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1、某挖掘机工厂的电气设计介绍2006-11-15 某挖掘机工厂的电气设计介绍郭清（机械工业第一设计研究院地址：安徽省蚌埠市邮编：233017）摘要：本文从某挖掘机工厂的供配电方案、照明的分类及控制、防雷及接地的作法进行介绍。关键词：正常照明应急照明电压降配电干线无功功率补偿节能降耗接闪器年预计雷击次数随着经济的持续快速发展，我国的机器制造业也突飞猛进，迅速崛起，向国际市场迈进。本人近几年参加了一些挖掘机、装载机工厂的规划设计工作，对此类工厂的供电、配电、照明及防雷接地等方面的设计，有一定的认识和体会；现将本人设计的某挖掘机工厂的电气设计情况进行总结，与同行交流，以提高设计水平。一、工厂概况该厂占
2、地约五百余亩，厂区内除建一个35kV 降压站外，还建有以下几个联合厂房和车间：（一）1#号联合厂房包括板材预处理工部；大型挖掘机结构车间和小型挖掘机结构车间;大型挖掘机涂装车间和小型挖掘机涂装车间;该联合厂房为单层钢结构厂房，长为327 米,宽 168 米，计建筑面积约54936 平方米。（二）2#号联合厂房包括:局部二层办公用房；大型挖掘机装配车间和小型挖掘机装配车间;该联合厂房为局部二层钢结构厂房，长为205 米,宽 65 米，计建筑面积约14600 平方米。（三）3#号联合厂房3#号联合厂房为单层钢结构厂房，作为精饰车间使用。（四）外协件车间（五）研发及中试车间（六）压缩空气站（七）食堂
3、二、厂区供电根据负荷计算及对二、三期负荷的预测，全厂的变压器安装容量约8000kVA左右；鉴于附近电力部门的 10kV 系统已经没有容量及备用的回路，且当地的市政线路以35kV为主；故经甲方与供电局协商，在厂区内建一个35kV 降压站，内设两台容量为4500KVA/35kV/10kV 的主变压器。该部分由供电局设计。最初设计时，供电部门要求采用低压集中供电的方式，既选择主变压器为35kV/0.38kV,以 YJV22-1kV（3x240+1x120）的电力电缆向各车间及联合厂房供电的方案；但我对供电部门的方案没有盲从，因为：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 6 页
4、-供配电设计规范GB50052-95第 4.0.4 条明确规定：正常情况下，用电设备端子处电压偏差允许值（以额定电压的百分数表示）宜符合下列要求：一、电动机为 5；二、照明：在一般工作场所为5,对于远离变电所的小面积一般工作场所,难以满足上述要求时，可为+5，-10；应急照明、道路照明和警卫照明等为+5，-10；三、其它用电设备当无特殊规定时为5；10kV 及以下变电所设计规范GB50053-94第 2.0.1 条明确规定：变电所位置的选择，应根据下列要求经技术、经济比较确定：一、接近负荷中心；二、进出线方便；本人经过计算，向甲方阐述了我方观点，否决了该方案。下面以 1#联合厂房大型挖掘机结构
5、车间的二期工程负荷计算为例，分别从技术上和节能方面及经济上说明我方否决该方案的理由。该车间二期工程用电设备的电力安装容量为2808.24kW+1765kVA,计算有功功率为1049kW,无功功率为 1610kVAR,补偿 1132kVAR无功功率后，功率因数为0.91,视在功率为1153kVA,计算电流为1752A。（一）首先，从技术上比较：假设采用 0.38kV 的电压向该车间供电，则上级低压断路器的整定值为2000A，需要 YJV22-1kV（3x240+1x120）的电缆 7 根，那么，总降压站至该车间内低压配电室(距离 L=0.43Km)的电压降为：u1=uaxIxL=0.053 x1
6、752/7x0.43=5.7车间内低压配电室至车间配电干线:车间内配电干线为插接式母线;该段母线的电力安装容量为730kW+384KVA,计算有功功率为204.14kW,无功功率为 468.14kVAR,在母干线始端补偿240kVAR无功功率后，计算电流为465A。所以，选择该母线为800A,其 ua=0.038 L=0.26Km 该段母线电压降为:u2=uaxIxL=0.038 x465x0.26=4.6 所以,由总降压站至车间内配电干线终端（还没包扩从干线终端至设备端的压降）电压降为:u=ua1+ua2=5.7+4.6=10.3 10若采用 10kV 供电，则压降仅为配电干线部分的压降，既
