《应急电源及干线选用时应注意的问题》
王常余吕燕生
摘要在一类建筑中采用自备柴油发电机组作为第三路电源为其特别重要的负荷进行供电，这种应急系统随着计算机技术、网络技术的发展将越来越多，对供电电源以及建筑内应急系统的配电干线可靠性要求将越来越高。如何提高应急系统配电干线的可靠性，如何减少或避免应急系统配电干线本身所存在的缺陷，正为众多的工程所重视。
关键词自备柴油发电机组应急电源应急干线耐火电缆阻燃电缆树脂浇注全封闭母线密集型母线
1．两路高压供电不能确保电源不中断
虽然国家规范明确规定：一类建筑应有两路独立的高压电源供电（3.5kV或10kV）。但两路高压来自何处是由供电部门根据当地的电网情况而决定的。由于工程地点通常在一个供电局的供电范围内，因此两路高压往往由同一降压站提供。
城市的供电由发电厂提供，一个发电厂覆盖一片供电区域，因此建筑物不论你有多大、多重要，是受控于一个发电厂，受控于一个供电局。严格来讲应受控于地区供电系统(即地区供电网)
美国的中西部和东北部以及加拿大的安大略省，于2003年8月14日发生的大停电事故，是由于美国俄亥俄州的主要电力公司——第一能源公司的控制区内发生了一系列的突发事件，这些事件的累计效应最终导致了大面积停电。
同样的道理，大型和重要的建筑物，虽然有两路高压供电，但只要供电的电源或供电网络发生故障，就可能会导致两路高压同时停电。因此这种两路高压供电，不能确保电源不中断，城市供电也很难做到真两路独立的高压供电电源。
2．柴油发电机配置的必要性
由于两路高压供电电源不能保证供电不中断，而供电网络的断电往往不是短暂的。一旦断电，靠UPS可支撑一段时间的供电，等到备用柴油发电机启动后即靠柴油发电机发电。
UPS是不间断电源，主要是针对短时间断电或电网的闪断起到一定的作用。而备用柴油发电机才是一种可使用较长时间的备用电源。因此对一类建筑中的特别重要的负荷，配置备用柴油发电机是必需的。
本世纪初，上海陆家嘴金融开发区发生大面积停电，其原因是因为该地区220kV主变电站出故障，而该地区35kV变电站大多数都是这个220kV主变电站供电的。该地区的某保险公司大厦的备用柴油发电机在接到断电信号后既在规定的时间内启动，保证了大厦的应急电源的投入使用，确保了大厦的安全运行。
有一个医院工程，处于初步设计阶段，业主要求配置移动式柴油发电机，这是一个错误！医院是一个十分重要的建筑物，许多重要设备和场所必须保证电源不中断。两路电源全部中断往往是突然的，此时柴油发电机必须立即自动发电，供应急电气设备之用，如果采用移动式发电机，把发电机拉来，接线供电，在时间上是不允许的。
3．应急电源干线防短路的重要性
柴油发电机发出的电通过输电干线送至配电柜，可以用电缆或母线槽作为此段的输电干线。此段干线非常重要，只有确保该干线的可靠性，才能确保第三路电源的可靠性。
首先要防止短路现象的产生！产生短路的可能有如下几个方面：
1）?
目前国内工程，存在低价中标的倾向，既要低价，又要确保企业的利润，只有用劣质绝缘材料、减少绝缘层厚度等方法生产产品，这些产品现场检测很难发现其质量问题，甚至投入运行初期，工作也很正常，但是一旦受到冲击，就会发生相间短路。电缆的相间短路会产生几千度的高温，在瞬间会引燃自生或周围的电缆，造成火灾。
例如：上海某大学城，采用的电缆，生产中减少了一道保护层，投入运行后不久发生短路，全部返工；上海某著名大楼，采用劣质的密集型母线槽，投入运行后发生短路爆炸引起断电等。
2）?
工程中发现由于母线槽的外壳防护等级低，无法抵御潮气的侵入，以至母线槽的绝缘下降，接近于短路，不能投入运行。
如果仅仅是防止异物进入壳体，IP40就可以了，它能防止直径大于1mm的固体异物进入壳体，但要防止潮气进入壳体，至少要达到IP65等级。
曾对一条安装在车间内的备用母线槽进行绝缘测试，黄梅天和晴好天气测试绝缘电阻的结果要相差10MΩ以上。
当然对投入运行的母线槽，由于本身工作时产生的热量，能抵御一部分的潮气侵入，但对处于地下室的发电机和配电柜之间的母线槽，平时处于备用状态，因此必须具有抗潮能力才能保证母线槽的绝缘要求。
3）?
