第十二章 建筑電氣
任何現(xiàn)代化建筑物，都離不開(kāi)對(duì)電能的依賴(lài)性，追求建筑的多功能化，必須借助于電氣智能化才能實(shí)現(xiàn)。因此，現(xiàn)代化建筑物與電氣是互相依存、互相促進(jìn)的關(guān)系，即沒(méi)有現(xiàn)代化建筑物的存在，電氣化、智能化便無(wú)從依托;沒(méi)有電氣化、智能化的建筑物便稱(chēng)不上現(xiàn)代化建筑物。
建筑電氣從狹義上僅指民用建筑中的電氣，從廣義上講應(yīng)該包括工業(yè)建筑、構(gòu)筑物和道路、廣場(chǎng)等戶(hù)外工程。傳統(tǒng)建筑電氣設(shè)計(jì)只包括供電和照明，而今天一般將其設(shè)計(jì)的內(nèi)容歸納為強(qiáng)電和弱電(智能化系統(tǒng))。將供電、配電、照明、控制系統(tǒng)、防雷接地、線路敷設(shè)等歸類(lèi)在強(qiáng)電，而其余部分，如火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)、安全防范系統(tǒng);通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、電視和樓宇自控等內(nèi)容歸于弱電(智能化系統(tǒng))。
建筑師雖不直接從事電氣設(shè)計(jì)，但需盡量了解并熟悉電氣設(shè)計(jì)的內(nèi)容，尤其是電氣專(zhuān)業(yè)的變配電所、線路敷設(shè)、消防報(bào)警、智能化機(jī)房設(shè)置、強(qiáng)弱電電氣間(井)、控制室等，需要建筑師在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中相互配合并給電氣專(zhuān)業(yè)留有充分的余地;對(duì)電氣強(qiáng)、弱電系統(tǒng)及相關(guān)知識(shí)的了解，對(duì)建筑的方案設(shè)計(jì)和項(xiàng)目管理都起著非常重要的作用。
建筑電氣包括如下內(nèi)容：
(1)供配電系統(tǒng);
(2)照明系統(tǒng);
(3)減災(zāi)系統(tǒng)——包括安全用電、防雷、接地、防火、防盜、防空和防爆等;
(4)信息系統(tǒng)——包括電視、廣播與音響、網(wǎng)絡(luò)、電腦管理系統(tǒng)、樓宇自控等。
供配電系統(tǒng)
一、電力系統(tǒng)
由各種電壓的電力線路將發(fā)電廠、變電所(站)和電力用戶(hù)聯(lián)系起來(lái)的一個(gè)集發(fā)電、輸電、變電、配電和用電的整體稱(chēng)為電力系統(tǒng)。
(一)發(fā)電廠
發(fā)電廠就是生產(chǎn)電能的工廠。發(fā)電廠按其所利用的能源類(lèi)別來(lái)分，可分為水力發(fā)電廠、火力發(fā)電廠、核能發(fā)電廠及其他類(lèi)型發(fā)電廠，如風(fēng)力發(fā)電廠、地?zé)岚l(fā)電廠、太陽(yáng)能發(fā)電廠等等。
能源就是能夠產(chǎn)生能量(如機(jī)械能、熱能、電磁能、化學(xué)能等等)的物質(zhì)資源。
一次能源是自然界中以天然的形式存在的、未經(jīng)加工轉(zhuǎn)換的能量資源，如原煤、原油、天然氣、油頁(yè)巖、核燃料、植物秸稈、水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮�、海洋能、潮汐能等等�?/p>
二次能源是由一次能源直接或間接轉(zhuǎn)換而得來(lái)的其他形式的能源，如電力、煤氣、汽油、蒸汽、甲醇等等，也稱(chēng)為人工能源。
(二)電力網(wǎng)
電力網(wǎng)是將輸電、變電、配電連接起來(lái)的一個(gè)整體。但通常將各級(jí)電壓的電力線路也稱(chēng)為電力網(wǎng)(簡(jiǎn)稱(chēng)電網(wǎng))，或稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)。如l0kV電力網(wǎng)，380/220V電力網(wǎng)。
電力網(wǎng)按供電范圍的大小和電壓高低可分為地方電網(wǎng)(1l0kV或35kV，送電距離幾十千米)、區(qū)域電網(wǎng)(110～220kV，送電距離數(shù)百千米)以及超高壓電網(wǎng)(330～750kV或±500kV)三種類(lèi)型�，F(xiàn)在各國(guó)建立的電力系統(tǒng)越來(lái)越大，甚至建立跨國(guó)的電力系統(tǒng)。
