工厂电气设计与施工注意问题

　　摘   要：　工厂供电指工厂所需电能的供应和分配。随着社会进步, 工厂的“工业4.0”的实现大大提高生产效率和产量, 降低运营成本, 减轻工人的劳动强度, 逐步实现生产过程自动化。因而对工厂供电的安全、稳定、智能化提出更高的要求。

　　关键词：　工厂; 电气设计; 智能化; 施工;
 

　　1、 工厂电气设计

　　1.1、 设计要求

　　工厂供电保证工厂生产和生活用电的需要, 供电设计必须满足以下基本要求: (1) 遵守国家规程、执行政策; (2) 安全可靠; (3) 降低成本, 优质经济; (4) 近期为主、考虑发展。

　　1.2、 设计内容及步骤

　　随着工厂“4.0工业智能化”的推广, 对厂区电能提出了更高的要求, 因而作为厂区供电设计者必须全面了解国家供电标准及规范、强电动力系统、弱电系统、网络控制系统和消防系统等规范和相关知识。本论文主要针对强电动力系统进行阐述。近年来, 我先后参与设计了5个新建厂区的供配电设计, 对厂区生产工艺、负荷布局、负荷数量和性质, 供电安全可靠型, 经济的分配电能和智能控制方面有一定的总结和归纳, 整理如下:厂区强电动力系统主要分为:外线高压设计、配电站设计、厂区配电系统设计和防雷接地设计四个部分。

　　每个项目的工厂电气设计, 会从以下方面进行设计: (1) 对所设计的厂区进行全面了解, 主要对用电性质和用电负荷, 掌握相关的设备和设施的用电参数。 (2) 负荷计算。计算厂区各用电设施的负荷, 统计各车间和厂区的负荷, 结合车间功率损耗和线路损耗, 求出全厂区变电所高、低压侧计算负荷及总功率因数。 (3) 工厂供、配电系统短路电流计算。根据不同运行方式下的短路参数, 求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流, 保障用电安全 (此项最容易忽视的环节) 。 (4) 厂区总配电室选址和变压器选型设计。根据当地供电局批复的高压电源进线方向, 综合考虑总配电室的有关因素, 计算厂区负荷、短路电流以及扩建和备用的需要, 确定变压器型号和高、低接线方式。配电室选址建议工厂采用中心敷设方式, 可有效的减少电缆压降和能耗损失, 降低施工成本。 (5) 厂区配电室变压器的台数及容量选择。根据厂区工艺要求, 结合高、低压出线回路数、线路负荷和短路电流, 确定变压器型号和台数。 (6) 厂区高压配电系统设计。根据厂区负荷分布情况, 计算出导线截面及电压损失, 基建投资, 年运行费用, 有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值, 确定线路敷设方式和电缆选型, 设计要求安全可靠、灵活经济, 敷设维修方便。 (7) 设计功率因数装置。按负荷计算求出配电室的功率因数, 计算达到供电局要求数值0.95所需补偿的无功功率, 选用合适的补偿电容器的规格和数量及LC放电装置, 一般按照低压总功率数的30%~40%进行补偿, 我公司选用诺基亚电容器进行补偿, 6年内保证无质量问题。如厂内设备产生有大型谐波, 还要考虑串联调谐电抗器。例如铸锻分厂的电炉。 (8) 继电保护及二次线路保护设计。随科技发展, 厂区中央控制站可对全厂的智能用电设备、摄像头、配电室后台数据等进行监控和操作, 因此需要在配电室设备和大型智能设备上设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置, 并对配电室设备和大型智能设备保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表, 控制和信号装置, 操作电源和控制电缆组成的配电室二次接线系统。 (9) 用电设备的选型和招标。根据上述统计的各设备和其供电回路的短路电流和负荷额定值, 选择变电所高、低压侧电器设备, 如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜、桥架、照明等设备。本着“安全规范、降本增效、便于施工维修”的原则, 满足现场施工及生产需求。

　　1.3、 如何计算设备负荷

　　在配电设计中, 尖峰电流指单台或多台用电设备运行中的最大负荷电流。平均负荷为用电设备所消耗的电能与所用时间之比。计算常选用平均负荷作为计算依据。负荷计算方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。本设计采用需要系数法, 主要计算公式有:

