2017年电气工程师《供配电》考试辅导

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2017年电气工程师《供配电》考试辅导

　　电气技术与智能建筑

　　智能建筑是计算机、通信、自动控制、传感、多媒体等一系列先进技术发展的结晶。综合性强，涉及专业的领域更广，本文通过实际案例的分析和处理充分验证了电气技术在智能建筑中的重要作用。智能建筑、电气技术、谐波、电磁干扰、等电位。

　　电气技术智能建筑

　　1、前言

　　智能建筑产业是随着产业的发展而诞生，且迅速发展起来的。现代建筑物的电气发展是经过电气化阶段、自动化阶段和当今的智能化阶段。智能建筑技术的发展非常迅速，它是由电子技术、通技术、网络技术、计算机技术、自动控制技术、传感技术及多媒体技术等一系列最先进技术飞速发展的结晶。特别是智能建筑系统工程，它作为弱电系统工程的延伸和发展，综合性强，涉及的专业领域更广，新的弱电系统不断加盟到智能建筑技术领域内。建筑物使用功能现代化的需求和相关技术的不断更新和进步，共同促进智能建筑弱电系统技术的快速发展。智能建筑弱电系统中的电子和微电设备较多，这些弱电系统的设备耐受电压较低，如电子设备耐受电压为5v，微电子设备耐受电压只有1.5v，这些设备过电压、过电流的能力差。系统设备在遭受雷害和电磁干扰时，必然会使系统中的设备、网络和布线将遭受感应过电压和电磁干扰的危害;各种高频、超高频的通信设施不断涌现，相互间的电磁辐射和电磁干扰日益严重，大量的运行和实践证明，电磁干扰和谐波对智能化设备和布线系统危害的案例和教训也应引起我们足够的重视，不可掉以轻心。智能建筑需要不同行业的专家共同参与，除了业主之外，设计师、自动化技术、技术、通信技术、人造智能技术及电气技术众多专家一起密切合作才能得以实现。“弱电较弱”正是指在智能建筑中，整体弱电系统工程是建筑电气工程中较薄弱环节，无论是技术力量、人员素质、设计与施工、智能化系统工程施工监理等相对较弱。这对我国的智能建筑的迅速发展是很不利的。

　　2、网络与布线

　　智能建筑的实质是诸多智能设备的网络化问题，它包括智能建筑弱电系统的集成。但由于火灾自动报警系统及消防联动是采用集散型控制方式，所以fas系统目前我国还是独立的控制系统，只是留有通信接口待今后与bas系统集成，而美国的fas系统是分散型控制方式可与bas系统集成。综合布线系统作为全新概念的布线系统，其优越性是传统的布线系统无法比拟的。主要体现在综合布线系统的开放性——向所有的通信协议开放，灵活性——设备的开通更改只需增加设备和跳线管理，可靠性——器件通过iso等组织认证，星形拓朴结构等一条线路故障不影响其它线路正常运行;先进性——采用最新通信标准的5类、超5类、6类双绞线或光纤，实时传输多路多媒体信号;经济适用性——将分散线缆综合到统一标准布线系统中。从网络架构上来分，网络可划分为局域网，控制网，广域网和城市网。世界公认的网络协议标准——tcp/ip协议，使得局域网和广域网实现了无缝连接。城市网是在局域网的基础上发展起来的一种新型的数据网，介于广域网与局域之间把多个局域网互相连起来，构成覆盖范围更大，支持高速传输和综合业务，成为适合城市范围使用的计算机网络。为了保证系统的开放性和可操作性，实现与网络的互联互融，尽管目前控制网络中多种总线标准同时存在，但由于以太网速度控制性价比高，我区一直在控制网络中推广应用tcp/ip协议的以太网。在众多的现场总线技术中推广profibus、interbus、lontalk、modbus及can等总线。由于这样的规定从而使我区的智能建筑还没出现瘫痪现象。

　　3、目前智能建筑存在的问题

　　《智能建筑》刊物2004年第5期“谈工业以太网及其在智能建筑领域的应用”一文中写到“事实上目前有60%的智能建筑是瘫痪的”，其原因一是在众多的总线标准中lonwork协议是非常完善的控制面层的总线协议，它有完善的七层协议，bacnet协议则是系统集成层面的协议标准，但没有在我国得到很好运用;二是多种现场总线并存，系统集成当然很困难;三是中国的物业管理技术水平相对较差，厂家在还能运行，一旦厂家支持不在时，系统很可能瘫痪”。针对目前智能建筑存在的问题谈一下个人的看法：

