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职称论文

职工宿舍供电线路设计与电气元件选型

摘要

根据项目职工宿舍的用电规划，科学的进行供电线路设计和电气元件选型，以满足宿舍用电的安全性和经济性。

关键字：

导线、漏电保护器、电缆、安全用电、经济性

引言

在每个工程项目建设初期，施工单位需要根据本项目施工组织设计中关于人力的安排情况，搭建临时的职工宿舍，它是施工人员在项目建设期间生活和休息的重要场所。

职工宿舍的搭建需要考虑其安全性和经济性。

供电、用电的安全是保证宿舍安全的重要方面，供电线路的科学设计和线路电气元件的合理选型又是保证供电、用电安全的根基。

同时，线路电气元件的合理选型，避免其“大材小用”现象的发生，是项目节省施工成本的有效途径。

本文以唐钢汽车板机电项目部职工宿舍为例，论述如何根据宿舍的用电规划情况设计供电线路和选择电气元件。

一、宿舍规划

1、宿舍搭建

根据本项目施工组织设计中关于人力数量的需要，项目部在工程建设初期搭建了三栋彩钢板房，（分别编号为1号楼、2号楼、3号楼）每栋两层，每层10间宿舍，每间宿舍6个床位，共可容纳360人，能够满足工程大干期间施工人员的住宿要求。

2、宿舍用电规划

本项目计划工期为2013年10月至2015年2月，其工期经历了夏季和冬季。

因此在宿舍用电规划时考虑了宿舍的降温和取暖措施。

每间宿舍用电设备的基本配置为：

照明白炽灯1个，60瓦、电风扇一台，200瓦、室内电加热器1个，2000瓦、电热水壶一个，1200瓦、其它临时用电200瓦、三孔插座两个。

二、供电线路设计

1、供电线路流程图

2、供电线路说明

三栋宿舍楼由一级配电箱中的一个250A断路器采用三相五线制供电方式供电到宿舍楼专用二级配电箱。

二级配电箱内设置进线刀闸开关一个，3P塑壳式断路器1个，接地端子1个，零线母排一个。

塑壳断路器每一相电源分别通过三芯动力电缆向1至3号宿舍楼控制箱供电。

每栋宿舍楼的控制箱内分别安装漏电保护器两个，用于控制宿舍插座线路；1P空气断路器两个，用于控制宿舍照明线路；接地端子1个，零线母排一个；宿舍照明线路和插座线路分开设计、分层控制。

三、供电线路主要电气元件的选型

1、供电线路电气元件的选型顺序

供电线路电气元件是指组成电气回路的电缆、各级保护开关、导线等。

其选型遵循由下级到上级的顺序，即先对临近用电设备的导线进行选型，然后选择本级的保护断路器；再进行上级供电电缆和保护断路器型号的选择。

在选择过程中，不仅要考虑电气元件本身的性能是否满足使用要求，还要考虑同级的保护断路器对本级供电线路的保护作用，以及下级线路对上级供电线路的保护作用。

本例供电线路采用三级配电，线路中的导线、断路器、电缆等电气元件较多，且不同等级线路中的断路器、电缆选型的方法和原理相同，因此本文以供电线路中的照明，插座导线、插座线路漏电保护器、供电主电缆为例，说明如何合理的进行其选型。

2、导线截面积的选择

导线截面积是评价导线工作性能的重要因素，对于导线的选型，最主要的就是对导线截面积大小的选择。

导线截面积的选择有多方面的影响因素，其中导线的材质、敷设方式、环境温度、工作载流量是影响导线截面积选择的主要因素。

根据《民用建筑电气设计规范》宿舍照明、插座导线应选用铜芯导线。

导线沿板房屋顶明敷设，环境温度为（18—34）℃。

这些因素确定后，线路中的工作电流值是选择导线截面积的决定性因素。

因此需根据宿舍供电线路设计及每间宿舍用电规划，计算照明和插座线路的最大工作电流值。

2.1、照明线路最大工作电流值的计算

根据功率计算公式：

P=U*Icosφ,I=P/U*cosφ

在照明线路中照明灯具使用白炽灯，白炽灯为电阻性负载，因此照明线路的功率因数cosφ1=1；U=220，Pzm=60w*10=600w，Izm=Pzm/U*cosφ1=600/220=2.73A。

