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    淺析臨時用電設計易見、且易忽視的問題
    發布者:haier0929  發布時間:2011-06-03 11:28:32

     [  ]臨時用電方案(以下簡稱臨電方案)對現場缺乏指導性合理性是嚴重影響現場臨時用電工程質量的重要原因,而如何編制臨電方案又時常困擾著施工現場的管理。本文以臨電施工組織設計常見且易被忽視的問題,結合對國家的有關標準的理解來探討如何解決該類問題,以期與臨電設計及施工現場安全管理人員共同促進與提高。           

    [關鍵詞]臨電設計  安全  過載保護  短路保護  漏電保護

     

    隨著現代建筑業的迅速發展,建筑施工現場臨時用電的范圍日益廣泛,規模不斷擴大。而臨時用電設計不規范造成的安全問題、使用問題日趨突出,造成施工現場臨時用電的設計、施工與管理中出現嚴重安全隱患,安全事故頻發,特別是近幾年建筑施工現場連續不斷的因電氣失火引起的火災事故,讓有關各方越來越關注施工現場臨電工程的安全。作為臨電工程實施依據的臨時用電專項方案設計也因此越受到各方的重視。但由于諸種原因,使得臨時用電設計成為許多施工企業的瓶頸,造成臨電方案缺乏一定的針對性、合理性,也直接影響到了臨電工程的安全。本文就臨電檢查中所常見的、且易被忽視的問題,結合對國家的有關標準的理解來探討如何解決在臨電設計中該類問題,以期與其他臨電設計及施工現場安全管理人員共同交流探討。 

    一、 忽視臨電設計策劃,使臨電方案缺乏總體把關。

    在日常的檢查當中,經常會發現臨電設施布局不合理、配置缺乏針對性,究其原因,除現場未按臨電設計實施外,也與臨電方案本身

    的存在的缺陷不無關系。其中許多臨電方案設計不是由專業電氣設計人員設計固然是臨電方案質量不高的一個原因, 但許多臨電方案設計時缺乏前期有效策劃,不能根據現場的實際情況對臨電設計進行總體把握則是臨電設計質量不高的一個普遍性的、常見的、易被忽視的主要原因。

    臨電設計與在建項目聯系緊密、不可分割。因為 建筑施工項目類別、規模、工期不同,其施工現場特點、設備使用、實際用電負荷自然不同。如果臨電設計不能在設計前期針對前述進行有效策劃,方案的指導性缺乏也就自然不過了。因此要取得高質量的臨電設計使之具有合理性、針對性,就必須在設計時重視前期策劃,這也是臨電設計必需邁出的堅實的第一步。

      臨電設計在前期準備時,應針對建筑施工項目類別、規模、工期、施工現場特點、設備使用、實際用電負荷等特點進行相關數據、資料搜集,并對實際實施過程中有可能出現較大變化進行一定的初步分析,形成一定的書面形式資料,以備臨電設計人員參考。特別是一些邀請其它行業的專業電氣設計人員進行臨電設計的項目部,該項工作尤其重要。

    臨電設計人員在取得設計前面資料后,應結合上述資料對施工現場進行詳細勘測。勘測時設計人員一方面要重點觀察、了解現場及鄰近外電線路尤其是高壓線路的分布情況;另一方面還要熟悉現場、四周各種地下外網分布,了解甲方低壓電源的位置。一般情況設計人員都能做到前面幾項,但臨電設計僅憑對前面這幾項情況的掌握是遠遠

    不夠的,設計人員還應對甲方提供電源配置細節情況、配電房可能布置的位置的地勢高低、將建項目的具體布局、管道外網、施工順序、工期以及現場用電設備的分布情況詳細掌握,便于在臨電工程配電房、配電箱、臨電線路布置、架設設計之前,有一全方位的感性認識和一定的理性認識。通過仔細斟酌,使設計前期有較好的總體把握,  為下一步實質設計做好準備。

