智慧用电装置在施工现场临电管理中的应用

　　智慧用电装置在施工现场临电管理中的应用

　　目前在物联网技术飞速发展的助推下，智慧工地、智能建造、智慧城市发展很快。建筑施工工地具 有用电临时性强、用电设备种类繁多、用电位置不 固定且多在露天环境下作业、工人安全用电意识淡薄等特点，特别是随着施工企业承接任务体量增 大，施工现场临时用电存在的问题愈加突出，通过 引人工业智能化电气设备和物联网技术用于改善施工现场临时用电安全管理，为企业精细化管理提可视化用电数据，将是一种有益的尝试。

　　1.施工现场临时用电存在问题及原因分析

　　施工现场临时用电按照现行规范采用TN-S 接零保护系统以后，用电安全已明显改善，但由于施工现场临电使用点多面广、环境复杂多变、临时 性强，部分用电设备设施因施工需要经常进行移 位、相关电缆线路需重新拉设、用电设备线缆交叉 缠绕、漏电保护器发生越级跳闸及失灵等问题时有发生。

　　1.1 大体量、单体多的工程项目，临电线路发 生故障，隐患排查不易

　　对于大体量，单体多的群体工程，按照“一机、 一闸、一漏、一箱”的规范要求，现场必然配置大量的二级、三级配电箱及种类数量繁多的用电设备， 那么当某个用电设备发生漏电、短路或线缆发生破 皮漏电时，在二级箱比较分散的情况下，现场专职 电工按照传统方法，排查故障线路或故障设备并不是一件易事，效率较低。

　　1.2二级配电箱内未设置漏电保护器，二级 配电箱至三级配电箱之间的线路发生漏电时易引 发触电事故

　　按照《施工现场临时用电安全技术规范》(JGJ 46-2005)的规定，二级配电箱内可以不设置漏电保 护器，因而出于成本的考虑，很多项目确实未在二级配电箱内设置漏电保护器，那么若二级配电箱至 三级配电箱之间的线路发生漏电就很有可能造成 触电安全事故，此时总配电箱的漏电保护器很难起 到有效的保护，因总配电箱内设置的总路或分路漏电保护器出于分级分段保护的需要往往配置的是 非高灵敏度漏电保护器，其额定漏电动作电流往往 大于100 mA,所以往往总配电箱漏电保护器尚未 动作时触电事故就已经发生了。

　　1.3发生三级配电箱和一级配电箱的漏电保 护器同时跳闸或越级跳闸

　　漏电保护器越级跳闸原因主要有四种：

　　(1) 一级箱和三级箱的漏电保护器选型不合理。 这里指*小漏电动作电流、*大漏电分断时间的选型不合理，如果三级箱的漏电保护参数不小于总配 电箱的漏电保护参数，就会出现三级和一级同时跳 闸，或者三级不跳而一级跳闸的越级跳现象;

　　(2) 排除选型原因，若发生一次性漏电电流过 大，超过一级配电箱漏电保护器参数范围，就会出现三级配电箱和一级配电箱同时跳闸;

　　(3) 若三级箱中的漏电保护器失灵也可能造成 越级跳闸;

　　(4) 当一个以上的设备同时存在漏电问题时，漏 电电流迭加，就会出现三级配电箱和一级配电箱同 时跳闸，或者越级跳闸的情况。

　　从以上分析来看，若在二级配电箱内安装参数 匹配的漏电断路器并引人一些智慧用电装置并进行参数调整、功能整合后用于线路监控，对解决以 上问题大有帮助。至于如何配置该系统，使之符合 施工现场临时用电安全需求并解决现场实际问题， 这就需要对原有二级配电箱内设备和线路进行二次配置并经过现场调试和试验来确定和验证。

　　2.引入的智慧用电装置

　　(1)智慧安全用电监控装置是一种新型在线式电气安全防护装置，主要用于监控被保护配电回路 的漏电、线路温度、电流、电压、三相平衡度、相位角 等多项用电数据，主要用于电力监测、火灾报警等 领域(图1)。

　　(2) 自动重合闸开关(也称剩余动作电流断路

　　器)主要适用于供电、通讯、交通监控等工业领域， 具有漏电、短路、过流、过压、缺项等故障保护识别检测功能，当电路发生其中任意一种故障时，会自 动跳闸，故障解除之后会自动合闸供电，无需派人 去现场合闸(图2)。

