料搜集，并对实际实施过程中有可能出现较大变化进行一定的初步分析，形成一定的书面形式资料，以备临电设计人员参考。特别是一些邀请其它行业的专业电气设计人员进行临电设计的项目部，该项工作尤其重要。
临电设计人员在取得设计前面资料后，应结合上述资料对施工现场进行详细勘测。勘测时设计人员一方面要重点观察、了解现场及邻近外电线路尤其是高压线路的分布情况；另一方面还要熟悉现场、四周各种地下外网分布，了解甲方低压电源的位置。一般情况设计人员都能做到前面几项，但临电设计仅凭对前面这几项情况的掌握是远远
不够的，设计人员还应对甲方提供电源配置细节情况、配电房可能布置的位置的地势高低、将建项目的具体布局、管道外网、施工顺序、工期以及现场用电设备的分布情况详细掌握，便于在临电工程配电房、配电箱、临电线路布置、架设设计之前，有一全方位的感性认识和一定的理性认识。通过仔细斟酌，使设计前期有较好的总体把握， 为下一步实质设计做好准备。
二、过载保护不严谨、短路保护欠匹配。
现行的临电方案都能做到 “三级配电、两级漏电保护”，特别是对总箱、末级专用开关箱两级的漏电保护。各临电设计均能满足规范要求，尤其是末级开关箱中的末级漏电开关的漏电动作电流整定值均设计为30毫安，漏电动作时间设计为0.1秒，结合保护接零、保护接地、局部等电位这些措施，基本解决了一般环境的临时用电防间接触电事故的难题，也使得近几年的触电事故得到了一定的控制；此外，《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46—2005）8.2.11中规定，总配电箱中漏电保护器的额定动作电流应大于30mA,额定漏电动作时间应大于0.1s，但其额定漏电动作电流与额定 动作时间的乘积不应大于30mA·s。这一规定也使设计人员在总箱RCD选择中一般较为谨慎地选择额定漏电动作时间小于0.2s、 额定漏电动作电流选择小于150mA的漏电开关。这也就同时解决了电弧性接地短路火灾事故的防范。道理很简单，500mA以上的电弧能量才能引燃起火，而根据临电规范设置的漏电开关的动作灵敏度完全可以满足要求，因电弧性接地短路引起的火灾事故防范也就迎刃而解。

漏电开关解决了电弧性接地短路火灾事故的防范，但对相间短路及相零短路却无法防止，这是因为当发生相间短路及相零短路时，其短路电流在漏电开关内部线路流过，对地泄流仍然较小，还不足以使漏电开关动作。如果此时线路设置的过载、短路保护能够在短路电流对回路导体和其连接点发生危险的热效应前切断回路的短路电流，就能有效控制相间短路及相零短路所引起的事故。从近几年多个城市施工现场发生的多起电气火灾案例来看，其事故发生点之前的线路均设有两级漏电动作电流小于500mA漏电开关保护，显然这多起电气火灾是未能有效控制相间短路或相零短路所引起的事故。综观这些事故，有现场实施及管理等方面的原因，但临电方案在过载、短路保护、电气匹配设计方面设计思路不严谨、缺少有效验算、忽视过载、短路保护功能也是引起事故发生的重要原因。在日常检查中，临电方案过载、短路保护设计缺陷也比比皆是，而常见的、易被忽视的有以下几个方面：
1. 过载保护电器的整定值与被保护线路的匹配缺乏一定安全裕度
这种现象主要体现在一些临电方案在针对那些承载长期连续负荷
的线路—临电工程主要是照明回路—进行过载保护设计时，过载保护电器的整定值与被保护线路的匹配缺乏一定安全裕度。
《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46—2005）7.1.18中规定，采用熔断器或断路器做过载保护时，绝缘导线长期连续负荷允许载流量不应小于熔断器熔体额定电流或断路器长延时过电流脱扣器脱扣电流整定值的1.25倍。该规定虽然针对的是架空线路，也同样
适用电缆。一些非电气专业设计人员对熔断器或断路器保护特性不了解，乃至一些电气专业设计人员在对那些承载长期连续负荷的线路进行过载保护设计时，仍依据《低压配电设计规范》(GB50054—1995)中4.3.4条套用。该条规定过负荷保护电器的特性应同时满足下列条件：
IB≤ In≤IZ (4.3.4—1)
I2≤1.45 IZ (4.3.4—2)
式中IB －线路计算负荷电流(A)；
In －熔断器熔体额定电流或断路器额定电流或整定电流(A)；
IZ －导体允许持续电流(A)；
I2 －保证保护点器可靠动作的电流(A)。
当保护点器为低压断路器时，I2为约定时间内的约定动作电流；当为熔断器时，I2为约定时间内的约定熔断电流。
注：按公式（34.3.4－1）、式（34.3.4－2）效验过负荷保护电器的保护特性，当采用符合《低压断路器》（JB1284－85）的低压断路器时，延时脱扣器整定电流（In）与导体允许持续载流量（IZ）的比值不大于1
《低压配电设计规范》(GB50054—1995)只是对一般周期性负荷情况下的过载保护匹配的规定。对于有可能发生长时间持续过载的回路情况就不能适用。因为回路不允许长时间过载，即使是少量的过载也不允许。所以IEC标准规定式(4.3.4—2)不使用于经常发生长时间持续少量过负荷的回路，对于此种回路导体截面应酌量放大。这就产生了如下疑问：对于有可能长时间持续过载的回路在进行过载保护匹配时，应如何酌量放大导体允许持续电流IZ ？如果依据《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46—2005）7.1.18中的，绝缘导线长期连续负荷允许载流量不应小于熔断器熔体额定电流或断路器长延时过电流脱扣器脱扣电流整定值的1.25倍的规定，进行过载保护匹配是否就能满足要求？下面结合表1（配电用熔体的约定时间和约定电流）、表2（配电用短路器过电流脱扣器各级用时通电时的反时限断开动作特性）、图1（过载保护电器与被保护回路导体的特性配合）来分析过载保护的匹配特性。
表1 配电用熔体的约定时间和约定电流
熔体额定电流In
(A)
约定时间
(h)
约定电流（A）
不熔断电流I1
熔断电流I2
＜16
1
见注
见注
≥16～63
1
1.25 I1
1.6In
﹥63～16
2
﹥160～400
3
﹥400
4
注： 按熔断器分标准规定。