　　我国智能建筑缺少一整套完善的行之有效的可操作的设计、施工和验收标准。现有的智能建筑设计、施工验收标准有《民用建筑电气设计规范》jgt/t16-92。上海市工程建设规范《智能建筑设计标准》、《智能建筑评估标准》、新疆行业工程建设标准《智能建筑设计标准》xjj002-1999、国家标准《智能建筑设计标准》gb/t50314、新疆《综合布线施工验收标准》、《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》gb/t50311-2000、《建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范》gb/t50312-2000等。这些国家、行业、地方标准对智能建筑的设计、施工、验收起到一定的积极作用。但还缺少智能建筑的火灾自动报警系统及消防联动、安全防范、计算机房等施工验收标准和规范。现行的《智能建筑设计标准》针对不同类型的智能建筑的可操作性还有些欠缺。这给智能建筑弱电系统的设计带来了较多的难点。

　　智能建筑的设计应由具有智能化设计资质总承包单位的设计院来承担。再由集成商进行多次的深化设计并交设计总承包单位审查方可招标施工。这是因为设计院熟悉和掌握国家、行业、地方的设计标准，设计中始终遵循国家的方针政策，坚持技术先进成熟、经济合理、实用可靠;系统设计和设备选型符合标准，且要求具有开放性、灵活性、和可扩性，不是以追求高额利润和推销产品为目的。设计院掌握设计程序和全过程，与施工、监理、质量监督和业主沟通较容易，与各专业配合也密切。设计院能给集成商创造一个良好的建筑平台和环境，反之集成商并不了解智能建筑设计程序和全过程并与相关专业配合十分困难。集成商也不熟悉土建施工图绘制规定和表达方法。集成商由于自行设计、自行施工，施工图设计纸质量就较差，达不到施工图设计深度的要求。由于建设单位并不完全了解智能建筑的内涵，如系统众多、复杂、施工周期长、设备和线缆的性能等等。也不了解智能建筑弱电系统的重要性、综合性和技术难度大等特点。故目前建筑智能化系统大多数是单独招标、独立签约，中标后集成商自行采购、自行设计、自行施工、自行管理、自行约束，这种没有智能化资质的监理公司监理的智能建筑，将给今后的弱电系统的安装、调试、运行、维护管理带来无穷的后患。当前由土建监理公司代替有智能化资质的监理公司监理的现象还很普遍，它将会给智能化系统工程带来设计方案失控、采购产品失控、施工进度失控、工程质量失控等等弊端。

　　4、电气技术在智能建筑中的重要作用

　　智能建筑是在建筑平台上实现的，脱离了建筑这个平台，那么智能建筑也就无法实施。智能建筑中弱电系统的设备、缆线安全必须依靠电气技术如：电源技术、防雷与接地技术、防谐波技术、抗干扰技术、屏蔽技术、防静电技术、布线技术、等电位技术等众多的电气技术来支持方可奏效。下面从列举的几个案例中就能验证了电气技术在智能建筑中的重要作用。

　　智能建筑中的电源质量要求文章通过对影响电源质量，诸如电压波动、频率波动、瞬变浪涌等主要因素的分析，提出一些消除电源污染的方法，以保证在智能建筑中计算机和精密电子设备的正常运行。智能建筑瞬变浪涌电滋干扰瞬变脉冲随着国际潮流冲击和微电子科技的沸腾，加上通计算机及自动控制技术日新月异，使得建筑开始走向高品质、高功能领域，形成一种新的建筑形式――智能建筑。由于在智能建筑中运用了许多计算机和微电子设备，对其供电电源的质量提供了新的要求。因为电源品质的好坏，将直接影响智能建筑中设备的运行稳定性和可靠性，甚至导致重大人身、设备事故和造成巨大的经济损失。这种影响不仅来自供电电源的电压、频率及电流等基本要素是否满足用电设备的要求，而且也来自所提供的供电电源的电网质量。

　　由于电子计算机、微处理器以及其他电子仪器设备普遍存在着绝缘强度低、对供电电源的质量要求高、过电压耐受能力差的弱点，使得这些高灵敏的电子系统在运行时，经常出现程序运行错误、数据错误、时间错误、死机、无故重新启动甚至造成用电设备的永久性损坏，给人们日常生活造成巨大损失。为此，在智能建筑中，研究其供电电源质量，实施有效的防护措施，已是必然的趋势，而且受到世界各国普遍关注。