1.輸電線路
輸電線路的作用是把發(fā)電廠生產(chǎn)的電能，輸送到遠(yuǎn)離發(fā)電廠的廣大城市、工廠、礦山、農(nóng)村。輸電線路的額定電壓等級(jí)分為：交流500、330、220、110、66、35、l0、6kV和380/220V以及直流500kV等。
電力系統(tǒng)電壓的高低劃分，因著眼點(diǎn)不同而有不同的劃分方法。如我國(guó)的安全規(guī)程規(guī)定：
(1)低壓：設(shè)備對(duì)地電壓在250V及以下者;
(2)高壓：設(shè)備對(duì)地電壓在250V以上者。
但是，我國(guó)的一些設(shè)計(jì)、制造和安裝規(guī)程通常是以l000V為界限來(lái)劃分電壓高低的。
一般規(guī)定：
(1)低壓：額定電壓在l000V及以下者;
(2)高壓：額定電壓在l000V以上者。
我們通常采用以l000V為界限的高低壓劃分法。在工業(yè)與民用建筑中常見(jiàn)的等級(jí)電壓為l0kV和380/220V。
現(xiàn)階段城市電力網(wǎng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)稱(chēng)電壓：
(1)220kV以上，為送電電壓;
(2)110、66、35kV，為高壓配電電壓;
(3)l0kV，為中壓配電電壓;
(4)380/220V，為低壓配電電壓。
通常，絕大多數(shù)主要的用戶(hù)變配電所和民用建筑中常用的電壓等級(jí)是以l0kV為主。
2.變配電所
配電所的任務(wù)是從電源受電，然后向負(fù)荷(用戶(hù))配電。配電所由相應(yīng)電壓等級(jí)的配電裝置組成。
變電所是連接電力系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，變電所的任務(wù)是從電源受電，然后經(jīng)變壓器降壓或升壓，再向負(fù)荷(用戶(hù))配電。變電所按功能分為升壓變電所和降壓變電所，升壓變電所一般設(shè)于發(fā)電廠內(nèi)或附近，通常我們說(shuō)的變電所基本都是降壓變電所，分布于負(fù)荷中心或網(wǎng)絡(luò)中心。根據(jù)所處地位不同，變電所分為樞紐變電所、區(qū)域變電所和用戶(hù)變電所，區(qū)域變電所是為某一區(qū)域供電，屬供電部門(mén)所有和管理，用戶(hù)變電所是為某一用電單位供電，屬用電單位所有和管理。
配電所與變電所的區(qū)別，主要在于配電所比變電所少了一級(jí)變壓，也就是變電所比配電所多了降壓或升壓用的電力變壓器。
此外，凡不進(jìn)行電壓變換而用開(kāi)關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)電路開(kāi)閉的配電所習(xí)慣稱(chēng)為開(kāi)閉所。一般有兩條進(jìn)線，多路出線。“開(kāi)閉所”實(shí)際上就是相當(dāng)于開(kāi)關(guān)站，兩進(jìn)多出(常用4～6出)，只是根據(jù)不同的要求，進(jìn)出可以設(shè)置斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)或不設(shè)。
(三)電力用戶(hù)
把在電力系統(tǒng)中一切消耗電能的用電設(shè)備或單位均稱(chēng)為電力用戶(hù)。
用電設(shè)備按其用戶(hù)性質(zhì)可分為：
(1)動(dòng)力用電設(shè)備——把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，例如水泵、風(fēng)機(jī)、電梯等。
(2)照明用電設(shè)備——把電能轉(zhuǎn)換為光能，例如各種電光源。
(3)電熱用電設(shè)備——把電能轉(zhuǎn)換為熱能，例如電烤箱、電加熱器。
(4)工藝用電設(shè)備——把電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，例如電解、電鍍。
二、電力負(fù)荷分級(jí)及供電要求