表2 配电用短路器过电流脱扣器各级用时
通电时的反时限断开动作特性
额 定 电 流 倍 数
约定时间(h)
约定不脱扣电流
约定脱扣电流
1.05
1.30
2 (In﹥63A)
1.05
1.30
1 （In≤63A）

图1 过载保护电器与被保护回路导体的特性配合
图1为以图形表示的式（4.3.4－1）和式（4.3.4－2）中过载防护电器与被保护回路导体的特性配合。
以图1中I1为不大的过载电流时，在一定的时间内过载防护电器 保证不动作（即熔断器不熔断、断路器不脱扣）的负荷电流；IZ为过载时在一定时间内保证过载防护电器能动作的约定电流。
从图1可知当负荷电流达到In时过载防护电器是不动作的，因为In并非动作电流，它只是可长期通过防护电器而不会使电器的特性变劣的电流。当负荷电流大于回路载流量IZ不多时防护电器也不动作，因为回路允许短时间少量的过载。一般电气回路的负荷电流不是恒定不变的，而是呈周期性地变化的。短时间少量的过载时不会对回路产生不良影响。在电气装置设计中允许回路短时少量过载可减小回路截面，取得经济上的效益，但应注意这只是对一般周期性变化负荷而言。
过载防护的电器产品标准中规定，为验证某一防护电器对某一回
路导体过载防护的有效性，将该导体接于电器的出线端子上，先将测试电流调到约定不熔断电流（或约定不脱扣电流）I1 ，经约定时间T后将测试电流增加到约定熔断电流(或约定脱扣电流)I2，防护电器如在约定时间T内动作，则此过载防护是有效的。在工程设计中根据产品标准和制造商提供的数据即可用式（4.3.4－1）和式（4.3.4－2）来验证过载防护的有效性。这依然是周期性负荷过载防护的特性，对于长时间持续过载的回路过载防护匹配仍无法单独从图1或表1及表2来确认。
我们再对表1和表2进行对比，可看出在规定的约定时间内，断路器的约定脱扣电流与断路器额定电流的比值为1.3倍，而熔体的约定熔断电流与熔体的额定电流的比值为1.6倍。假设线路的截面积相同，断路器与熔体的额定电流取值也相同，流过它们的过负荷电流为断路器和熔体的的额定电流16倍，从表1与表2的对比可看出，断路器的脱扣时间要比熔体的熔断时间要短，即在前述条件下，选择断路器,安全裕度要比熔体大。相当于使用断路器时，图1中的代表I1、I2的两条线向左移动。
以上虽然对前面提出的两个问题还不能给出明确答案，但可以知道，就安全裕度而言，相同条件下，断路器过载保护要比熔体更大。如果选择使用断路器的同时，又严格遵守《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46—2005）7.1.18中绝缘导线长期连续负荷允许载流量不应小于熔断器熔体额定电流或断路器长延时过电流脱扣器脱扣电流整定值的1.25倍的规定，图1中限值与整定电流的比值将达到
1.81倍，图1中的限值与断路器约定脱扣电流的比值可达到1.39倍，如果再按照（JGJ46—2005）10.2.6条中的规定，把回路电流控制在15A,我们认为是安全的，因为In小于63A时，当线路电流达到约定脱扣电流时，约定时间是1小时，在限值与断路器约定脱扣电流的比值可达到1.39倍时，约定时间将趋近于30分钟，而线路达到稳定温升的时间是30分钟。所以认为，对那些承载长期连续负荷的线路进行过载防护设计时，采用断路器与遵守《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46—2005）7.1.18、10.2.6条文相结合的方式，是能够满足安全要求的。这对于加强那些承载长期连续负荷的线路，特别是临时宿舍区用电线路的过负荷控制，防止线路因长时间过载致使线路发热而出现的绝缘加速老化、寿命缩短，乃至于进一步防止过电流引起的火灾事故是极其有利的，同时也是一项有效、合理可行的防火灾措施。