　　电源质量的技术指标

　　衡量电源质量的技术指标主要包括：电压波动、频率波动、谐波和三相不平衡等。众所周知，供电电源质量会受到多种因素的影响，如负荷的变化、大量非线性负载的使用、高次谐波的影响、功率因数补偿电容的投入和切断、雷电和人为故障、公共设施等都会影响电源的品质，从而降低供电电源的质量。

　　1.1电压波动

　　理想电源电压正弦波的波形是连续、光滑、没有畸变的，其幅值和频率是稳定的。当负荷发生变化时，负荷出现较大的增加时，特别是附近有大型设备处于启动时，使得供电电源正弦波的幅值受到影响，产生低电压。当供电电源电压波动超过允许范围时，就会使计算机和精密的电子设备运算出现错误，甚至会使计算机的停电检测电路误认为停电，而发生停电处理信号，影响计算机的正常工作。一般计算机允许电压波动范围为：ac380v、220v±5%。计算机在电压降低至额定电压的70%时，计算机就视为中断。为此，《电子计算机机房设计规范》gb50174-93对电压波动明确规定，将电压波动分为a、b、c三级。

　　电压波动等级表1

　　电压等级a级b级c级

　　波动范围±2%±5%+7%～-13%

　　1.2频率波动

　　供电电源频率波动主要由于电网超负荷运行而引起发电机转速的变化所致。而计算机的外部设备大多采用同步电动机，一般计算机频率允许波动范围为50hz±1%.当供电电源频率波动超过允许范围时，会使计算机存储的频率发生变化而产生错误，甚至会产生丢失等。《规范》对频率波动明确规定，将频率波动分为a、b、c三级。

　　频率波动等级表2

　　频率等级a级b级c级

　　波动范围±0.2%±5%+7%～-13%

　　1.3波动失真

　　产生电源电压波形失真的主要原因是由于电网中非线性负载，特别是一些大功率的可控整流装置的存在会对供电电源的电压波形产生烃，还会使计算机的相对控制部分产生不利的影响;这种波形畸变，还会使计算机直流电源回路中的滤波电容上的电流明显增大，电容器发热;还由于锯状波形的出现，会使计算机的停电检测电路误认为停电，而发出停电处理信号，影响计算机的正常工作。衡量波形失真的技术指标是波形失真率，即用电设备输入端交流电压所有高次谐波之和与基波有效值之比的百分数。《规范》对波形失真率规定分为a、b、c三级

　　波形失真率等级表3

　　波形失真等级a级b级c级

　　失真率3-55-88-10

　　1.4瞬变浪涌和瞬变下跌

　　瞬变浪涌是指正弦波在工频一周或几周范围内，电源电压正弦波幅值快速增加。瞬变浪涌一般用最大瞬变率表示。瞬变下跌，又称凹口，它是指正弦波在工频一周或几周范围内，电源电压正弦波幅值快速下降。瞬变下跌一般用最大瞬变下跌率表示。瞬变浪涌和瞬变下跌，瞬间内电压幅值快速增加或减小会对计算机系统形成干扰，导致其运算错误或者破坏存储的数据和程序。目前，国内未对瞬变大瞬变率：≤20%;恢复过程中降至15%以内，为50ms;然后降至6%以内，为0.5s。允许最大瞬变下跌率：≤30%;恢复到-20%以内，为50ms;恢复到-13.3%以内，为0.5s。

　　1.5瞬变脉冲

　　瞬变脉冲，又称尖峰或者电压闪变，是指在小于电网半个周期的时间内电网理想正弦波上叠加的窄脉冲。引起瞬变脉冲的原因很多，一般主要由以下几方面：

　　1.5.1内部过电压

　　即在电力系统的内部，由于重负荷、感性负荷、补偿电容的投入和切除，开关和保险装置的操作以及短路故障的发生，都会使系统参数发生变化，引起电力系统的内部电磁能量的转化和传递，在系统中出现过电压。据统计，在整个瞬变脉冲事故中因内部过电压造成的占有80%。

　　1.5.2雷电

　　在雷电中心1.5km～2km范围内都可能产生危险过电压，损坏电路上的设备。当雷击输电线或雷闪电发生在线路附近时，通过直接或间接耦合方式雷闪放电形成暂态过电压将以流动波形式沿线路传播，危及设备安全。据统计，在整个瞬变脉冲事故中因雷击产生过电压造成的约占18%左右。

　　计算机和精密仪器设备的信号电压很低，一般只有10v左右，所以对闪电脉冲过电压极为敏感，极易受闪电脉冲过电压的干扰和损坏。一般电气设备允许的闪电脉冲电压为6，000v，而计算机和精密仪器设备估计在几十伏到几百伏就会受到损坏。

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