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2017年電氣工程師《供配電》考試輔導(dǎo)
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電氣技術(shù)與智能建筑
智能建筑是計算機、通信、自動控制、傳感、多媒體等一系列先進技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶。綜合性強，涉及專業(yè)的領(lǐng)域更廣，本文通過實際案例的分析和處理充分驗證了電氣技術(shù)在智能建筑中的重要作用。智能建筑、電氣技術(shù)、諧波、電磁干擾、等電位。
電氣技術(shù)智能建筑
1、前言
智能建筑產(chǎn)業(yè)是隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而誕生，且迅速發(fā)展起來的。現(xiàn)代建筑物的電氣發(fā)展是經(jīng)過電氣化階段、自動化階段和當今的智能化階段。智能建筑技術(shù)的發(fā)展非常迅速，它是由電子技術(shù)、通技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感技術(shù)及多媒體技術(shù)等一系列最先進技術(shù)飛速發(fā)展的結(jié)晶。特別是智能建筑系統(tǒng)工程，它作為弱電系統(tǒng)工程的延伸和發(fā)展，綜合性強，涉及的專業(yè)領(lǐng)域更廣，新的弱電系統(tǒng)不斷加盟到智能建筑技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)。建筑物使用功能現(xiàn)代化的需求和相關(guān)技術(shù)的不斷更新和進步，共同促進智能建筑弱電系統(tǒng)技術(shù)的快速發(fā)展。智能建筑弱電系統(tǒng)中的電子和微電設(shè)備較多，這些弱電系統(tǒng)的設(shè)備耐受電壓較低，如電子設(shè)備耐受電壓為5v，微電子設(shè)備耐受電壓只有1.5v，這些設(shè)備過電壓、過電流的能力差。系統(tǒng)設(shè)備在遭受雷害和電磁干擾時，必然會使系統(tǒng)中的設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和布線將遭受感應(yīng)過電壓和電磁干擾的危害;各種高頻、超高頻的通信設(shè)施不斷涌現(xiàn)，相互間的電磁輻射和電磁干擾日益嚴重，大量的運行和實踐證明，電磁干擾和諧波對智能化設(shè)備和布線系統(tǒng)危害的案例和教訓(xùn)也應(yīng)引起我們足夠的重視，不可掉以輕心。智能建筑需要不同行業(yè)的專家共同參與，除了業(yè)主之外，設(shè)計師、自動化技術(shù)、技術(shù)、通信技術(shù)、人造智能技術(shù)及電氣技術(shù)眾多專家一起密切合作才能得以實現(xiàn)。“弱電較弱”正是指在智能建筑中，整體弱電系統(tǒng)工程是建筑電氣工程中較薄弱環(huán)節(jié)，無論是技術(shù)力量、人員素質(zhì)、設(shè)計與施工、智能化系統(tǒng)工程施工監(jiān)理等相對較弱。這對我國的智能建筑的迅速發(fā)展是很不利的。
2、網(wǎng)絡(luò)與布線
智能建筑的實質(zhì)是諸多智能設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化問題，它包括智能建筑弱電系統(tǒng)的集成。但由于火災(zāi)自動報警系統(tǒng)及消防聯(lián)動是采用集散型控制方式，所以fas系統(tǒng)目前我國還是獨立的控制系統(tǒng)，只是留有通信接口待今后與bas系統(tǒng)集成，而美國的fas系統(tǒng)是分散型控制方式可與bas系統(tǒng)集成。綜合布線系統(tǒng)作為全新概念的布線系統(tǒng)，其優(yōu)越性是傳統(tǒng)的布線系統(tǒng)無法比擬的。主要體現(xiàn)在綜合布線系統(tǒng)的開放性——向所有的通信協(xié)議開放，靈活性——設(shè)備的開通更改只需增加設(shè)備和跳線管理，可靠性——器件通過iso等組織認證，星形拓樸結(jié)構(gòu)等一條線路故障不影響其它線路正常運行;先進性——采用最新通信標準的5類、超5類、6類雙絞線或光纖，實時傳輸多路多媒體信號;經(jīng)濟適用性——將分散線纜綜合到統(tǒng)一標準布線系統(tǒng)中。