2. 缺乏线路短路保护设计和校验，短路保护设计不严谨。
在平时的例行检查中，经常会发现一些临电方案缺乏短路保护设计和校验，设计短路保护不严谨，出现保护死角。这种临电设计期间的先天不足，将直接影响到临电工程的安全，为日后的临电工程埋下安全隐患。
从原理来讲，电气回路的短路是绝缘损坏后的过电流。其形式可分为短路点阻抗可忽视不计的金属性短路和短路点阻抗大的电弧性短路（后者可以通过漏电保护器来防止）。当回路发生短路时，就会引起各种电气危害和灾害。因此短路防护应在短路电流对回路和其连
接点发生危险的热效应及机械效应前切断回路的短路电流。设计人员如果不对各个主要保护点的短路电流进行准确的计算，其后的电气校验，就无据可依，电气匹配也就无从谈起，更不要说形成一套严谨而有效的临电设计方案去有效实施和控制临电工程了。所以，重视临电短路电流计算是临电设计的一个重要环节，忽视这一环节将使其后的匹配设计工作陷入迷茫。设计人员不能因为短路电流的计算量较大、较为繁琐，就避重就轻，轻易放弃临电设计的重要环节，而使设计出现严重缺失。对于专业电气设计人员这不是技术问题，而是态度问题。应值得人们重视和关注。由于一般专业电气设计人员都能熟练的掌握短路电流的计算，对于如何计算短路电流，本文就不再累述。
为避免电器短路引起的灾害，短路保护设计还应注意下列条件，以做好电气匹配、校验工作。
（1） 短路防护电器的遮断容量不应小于它安装位置处的预期短路电流，但在下述情况下可以装用较小遮断容量的防护电器。
此较小遮断容量的防护电器前的上级防护电器具有足够的遮断容量，来切断该预期短路电流，且这两级防护电器的特性能适当配合，即当用上级防护电气切断该短路电流时，下级防护电器和它保护的回路应能承受通过的短路电流而不致损坏。例如在遮断容量不够的断路器上级装用有足够遮断容量的特性能配合的熔断器。
（2） 被保护回路内任意点发生短路时，防护电器都应在被保护回路的导体温度上升到允许限值前的时间内切断电源。此时间可依下式计算
t =（K·S/I）2 (2-1)
式中t－短路电流通过的时间，s；
S－导体的截面，mm2;
I－短路电流有效值（方均根值），A;
K－计算系数，他决定于导体和绝缘的材质，以及导体通过短路电流时的起始温度和最终温度。
不同材料和线心的K值见表3。
表3 不同材料和线心的K值
绝缘材料
线芯
聚氯乙烯
丁基橡胶
乙丙橡胶
交联聚乙烯
铜芯
115
131
143
143
铝芯
76
87
94
93

需注意式（2-1）只适用于t不大于5s和不小于0.1s的情况，这是因为短路产生的热量在5s内尚不及逸散，超过5s后热量开始逸散，式（2-1）不再适用。而当t小于0.1s时短路电流小红大幅值的非周期分量的发热将起显著作用的缘故。当t小于0.1s时导体的K2S2应大于短路电流的非周期分量I2t值，即
K2S2﹥I2t （2-2）
此I2t值应由制造商提供。
当采用63A及以下的熔断器来保护截面不小于1.5mm2的铜芯电缆或绝缘电线时，式（2-2）的要求总是能满足的。
电气效验是临电设计中最为繁琐的，设计人员应当耐心、细致、严谨地做好这项工作，使临电设计能在技术上把好质量关。

以上是我们针对临电施工组织设计常见、且易被忽视的问题所做的一些探讨和观点。当然，现今的临电方案还面临着其它很多问题，不仅限于前述的几个问题，而之所以把临电设计策划、过载和短路保护匹配作为本文讨论的重点，实是这几方面对于临电设计非常重要，不解决好这几个重要环节，临电方案的科学性、合理性就无法谈起，当然也就无法正确指导临电工程的有效实施，“安全第一、预防为主”的方针也就难以正确贯彻落实。只要大家潜心专研、精心策划、严谨设计，临电设计的实质性的提高，将指日可待。