電力負(fù)荷又稱(chēng)電力負(fù)載，它有兩種含義：一是指耗用電能的用電設(shè)備或用電單位(用戶(hù))，如說(shuō)重要負(fù)荷，不重要負(fù)荷等;另一是指用電設(shè)備或用電單位所耗用的電功率或電流大小，如說(shuō)輕負(fù)荷(輕載)、重負(fù)荷(重載)和空負(fù)荷(空載)等。負(fù)載的類(lèi)別包括交直流電阻性負(fù)載、交流電感性負(fù)載、交流電容性負(fù)載，如水泵電動(dòng)機(jī)為交流電感性負(fù)載。電力負(fù)荷的具體含義要依具體情況而定。電力負(fù)荷是進(jìn)行供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，包括負(fù)荷計(jì)算和負(fù)荷等級(jí)的確定。
工業(yè)與民用的電力負(fù)荷，按其供電可靠性要求及中斷供電在政治上、經(jīng)濟(jì)上所造成的損失或影響的程度，分為三級(jí)。
(一)符合下列情況之一時(shí)，應(yīng)為一級(jí)負(fù)荷
(1)中斷供電將造成人身傷亡時(shí)。
(2)中斷供電將在經(jīng)濟(jì)上造成重大損失時(shí)。例如：重大設(shè)備損壞、重大產(chǎn)品報(bào)廢、用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報(bào)廢、國(guó)民經(jīng)濟(jì)中重點(diǎn)企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程被打亂需要長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)等。
(3)中斷供電將影響重大用電單位的正常工作或造成公共場(chǎng)所秩序嚴(yán)重混亂的。例如：重要交通樞紐、重要通信樞紐、重要賓館、大型體育場(chǎng)館、經(jīng)常用于國(guó)際活動(dòng)的大量人員集中的公共場(chǎng)所等用電單位中的重要電力負(fù)荷。
在一級(jí)負(fù)荷中，當(dāng)中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負(fù)荷，以及特別重要場(chǎng)所的不允許中斷供電的負(fù)荷，應(yīng)視為特別重要的負(fù)荷。
一級(jí)負(fù)荷應(yīng)有兩回路(或兩回路以上)的獨(dú)立電源供電。兩路電源應(yīng)分別來(lái)自不同電源點(diǎn)(城市變電站或發(fā)電廠)或同一城市變電站的不同變壓器的母線段。當(dāng)其中一路電源發(fā)生故障時(shí)，另一路電源不受到影響，且能承擔(dān)全部負(fù)荷。
一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷的電源，除應(yīng)滿(mǎn)足上述要求外，還必須設(shè)立應(yīng)急電源。并嚴(yán)禁將其他負(fù)荷接人應(yīng)急供電系統(tǒng)。常用作應(yīng)急電源的有：
(1)獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組。
(2)供電網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立于正常電源的專(zhuān)用的饋電線路。
(3)蓄電池。
(4)干電池。
根據(jù)允許的中斷供電時(shí)間可分別選擇下列應(yīng)急電源：
(1)允許中斷供電時(shí)間為15s以上的供電，可選用快速自啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組。
(2)自投裝置的動(dòng)作時(shí)間能滿(mǎn)足允許中斷供電時(shí)間的，可選用帶有自動(dòng)投入裝置的獨(dú)立于正常電源的專(zhuān)用饋電線路。
(3)允許中斷供電時(shí)間為毫秒級(jí)的供電，可選用蓄電池靜止型不間斷供電裝置、蓄電池機(jī)械貯能電機(jī)型不間斷供電裝置或柴油機(jī)不間斷供電裝置。
常用的應(yīng)急電源有柴油發(fā)電機(jī)、UPS、EPS等。
(二)符合下列情況之一時(shí)，應(yīng)為二級(jí)負(fù)荷
