中国市政工程西北设计研究院有限公司 甘肃 兰州 730000
摘要：众所周知，地震是一种危害较大的自然灾害，当较高级别的地震发生时会产生灾难性的后果，严重威胁人们的生命安全造成巨大的财产损失，所以及时预防提高抗震的意识以及采取一定的抗震措施，才能有效减少地震灾害带来的影响。保证在地震设防烈度范围内发生地震时，电气设备不致发生破坏性损坏，从而有效的保障正常的生活、生产用电和抗震救灾的需求。
关键词：电气设备；抗震支吊架；抗震设计
Analysis of Seismic Design of Electric Equipment in Municipal Engineering
Liangdonghui
Northwest Design Research Institute of China Municipal Engineering Co., Ltd..Gansu Lanzhou 730000
Abstract: it is well known that earthquakes are a kind of natural disasters that are more harmful. When earthquakes occur at a higher level, they will have catastrophic consequences and seriously threaten people's lives and cause huge property losses. Therefore, timely prevention to raise awareness of earthquake resistance and take certain measures to reduce the impact of earthquake disaster. To ensure that in the earthquake fortification within the scope of the earthquake, the electrical equipment does not have destructive damage, so as to effectively protect normal living, production of electricity and earthquake relief needs.
Key words: electrical equipment; Earthquake support hanger; Seismic design
引言
随着近几年建筑抗震类规范的不断更新及标准的提高，人们从之前的抗震主要是救灾，慢慢发展到现在抗震应主要以防灾为主的观念转变。依据GB50981-2014《工业企业电气设备抗震设计规范》第1.0.4条规定设计基本地震加速度为0.05g（即抗震设防烈度6度）及以上地区的电气设备，必须进行抗震设计（此为强条）。原GB18306-2001《中国地震动参数区划图》经过2015年的重新修订，将全国范围内一般建筑工程的抗震设防要求所对应的地震烈度均划分于6度及以上了，这就意味着我们现阶段的工程设计，对国内任一地区的工程项目均应进行抗震设计。依据原GB50413-2007《城市抗震防灾规划标准》的规定对于市政工程项目供配电系统中的重要生产厂房、变配电室及控制室、综合办公楼等重要建、构筑物均应进行抗震性能评价。结合当前我国电气设备的实际发展情况来看，在经过汶川、九寨沟等大地震之后，很多电气设备在地震发生时受损严重影响较大，地震时电气设备能否正常工作已经引起人们的关注，抗震规范以及全国各地对电气设备的抗震设计提出了相关要求，但是相关企业在生产电气设备的过程中往往因为设计不规范、要求不明确等原因导致电气设备的抗震性能达不到预期效果。基于此，在社会高速发展的当下，我们设计工作者在进行建筑电气抗震设计时，更应该高度重视建筑电气抗震的安全设计，本着尊重生命的高度严格执行并落实建筑电气抗震设计。
1.电气屏、柜、箱类设备以及元件抗震设计