從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上來分，網(wǎng)絡(luò)可劃分為局域網(wǎng)，控制網(wǎng)，廣域網(wǎng)和城市網(wǎng)。世界公認的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標準——tcp/ip協(xié)議，使得局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)實現(xiàn)了無縫連接。城市網(wǎng)是在局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的數(shù)據(jù)網(wǎng)，介于廣域網(wǎng)與局域之間把多個局域網(wǎng)互相連起來，構(gòu)成覆蓋范圍更大，支持高速傳輸和綜合業(yè)務(wù)，成為適合城市范圍使用的計算機網(wǎng)絡(luò)。為了保證系統(tǒng)的開放性和可操作性，實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互融，盡管目前控制網(wǎng)絡(luò)中多種總線標準同時存在，但由于以太網(wǎng)速度控制性價比高，我區(qū)一直在控制網(wǎng)絡(luò)中推廣應(yīng)用tcp/ip協(xié)議的以太網(wǎng)。在眾多的現(xiàn)場總線技術(shù)中推廣profibus、interbus、lontalk、modbus及can等總線。由于這樣的規(guī)定從而使我區(qū)的智能建筑還沒出現(xiàn)癱瘓現(xiàn)象。
3、目前智能建筑存在的問題
《智能建筑》刊物2004年第5期“談工業(yè)以太網(wǎng)及其在智能建筑領(lǐng)域的應(yīng)用”一文中寫到“事實上目前有60%的智能建筑是癱瘓的”，其原因一是在眾多的總線標準中l(wèi)onwork協(xié)議是非常完善的控制面層的總線協(xié)議，它有完善的七層協(xié)議，bacnet協(xié)議則是系統(tǒng)集成層面的協(xié)議標準，但沒有在我國得到很好運用;二是多種現(xiàn)場總線并存，系統(tǒng)集成當然很困難;三是中國的物業(yè)管理技術(shù)水平相對較差，廠家在還能運行，一旦廠家支持不在時，系統(tǒng)很可能癱瘓”。針對目前智能建筑存在的問題談一下個人的看法：
我國智能建筑缺少一整套完善的行之有效的可操作的設(shè)計、施工和驗收標準。現(xiàn)有的智能建筑設(shè)計、施工驗收標準有《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》jgt/t16-92。上海市工程建設(shè)規(guī)范《智能建筑設(shè)計標準》、《智能建筑評估標準》、新疆行業(yè)工程建設(shè)標準《智能建筑設(shè)計標準》xjj002-1999、國家標準《智能建筑設(shè)計標準》gb/t50314、新疆《綜合布線施工驗收標準》、《建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》gb/t50311-2000、《建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程驗收規(guī)范》gb/t50312-2000等。這些國家、行業(yè)、地方標準對智能建筑的設(shè)計、施工、驗收起到一定的積極作用。但還缺少智能建筑的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)及消防聯(lián)動、安全防范、計算機房等施工驗收標準和規(guī)范。現(xiàn)行的《智能建筑設(shè)計標準》針對不同類型的智能建筑的可操作性還有些欠缺。這給智能建筑弱電系統(tǒng)的設(shè)計帶來了較多的難點。