虽然设计师在计算及选择电缆或母线的载流量时有一定的裕量，这些裕量是为以后增加设备或扩容时用的。
当电缆或母线槽的负载发生故障时，就会使电缆或母线槽发生过载，过载的结果使电缆或母线槽的绝缘受损，加速其老化的过程。有资料表明，电力电缆在每次过载后将损失三分之一的有效周期。
4．应急电源干线应具有的功能
应急电源干线除了要有防止短路的功能外，还应具有低烟无卤和阻燃或不燃的性能。
根据消防部门的统计，我国发生的火灾中，因电气引起的火灾占一半左右。而电气火灾中，由于电线电缆的老化和过载使用引起的火灾占较大的比例，同时，火灾时引燃电线、电缆中可燃绝缘材料和护套材料，使得火灾事故进一步扩大。
电线、电缆的绝缘材料和护套材料燃烧时散发出的有毒气体造成大量人员的伤亡，阻碍消防人员的灭火，火灾时引至消防设备的电源线路被烧毁，不能保证消防设备的正常运行，延误了灭火时间，造成更大的财产损失。
另外，根据BS标准应急电源干线应具有防重物坠落和水喷淋的性能。即干线在火灾的环境中，能经受部分重物坠落的打击，以及经受消防喷水的喷射而不发生短路。
5．应急电源干线的选用
应急电源干线一般选用电缆或母线均可。如果干线电流小于400A时，采用电缆为宜。干线电流大于400A时，应采用母线槽。
如果采用ZAN-YJY耐火电缆，它的结构分为三层，中间为铜导电线芯，铜芯外为云母带绕包的绝缘耐火层，第二层为交联聚乙烯绝缘层，第三层为交联聚烯烃护套。交联聚乙烯绝缘层和交联聚烯烃护套不耐火，在火灾环境中，一旦发生炭化就不能抵御消防喷水的侵入。云母带绕包的绝缘耐火层是用于抵抗高温的，一般的云母带能抵抗800℃左右的高温，而合成云母带能抵抗1000℃以上的高温。但云母绝缘耐火层不能防水，电缆一旦经受消防喷水的侵入就会发生短路。因此不宜在大容量的应急电源干线选用有机材料的电缆。
如果采用电缆，宜采用铜套氧化镁耐火电缆，因为这种电缆不发生短路现象，同时可以防消防喷水。但对于大容量的应急电源干线的选用亦存在大量的接头的问题。
母线不能采用聚四氟乙烯作为绝缘材料，因为聚四氟乙烯在高温时会分解出极毒的气体。
钢壳耐火母线槽能耐火，它的外壳防护等级虽可做到IP54，但在火灾环境中钢壳会变形，无法抵御消防喷水的侵入，因此不宜在应急电源干线上选用。
全封闭树脂浇注母线，相间距离为12~15mm，且充满耐火绝缘复合树脂，因此不会发生相间短路；外壳防护等级达到IP68，因此不怕潮气侵入，甚至浸在水中也不会短路；耐火时间达到950℃90min，也不怕消防喷水。另外具有相当的抗过载能力，即过载20%~30%亦可长期使用，因此，这种母线是应急电源干线较为理想的选择产品。
6．不宜采用多根电缆并联来增加电缆的载流量
有经验的设计师往往不会用多根电缆并联的方法来增加电缆的载流量，因为多根电缆并联存在接触电阻不同而造成电流不平衡；有施工经验的施工员，对多根电缆的并联也十分头痛，又硬又粗的多根电缆要连接在一起，既要保持长短一致，电缆的弯曲半径不能过小，电缆头和连接板的接触要好，很难做到，由此带来的电缆内电流不平衡、发热不一致也是难免的。
工程中存在2~3根电缆并联的现象，超过3根的就非常少了。
提出采用并联电缆来取代母线槽的往往是业主，目的是降低工程造价。在比较造价过程中，盲目提高了电缆的载流量，往往忽略了电缆的温度系数和并列系数。又忽略了桥架的价格，从而得出一个造价大大降低的错觉，下面举例说明：
某工程应急电源干线为4000A。如用4×300mm2耐火电缆代替，问需要几根电缆并联？
a）采用铜芯交联聚乙烯绝缘聚烯烃护套无卤低烟阻燃耐火电力电缆：WDZAN-YJY-4×300mm2，根据国标《布线系统载流量》GB/T16895.15——2002，查表52—B1，载流量为621A。
查表52—E1多根电缆并列敷设系数为0.72（注：表52—E1是指8根电缆单层敷设）；查表52—D1温度校正系数为0.96。计算每根电缆的载流量为：
621×0.72×0.96=429A
计算电缆桥架内敷设，电缆并联根数
429×10=4290A
约需要10根左右的4×300mm2电缆并联敷设。如果每根电缆为四个接头，即每端有40个接头，两端共有80个接头。
电缆桥架的估算
4×300mm2电缆的其近似外径约为65mm
采用涂防火涂料桥架，宽约800mm，高约150mm。
价格比较
品种 单价 每米价 耐火电缆（4×300） 桥架400元/m
耐火电缆715元/m 715×10+400=7550元/m 全封闭树脂浇注母线（4000A） 8000元/m 8000元/m 由上述估算可得出：用多拼电缆并不一定节约投资
注：由于钢价和铜价的波动，上表中的单价仅作参考
7．结束语
随着社会的发展，科学技术的更新换代，人们对建筑内应急系统的配电干线可靠性要求将越来越高。如何提高应急系统配电干线的可靠性，如何减少或避免应急系统配电干线本身所存在的缺陷，将会是我们考虑的越来越多的问题。应急配电干线作为备用干线，只要主电源正常，可能是常年备而不用的。一旦主电源出故障，就要求它能完好投入。千万不能对其产生轻视或随意。
王常余：中国工程建设标准化协会电气工程委员会技术咨询委员
吕燕生：华东建筑设计研究院第四设计所电气室副主任
应急电源及干线选用时应注意的问题2006.5.25.
1
|
|