由于我国北方夏季气温较高，导线散热能力减弱，在计算照明导线最大工作电流时考虑一个安全系数，取值为2。

因此用于选择照明导线截面积的电流值为：

I′zm=2*Izm=2*2.73=5.46A。

2．2、插座线路最大工作电流值的计算

通过插座线路用电设备功率的比较，当冬季电加热器、电热水壶和临时用电设备同时工作时，插座导线中有最大工作电流。

电加热器、电热水壶，为阻性负载；临时用电设备功率较小，感性负载可忽略不计；因此取插座线路的的功率因数为cosφ2=1。

由于电气设备工作的不同时性，在插座线路中考虑一个用电不同时系数β，β取值为0.6。

同理，根据公式：

P=U*Icosφ，U=220，cosφ2=1

Pcz=10*（2000+1200+200）=34000w

Icz=β*Pcz/U*cosφ2I=0.6*34000/220*1=92.73A

由于我国北方冬季气温较低，导线的散热能力增强，提高了导线的安全载流量，计算插座导线最大工作电流值时考虑一个1.1的安全系数即可，因此用于选择插座导线截面积的电流值为：

I′cz=1.1*Icz=1.1*92.73=102A。

参考铜芯导线在25℃时的选型表：

通过I′zm、I′cz的电流值和铜芯导线安全载流量表数据的对比，照明线路选取1mm2的铜芯导线，其安全载流量为19A；插座线路选取16mm2的铜芯导线，其安全载流量为105A，即可满足线路用电的安全性。

同时，避免了导线截面积选择过小，用电存在的安全隐患和导线截面积选择过大，成本费用的增加。

3、插座线路漏电保护器型号的选择

为了防止用电设备和供电线路漏电发生人员触电和电气火灾事故，根据《民用建筑电气设计规范》的要求，插座线路需配备带漏电保护器的断路器，简称漏电保护器。

当线路中发生漏电、短路、过载故障时漏电保护器均能按其动作特性切断电路。

本文以德力西厂家生产的漏电保护器为例，说明如何进行漏电保护器型号的选择。

漏电保护器的技术参数表如下图：

因此合理选择漏电保护器的额定电流值、额定剩余动作电流、分断能力值是确定漏电保护器型号的关键因素，同时也是线路安全运行的重要保证。

3.1、漏电保护器额定电流值、过载延时动作电流值的选择

漏电保护器额定电流In是脱扣器能够长期安全通过的最大电流值。

过载延时动作电流Ir是使脱扣器跳闸的电流值。

对于可调式脱扣器Ir=（0.4～1）In,对于固定式脱扣器Ir=In。

额定电流值决定了漏电保护器的工作能力；过载长延时动作电流值是防止线路因负荷过大，线路中的电流值超过导线的安全载流量，使得导线过热甚至发生火灾事故。

因此对于In和Ir电流值的选择既要小于其所保护导线的安全载流量，又要大于线路正常的工作电流。

通过以上线路工作电流值的计算和16mm2导线安全载流量值，In和Ir需满足92.37A≤In，92.37A＜Ir＜105A。

参考德力西漏电保护器技术参数表，选择In=100A,Ir=In的固定式脱扣器能够满足线路的使用要求。

漏电保护器的过载长延时脱扣时间需要通过“脱扣特性曲线”进行确定。

通过对本曲线的分析，曲线左侧为漏电保护器正常的工作区域，此区域对应的电流值脱扣器不动作。

当电流值大于In时，脱扣器开始延时动作，随着电流值的增大，脱扣器动作时间逐渐减小，直到I=7In时脱扣器瞬时脱扣。

3.2、漏电保护器额定剩余动作电流值的选择

额定剩余动作电流为漏电保护器中漏电单元的动作电流值，当通过漏电保护器中的相电流与线电流的矢量和大于此值时，漏电保护器跳闸。

由于人体的耐受电流值为30mA,漏电保护器的额定剩余动作电流值要小于或等于30mA，才能保护人员的安全。

另一方面线路和用电设备的绝缘电阻值不可能为无穷大，线路中一般会有（4-10）mA的正常漏电电流值，剩余动作电流值的选择需要躲过线路中正常的漏电电流值。

参考德力西漏电保护器技术参数表，额定剩余动作电流值选为30mA，能够满足线路的使用要求。

3.3、漏电保护器分断能力的选择

漏电保护器的分断能力是指其能够安全切断最大故障电流的能力。

当线路发生短路事故时，电流值最大。

漏电保护器的分断能力值，要根据线路中的最大短路电流值进行选择，并保证其分断能力值大于线路中的最大短路电流值。

因此需要计算线路中最大短路电流值，插座线路的电路图为：

对于以上电路图，当距离电源最近的插座（即A点处）发生相线与零线短路事故时，线路中的短路电流值最大。

其等效电路图为：

根据欧姆定律I=U/R，U=220V，要计算线路中的短路电流值，需要确定线路发生短路时的电阻值。

根据导体电阻值的计算公式：

R=ρ*L/s（R：

电阻值，ρ:

