備用電源供電方案選擇
根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定,民用建筑的常用供電方案有下面幾種:
1) 對于一級(jí)負(fù)荷,電網(wǎng)能夠提供兩路電源,同時(shí)保證這兩路電源不會(huì)由于一路電源發(fā)生故障不能供電時(shí),影響到另一路電源不能供電,在舊規(guī)范里稱之為兩路獨(dú)立電源。這兩路電源可以一路主要供電,另一路作為備用;也可以各自供部分負(fù)荷用電,同時(shí)互為備用。在沒有特別重要的一級(jí)負(fù)荷時(shí),可不設(shè)發(fā)電機(jī)組等應(yīng)急電源[1] 。
2)對于一級(jí)負(fù)荷,能夠有兩路電網(wǎng)電源供電,但不能保證這兩路電源不會(huì)由于一路電源發(fā)生故障不能供電時(shí),影響到另一路電源,這兩路電源可以一路主要供電,另一路作為備用;也可以各自供部分負(fù)荷用電,同時(shí)互為備用。由于電源滿足不了負(fù)荷的供電需求,需要設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組或EPS等電源設(shè)備作為備用電源和消防應(yīng)急電源。
3)對于一級(jí)負(fù)荷,只能有一路電網(wǎng)電源供電,外電滿足不了負(fù)荷的供電需求,必須設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)等電源設(shè)備作為備用電源和消防應(yīng)急電源。
4)對于二級(jí)負(fù)荷,能夠有兩路電網(wǎng)電源供電,必須保證一路電源發(fā)生故障,另一路電源不受到損壞,這兩路電源可以一路主要供電,另一路作為備用;也可以各自供部分負(fù)荷用電,同時(shí)互為備用,可以不設(shè)發(fā)電機(jī)組等備用和應(yīng)急電源。
5)對于二級(jí)負(fù)荷,當(dāng)只有一路電網(wǎng)電源供電時(shí),外電滿足不了負(fù)荷的供電需求,也必須設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)等電源設(shè)備作為備用電源和消防應(yīng)急電源。
6)對于二級(jí)負(fù)荷,在負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難時(shí),也可僅由一路電網(wǎng)電源供電而不設(shè)發(fā)電機(jī)組等應(yīng)急電源。但這路電源必須滿足以下條件之一:a.架空線路為6kV及以上的專用線路;b.埋地敷設(shè)的線路須由兩根電纜組成,電纜截面適當(dāng)加大,保證線路的每根電纜能夠承受99%的二級(jí)負(fù)荷。7)當(dāng)僅有三級(jí)負(fù)荷時(shí),由一路電網(wǎng)電源供電。對第2種~第6種供電方案,應(yīng)急照明需設(shè)蓄電池組或者燈具自帶蓄電池,以滿足應(yīng)急照明的需要或電源轉(zhuǎn)換時(shí)間不大于5s的要求。
備用電源備用電源選擇
在一般民用建筑中,用電負(fù)荷按重要性可劃分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)負(fù)荷;按使用功能劃分可分為:1)維持正常工作和生活的用電;2)保障舒適性的用電;3)保證建筑及人員安全的用電三種。有些負(fù)荷雖然負(fù)荷等級(jí)相同,但因?yàn)楣δ懿煌?,供電考慮角度也不盡相同。
第1)類用電包括:住宅、寫字樓和商業(yè)一般的工作和生活照明用電、生活水泵、北方冬天的供暖用電、非消防使用的普通電梯用電等,一旦不能供電,會(huì)影響到居民的生活、商場的營業(yè)和辦公室的正常工作,給人們帶來不便。
第2)類用電包括:住宅和辦公室的空調(diào)、娛樂活動(dòng)用電,普通場所的通風(fēng)用電等,如果不能供電,會(huì)在一定程度上使人感到不舒服。
第3)類用電包括:各種場所在火災(zāi)時(shí)使用的排煙風(fēng)機(jī)、樓梯加壓風(fēng)機(jī)、消防電梯、消防水泵及人員疏散照明的用電等,如果不能保證供電,會(huì)形成極大安全隱患,甚至直接引發(fā)事故,威脅到建筑和人員的安全。
在以上3種負(fù)荷中,第3)類負(fù)荷關(guān)系到建筑及人員安全,必須要保證用電;在電網(wǎng)電源不能滿足需要時(shí),必須設(shè)置應(yīng)急電源。
