建筑施工图设计中对安全用电设计的探讨

　　用电的发明给人类的生活、生产、工作、学习以及各种科研技术等领域带来了空前的便利，但造福人类的同时也给人类的活动带来不少危害。多年来，由于电气的原因引发的各种火灾一直高居首位，其它的触电死亡事故也屡屡发生。因此用电事故给人们的生命财产等造成诸多无法弥补的损失。人们常讲究防患于未然，作为一个电气工程设计人员如何按照规范按照强制性条文准确无误地搞好施工图设计既是我们的责任，也是设计中至关重要的一环。根据我对天津地区电气施工图调研审查过程中发现，图纸中对安全用电设计深度不够，有些是对规范理解有误，以致出现这样或那样的问题，给今后的施工和使用带来各种隐患。最常见的有些是普遍的、共性的问题，如建筑物中的防雷与接地、等电位联结、漏电保护、消防系统设置与控制等。在工程建设施工图设计中，如何正确阅读和理解规范，搞好设计，从源头上消除工程隐患是我们每一个设计者的责任。本文根据自己对现行规范、国标、条文的理解和设计中的体会与同仁共同探讨，下面就几个重点问题进行探讨。

１ 供电系统的接地

　　在建筑物供配电的设计中，接地设计占很重要的地位，因为它关系到配电系统在运行中的安全性、可靠性，是绝对不能忽视的。低压配电系统中常常包括系统接地和保护接地。系统接地是系统电源某一点的接地。这个点通常是电源（变压器、发电机）的中性点、系统接地的主要作用是使系统正常运行，比如当发生雷击时，地面瞬变电磁场使得低压配电线路感应出幅值很高的冲击电压。做系统接地后由于雷电流的对地释放降低了线路的瞬态过电压，从而减轻了线路绝缘被击穿的危险。如果不做接地系统，当电源干线发生一相接地故障时，由于接地故障电流很小，电源处接地故障保护往往难以检测出故障，使故障依然持续存在，这时另外两相对地电压将上升为线电压，这将对单相设备的对地绝缘造成损害，引发电气事故。

　　而保护接地是配电系统负荷侧金属的 电气设备外壳和敷设用的金属套管、线槽等电气装置外露导电部分接地。如果未做保护接地故障电压可达到电源电压，做了接地保护后故障电压仅为ＰＥ线和接地电阻（Ｒａ）上的电压降，大大的低于相电压，接地电阻还为故障电流（Ｉａ）提供返回电源的通路，使保护电器及时切断电源，从而起到防止电击和防电气火灾的保护作用。民用建筑电气设计中供电系统接地最好采用ＴＮ－Ｓ接地系统（即三相五线制供电接地系统），在ＴＮ系统中，配电变压器中性点直接接地，所有电气设备外露可导电部分应采用保护导体（ＰＥ）与配电变压器中性点相连接，在这里为确保低压供电系统安全、可靠地运行，变压器中性点应以最短的距离直接与接地装置可靠连接，同时应注意ＴＮ系统变压器中性点的接地线的截面应按照变压器的容量确定。在ＴＮ－Ｓ系统中工作零线（Ｎ）和保护零线（ＰＥ）从电源端中性点开始就完全分开，ＰＥ线平时不通过电流，只有在发生接地故障时通过故障电流，故外露导电部分平时对地不带电压比较安全，但需要增加一根导线，由于设备外壳保护零线ＰＥ正常工作时漏电开关无剩余电流，所以在相同短路保护灵敏度不够时，可装漏电开关来保护单相接地。其Ｎ线和ＰＥ线在进入建筑物总配电箱前要做重复接地，其重复接地电阻小于等于10Ω接地极一般用５０×５０×５镀锌角钢，接地连接线用４０×４０×４镀锌角钢或用φ１０ｍｍ镀锌圆钢。二线进建筑物后也要严格分开，绝对不要混接，其ＰＥ干线要进行总等电位联结作为接地故障保护。在中华人民共和国工程建设标准强制性条文房屋建筑部分中规定：采用接地故障保护时，在建筑物内应将下列导体做总等位联结。

　　（１）ＰＥ、ＰＥＮ干线；

　　（２）电气装置接地极的接地干线；

　　（３）建筑物内的水管、煤气管、采暖和空调管道等金属管道；

　　（４）条件许可的建筑物金属构件等导电体。

　　在等电位联结时在金属管道连接处应可靠地连通导电。

　　在住宅设计中往往进建筑物门户内的总电源配电箱应选择带漏电保护总开关的配电箱。进线开关漏电保护其额定动作电流不应超过５００ｍA， 脱扣器切断故障回路的时间小于等于０．５s.