　　2、 电气施工过程及需注意问题

　　建筑电气的施工过程包括外线工程、厂区电力配电线路和设备安装、建筑防雷与接地装置安装三个方面。

　　2.1、 外线工程

　　外线工程主要包含供电局变电站到厂区配电室的线路和厂区内外线部分。外线工程必须满足国家施工规范要求, 要求敷设有铠甲防护的电缆, 电缆相间绝缘和对地绝缘良好, 如有断点需增加检修观察井, 电缆敷设要求严格按照规范铺砂盖砖, 深度一定要在0.8米以下, 杜绝野蛮施工, 强拉猛拽, 损伤电缆, 每次电缆施工后必须经过耐压试验方可使用。外线工程包含路边环网柜/高分箱, 一般由当地供电局进行施工。

　　2.2、 厂区电力配电设备安装和输配电线路施工

　　厂区用电设备和配电室内的高低压用电设备均要求考虑到设备用电性质和负荷情况, 合理选型, 要求安全牢固, 接地可靠, 经济环保, 实用美观、便于维修保养等特点, 所有用电设备和线路均要求接地牢固, 避免误触电事故的发生。消防、控制网络应满足国家标准, 满足“近期为主、考虑发展”要求, 便于消防验收和工业4.0办公自动化的实施。配电柜/箱要求外观漂亮、内部元器件布局合理、零地排分开、配电柜要求经过酸洗磷化处理后镀锌制成、内部要求铜排连接、元器件选型合理和每面柜子均要求能进行远程采集监控电压、电流、电度数、功率因数等参数、每面电柜均要求上端有明显的维修断电的要求。配电室内高低压设备和车间配电设施我均设计配备一个R485网络接口, 便于在厂区中央监控室进行远程监控和操作, 因为各家的通讯协议不一样, 所以一个厂区只能选一家通讯监控模块产品, 我公司一直采用“南自电控”的优秀产品。配电室内变压器选型因考虑到我公司负荷性质和负荷情况, 我公司一直采用Ynd11-S11型的带油枕的油浸式变压器, 此款变压器具有短时间过负荷的能力, 并且温升幅度较低。输配电线路施工中电缆线应满足设备和环境使用要求, 充分考虑到短路电流的影响, 采用国家正规厂家的国标产品, 敷设时应尽量避免接头, 各种明配或暗配的管线都必须遵行横平竖直。线路中“强弱电不交叉, 零线不共用”, 严格区分设备所需电压, 避免因电压错误和相序错误导致设备和线路烧毁。电缆线施工过程中敷设电缆横平竖直不交叉, 强弱电不共用一个电缆槽。电缆设计满足2倍的额定电流即可, 没必要像有的设计院按照尖峰电流的4倍进行选型设计, 安全的同时无形中浪费很多的资金和人力物力资源。

　　2.3、 防雷与接地

　　(1) 防雷设备包含接闪器和避雷器。其中, 接闪器是用来接受雷击的金属物体。避雷器用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其他建筑物内, 以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联, 装在被保护设备的电源侧。 (2) 防雷措施。室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。在变压器高压侧装设避雷器, 以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所。 (3) 接地。电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接, 称为接地。接地线与接地体合称为接地装置。配电所公共接地装置的垂直接地钢管和连接扁钢, 接地电阻应满足以下两个条件:RE≤250V/IE;接地电阻应为RE≤10Ω。

　　新建一个智能化的厂区, 作为工厂供电的设计者需全面的了解各方面用电的相关知识, 严格执行国家不断更新的用电行业标准和吸收先进的电气智能知识, 不断学习和整理归纳, 希望我的工厂供电的设计理念:“安全规范、合理规划、严谨设计、规范施工、节能降耗、智能监控”能够帮助大家。

　　参考文献：

　　[1]JGJ/16-2008.民用建筑电气设计规范[S].
　　[2]GB50348-2004.安全防范工程技术规范[S].
　　[3]GB50052-95.供配电系统设计规范[S].
　　[4]GB50053-94.10kv及以下设计规范[S].
　　[5]GB50054-95.低压配电设计规范[S].