　　(3) 温度传感器主要用于监测电气线路由于绝 缘层老化破损、空气潮湿、电气连接松动等原因造成的线路温度超限安全隐患(图3)。

　　(4) 智能电表除了具备传统电能表基本用电量 的计量功能以外，它还具有实时远程用电信息查询、免人工抄表、远程控制送断电、预付费管理等智 能化功能(图4)。

　　3.智能二级配电箱系统设计方案、试验及应用效果

　　3.1 设计原则和思路

　　引入智能化装置解决施工现场临电安全管理

　　存在的问题，设计原则是：

　　(1) 设计方案必须符合国家、行业现行规范要 求《建设工程施工现场供用电安全规范》(GB 50194-2014)和《施工现场临时用电安全技术规范》 (JGJ 46-2005);

　　(2) 设计方案能解决现场临电问题的同时体现 智能化功能;

　　(3) 合理控制成本。

　　出于对以上设计原则的考虑，确定以下设计 思路：

　　(1) 将这些智能安全用电装置设置于二级配电 箱内*为合适，因安装在一级配电箱内不利于对末端用电设备的及时有效监控，而安装在三级箱中势 必大幅增加成本投人;

　　(2) 智能安全用电装置和自动重合闸开关均具 备网络通讯端口，两者是否能通过RS485通讯端 口实现双向互通即：前者控制后者适时分、合闸，后 者在线路发生故障动作后能否及时将故障信号传输给前者以达到声光报警或远程报警的效果;

　　(3)　12自动重合闸开关(剩余电流断路器) 13三相智慧用电监控装罝 14漏电保护器

　　1.3　图5智能二级配电箱配置线路图

　　电流互感器11电流互感器 电流互感器

　　给现场二级配电箱内设置分路漏电断路器， 上端由自动重合闸开关进行控制，用自动重合闸开关代替原二级箱中的总空开，分路漏电断路器代替 原二级箱的分路空开。这样设置的原因主要是当某 一分路发生故障时，在二级箱内即可直接反映出 来，有利于提高线路排查的效率;

　　(4)　通过调整重合闸开关的相关参数值使二级 箱内任一回路或一个以上的回路发生漏电、缺相、漏电保护器失灵等故障时，三级箱漏电保护器、二 级箱对应的分路漏电保护器及重合闸开关联动，引 发智能安全用电装置报警。

　　3.2智能二级配电箱配置方案 根据以上设计思路，经过与智能设备厂商的沟 通，对现场二级配电箱进行了二次设计，形成配置线路图，保护零线仍按要求配置(图5),为保证新 二级配电箱能按照设计线路图进行标准和规范的 布线，我们特将智能化设备和设计线路图交由专业配电箱生产单位进行了专业配线和组装，*终组装 好的智能二级配电箱实物如图6。

　　3.3现场试验结果

　　对新配电箱分别进行了缺相、漏电及漏电保护 器失灵状态下的三种试验：

　　(1) 缺相保护试验：测试一级箱到二级箱A相 缺相及二级箱下口A相缺相保护试验，事先拆除 重合闸开关下A相线模拟主线供电缺项时，自动 重合闸分段保护成功，测试成功。

　　(2) 单路和双路同时漏电测试：分别测试一路 和两路用电设备在线路发生漏电时，二级箱内对应的分路漏电断路器、自动重合闸开关及三级箱对应 漏保是否能起到联动保护动作并报警。当二级箱内 自动重合闸开关漏电参数设置为40mA，0.1S,二级 箱和三级箱内漏电断路器的漏电参数设置为30 mA, 0.1 s时，发生一路或两路同时漏电时，该系统发生 联动跳闸并报警，测试成功。

　　漏电保护器失灵测试：测试一路连接切断 机的三级箱，其漏电保护器失灵情况下，智能二级箱是否能起到保护作用并触发报警。当二级箱内自 动重合闸开关漏电参数设置为40mA，0.1s,二级

