第十一章建筑電氣系統(tǒng)概述第一節(jié)建筑電氣系統(tǒng)的作用和分類

建筑電氣對于整個建筑物建筑功能的發(fā)揮、建筑布置和構(gòu)造的選擇、建筑藝術(shù)的體現(xiàn)、建筑管理的靈活性以及建筑安全的保證等方面，都起著重要的作用。建筑電氣是建筑工程中的一部分，因而，作為一個建筑師在從事由建筑方案開始的整個設(shè)計階段和過程中，都必須熟悉和掌握一定的電氣知識、理論和技術(shù)，將建筑電氣作為整個建筑物的必要的組成部分加以統(tǒng)籌考慮和合理安排，使相互之間有機(jī)配合，才可以在所設(shè)計的建筑物內(nèi)部真正體現(xiàn)出一個理想的環(huán)境。主要分為:一、創(chuàng)造環(huán)境的設(shè)備對居住者的直接感受作用最大的環(huán)境因素為光、溫濕度、空氣和聲音四個方面。這四個方面的條件均部分或全部由建筑電氣所創(chuàng)造。顯然，在進(jìn)行相應(yīng)的建筑電氣設(shè)計時，應(yīng)依據(jù)和達(dá)到某一標(biāo)準(zhǔn)。由于人們的工作性質(zhì)和生活習(xí)慣等存在差異，所以對環(huán)境的需求有所不同，因而，在設(shè)計中即不能無所依據(jù)，也不能死套標(biāo)準(zhǔn)，而是要根據(jù)適用于一般情況下的數(shù)據(jù)，結(jié)合實際情況加以修改，然后作為設(shè)計的依據(jù)。

根據(jù)在建筑中所起的作用范圍，建筑電氣設(shè)備大致可分為以下四類：二、為工作和生活提供方便的設(shè)備1、增加居住者和使用者生活、工作方便的有：﹡給排水設(shè)施中的一些增壓設(shè)備；﹡進(jìn)行垂直運輸?shù)碾娞?；﹡室內(nèi)的用電插座，方便接入各種用電設(shè)備。2、縮短信息傳遞時間的有：﹡電話系統(tǒng)；﹡廣播系統(tǒng)；﹡建筑物內(nèi)火災(zāi)報警系統(tǒng)；﹡防盜報警系統(tǒng)等。三、增強(qiáng)安全性的設(shè)備1、自動排煙、滅火設(shè)備、消防電梯和事故照明等；四、提高控制性能的設(shè)備

建筑物交付使用后，其使用壽命、維修費用、設(shè)備更新費用、能源消耗和管理費用等并沒有一個明確的定量標(biāo)準(zhǔn)，而完全由建筑物的控制性能和管理性能決定。增設(shè)提高控制性能和管理性能的設(shè)備（如消火栓消防泵、自動滅火系統(tǒng)、自動空調(diào)系統(tǒng)等），可延長建筑物的使用壽命，降低上述各項費用。2、備用電源的自動投入運行，過電流、欠電壓、接地等多種保護(hù)方式。

從以上可見，建筑電氣不僅是建筑物內(nèi)必要的和重要的組成部分之一，而且其作用和地位日益增強(qiáng)和提高，應(yīng)引起建筑設(shè)計人員的高度重視。1、照明與動力（“強(qiáng)電”系統(tǒng)）包括照明、供配電、防雷、接地等；2、通訊與自動控制（“弱電”系統(tǒng)）包括電話、廣播、電視系統(tǒng)、火災(zāi)報警、消防自控、機(jī)電設(shè)備自控等。一、建筑的供配電系統(tǒng)*電能的生產(chǎn)、輸送、分配和消費①動力系統(tǒng)的組成

動力系統(tǒng)由發(fā)電廠、電力網(wǎng)和用電戶三大部分組成。原動機(jī)~發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電力網(wǎng)用電戶380/220V10kV電力系統(tǒng)動力系統(tǒng)35kV35kV②電壓標(biāo)準(zhǔn)和電源引入方式﹡電壓標(biāo)準(zhǔn)