智能建筑的設(shè)計應(yīng)由具有智能化設(shè)計資質(zhì)總承包單位的設(shè)計院來承擔。再由集成商進行多次的深化設(shè)計并交設(shè)計總承包單位審查方可招標施工。這是因為設(shè)計院熟悉和掌握國家、行業(yè)、地方的設(shè)計標準，設(shè)計中始終遵循國家的方針政策，堅持技術(shù)先進成熟、經(jīng)濟合理、實用可靠;系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備選型符合標準，且要求具有開放性、靈活性、和可擴性，不是以追求高額利潤和推銷產(chǎn)品為目的。設(shè)計院掌握設(shè)計程序和全過程，與施工、監(jiān)理、質(zhì)量監(jiān)督和業(yè)主溝通較容易，與各專業(yè)配合也密切。設(shè)計院能給集成商創(chuàng)造一個良好的建筑平臺和環(huán)境，反之集成商并不了解智能建筑設(shè)計程序和全過程并與相關(guān)專業(yè)配合十分困難。集成商也不熟悉土建施工圖繪制規(guī)定和表達方法。集成商由于自行設(shè)計、自行施工，施工圖設(shè)計紙質(zhì)量就較差，達不到施工圖設(shè)計深度的要求。由于建設(shè)單位并不完全了解智能建筑的內(nèi)涵，如系統(tǒng)眾多、復(fù)雜、施工周期長、設(shè)備和線纜的性能等等。也不了解智能建筑弱電系統(tǒng)的重要性、綜合性和技術(shù)難度大等特點。故目前建筑智能化系統(tǒng)大多數(shù)是單獨招標、獨立簽約，中標后集成商自行采購、自行設(shè)計、自行施工、自行管理、自行約束，這種沒有智能化資質(zhì)的監(jiān)理公司監(jiān)理的智能建筑，將給今后的弱電系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、運行、維護管理帶來無窮的后患。當前由土建監(jiān)理公司代替有智能化資質(zhì)的監(jiān)理公司監(jiān)理的現(xiàn)象還很普遍，它將會給智能化系統(tǒng)工程帶來設(shè)計方案失控、采購產(chǎn)品失控、施工進度失控、工程質(zhì)量失控等等弊端。
4、電氣技術(shù)在智能建筑中的重要作用
智能建筑是在建筑平臺上實現(xiàn)的，脫離了建筑這個平臺，那么智能建筑也就無法實施。智能建筑中弱電系統(tǒng)的設(shè)備、纜線安全必須依靠電氣技術(shù)如：電源技術(shù)、防雷與接地技術(shù)、防諧波技術(shù)、抗干擾技術(shù)、屏蔽技術(shù)、防靜電技術(shù)、布線技術(shù)、等電位技術(shù)等眾多的電氣技術(shù)來支持方可奏效。下面從列舉的幾個案例中就能驗證了電氣技術(shù)在智能建筑中的重要作用。
智能建筑中的電源質(zhì)量要求文章通過對影響電源質(zhì)量，諸如電壓波動、頻率波動、瞬變浪涌等主要因素的分析，提出一些消除電源污染的方法，以保證在智能建筑中計算機和精密電子設(shè)備的正常運行。智能建筑瞬變浪涌電滋干擾瞬變脈沖隨著國際潮流沖擊和微電子科技的沸騰，加上通計算機及自動控制技術(shù)日新月異，使得建筑開始走向高品質(zhì)、高功能領(lǐng)域，形成一種新的建筑形式――智能建筑。由于在智能建筑中運用了許多計算機和微電子設(shè)備，對其供電電源的質(zhì)量提供了新的要求。因為電源品質(zhì)的好壞，將直接影響智能建筑中設(shè)備的運行穩(wěn)定性和可靠性，甚至導(dǎo)致重大人身、設(shè)備事故和造成巨大的經(jīng)濟損失。這種影響不僅來自供電電源的電壓、頻率及電流等基本要素是否滿足用電設(shè)備的要求，而且也來自所提供的供電電源的電網(wǎng)質(zhì)量。
由于電子計算機、微處理器以及其他電子儀器設(shè)備普遍存在著絕緣強度低、對供電電源的質(zhì)量要求高、過電壓耐受能力差的弱點，使得這些高靈敏的電子系統(tǒng)在運行時，經(jīng)常出現(xiàn)程序運行錯誤、數(shù)據(jù)錯誤、時間錯誤、死機、無故重新啟動甚至造成用電設(shè)備的永久性損壞，給人們?nèi)粘Ｉ钤斐删薮髶p失。為此，在智能建筑中，研究其供電電源質(zhì)量，實施有效的防護措施，已是必然的趨勢，而且受到世界各國普遍關(guān)注。
電源質(zhì)量的技術(shù)指標
衡量電源質(zhì)量的技術(shù)指標主要包括：電壓波動、頻率波動、諧波和三相不平衡等。眾所周知，供電電源質(zhì)量會受到多種因素的影響，如負荷的變化、大量非線性負載的使用、高次諧波的影響、功率因數(shù)補償電容的投入和切斷、雷電和人為故障、公共設(shè)施等都會影響電源的品質(zhì)，從而降低供電電源的質(zhì)量。
1.1電壓波動