电气屏、柜包含内容较为丰富，它的作用也十分重要，直接参与了控制、供电等工作。我们的日常工程设计大多属于供电系统中的终端供电，在发生地震灾害的情况下，相较上级变电站等设施可能导致的大面积的地区受影响，我们所受到的影响范围相对较小，但是考虑到市政工程在人们生活中的重要性，也应提前做好建筑电气抗震设计。供配电系统在市政工程中的重要性同样不言而喻，它的失效或破坏会造成严重的事故和难以估量的经济损失。在地震情况下，电气设备及元器件的故障、损坏可能会导致供配电系统无法正常运行，不仅直接对生活生产产生影响，还可能引发次生灾害。
（1）高、低压开关柜应采用焊接或螺栓连接的固定方式，安装的螺栓或焊接强度应满足抗震要求，将配电柜固定安装的做法是最经济有效的提高电气设备抗震能力的措施。通长情况下，焊接固定比螺栓固定更简单牢固，所有的焊接工艺应符合美国焊接协会《钢结构焊接规范》（ANSI/AWSD1.1）等规定[1]，当地震区的地震烈度高于8度以上时，应把各排高、低压配电柜在重心位置以上进行连接形成整体，增强其抗震的稳定性。在市政工程设计的厂区配电室内，通长为了方便布线，配电柜后都设有电缆沟，高、低压配电柜的布置以非靠墙落地安装为主，应将配电柜焊接在基础型钢上，详细的安装方法参考国标图集04D702-1。
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a.固定式高压开关柜上的隔离开关应设有定位锁住机构；
b.低压抽屉柜的抽出单元处于工作位置时，应设有机械锁住机构；
c.低压抽屉柜的二次电缆插头应设有防松动的措施；
d.高、低压开关柜中把较重的框架开关均安装在设备较低的位置，并用规定的力矩和垫圈紧固；
e.高、低压开关柜和控制保护屏上的继电器和仪表应采用螺栓或安装夹具固定；
f.控制保护屏及其他柜屏中的电路插件应设有防止松动的锁住机构；
g.暗装的照明、动力配电箱应采用金属膨胀螺栓与墙壁进行可靠连接；高、低压配电柜，照明、动力配电箱内的元器件之间应采用软连接，连接处做好防震处理；
h.避雷器、断路器等电瓷类设备应采用抗震性能较高的产品，导体引线长度应满足抗震设防烈度下的地震位移要求[3]。
（2）蓄电池宜选用干式蓄电池，并应设有防止位移和倾倒的措施，蓄电池宜安装在抗震金属支架上，支架应与地面、墙或基础固定，蓄电池生产厂家应配套提供抗震金属支架，编写的设备采购招标文件中，应明确设备的金属抗震支架的抗震性能及参数要求。宜采用软导线或电缆对蓄电池组进行连接，采用电缆作为端电池的引出线。直流屏、不间断供电设备（UPS）内装设的蓄电池盒应设有防止滑出脱落的措施。
2.电力变压器的抗震设计
电力变压器作为市政工程供配电系统中重要的设备之一，其基本设置在独立的变压器室或变配电室内，宜选用干式变压器。变压器及其部件由于在地震时可能会受到不同程度的损伤，导致变压器无法正常运行，所以应该通过对变压器及其部件进行抗震计算分析，合理的抗震设计。在GB50981-2014《工业企业电气设备抗震设计规范》中有明确的要求和计算方法。
在发生地震灾害时，地震波的卓越频率0.5赫兹到10赫兹之间，因此对于变压器工作时的自振频率而言[4]，极易产生共振现象，导致变压器发生位移、倾倒，使内部线圈短路、烧毁。因此，变压器的相关制造单位在生产变压器的过程中，不仅要满足地震烈度要求，还应考虑在电气设备的底座与设备基础之间，装设减震阻尼装置，以改变电气设备本体的自振频率，使其自振频率避开安装场地的地震波频率，避免或减少共振，同时增大阻尼以降低结构的地震反应。通常用槽钢等型材和螺栓连接的钢结构对干式变压器进行支撑，为了防止地震时发生位移甚至倾倒，应对安装好的变压器焊接牢固，对其内部线圈牢固固定，并且可适当加宽变压器的支撑面，加设限位器以增强变压器的抗震能力，对连接变压器的柔性导体也应预留足够的位移空间。
3.抗震支吊架的设计及实际应用
根据GB50981-2014《建筑机电工程抗震设计规范》规定重力大于等于150N/m的电缆桥架、母线槽等以及内径大于等于60mm的电气配管均应进行抗震设防。对于重力小于等于1.8kN的设备或吊杆长度小于等于300mm的吊杆悬挂管道，可不进行设防。