导体电阻率，L:

导体长度，单位为m；S：

导体有效截面积，单位为mm2），对于铜芯导线ρ=0.0185Ω·mm2/m；漏电保护器距离短路点的距离为10m，即L=2*10=20米；插座线路导线的截面积S为16mm2。

对于交流电路，导线的有效截面积不能等同于导线的截面积，需要考率电流的趋肤效应。

趋肤效应就是当交变电流通过导体时，电流会集中在导体外表面流过。

趋肤效应使得导线的有效载流面积减小。

根据公式R=ρ*L/s和I=U/R,S减小，R增大,I将减小。

因此可以根据导线的实际截面积S=16mm2，计算得出的电流值作为选择漏电保护器分断能力值的依据。

通过以上公式和数据，计算可得线路等效电阻值R=0.023Ω，插座线路最大短路电流值I=9565A。

因此在选择漏电保护器分断能力值时，要大于9565A。

参考德力西漏电保护器技术参数表，选择其分断能力值为10KA。

通过以上漏电保护器三个重要技术参数的分析，插座线路需选择额定电流值为100A、额定剩余动作电流值为30mA、短路分断能力值为10KA的漏电保护器。

本型号的漏电保护器不但满足了线路的使用要求，而且充分发挥了它的最大工作能力。

4、主电缆的选择

主电缆为供电线路中从一级箱连接到二级箱的这段电缆。

根据以往的施工经验和本现场的实际施工条件，主电缆需要埋地敷设并跨越主厂区临时道路，所经过路段多为施工用地。

考虑到以上因素，主电缆敷设后很难在施工结束后进行二次回收利用。

因此对主电缆的选择，要在满足使用要求的前提下，尽可能的选择价格便宜的电缆。

电缆的截面积和材质是决定电缆价格的主要因素。

因此主电缆应从这两个方面进行选择。

根据宿舍供电线路的设计，其中电源的A相电向1号楼供电，B相电向2号楼供电，C相电向3号楼供电。

三相电源的用电设备相同，理论上三相电流平衡且电流值相等，因此以A相电的电流值作为选取主电缆型号的参考值。

通过上文对1号宿舍楼照明线路和插座线路最大工作电流值的计算，两层宿舍照明线路和插座线路的电流值如下：

Izm=2.73*2=5.46A，Icz=92.73*2=185.46A。

主电缆A相的工作电流值Igz=5.46+185.46=190.92A。

为了保证主电缆工作的安全性，在计算工作电流的基础上，考虑一个安全系数，取值为1.1，即用于选取主电缆的电流值I′gz=1.1*Igz=1.1*190.92=210A。

参考电力电缆安全载流量表：

通过查阅以上电力电缆安全载流量选型表，95mm2铜芯电缆的安全载流量为218A，150mm2铝芯电缆的安全载流量为247A。

这两种型号的电缆是满足线路使用要求的最小截面积电缆。

这时需要比较这两种材质的电缆哪一个更经济，查询最新电缆报价信息表，两种电缆的报价如下表：

VV-0.6/1KV铜芯电力电缆单位：

元/千米

标称截面（mm2）

单价

3*95+2*50

118300

VLV-0.6/1KV铝芯电力电缆单位：

元/千米

标称截面（mm2）

单价

3*150+2*70

56100

通过两种材质电缆单价的比较，铝芯电缆成本较低。

因此确定主电缆选用3*150+2*70mm2的铝芯电缆。

在本项目中，一级配电箱到二级配电箱实际距离约为150米，通过计算使用铝芯电缆比使用铜芯电缆节约成本9330元。

可见通过合理的选用供电线路电缆材质，能够有效的降低项目施工成本。

唐钢汽车板机电项目部职工宿舍通过科学的供电线路设计和线路电气元件选型，在宿舍用电期间没有发生一起电气火灾和人员触电事故。

可见，在项目生活区供电、用电方面不能仅凭经验对线路及电气元件进行布置和选型，而是要根据宿舍的用电规划，通过实际数据的计算，科学的对供电线路进行设计和电气元件选型。

这样既能保证人员生活用电的安全，又能节省项目大临费用的开支。

[参考文献]

1、民用建筑电气设计规范

2、德力西漏电保护器选型样本

3、电流趋肤效应原理（XX网）

4、电线、电缆安全载流量选型表

5、电缆报价信息表