建筑用電主要是指低壓動力和照明用電，常用的電壓標(biāo)準(zhǔn)為：380/220V。允許的電壓偏移為±5%。三相電源的星形聯(lián)結(jié)若建筑物內(nèi)有高壓用電設(shè)備時，應(yīng)引入高壓電源供其使用，同時裝置變壓器，滿足低壓用電設(shè)備的電壓要求。c、建筑物很大或用電設(shè)備的容量很大，雖全部為單相和三相低壓用電設(shè)備，但綜合考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素，應(yīng)由變電所引入三相高壓6kV或10kV的電源經(jīng)降壓后供用電設(shè)備使用。此時，在建筑物內(nèi)（或附近）應(yīng)安裝變壓器，布置變電室。③負(fù)荷的分類根據(jù)負(fù)荷的重要性和短時中斷供電在經(jīng)濟(jì)上所造成的損失和影響，對于工業(yè)和民用建筑的供電負(fù)荷可分為三級：一級負(fù)荷：因中斷供電，將會造成人身傷亡，或在經(jīng)濟(jì)上造成重大損失的用戶。例如醫(yī)院、煉鋼廠、礦山的通風(fēng)機(jī)等，均需至少兩個獨立的電源對其供電。二級負(fù)荷：中斷供電將會造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，以及影響城市大量居民的正常生活。如紡織廠、住宅照明等，此時要否設(shè)備用電源應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)比較后才能確定。三級負(fù)荷：凡不屬于一、二級負(fù)荷者稱三級負(fù)荷，如農(nóng)村的排灌站等，只需單電源供電即可。雙電源a、單變壓器，低壓母線不分段系統(tǒng)。系統(tǒng)中任一電源發(fā)生故障或檢修時，可繼續(xù)供電。接線簡單，造價低，供電可靠性較高，適用于二級負(fù)荷。b、單變壓器，低壓母線分段系統(tǒng)。此方案比a方案的設(shè)備增加不多，而可靠性明顯提高，適用于二級負(fù)荷。c、雙變壓器，高、低壓母線均分段系統(tǒng)。此方案的投資雖高，但供電的可靠性提高更大，適用于一級負(fù)荷。電源MBGGMB電源GMGGG高壓低壓⑤供電質(zhì)量*供電可靠性供電可靠性是運用可靠性技術(shù)進(jìn)行定量的分析，從單個元件的不可靠程度到整個系統(tǒng)的不可靠程度，都可以進(jìn)行計算，但是這些計算需要大量的調(diào)查統(tǒng)計資料，我國目前在這方面的資料較缺乏，因而一般僅憑經(jīng)驗作定性的判斷。*電能質(zhì)量U=Ue±5%Uef=50Hz±0.5Hz二、建筑電氣設(shè)計與建筑的關(guān)系建筑電氣是建筑工程中不可缺少的一部分，它與建筑中其它部分縱橫交錯，關(guān)系密切。因此，一個完善的建筑設(shè)計決不是一個專業(yè)所能決定的，只能是各專業(yè)密切協(xié)調(diào)下的產(chǎn)物。建筑電氣的設(shè)計必須與建筑協(xié)調(diào)一致，按照建筑的格局進(jìn)行布置。建筑電氣與建筑的關(guān)系主要表現(xiàn)在：1、供電電源、供電容量與建筑的規(guī)模、等級以及建筑項目審批的關(guān)系（電源的數(shù)目和可靠程度決定建筑物的規(guī)模和等級）；2、建筑電氣對建筑功能的影響（電氣設(shè)備的供電可靠性，設(shè)備的現(xiàn)代化程度，供電規(guī)模和布局等，直接影響到建筑的使用）；葛洲壩水力發(fā)電廠葛洲壩尾水平臺三、低壓配電系統(tǒng)低壓配電系統(tǒng)可分為低壓動力系統(tǒng)和照明配電系統(tǒng)，由配電裝置（配電盤）及配電線路（干線及分支線）組成。