    二、過載保護不嚴謹、短路保護欠匹配。

     現行的臨電方案都能做到 “三級配電、兩級漏電保護”,特別是對總箱、末級專用開關箱兩級的漏電保護。各臨電設計均能滿足規范要求,尤其是末級開關箱中的末級漏電開關的漏電動作電流整定值均設計為30毫安,漏電動作時間設計為0.1秒,結合保護接零、保護接地、局部等電位這些措施,基本解決了一般環境的臨時用電防間接觸電事故的難題,也使得近幾年的觸電事故得到了一定的控制;此外,《施工現場臨時用電安全技術規范》(JGJ4620058.2.11中規定,總配電箱中漏電保護器的額定動作電流應大于30mA,額定漏電動作時間應大于0.1s,但其額定漏電動作電流與額定 動作時間的乘積不應大于30mA·s。這一規定也使設計人員在總箱RCD選擇中一般較為謹慎地選擇額定漏電動作時間小于0.2s 額定漏電動作電流選擇小于150mA的漏電開關。這也就同時解決了電弧性接地短路火災事故的防范。道理很簡單,500mA以上的電弧能量才能引燃起火,而根據臨電規范設置的漏電開關的動作靈敏度完全可以滿足要求,因電弧性接地短路引起的火災事故防范也就迎刃而解。

    漏電開關解決了電弧性接地短路火災事故的防范,但對相間短路及相零短路卻無法防止,這是因為當發生相間短路及相零短路時,其短路電流在漏電開關內部線路流過,對地泄流仍然較小,還不足以使漏電開關動作。如果此時線路設置的過載、短路保護能夠在短路電流對回路導體和其連接點發生危險的熱效應前切斷回路的短路電流,就能有效控制相間短路及相零短路所引起的事故。從近幾年多個城市施工現場發生的多起電氣火災案例來看,其事故發生點之前的線路,均設有兩級漏電動作電流小于500mA漏電開關保護,顯然這多起電氣火災是未能有效控制相間短路或相零短路所引起的事故。綜觀這些事故,有現場實施及管理等方面的原因,但臨電方案在過載、短路保護、電氣匹配設計方面設計思路不嚴謹、缺少有效驗算、忽視過載、短路保護功能也是引起事故發生的重要原因。在日常檢查中,臨電方案過載、短路保護設計缺陷也比比皆是,而常見的、易被忽視的有以下幾個方面:

    1. 過載保護電器的整定值與被保護線路的匹配缺乏一定安全裕度

    這種現象主要體現在一些臨電方案在針對那些承載長期連續負荷

    的線路臨電工程主要是照明回路—進行過載保護設計時,過載保護電器的整定值與被保護線路的匹配缺乏一定安全裕度。

    《施工現場臨時用電安全技術規范》(JGJ4620057.1.18中規定,采用熔斷器或斷路器做過載保護時,絕緣導線長期連續負荷允許載流量不應小于熔斷器熔體額定電流或斷路器長延時過電流脫扣器脫扣電流整定值的1.25倍。該規定雖然針對的是架空線路,也同樣

    適用電纜。一些非電氣專業設計人員對熔斷器或斷路器保護特性不了解,乃至一些電氣專業設計人員在對那些承載長期連續負荷的線路進行過載保護設計時,仍依據《低壓配電設計規范》(GB500541995)4.3.4條套用。該條規定過負荷保護電器的特性應同時滿足下列條件:

    IBInIZ              (4.3.41)

     I21.45 IZ               (4.3.42) 

    式中IB -線路計算負荷電流(A)

        In -熔斷器熔體額定電流或斷路器額定電流或整定電流(A)

    IZ -導體允許持續電流(A)

    I2 -保證保護點器可靠動作的電流(A)

    當保護點器為低壓斷路器時,I2為約定時間內的約定動作電流;當為熔斷器時,I2為約定時間內的約定熔斷電流。

    注:按公式(34.3.41)、式(34.3.42)效驗過負荷保護電器的保護特性,當采用符合《低壓斷路器》(JB128485)的低壓斷路器時,延時脫扣器整定電流(In)與導體允許持續載流量(IZ)的比值不大于1

    《低壓配電設計規范》(GB500541995)只是對一般周期性負荷情況下的過載保護匹配的規定。對于有可能發生長時間持續過載的回路情況就不能適用。因為回路不允許長時間過載,即使是少量的過載也不允許。所以IEC標準規定式(4.3.42)不使用于經常發生長時間持續少量過負荷的回路,對于此種回路導體截面應酌量放大。這就產生 了如下疑問:對于有可能長時間持續過載的回路在進行過載保護匹配時,應如何酌量放大導體允許持續電流IZ ?如果依據《施工現場臨時用電安全技術規范》(JGJ4620057.1.18中的,絕緣導線長期連續負荷允許載流量不應小于熔斷器熔體額定電流或斷路器長延時過電流脫扣器脫扣電流整定值的1.25倍的規定,進行過載保護匹配是否就能滿足要求?下面結合表1配電用熔體的約定時間和約定電流)、2配電用短路器過電流脫扣器各級用時通電時的反時限斷開動作特性)、圖1(過載保護電器與被保護回路導體的特性配合)來分析過載保護的匹配特性。