7、：u=4.6 且供电电缆仅为一根YJV22-10kV(3x120),可见:1、采用低压供电不能满足规范及设备对电压的要求；2、由于采用低压供电，使得总降压站的出线回路相当多；给整个厂区的电缆及管道的敷设带来很大的困难；进出线及其不方便。(二)其次，从节能降耗方面比较：若采用低压供电，则供电线路（总降压站至车间内低压配电室）的电能损耗计算如下：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 6 页 -每根电缆有功功率损耗PL=3Ic2Rx10-3kW =3(1752/7x31/2)2rL 其中：r=0.091/km PL=2.45kW 7根电缆有功功率损耗为7xPL=7x2.45k
8、W=17.15kW 所以，该段供电线路年有功电能损耗WL为：WL=PLT 其中 T 为最大负荷年损耗小时数，查工业与民用配电设计手册（第三版）第20 页图 1-6 得 T=3200h WL=PLT=17.15X3200=54880(kWh)若采用 10kV 供电，则该段供电线路年有功电能损耗仅为一根YJV22-10kV(3x120 电缆的损耗查手册（第三版）第18 页图 1-4 得YJV22-10kV(3x120 电缆的每千米有功功率损耗：PL=0.1kW WL=PLLT=0.1X0.43X3200=137.6(kWh)可见:采用低压供电的年有功电能损耗远远大于采用10kV供电的损耗。特别强调
9、的是：这仅仅是一个回路的线损，全厂有许多回路，总和起来是不小的数字；运行成本相当高，不能满足能源政策关于节能降耗的要求；在世界上能源越来越珍贵的现在及将来，这是一个完全不可取的方案。(三)再次，从投资方面比较：若采用低压供电：在 35kV 降压站内将电压直接降为0.38kV；在车间内需设低压配电室。则电缆线路的投资(S1)为：S1=7x0.43xP1=7x0.43x757720=2280737.2(元)P1=757720 元/km P1为电缆 YJV22-1kV（3x240+1x120）的市场信息价格，参见北京工程造价信息2006 年第 10 期。车间内低压配电室的投资(S2)为：假设低压柜为
10、6 台 S2=6xP2=6x50000=300000(元)P2=50000 元/台P2为低压柜估算平均价格。低压供电线路及车间内低压配电室的总投资(S)为：S=S1+S2=2280737.2+300000=2580737.2(元)约 258 万元。采用 10kV 供电,车间内需设一个变电所，内配置高压开关柜一台（仅供就地操作用），容量为1600kVA的带保护外壳的干式变压器一台；同样假设低压柜为6 台则电缆线路的投资(S3)为：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 6 页 -S3=0.43xP3=0.43x404110=173767.3(元)P3=404110 元/km
11、 P3为电缆 YJV22-10kV(3x120)的市场信息价格，参见北京工程造价信息2006 年第 10 期。车间变电所的投资(S4)为：S4=P4+P5+S2=80000+400000+300000=780000(元)P4=80000 元/台P5=400000 元/台P4为高压柜估算价格；P5为变压器估算价格；10kV 供电线路及车间变电所的总投资(S5)为：S5=S3+S4=173767.3+780000=953767.3(元)约 95.4 万元。可见:采用低压供电方案的投资费用远远大于采用10kV 供电的费用。特别强调的是：还没有计算低压供电方案中35 降压站内的变压器及低压配电柜的费用
12、；同时，这仅仅是一个回路的投资分析，全厂所有回路总和起来进行投资分析,其差额是很大的。总之，无论从技术方面，从节能降耗及经济运行方面,还是从投资方面比较,采用我院的设计方案，即采用10kV 高压供电方案,才是最能满足供电要求，最节能且最节省投资，及运行费用最低的方案。三、车间照明及配电（一）车间照明分类及供电方式机械工厂电力设计规范JBJ6-96 第 12.1.2规定,车间照明分为一般正常照明和应急照明。第 12.6.4规定正常照明可与其它电力负荷共用变压器供电。第 12.1.2.4规定值班照明宜利用正常照明中能单独控制的一部分或利用应急照明全部。第 12.6.7规定应急照明电源应区别于正常照