配電方式有放射式、樹干式和混合式。優(yōu)點：各個負(fù)荷獨立受電，所以線路故障或檢修時，只切斷該回路即可，不影響其它回路正常供電。缺點：所需的開關(guān)和線路較多，投資較多。適用范圍：比較重要的負(fù)荷。放射式樹干式優(yōu)點：各個負(fù)荷都從干線上引出，所以線路短，建設(shè)費用低。缺點：干線故障或檢修時，影響范圍大。適用范圍：當(dāng)干線上所接用的配電盤數(shù)量不多情況。第三節(jié)供配電系統(tǒng)一、用電負(fù)荷的計算用電負(fù)荷的計算是指用電設(shè)備用電量的計算。用電負(fù)荷的計算實際是指用電設(shè)備功率、電流的計算。1、負(fù)荷曲線2、負(fù)荷計算方法負(fù)荷值大小的選定關(guān)系到配電設(shè)計的合理與否。如負(fù)荷確定過大，將使導(dǎo)線和設(shè)備選得過粗、過大，造成材料和投資的浪費；如負(fù)荷確定過小，將使供配電系統(tǒng)在運行中電壓損失過大，電能損耗增加，發(fā)熱嚴(yán)重，引起絕緣老化造成短路等故障，從而引起更大的損失。負(fù)荷計算的方法有單位建筑面積安裝功率法、需要系數(shù)法、二項式法和利用系數(shù)法等。由于影響用電負(fù)荷的因素很多，實際負(fù)荷情況也很復(fù)雜，并且不是固定不變的，所以必須選擇正確的計算方法，使計算結(jié)果盡量符合實際情況。在建筑電氣設(shè)計中，初步設(shè)計階段可采用單位建筑面積安裝功率法，施工圖設(shè)計階段多采用需要系數(shù)法。單位建筑面積安裝功率法建筑物單位建筑面積的安裝功率與建筑物的種類、等級、附屬設(shè)備情況和房間的用途等條件有關(guān)，而且隨著生活水平和生產(chǎn)的自動化水平的提高，其標(biāo)準(zhǔn)也逐漸提高。通過對大量的調(diào)查資料進(jìn)行分析，下列表中數(shù)值可供選用：查取相應(yīng)表中的數(shù)值，乘以總建筑面積，即得建筑物的總用電負(fù)荷，進(jìn)而可估算出供配電系統(tǒng)的規(guī)模、主要設(shè)備和投資費用，可以滿足方案或初步設(shè)計的要求。其它的一些計算方法，可參閱教材或相關(guān)的資料。11-1一般的第四節(jié)電氣設(shè)備的選擇供電系統(tǒng)是由相應(yīng)電氣設(shè)備所組成，全部設(shè)備都應(yīng)滿足傳輸所需用電負(fù)荷而保證長期安全、經(jīng)濟(jì)運行等要求。電氣設(shè)備按其工作電壓可分為高壓設(shè)備和低壓設(shè)備（通常以1000V為界），按其在系統(tǒng)中的作用可分為一次設(shè)備（用電負(fù)荷直接通過的各種設(shè)備，如導(dǎo)線、開關(guān)等）和二次設(shè)備（為有利和方便于一次設(shè)備正常安全工作而增加的設(shè)備，如檢測、信號、保護(hù)設(shè)備等）。以下只對主要的低壓一次設(shè)備的選擇設(shè)計方面作介紹。一、導(dǎo)線是傳送電能的基本設(shè)備，也是在建筑內(nèi)用量最大、分布最廣，其選擇和布置對建筑構(gòu)造和布置，以及對整個建筑物的經(jīng)濟(jì)、安全使用，都有很大的影響。所以對導(dǎo)線設(shè)計的問題應(yīng)有較多的了解。