    1   配電用熔體的約定時間和約定電流

    熔體額定電流In

    (A)

    約定時間

    (h)

    約定電流(A

    不熔斷電流I1

    熔斷電流I2

    16

    1

    見注

    見注

    1663

    1

    1.25 I1

    1.6In

    6316

    2

    160400

    3

    400

    4

    注:  按熔斷器分標準規定。

     

    2  配電用短路器過電流脫扣器各級用時

    通電時的反時限斷開動作特性

    約定時間(h)

    約定不脫扣電流

    約定脫扣電流

    1.05

    1.30

    2  (In63A)

    1.05

    1.30

    1 In63A

     

    1   過載保護電器與被保護回路導體的特性配合

    1為以圖形表示的式(4.3.41)和式4.3.42)中過載防護電器與被保護回路導體的特性配合。

    以圖1I1為不大的過載電流時,在一定的時間內過載防護電器    保證不動作(即熔斷器不熔斷、斷路器不脫扣)的負荷電流;IZ為過載時在一定時間內保證過載防護電器能動作的約定電流。

    從圖1可知,當負荷電流達到In時過載防護電器是不動作的,因為In并非動作電流,它只是可長期通過防護電器而不會使電器的特性變劣的電流。當負荷電流大于回路載流量IZ不多時防護電器也不動作,因為回路允許短時間少量的過載。一般電氣回路的負荷電流不是恒定不變的,而是呈周期性地變化的。短時間少量的過載時不會對回路產生不良影響。在電氣裝置設計中允許回路短時少量過載可減小回路截面,取得經濟上的效益,但應注意這只是對一般周期性變化負荷而言。

    過載防護的電器產品標準中規定,為驗證某一防護電器對某一回

    路導體過載防護的有效性,將該導體接于電器的出線端子上,先將測試電流調到約定不熔斷電流(或約定不脫扣電流)I1 ,經約定時間T后將測試電流增加到約定熔斷電流(或約定脫扣電流)I2,防護電器如在約定時間T內動作,則此過載防護是有效的。在工程設計中根據產品標準和制造商提供的數據即可用式(4.3.41)和式4.3.42)來驗證過載防護的有效性。這依然是周期性負荷過載防護的特性,對于長時間持續過載的回路過載防護匹配仍無法單獨從圖1或表1及表2來確認。

    我們再對表1和表2進行對比,可看出在規定的約定時間內,斷路器的約定脫扣電流與斷路器額定電流的比值為1.3倍,而熔體的約定熔斷電流與熔體的額定電流的比值為1.6倍。假設線路的截面積相同,斷路器與熔體的額定電流取值也相同,流過它們的過負荷電流為斷路器和熔體的的額定電流1.6倍,從表1與表2的對比可看出,斷路器的脫扣時間要比熔體的熔斷時間要短,即在前述條件下,選擇斷路器,安全裕度要比熔體大。相當于使用斷路器時,圖1中的代表I1I2的兩條線向左移動。

    以上雖然對前面提出的兩個問題還不能給出明確答案,但可以知道,就安全裕度而言,相同條件下,斷路器過載保護要比熔體更大。如果選擇使用斷路器的同時,又嚴格遵守《施工現場臨時用電安全技術規范》(JGJ4620057.1.18中絕緣導線長期連續負荷允許載流量不應小于熔斷器熔體額定電流或斷路器長延時過電流脫扣器脫扣電流整定值的1.25倍的規定,圖1中限值與整定電流的比值將達到

    1.81倍,圖1中的限值與斷路器約定脫扣電流的比值可達到1.39倍,如果再按照JGJ46200510.2.6條中的規定,把回路電流控制在15A,我們認為是安全的,因為In小于63A時,當線路電流達到約定脫扣電流時,約定時間是1小時,在限值與斷路器約定脫扣電流的比值可達到1.39倍時,約定時間將趨近于30分鐘,而線路達到穩定溫升的時間是30分鐘。所以認為,對那些承載長期連續負荷的線路進行過載防護設計時,采用斷路器與遵守《施工現場臨時用電安全技術規范》(JGJ4620057.1.1810.2.6條文相結合的方式,是能夠滿足安全要求的。這對于加強那些承載長期連續負荷的線路,特別是臨時宿舍區用電線路的過負荷控制,防止線路因長時間過載致使線路發熱而出現的絕緣加速老化、壽命縮短,乃至于進一步防止過電流引起的火災事故是極其有利的,同時也是一項有效、合理可行的防火災措施。