(1)中斷供電將在經(jīng)濟(jì)上造成較大損失時(shí)。例如：主要設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報(bào)廢、連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程被打亂需較長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)、重點(diǎn)企業(yè)大量減產(chǎn)等。
(2)中斷供電將影響較重要用電單位的正常工作或造成公共場(chǎng)所秩序混亂的。例如：交通樞紐、通信樞紐等用電單位中的重要電力負(fù)荷，以及中斷供電將造成大型影劇院、大型商場(chǎng)等較多人員集中的重要的公共場(chǎng)所秩序混亂。
二級(jí)負(fù)荷的供電系統(tǒng)，宜由兩回線路供電。在負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難時(shí)，二級(jí)負(fù)荷可由一回6kV及以上專(zhuān)用的架空線路或電纜供電。
(三)三級(jí)負(fù)荷
不屬于一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷的電力負(fù)荷。對(duì)于三級(jí)負(fù)荷供電無(wú)特殊要求，但應(yīng)采取技術(shù)措施，盡可能地不斷電以保證居民生活用電源。
三、電壓選擇和電能質(zhì)量
用電單位的供電電壓應(yīng)根據(jù)用電容量、用電設(shè)備特性、供電距離(電力線路合理輸送功率和距離見(jiàn)表6-2)、供電線路的回路數(shù)、當(dāng)?shù)毓搽娋W(wǎng)現(xiàn)狀及其發(fā)展規(guī)劃等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較而確定。我國(guó)低壓交流系統(tǒng)供電電壓規(guī)定為400/230V。
(1)根據(jù)國(guó)家主管部門(mén)的有關(guān)規(guī)定，用戶(hù)用電設(shè)備安裝容量在250kW或需用變壓器容量在160kVA以下者，應(yīng)以低壓方式供電，即由當(dāng)?shù)毓╇娋值蛪汗簿W(wǎng)絡(luò)標(biāo)稱(chēng)電壓為380/220V系統(tǒng)接電源，稱(chēng)為低壓用電戶(hù);用電設(shè)備安裝容量超過(guò)250kW或需用變壓器容量在160kVA以上者，應(yīng)考慮以高壓方式供電，稱(chēng)為高壓用電戶(hù)。對(duì)于用戶(hù)用電設(shè)備容量在100kW及以下或需用變壓器容量在50kVA及以下者，可采用低壓三相四線制供電，特殊情況也可以采用高壓供電。設(shè)置高壓用電戶(hù)或者低壓用電戶(hù)必須根據(jù)實(shí)際情況，與當(dāng)?shù)毓╇姴块T(mén)商定。
(2)近期發(fā)展建設(shè)的大型工礦企業(yè)以及賓館、飯店等公共建筑，由于用電量大、輸電距離較遠(yuǎn)，建設(shè)了一批110kV、35kV的用戶(hù)變電所，但在城市中各類(lèi)民用建筑工程的電氣設(shè)備用電的變電所，多數(shù)是以10kV中壓變配電所為主。
(3)電能質(zhì)量的主要指標(biāo)，是用電設(shè)備正常運(yùn)行情況下，用電設(shè)備端子處電壓偏差允許值(以額定電壓百分?jǐn)?shù)表示)宜符合下列要求：
1)電動(dòng)機(jī)為±5%、電梯電動(dòng)機(jī)為±7%。
2)照明：在一般工作場(chǎng)所為±5%;對(duì)于遠(yuǎn)離變電所的小面積一般工作場(chǎng)所，難以滿(mǎn)足上述要求時(shí)，可為+5%、-10%;應(yīng)急照明、道路照明和警衛(wèi)照明等為+5%、-10%。
3)其他用電設(shè)備當(dāng)無(wú)特殊規(guī)定時(shí)為±5%。
(4)為降低三相低壓配電系統(tǒng)的不對(duì)稱(chēng)度，設(shè)計(jì)低壓配電系統(tǒng)應(yīng)遵守下列規(guī)定：220V或380V單相用電設(shè)備接入220V或380V三相系統(tǒng)時(shí)，宜使三相平衡。由地區(qū)公共低壓網(wǎng)供電的220V照明負(fù)荷，線路電流不超過(guò)30A時(shí)，可用220V單相供電，否則應(yīng)以380/220V，三相四線制供電。