導(dǎo)線的選擇①導(dǎo)線截面的選擇條件照明線路導(dǎo)線截面的選擇條件為：導(dǎo)線允許溫升、機(jī)械強(qiáng)度要求和線路允許電壓損失。通常按上述三個條件選擇導(dǎo)線截面并取其中最大的數(shù)值。在設(shè)計中，按照允許溫升進(jìn)行導(dǎo)線截面的選擇，按允許電壓損失進(jìn)行校核，并滿足機(jī)械強(qiáng)度的要求。②選擇內(nèi)容﹡型號：反映導(dǎo)線的材料和絕緣方式（銅芯、鋁芯，橡膠或塑料絕緣）。﹡截面：導(dǎo)線截面的大?。╩m2）。線路的工作電流是影響導(dǎo)線溫升的重要因素，所以有關(guān)導(dǎo)線截面選擇的計算首先是確定線路的工作電流，滿足工作電流小于或等于導(dǎo)線的額定電流的條件，即：Ig≤Ie。在供配電工程中一般使用已標(biāo)準(zhǔn)化的計算和試驗結(jié)果，即導(dǎo)線的載流量（導(dǎo)線中流過的電流大小）數(shù)據(jù)。導(dǎo)線載流量是在使用條件下導(dǎo)線溫度不超過允許值時，導(dǎo)線所允許的長期持續(xù)電流，按照導(dǎo)線材料、最高允許工作溫度、散熱條件、截面等不同情況列出，可查閱有關(guān)手冊得到。另一個影響溫升的因素是導(dǎo)線的工作環(huán)境溫度，環(huán)境溫度越高，散熱越差，則長期允許載流量就應(yīng)越小，反之長期允許載流量就越大。產(chǎn)品標(biāo)定時都對環(huán)境溫度作了規(guī)定，當(dāng)實際的工作溫度與與此溫度不符時，應(yīng)該對載流量進(jìn)行校正，校正系數(shù)見有關(guān)計算手冊。二、開關(guān)設(shè)備開關(guān)設(shè)備是根據(jù)需要，用來接通或斷開電路的一種控制設(shè)備。選擇的條件主要是根據(jù)設(shè)備的額定電流要大于或等于工作電流，即Ie≥Ig。三、保護(hù)設(shè)備*熔斷器*熱繼電器*漏電保護(hù)開關(guān)工作原理：設(shè)備正常運行時，主電路電流的向量和為零，零序互感器的鐵心無磁通，其二次側(cè)沒有電壓輸出。發(fā)生故障時，由于主電路電流的向量和不為零，零序互感器的鐵心有零序磁通，其二次側(cè)有電壓輸出，經(jīng)放大器判斷、放大后，輸入脫扣器，令斷路器跳閘。第五節(jié)安全電壓安全電壓等級當(dāng)工頻（f=50Hz）電流流過人體時，安全電流為10mA，即0.01A。人體的電阻約為800~1200Ω，若取R人=1200Ω，則可求出安全電壓U=I×R人=0.01×1200=12V。除低矮潮濕、仰臥操作，不易脫離現(xiàn)場的情況取安全電壓為12V外，其余條件較好的場所可取24V或36V。當(dāng)空氣干燥、工作條件較好時，也可以使用24V、36V。第六節(jié)保護(hù)接地與保護(hù)接零一、保護(hù)接地用電設(shè)備的金屬外殼，通過導(dǎo)體，與埋在地下的金屬接地體連接一起。這種方法適用于變壓器中性點不接地系統(tǒng)。不接地時用電有危險：若絕緣破壞，致使用電設(shè)備的金屬外殼帶電，此時當(dāng)人體接觸帶電的金屬外殼時，就會觸電。保護(hù)接地時用電安全：人若接觸帶電的外殼，因人體的電阻要比接地（導(dǎo)線）的電阻大得多，所以流過人體的電流小得多，保證了用電的安全。二、保護(hù)接零另外，為了使各種電氣設(shè)備能正常工作、保證人員和建筑物的安全，還有工作接地、防雷接地、屏蔽接地、防靜電接地等。用電設(shè)備的金屬外殼，通過導(dǎo)線，與供電系統(tǒng)的零線連在一起。這種方法適用于變壓器中性點接地系統(tǒng)。采用保護(hù)接零，用電安全。