    2. 缺乏線路短路保護設計和校驗,短路保護設計不嚴謹。

    在平時的例行檢查中,經常會發現一些臨電方案缺乏短路保護設計和校驗,設計短路保護不嚴謹,出現保護死角。這種臨電設計期間的先天不足,將直接影響到臨電工程的安全,為日后的臨電工程埋下安全隱患。 

    從原理來講,電氣回路的短路是絕緣損壞后的過電流。其形式可分為短路點阻抗可忽視不計的金屬性短路和短路點阻抗大的電弧性短路(后者可以通過漏電保護器來防止)。當回路發生短路時,就會引起各種電氣危害和災害。因此短路防護應在短路電流對回路和其連

    接點發生危險的熱效應及機械效應前切斷回路的短路電流。設計人員如果不對各個主要保護點的短路電流進行準確的計算,其后的電氣校驗,就無據可依,電氣匹配也就無從談起,更不要說形成一套嚴謹而有效的臨電設計方案去有效實施和控制臨電工程了。所以,重視臨電短路電流計算是臨電設計的一個重要環節,忽視這一環節將使其后的匹配設計工作陷入迷茫。設計人員不能因為短路電流的計算量較大、較為繁瑣,就避重就輕,輕易放棄臨電設計的重要環節,而使設計出現嚴重缺失。對于專業電氣設計人員這不是技術問題,而是態度問題。應值得人們重視和關注。由于一般專業電氣設計人員都能熟練的掌握短路電流的計算,對于如何計算短路電流,本文就不再累述。

    為避免電器短路引起的災害,短路保護設計還應注意下列條件,以做好電氣匹配、校驗工作。

    (1)  短路防護電器的遮斷容量不應小于它安裝位置處的預期短路電流,但在下述情況下可以裝用較小遮斷容量的防護電器。

        此較小遮斷容量的防護電器前的上級防護電器具有足夠的遮斷容量,來切斷該預期短路電流,且這兩級防護電器的特性能適當配合,即當用上級防護電氣切斷該短路電流時,下級防護電器和它保護的回路應能承受通過的短路電流而不致損壞。例如在遮斷容量不夠的斷路器上級裝用有足夠遮斷容量的特性能配合的熔斷器。

    (2)  被保護回路內任意點發生短路時,防護電器都應在被保護回路的導體溫度上升到允許限值前的時間內切斷電源。此時間可依下式計算

                           t =K·S/I2              (2-1)

    式中t-短路電流通過的時間,s

    S-導體的截面,mm2;

    I-短路電流有效值(方均根值),A;

    K-計算系數,他決定于導體和絕緣的材質,以及導體通過短路電流時的起始溫度和最終溫度。

      不同材料和線心的K值見表3

    3           不同材料和線心的K

    絕緣材料

    線芯

    聚氯乙烯

    丁基橡膠

    乙丙橡膠

    交聯聚乙烯

    銅芯

    115

    131

    143

    143

    鋁芯

    76

    87

    94

    93

     

    需注意式(2-1)只適用于t不大于5s和不小于0.1s的情況,這是因為短路產生的熱量在5s內尚不及逸散,超過5s后熱量開始逸散,式(2-1)不再適用。而當t小于0.1s時短路電流小紅大幅值的非周期分量的發熱將起顯著作用的緣故。當t小于0.1s時導體的K2S2應大于短路電流的非周期分量I2t值,即

                    K2S2I2t           2-2

    I2t值應由制造商提供。

        當采用63A及以下的熔斷器來保護截面不小于1.5mm2的銅芯電纜或絕緣電線時,式(2-2)的要求總是能滿足的。

    電氣效驗是臨電設計中最為繁瑣的,設計人員應當耐心、細致、嚴謹地做好這項工作,使臨電設計能在技術上把好質量關。

    以上是我們針對臨電施工組織設計常見、且易被忽視的問題所做的一些探討和觀點。當然,現今的臨電方案還面臨著其它很多問題,不僅限于前述的幾個問題,而之所以把臨電設計策劃、過載和短路保護匹配作為本文討論的重點,實是這幾方面對于臨電設計非常重要,不解決好這幾個重要環節,臨電方案的科學性、合理性就無法談起,當然也就無法正確指導臨電工程的有效實施,“安全第一、預防為主”的方針也就難以正確貫徹落實。只要大家潛心專研、精心策劃、嚴謹設計,臨電設計的實質性的提高,將指日可待。

     

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