　　(1) 箱和三级箱内漏电断路器的漏电参数设置为30 mA, 0.1 s时,该系统发生联动跳闸并报警，测试成功。

　　以上实测结果表明：该智能二级配电箱在解决 现场临时用电问题时能达到预期效果，除此之外，一些拓展功能在后续应用中也被发掘出来。

　　3.4 工程概况及智慧用电装置应用效果

　　湖畔名邸小区建筑面积10.4xl04m2，10个单体 工程，现处于后期装饰装修阶段，各分包班组较多， 临时用电需求和用电环境复杂多变，以此为例说明 该系统在工程项目临时用电管理中的应用效果。

　　3.4.1提高故障线路排查效率，实现远程控制 送、断电，操作方便、快捷、安全

　　(1) 通过应用智能二级箱系统，可实时监测回 路电压、电流、剩余电流、温度等信息，当线路温度超过预设安全值时可触发报警，预防电气火灾事故 发生;

　　(2) 当下端某一回路发生故障时，二级箱内相 应的分路漏保和自动重合闸开关联动跳闸，智能装置会第一时间发送报警信息给手机APP客户端， 报警信号以4G方式发送，具有传输距离长且不易 被干扰等优点，特别适合施工现场这样的复杂环境，而且该智能装置具备定位功能(图7),在手机 端可显示某个二级配电箱发生的故障，故障报警信 息也同时在手机APP后台存储可查(图8)，为管理 人员后期分析故障原因提供了依据，也为现场专职电工及时、准确、有效地传达故障信息，大大提高线

　　路排查效率。

　　(1) 此重合闸开关具备断电后30 s内自动合 闸一次的功能，也具备手机端远程控制其分、合闸 的功能。当一路跳闸，智能装置在第一时间给管理人员报警提示，管理人员可随时远程送电，从而不 影响其他正常分路的使用。管理人员若未及时处理 报警信息，本系统也会在30 s内自动进行一次合 闸，之后可由管理人员对跳闸的分路进行线路或设备故障分析和处理。在一些极端条件(比如：大暴雨 致现场严重积水时)即人工送电有触电危险的环境 下，可实现远程分、合闸等安全操作。

　　3.4.2改进和完善三级配电二级保护系统，进 一步提高现场临时用电安全

　　在智能二级配电箱内我们设计安装了通用型 分路漏电断路器，在现场实际应用中发现在二级箱内设置漏电保护器是对原三级配电二级保护临电 系统的有益补充和完善：

　　(1) 二级箱以上线路发生缺相时会对下端用电 设备造成损坏，对三级箱漏电保护器失灵或二级至三级箱之间的线路发生漏电能起到补充保护作用;

　　(2) 不论二级箱的分路漏电保护器还是三级箱 漏电保护器先跳闸，都可以起到漏电保护作用，同时能避免总配电箱跳闸，从而减小因总配电箱跳闸 导致塔吊等大型机械设备突然断电而发生危险的 几率。这里需要特别说明的是，塔吊等大型机械设 备一般均采用独立回路控制，建议在设备端安装电磁继电器加蓄电池供电的方式可有效解决因突然 断电而产生的危险。

　　3.4.3用于项目部办公区、工人生活区及施工 现场临电管理，可实现远程限供电，安全节能

　　使用智能化用电装置是项目部加强对生活区、 办公区用电管理的有效手段。可实现：

　　(1) 分时段控制电路通断功能(即通、断电时间 预设)。在工人上班时间对生活区宿舍进行远程断电，避免因工人疏忽大意未关闭电源致用电设备长 时间运行引发电气火灾，也能达到节能降耗的积极 作用;

　　(2) 通过预设各用电线路的线路温度阀值来控 制线路荷载温度，超过限值自动断电，预防火灾事故发生;

　　(3) 施工现场临电系统夜间断电可实现一键控 制，避免因下班时间个别工人擅自违规启用塔吊、施工升降机或其他用电设备。对于夜间大灯照明也

　　可实现定时送、断电，节能控制方便快捷。

　　3.4.4智能电表系统提供的能耗监测数据可 为企业精细化管理提供准确的用电数据。

　　我们将智能电表一并集成安装在智能二级箱 中，也可以直接安装在三级箱中，用于测量总路、分路乃至单个用电设备的每小时、每日、每周、每月的 用电数据，该用电数据通过智能电表通讯端口以4G 方式传输至云平台能源管理系统(图9),运用该系 统可对工地内各种用电设备、施工各阶段、各工序的 用电量进行统计分析，进而给管理部门对现场临时用电方面的成本分析提供更细致、更准确的数据。