理想電源電壓正弦波的波形是連續(xù)、光滑、沒有畸變的，其幅值和頻率是穩(wěn)定的。當負荷發(fā)生變化時，負荷出現(xiàn)較大的增加時，特別是附近有大型設(shè)備處于啟動時，使得供電電源正弦波的幅值受到影響，產(chǎn)生低電壓。當供電電源電壓波動超過允許范圍時，就會使計算機和精密的電子設(shè)備運算出現(xiàn)錯誤，甚至會使計算機的停電檢測電路誤認為停電，而發(fā)生停電處理信號，影響計算機的正常工作。一般計算機允許電壓波動范圍為：ac380v、220v±5%。計算機在電壓降低至額定電壓的70%時，計算機就視為中斷。為此，《電子計算機機房設(shè)計規(guī)范》gb50174-93對電壓波動明確規(guī)定，將電壓波動分為a、b、c三級。
電壓波動等級表1
電壓等級a級b級c級
波動范圍±2%±5%+7%～-13%
1.2頻率波動
供電電源頻率波動主要由于電網(wǎng)超負荷運行而引起發(fā)電機轉(zhuǎn)速的變化所致。而計算機的外部設(shè)備大多采用同步電動機，一般計算機頻率允許波動范圍為50hz±1%.當供電電源頻率波動超過允許范圍時，會使計算機存儲的頻率發(fā)生變化而產(chǎn)生錯誤，甚至會產(chǎn)生丟失等。《規(guī)范》對頻率波動明確規(guī)定，將頻率波動分為a、b、c三級。
頻率波動等級表2
頻率等級a級b級c級
波動范圍±0.2%±5%+7%～-13%
1.3波動失真
產(chǎn)生電源電壓波形失真的主要原因是由于電網(wǎng)中非線性負載，特別是一些大功率的可控整流裝置的存在會對供電電源的電壓波形產(chǎn)生烴，還會使計算機的相對控制部分產(chǎn)生不利的影響;這種波形畸變，還會使計算機直流電源回路中的濾波電容上的電流明顯增大，電容器發(fā)熱;還由于鋸狀波形的出現(xiàn)，會使計算機的停電檢測電路誤認為停電，而發(fā)出停電處理信號，影響計算機的正常工作。衡量波形失真的技術(shù)指標是波形失真率，即用電設(shè)備輸入端交流電壓所有高次諧波之和與基波有效值之比的百分數(shù)。《規(guī)范》對波形失真率規(guī)定分為a、b、c三級
波形失真率等級表3
波形失真等級a級b級c級
失真率3-55-88-10
1.4瞬變浪涌和瞬變下跌
瞬變浪涌是指正弦波在工頻一周或幾周范圍內(nèi)，電源電壓正弦波幅值快速增加。瞬變浪涌一般用最大瞬變率表示。瞬變下跌，又稱凹口，它是指正弦波在工頻一周或幾周范圍內(nèi)，電源電壓正弦波幅值快速下降。瞬變下跌一般用最大瞬變下跌率表示。瞬變浪涌和瞬變下跌，瞬間內(nèi)電壓幅值快速增加或減小會對計算機系統(tǒng)形成干擾，導(dǎo)致其運算錯誤或者破壞存儲的數(shù)據(jù)和程序。目前，國內(nèi)未對瞬變大瞬變率：≤20%;恢復(fù)過程中降至15%以內(nèi)，為50ms;然后降至6%以內(nèi)，為0.5s。允許最大瞬變下跌率：≤30%;恢復(fù)到-20%以內(nèi)，為50ms;恢復(fù)到-13.3%以內(nèi)，為0.5s。
1.5瞬變脈沖
瞬變脈沖，又稱尖峰或者電壓閃變，是指在小于電網(wǎng)半個周期的時間內(nèi)電網(wǎng)理想正弦波上疊加的窄脈沖。引起瞬變脈沖的原因很多，一般主要由以下幾方面：
1.5.1內(nèi)部過電壓
即在電力系統(tǒng)的內(nèi)部，由于重負荷、感性負荷、補償電容的投入和切除，開關(guān)和保險裝置的操作以及短路故障的發(fā)生，都會使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，引起電力系統(tǒng)的內(nèi)部電磁能量的轉(zhuǎn)化和傳遞，在系統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓。據(jù)統(tǒng)計，在整個瞬變脈沖事故中因內(nèi)部過電壓造成的占有80%。
1.5.2雷電
在雷電中心1.5km～2km范圍內(nèi)都可能產(chǎn)生危險過電壓，損壞電路上的設(shè)備。當雷擊輸電線或雷閃電發(fā)生在線路附近時，通過直接或間接耦合方式雷閃放電形成暫態(tài)過電壓將以流動波形式沿線路傳播，危及設(shè)備安全。據(jù)統(tǒng)計，在整個瞬變脈沖事故中因雷擊產(chǎn)生過電壓造成的約占18%左右。
計算機和精密儀器設(shè)備的信號電壓很低，一般只有10v左右，所以對閃電脈沖過電壓極為敏感，極易受閃電脈沖過電壓的干擾和損壞。一般電氣設(shè)備允許的閃電脈沖電壓為6，000v，而計算機和精密儀器設(shè)備估計在幾十伏到幾百伏就會受到損壞。
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