第1)類負(fù)荷中維持正常生活的生活水泵、北方冬天的供暖用電、非消防使用的普通電梯用電等供電重要性與消防用電相同,應(yīng)該保證用電;在電網(wǎng)電源不能滿足需要時(shí),需要設(shè)置備用電源。
第1)類負(fù)荷的一般工作和照明用電及第2)類負(fù)荷可以選擇性的供給備用電源。
在很多時(shí)候,電網(wǎng)電源并不能滿足建筑用電要求,這時(shí)就需要設(shè)置內(nèi)部電源作為備用和應(yīng)急電源。人們首先考慮到的是使用柴油發(fā)電機(jī)組。
柴油機(jī)的作用和使用范圍決定了柴油發(fā)電機(jī)組的容量。在多數(shù)情況下,發(fā)電機(jī)組兼做應(yīng)急電源和備用電源,其容量需考慮滿足不同的需要。兼做應(yīng)急電源和備用電源的發(fā)電機(jī)的容量,其額定輸出容量應(yīng)大于維持正常生活用電負(fù)荷所需容量,其應(yīng)急輸出容量應(yīng)大于消防等應(yīng)急負(fù)荷所需容量,選擇發(fā)電機(jī)時(shí)應(yīng)特別注意:1)柴油發(fā)電機(jī)組的額定輸出容量與應(yīng)急輸出容量并不相同,前者比后者大10%左右;2)發(fā)電機(jī)所帶負(fù)荷的總?cè)萘繎?yīng)小于其標(biāo)稱值,同時(shí)考慮滿足不同負(fù)荷所需的富裕量。
在現(xiàn)代建筑中,因?yàn)槟承┙ㄖ闹匾院芨?,很多建筑中大量的使用了?jì)算機(jī)設(shè)備,很多場合對供電的連續(xù)性要求很高。比如:機(jī)場、鐵路、銀行、醫(yī)院、重要辦公建筑、重要會(huì)議中心等重要場所和一般建筑的消防和保安系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)房等等。這類場合不但要求提供足夠的備用電源,對電能的轉(zhuǎn)換時(shí)間也有較高要求。對這類場所,除了提供必要的備用電源外,還應(yīng)根據(jù)設(shè)備對電能轉(zhuǎn)換時(shí)間的要求設(shè)置由蓄電池儲(chǔ)能的UPS不間斷電源系統(tǒng),不間斷電源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換時(shí)間須滿足設(shè)備容許最小斷電時(shí)間的要求,對時(shí)間要求的場所,可以以浮充電的方式供電。
柴油發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)非常明顯,只要柴油能夠保證供給,就可以長期供應(yīng)可靠電能,在野外作業(yè)、救災(zāi)等場合及在電網(wǎng)供電不能保證的地區(qū),這一優(yōu)點(diǎn)尤為重要。在很多情況下柴油發(fā)電機(jī)供電的可靠程度遠(yuǎn)高于電網(wǎng)電源。
但柴油發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)一樣明顯:1)發(fā)電機(jī)運(yùn)行需要充足氧氣,燃油產(chǎn)生的煙氣嚴(yán)重污染空氣,在建筑中設(shè)置發(fā)電機(jī),需要考慮進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)、排煙通道和除煙設(shè)備,在環(huán)保意識(shí)較強(qiáng)地區(qū)還要求排煙出口必須在建筑群下風(fēng)向的處,給建筑設(shè)計(jì)帶來一定麻煩;2)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲和振動(dòng)污染環(huán)境,發(fā)電機(jī)房周圍房間使用受到限制;3)發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間較長不能滿足部分設(shè)備的電源轉(zhuǎn)換時(shí)間的需要等。
于是EPS應(yīng)急電源系統(tǒng)這種全新的產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生,與發(fā)動(dòng)機(jī)相比這種產(chǎn)品具有無污染、低噪聲、轉(zhuǎn)換快的優(yōu)點(diǎn),在很多場合可以代替柴油發(fā)電機(jī)用于工程中。
備用電源應(yīng)急電源分析
蓄電池作為供電能源的應(yīng)急電源EPS與UPS的構(gòu)成基本相同,主要組成均為充電器、逆變器、電池組、控制器等;EPS主要作為應(yīng)急照明電源和設(shè)備應(yīng)急電源使用;UPS作為給不容許斷電的特殊設(shè)備保障電源使用[2] 。