２ 建筑物的防雷措施

　　雷电是自然界中强大的脉冲放电过程。雷电的危险形式通常有直接雷击、感应雷击、反击和电磁脉冲辐射等几种形式。防雷规范指出各类防雷建筑物应采取直击雷和防雷电波侵入措施，根据建筑物防雷等级的不同而采取不同的防雷措施。防雷电直击或防雷电波侵入主要是根据防雷等级的不同建立避雷针、避雷网或避雷带，做好接闪器。高度超过３０m的一类防雷建筑物、高度超４５m的二类建筑物、高度超过６０m的三类防雷建筑物要做好防侧雷击和等电位保护措施。以二类防雷建筑物为例，在ＧＢ５００５７－９４中３．３．１０款中规定高度超过４５ｍ的钢筋混凝土结构、钢结构建筑物，尚应采取以下侧击和等电位的保护措施。

　　（１）钢构架和混凝土的钢筋应互相连接。钢筋的连接应符合本规范的第３．３．５条的要求；

　　（２）应利用钢柱和柱子钢筋作为防雷装置引下线国；

　　（３）应将４５ｍ及以上外墙上的栏杆、门 窗等较大的金属物与防雷装置连接；

　　（４）竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端与防雷装置连接。并按规范要求做好接闪器、引下线和接地装置等选择与布置。

３　等电位联结

　　根据国内外电气事故分析统计，低压系统短路大多数为相线碰设备外壳、金属管道结构和大地接地故障（接地短路），它能使这些设备外壳、管道、结构带对地故障电压导致人身电击或电气火灾事故。住宅内做等电位联结可消除或降低这种故障电压，其效果胜过单纯接地。因此，国际电工标准ＩＥＣ６０３６４－４－４１和发达国家电气标准都将它规定为电气安全的基本要求。

　　所谓等电位联结是指使设备外露可导电部分和装置可导电部分电位基本相等的电气连接。通常把等电位联结分为三个层次，即总等电位联结、局部等电位联结和辅助等电位联结。

　　总等电位联结（ＭＥＢ）是将建筑物每一电源进线户处附近的进出建筑物的金属管道、金属结构构件与ＰＥ线连成一体，使其与ＰＥ线处于同等电位，一般由总等电位联结端子板（或叫总等电位联结箱）实现。即从总等电位端子板放射连接或链接。建筑物每一电源进线都应该做总等电位联结，各总电位联结板应相互连通。总等电位联结作用于全建筑物。二是辅助等电位联结（ＳＥＢ），将两导电部分用导线直接作等电位联结，使故障的接触电压降至接触电压限值以下，称作辅助等电位联结。下列情况下需做辅助等电位联结：电源网络阻抗过大，使其自动切断电源时间过长，不能满足电击要求时；自ＴＮ系统同一配电箱供给固定式和移动式两种电气设备，而固定式设备保护电器电源切断时间不能满足移动式设备防电击要求时；为满足浴室、游泳池、医院手术室等场所对防电击的特殊要求时。三是局部等电位联结（ＬＥＢ）：当需在一局部场所范围内作多个辅助等电位连接时，可通过局部等点位连接端子板将下列部分互相连通，以便实现局部范围内的多个辅助等电位联结，被称作局部等电位联结。其包括ＰＥ母线或ＰＥ干线；公用设施的金属管道；如果可能的话，还包括建筑物的金属结构。

　　根据国内外触电危险环境统计，浴室被列为电击危险性大的场所，在我国浴室内电击事故屡屡发生，因为在浴室中人体遍体湿透，人体阻抗大大下降，沿金属管道入浴室１０～２０V电压即足以使人发生心室纤维性颤动而致死。因此要在浴室内还要做一次局部等点位联结。为保证等电位联结可靠导通，连接线和接地母线最好使用铜线和铜板。在浴盆制造中也应加装接地端子，在浴室内的插座应选择防溅型，有条件的最好选用防水型。安装高度在距本层地面２．１ｍ以上，并在２区以外设置。浴室中的电热水器，照明灯具（包括浴霸），其配电回路应设置带漏电保护断路器的单独回路供电。漏电动作电流可选用１０ｍＡ，漏电不动作电流可选５ｍＡ，漏电 保护器的动作时间不应大于０．１s，否则会对人身安全造成威胁。在卫生间（有浴室的卫生间）外，宜安装四联单空开关，一个控制顶灯、一个控制风扇，另外两个分别控制浴霸１、浴霸２，这样做比较安全、可靠。因为有淋浴、浴缸的卫生间内为其特殊环境，要严格按照《民用建筑电气设计规范》ＪＧＪ１６－２００８第１２．９．２条：有关浴池的安全防护所做的规定，做好设备、灯具、及各种电器产品的选型、安装设计。（在０区内应至少为ＩＰＸ７）；在１区内，只可装设电热水器（在１区内应至少为ＩＰＸ５）；在２区内，只可装设电热水器及ＩＩ类灯具（在２区内应至少为ＩＰＸ４，在公共浴池内应为ＩＰＸ５）。在０、１及２区内，非本区的配电线路不得通过，也不得在该区内装设开关设备及线路附件。