此時由于絕緣破壞使電氣設(shè)備外殼帶電，則絕緣破壞的相將通過設(shè)備外殼、導(dǎo)線，與零線間發(fā)生短路，使短路相的熔斷器迅速切斷電路，從而保證人身安全。第七節(jié)建筑防雷一、雷電現(xiàn)象及危害雷電是一種常見的自然現(xiàn)象。天空中聚集有大量帶不同電荷的雷云，隨著雷云的積聚，雷云之間以及雷云與大地之間的電場強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，當(dāng)達(dá)到25~30kV/cm時，雷云間的空氣被擊穿，開始放電。所謂雷電現(xiàn)象，就是雷云和雷云之間，以及雷云與大地之間的一種放電現(xiàn)象。根據(jù)雷電造成危害的形式和作用，一般可分為直接雷、間接雷兩大類。直接雷：雷云對地面（或建筑物）直接放電。間接雷：雷云的二次作用（靜電感應(yīng)效應(yīng)和電磁效應(yīng)）造成的危害。無論是直接雷還是間接雷，都可能演變成雷電的第三種作用形式—高電位的雷電侵入波，即很高電壓（數(shù)十萬伏）沿著供電線路或金屬管道，高速涌入變電所、用電戶等建筑內(nèi)部。雷電的特點是：放電時間短，電流大，電壓高，破壞力強(qiáng)。其破壞作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1、機(jī)械性破壞強(qiáng)大的雷電流通過物體時產(chǎn)生的巨大電動力和熱量，使得雷電通道內(nèi)的建筑物遭損壞。2、熱力性破壞產(chǎn)生的巨大熱量使物體燃燒和金屬材料融化。3、絕緣擊穿性破壞極高的電壓使電氣系統(tǒng)中的絕緣材料擊穿，造成相間短路，使破壞的范圍和程度迅速擴(kuò)大和增長。++++++------++++++------雷電的形成直接雷擊d建筑物++++++------建筑物++（--）間接雷擊電氣設(shè)備雷電侵入波供電線路高電位侵入二、防雷原理和設(shè)備1、防直接雷采用避雷針、避雷帶或避雷網(wǎng)。一般優(yōu)先考慮采用避雷針。當(dāng)建筑上不允許裝設(shè)高出屋頂?shù)谋芾揍槪瑫r屋頂面積不大時，可采用避雷帶。若屋頂面積較大時，采用避雷網(wǎng)。避雷針防直接雷的作用原理是接受雷電，并把雷電流安全地引入地下。所以避雷針稱為接閃器，接閃器引來雷電流，通過引下線和接地體，安全地引入地下，使接閃器下面一定范圍內(nèi)的建筑物免遭直接雷擊。對防雷裝置，只有正確設(shè)計、合理安裝和良好的維護(hù)才能起到應(yīng)有的作用，否則不僅不能保護(hù)建筑物，甚至?xí)衼砀嗟睦讚羰鹿省＂俦芾揍樀谋Ｗo(hù)范圍rxhh/21.5hhahx避雷針在地面上的保護(hù)半徑為：

r=1.5h當(dāng)hx＜h/2時：rx=(1.5h-2hx)p當(dāng)hx＞h/2時：rx=ha·p式中p—高度影響系數(shù)。當(dāng)h≤30m時，取p=1;當(dāng)30＜h≤120m時，取p=5.5/2、防間接雷擊雷云通過靜電感應(yīng)效應(yīng)在建筑物產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，可以采用良好的接地來消除。3、防雷電侵入波最好沿供電線路全面布置避雷線，但價格高。一般在架空線進(jìn)戶前加裝避雷器或放電保護(hù)間隙。三、防雷設(shè)計1、建筑防雷保護(hù)范圍*保護(hù)建筑物內(nèi)部的人身安全；*保護(hù)建筑物不遭到雷擊破壞；*保護(hù)建筑物內(nèi)部存放的危險物品不會損壞、燃燒和爆炸。*保護(hù)建筑