电气桥架、槽盒在进行抗震设防时主要采用设置抗震支吊架。根据GB50054-2011《低压配电设计规范》要求，考虑到桥架距顶的距离不应小于0.3m，加上桥架本身的高度，所以在电气专业的吊杆悬挂的桥架、槽盒都要进行抗震设防。查表所得电缆穿管SC65的内径为68.1mm，SC50的内径为52.7mm，所以SC65及以上的套管均需进行抗震设防。在市政工程设计中常选用的密集型母线槽，重量普遍超过15.3kg/m，所以也需进行抗震设防[6]。设计中特别需要注意在每段水平的桥架两端应设置侧向抗震支吊架，且每段水平桥架应至少设置一个纵向抗震支吊架，桥架穿越防火分区部位附近应设置抗震支架。抗震支吊架的形式选择和布置间距应经过计算得出，参见GB50981-2014《建筑机电工程抗震设计规范》8.2节中对抗震支吊架的计算分析。近几年随着BIM技术在我们设计行业的广泛应用，在实际设计中可借助BIM的应用对抗震支吊架进行深化设计，检验原设计中的不合理之处。抗震支吊架相较普通支吊架占用空间大，根据一些实际的现场情况，可采用抗震支吊架和普通支吊架相结合的安装方式，在设计时如不考虑好抗震支吊架的安装条件，在实际安装的时候会造成无检修空间，甚至无法正常安装，导致返工等问题，造成经济损失，因此在抗震支吊架的设计中引用BIM能更好的优化我们的设计。
4.电气设备隔震和减震设计的必要性
通过隔震、减震等方法，能够提升电气设备自身的抗震能力，减小地震对电气设备的损伤，起到“以柔克刚，隔震降耗”的作用。对电气设备进行减隔震设计的原理是借助于减隔震装置改变电气设备的固有频率，使得设备自身频率与地震波的卓尔频率错开。当地震发生时，安装了减隔震装置的电气设备上部结构仍可正常工作
5.抗震设计在实际设计工作中的配合与要求
在设计工作过程中，电气专业应主动配合建筑、结构专业了解建筑物内是否设置有抗震缝、伸缩缝及其结构的薄弱部位，合理确定变配电室位置及电缆敷设方式，向结构专业提供电气专业实施抗震措施所必须的电气设备相关资料，包括设备位置、数量、重量、安装尺寸等具体要求及资料（包含电气设备供应商提供的设备安装相关参数资料），针对抗震设计，应由结构专业牵头，各专业紧密配合，以便将建筑电气抗震设计落到实处。在设计过程中还存在一些问题，部分现行的设计规范条文存在不一致甚至相互矛盾的地方，部分各专业规范对同一问题，存在规定深度及要求不同的情况。抗震设计中碰到类似情况建议：以地方标准高于行业标准，行业标准高于国家标准为依据，不同专业之间出现分歧时，应以结构专业为准[7]。
结语
经过近几年地震灾害导致电气设备损坏的情况，从而导致严重后果，对电气设备开展抗震设计工作越来越重要，除应遵循抗震规范对电气设备的抗震要求外，对电气设备出厂时的抗震性能参数及选型也至关重要，目前我国抗震型电气设备尚不完善，在众多电气设备中，抗震性能参差不齐，因此相关电气生产厂家在对电气设备进行制造时，应该严格要求对设备开展抗震性能的实验工作，对于电力设备等重要设施应该对其每个部件的抗震性能引起重视，避免在地震灾害中发生损坏，为确保人民群众日常生活正常进行打下基础。
参考文献
[1]官贞珍, 朱全军, 樊习英等. 中美欧电气设备抗震设计规范研究[J]. 地震工程与工程振动, 2018(3):184-193.
[2]工业企业电气设备抗震设计规范[S]. GB 50556-2010.中国石化工程建设公司，2010.
[3]建筑机电工程抗震设计规范[S]. GB 50981-2014.中国建筑设计院有限公司，2014.
[4]辛军，朱全军，樊习英，王昊，董新峰，任建兴. 基于性能的电气设备抗震设计方法研究[J].电气工程,2017,5(1):52-59.
[5]韦强, 蒋金梁. 建筑电气抗震设计探讨[J]. 现代建筑电气, 2017, 8(04):4-6.
[6]黄剑雄. 建筑电气抗震支吊架设计[J]. 福建建设科技,2018(2)
[7]戴德慈.建筑电气抗震设计研究[J].建筑电气，2018(10).
论文作者:梁东辉
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/2
标签：电气设备论文; 吊架论文; 变压器论文; 建筑电气论文; 设计规范论文; 设备论文; 螺栓论文; 《防护工程》2019年12期论文;