４　金属电缆桥架及其 支架接地问题

　　为了保证供电线路的使用安全，金属电缆桥架及其支架接地至为重要，设计中应引起重视。在设计过程中首先要根据建筑平面图确定好走向，计算好电缆桥架主干线纵断面上单位长度的电缆重量。根据布放电缆条数、电缆直径及电缆的间距来确定电缆桥架的型号、规格、托臂的长度、间距、桥架的宽度和层数。选择桥架宽度，确定安装方式。根据空调管线和电气管线等设置情况以及考虑方便维修等情况来确定。在民用建筑设计中，除了地下室横向安装外，多数桥架采用竖井安装，如与 电力电缆桥架合用时，应将电力电缆和弱电电缆各置一侧，中间用隔板分隔。弱电电缆与其它低压电压电缆合用桥架时，应严格执行选择具有外屏蔽层的弱电系统的弱电电缆，避免相互间干扰。电缆桥架与用电设备交越时，期间的净距大于等于０．５ｍ，两组电缆桥架在同一高度平行敷设时，期间距不小于０．６ｍ.电缆桥架宜高出地面２．２m以上，桥架顶部距顶棚或其它障碍物不应小于０．３m，桥架宽度不应小于０．１m，桥架内横断面的填充率不应超过５０％.桥架水平敷设时，支撑间距一般为１．５～３m，垂直敷设时固定在建筑物构体上的间距宜小于２m.《民用建筑电气设计规范》ＪＧＪ１６—２００８第８．１０．１４条：金属电缆桥架及其支架和引入引出电缆的金属导管应可靠接地，全长不应少于２处与接地保护导体（ＰＥ）相连，有关竖井的设置。《民用建筑电气设计规范》ＪＧＪ１６－２００８第８．１２．４条规定竖井的井壁应是耐火极限比低于１ｈ的非燃烧体。竖井在每层楼应设维护检修门，并应开向公共走廊，其耐火等级不低于丙级。楼层间钢筋混凝土楼板或结构楼板应作防火密封隔离，线缆穿过楼板应进行防火封堵。在这里设计中要注意与土建专业密切配合，竖井必须按电气专业的要求设计。

５　消防控制问题

　　消防的含义确切地讲就是消灭和预防火灾，人们常讲防患于未然，关键是怎样防患，采取什么措施进行预防。对于民用也好，企业也好其消防控制设计审查历来非常重要。多年来，我国的《建筑设计防火规范》和《火灾自动报警系统设计规范》不断修改和完善，人们对消防设计的认识也不断加深，但仍然出现不少这样或那样的疏忽和遗漏。

　　（１）住宅防火剩余电流动作的装置

　　在住宅建筑规范中提到，住宅供配电应采取措施防止因接地故障等引起的火灾，这里谈的防止就是对建筑物内火灾进行早期预防和报警。因此在设计中不应仅是在照明干线设置防火剩余电流动作装置，住宅其它干线也应设置；为了确保消防电源的连续供电，住宅中其它带有消防电气设备的干线不应设置带有防火剩余电流动作装置，住宅其它干线也应设置，为了确保消防电源的连续供电，住宅其它带有消防电气设备的干线不应设置带有防火剩余电流动作的断路器，而应考虑设置防火剩余电流动作装置，只传出剩余电流信号而不自动切断电源。另外在消防用电设计中还经常碰到消防用电设备过负荷问题，这就要看断电与不断电哪个损失大。所以在《民用建筑电气设计规范》ＪＧＪ１６－２００８第７．６．４条中就明确规定配电线路的过负荷保护，应在过负荷电流引起的导体温升对导体的绝缘、接头、端子或导体周围的物质造成损害前切断负载电流。对于突然断电比过负载造成的损失更大的线路，该线路的过载保护应作用于信号而不应切断电路，这就是说配电线路在短时间的过负载并不立即引起火灾。导体这时过热，影响到电缆、导线，甚至开关使用寿命，但为了消防泵、消防电梯等不中断供电，这时的保护也只是作用于故障信号而不应切断电源。