需注意不同類別應(yīng)急電源應(yīng)針對不同負(fù)載選擇使用,不應(yīng)混用。
蓄電池應(yīng)急電源優(yōu)點(diǎn)是:不污染環(huán)境,電源轉(zhuǎn)換時(shí)間短,尤其是UPS的轉(zhuǎn)換時(shí)間以ms記,可以認(rèn)為是瞬間轉(zhuǎn)換。缺點(diǎn)是:電能容量受限制,充電時(shí)間長,不能長時(shí)間使用。
備用電源配電方案
在實(shí)際工程中,供電方案各自不同,每種供電方案又有不同配電方案可供選擇:
方案一:對由兩路高壓電源供電,不設(shè)發(fā)電機(jī)組等應(yīng)急電源的一、二類負(fù)荷的供電方案:變壓器成組設(shè)置,每一組變壓器數(shù)量不宜過多,分別由不同的高壓線路供電,每一重要負(fù)荷的兩路線路分別引自由不同高壓線路供電的變壓器。
方案二:對由一路高壓電源供電,設(shè)置發(fā)電機(jī)組等應(yīng)急電源的一、二級(jí)負(fù)荷的供電方案:每一重要負(fù)荷的兩路線路,一路引自變壓器,一路引自發(fā)電機(jī)。
方案三:對由兩路高壓電源供電,設(shè)置發(fā)電機(jī)組等應(yīng)急電源的一、二級(jí)負(fù)荷的供電方案:可以同方案二一樣,每一重要負(fù)荷的兩路線路,一路引自變壓器,一路引自發(fā)電機(jī)。
方案四:對由兩路高壓電源供電,設(shè)置發(fā)電機(jī)組等應(yīng)急電源的一、二級(jí)負(fù)荷的供電方案,也可以采用這種方案:變壓器成組設(shè)置,每一組有一臺(tái)變壓器(暫稱為可備用變壓器)低壓側(cè)與柴油發(fā)電機(jī)采用自投自復(fù)式雙電源切換開關(guān)連接,切換開關(guān)后形成一段單獨(dú)的母線段,本變壓器組所有重要負(fù)荷的應(yīng)急或備用電源均由該段母線段引出,需注意的是可備用變壓器的供電能力不應(yīng)小于發(fā)電機(jī)的供電能力。本人在設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用方案四,曾經(jīng)將一個(gè)工程中六臺(tái)變壓器設(shè)為一組。
方案四比方案三有明顯的優(yōu)點(diǎn):其一,方案三每一臺(tái)帶有重要負(fù)荷的變壓器因故不能供電,發(fā)電機(jī)均需啟動(dòng),方案四只有可備用變壓器不能供電,發(fā)電機(jī)才會(huì)啟動(dòng),柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)條件簡化,發(fā)電機(jī)啟動(dòng)次數(shù)減少;其二,如果能將帶有重要負(fù)荷的變壓器與可備用變壓器由不同高壓電源供電的話,重要負(fù)荷將會(huì)有兩路電網(wǎng)電源和發(fā)電機(jī)電源三重保障,供電可靠性達(dá)到;第三,當(dāng)采用重要負(fù)荷雙電源監(jiān)控系統(tǒng)時(shí),只有正常情況下兩路電源均帶電才能有效監(jiān)控,這一條件方案三是做不到的。
對僅有一路高壓電源供電,不設(shè)發(fā)電機(jī)組等應(yīng)急電源的供電方案,二級(jí)重要負(fù)荷的兩路電源應(yīng)盡可能引自不同變壓器。
在實(shí)際工程中,一般會(huì)選用柴油發(fā)電機(jī)作為備用(應(yīng)急)電源,選用UPS作為計(jì)算機(jī)類負(fù)載的保障電源,配備一定數(shù)量的由EPS供電或自帶電池的應(yīng)急燈具。
EPS為設(shè)計(jì)人員帶來了新的選擇,有些設(shè)計(jì)人員將EPS用作備用電源,這樣做雖然有很大的好處,但其自身的局限性又使在使用中受到限制。
對有兩路電源供電的一、二類建筑,電源等級(jí)比較高,EPS作為備用電源實(shí)際上只是作為應(yīng)急電源或消防應(yīng)急電源使用。一般工程中的消防設(shè)備要求的供電時(shí)間不太長,最長(火災(zāi)時(shí)需保證照明的房間)的不超過3h,這種情況使用EPS自然是上佳選擇;但如果是只有一路電源供電的一、二類建筑,備用(應(yīng)急)在多數(shù)情況下是在作為電梯、生活水泵、污水泵等非消防負(fù)荷的備用電源使用,主電源的故障時(shí)間難以確定,備用電源使用時(shí)間不可預(yù)計(jì),EPS作為備用(應(yīng)急)電源不能滿足需要。即使增加電池?cái)?shù)量,仍然只能在有間供電,仍無法滿足備用電源的需要。