　　（２）消防用电设备必须采用专用回路供电

　　《建筑设计防火规范》ＧＢ－５００１６－２００６第１１．１．４条指出：“消防用电设备应采用专用的供电回路，当生产生活被切断时，应仍能保证消防用电。其配电设备应有明显标志。”这里的专用供电回路是指建筑物的电源进线处第一级配电装置输送到 消防设备室（如消防水泵房、消防控制室、消防电梯机房等）。如果建筑物有变电所时，则电源直接取自变配电所的低压配电屏内，当切断（停电）一般电源时，消防电源不受影响，保证扑救人员的正常进行。另外要严禁与消防控制室无关的电气线路和管道穿过，消防用电设备配电线路敷设要采用防火保护措施，如暗敷时应穿管并应敷设在不燃烧体结构内且保护层厚度不应小于３０ｍｍ.明敷时（包括敷设在吊顶内），应穿金属管或封闭式金属线槽，并应采取防火保护措施，比如导线、电缆等为阻燃型，金属线槽等涂防火涂料。

　　（３）消防应急照明电源问题

　　《高层民用建筑设计防火规范》ＧＢ－５００４５－９５（０５年版）指出“建筑发生火灾后，可能会造成电气线路短路和其它设备事故，电气线路可能使火灾蔓延扩大，还可能在救援中因触及带电设备或线路等漏电，造成人员伤亡，因此，在发生火灾后，消防人员必须先切断工作电源，然后救火，以策补救中的安全。而消防用电设备，必须有电（不能停电）。”根据我国现行做法允许使用城市电网供电，有条件的也可以使用蓄电池组作为应急照明和疏散指示标志的电源。消防应急照明最基本的一个原则，即在火灾事故情况下，所有消防标志灯、沿疏散区域途径的消防照明灯，在消防中心控制下，在关断正常照明后应立即启动，并不受附近开关的控制，保持直接点亮状态，以利于人员疏散。

　　应急照明应使用独立区域使用的区域集中 应急电源或自带电源型应急灯，这些电源及灯具在火灾事故中不受其火灾的影响，也就是说在关断正常照明和事故照明以及其它电源后，而消防应急照明立刻投入使用。消防应急照明的各级转换时间应小于５ｓ.消防工作的场所，应考虑可能长达几小时乃至几十小时持续工作的可能性，这是根据国内外火灾现场燃烧扑救时间而确定的。这就要求消防应急电源直接在最末一级互投配电箱接出，消防应急灯带有蓄电池电源，其工作时间大于２ｈ.这样能最大限度保证在火灾事故中人员的生命安全和顺利扑救。

　　（４）漏电火灾报警系统设置功能问题

　　在火灾情况下，产生漏电电流是不可避免的。怎样处理这种问题也是很重要的。在《高层民用建筑设计防火规范》ＧＢ－５００４５（２００５年版）中规定。对于探测到漏电电流、过电流等信号，发出声光信号报警，准确报出故障线路地址，监视故障点的变化。储存各种故障和操作试验信号，信号存储时间不应少于１２个月。切断漏电线路上的电源，并显示其状态，还应显示系统电源状态，但这里关键是不切断电源，只是显示故障的情况和记录故障参数。

　　（５）可燃气体场所应设可燃气体报警装置

　　《建筑设计防火规范》ＧＢ．５００１５－２００６第１１．４．２条中指出建筑内可能散发可燃气体、可燃蒸汽的场所应设置可燃气体报警装置，这也是防止火灾、保证人们生命财产安全的一种重要举措。因为可燃气体泄漏达到一定浓度，再加上明火（如电开关打火、线路短路打火）都可能造成火灾事故，这种事例在全国屡见不鲜。所以要求设计人员，对于锅炉房、直燃机房、调压间、计量间、采用燃气的厨房操作间等场所中可能散发和泄漏可燃气体，并存在火灾爆炸危险的场所与部位，要设可燃气体报警装置。当可燃气体浓度达到爆炸下限的２５％时，应连锁启动事故排风机，并关闭燃气总阀门；还应注意在这种存有火灾爆炸环境的场所根据环境特殊情况和有关规范要求选择好相关电气产品，如是否用密闭式或防爆式等电气产品。

　　总之，随着现代化、电气化和生活工作环境舒适化的不断发展，其现代化设施也逐步更新，因此，对电气安全使用设计也越来越规范和严格，电气设计修改也越来越频繁。但对于工程设计人员来讲，则应该适应时代发展和要求，全力以赴做好安全防范为主的电气设计。