13、明电源。鉴于以上许多的规定，我门在进行车间的照明设计时，一般采用以下几种供电方式：1当厂房内只设一台变压器且采用变压器干线式配电系统而又无低压联络线时，照明电源宜接自低压侧总开关进线端；当有联络线时，照明电源宜接自低压侧总开关出线端。应急照明电源应与正常照明的供电干线自变电所低压屏(或母线上)。2.当车间变电所低压侧采用放射式(或放射式与干线式相结合的方式，即较常用的配电方式)时，车间的照明电源宜接自低压配电屏的照明回路上；应急照明(值班照明)电源宜接自低压配电屏的应急照明回路上。3.当厂房内无变压器，电源从附近引来时，动力配电回路宜与照明回路分开;在建筑物电源进线处，应急照明电源与正常照明回
14、路分开,且接在正常照明回路总开关上口。（二）车间照明的控制及电能计量机械工厂电力设计规范JBJ6-96 第 12.6.14规定照明回路分组应满足工艺流程及线路敷设的要求，并宜使三相线路的各相负荷应尽可能平衡。第 12.6.15规定单层厂房内一般照明的控制，宜按生产工段、流水线等分区、分组集中于配电箱处控制。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 6 页 -另有原机械工业部发布的机械企业能源计量器具配备和管理细则（试行）（3）中规定，企业能源计量器具应按厂、车间（包括动力站房）、班组或机台三级进行配备；（4）能源计量器具的配备必须把生产和生活、厂内、厂外、全民和集体、外销和
15、自用分开，分别计量，分别核算。我们在进行高大的工厂车间照明设计时，应严格惯彻执行建筑照明设计标准（GB50034-2004）规定,进行节能设计。除设计选择光效高，符合国家相关标准的节能型灯具外,还应按规范及工艺的要求,对灯具进行控制,按工段等进行计量,以达节约降低消耗的目的。所以,我们在对该工厂进行车间内照明设计时,首先按跨及工段进行分区供电,在变电所低压出线屏内装设电度表,对每路照明及应急照明进行计量。其次,在车间内便于操作的距离范围内,安装照明及应急照明配电箱,出线采用一灯一控方案。这样,看起来虽然配电箱多一些,配电箱中的开关也多一些,但从长远来看,可以节约大量的电能;同时,每个配电箱控制
16、的范围不大,便于操作。（三）车间配电方式前文说过，在机械工厂内的低压配电方式多为放射式与干线式相结合的方式,即对某些电力安装容量较大的设备或对供电有特殊要求的设备,采用由车间变电所直接放射式的方式，对数量较多，但单机容量不大，且对供电无特殊要求的设备,采用干线式配电；对某些容量较大的设备还应设就地补偿无功功率；对大型的结构件车间，有大量的电焊机，对无功功率需求量较大，除在变电所内对无功功率补偿外，还应该在车间内对配电干线补偿无功功率，以提高功率因数，减小干线截面，降低投资。本人设计的1#号联合厂房大型挖掘机结构车间二期工程;电力安装容量为2808.24kW+1765kVA,计算有功功率为104
17、9kW,无功功率为1610kVAR,补偿 1132kVAR无功功率后，功率因数为0.91,视在功率为1153kVA,选择变压器 1600kVA,负荷率为0.72。在车间内，配电干线按跨分为若干分支干线，通过计算对每条分干线进行无功功率的补偿；同时，考虑分工段电能计量及检修和管理的方便，在每条分干线首端设置了无功功率补偿柜和分段开关柜。局部系统如下图所示。四、防雷与接地（一）、防雷部分计算及防雷措施以 1#号联合厂房大型挖掘机结构车间二期工程为例，说明防雷部分计算对建筑物防雷分类及其采用相应的防雷措施的重要性。已知该车间长L=327 米,宽 W=168米，高 H=13米，当地 Td=22.4 根
18、据工业与民用配电设计手册（第三版）第783 页公式，Ae=LxW+2(L+W)xH(200-H)1/2+xH(200-H)x10-6=1.1 x10-1=0.11 年预计雷击次数N=0.024kTd1.3Ae =0.150.06 (k=1)对于 N0.06 的一般性工业建筑物，可定为第三类防雷建筑物。建筑物防雷设计规范（2000 年版）GB50057-94第 3.3.6条第三款规定：对6m柱距或大多数柱距为 6m的单层工业建筑物，当利用柱子基础的钢筋作为防雷的接地体并同时符合下列条件时，可不另加接地体:名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 6 页 -1.利用全部或绝大多
19、数柱子基础的钢筋作为接地体;2.柱子基础的钢筋网通过钢柱，钢屋架，钢筋混凝土柱子、屋架、屋面板、吊车梁等构件的钢筋或防雷装置互相联成整体；故本工程采用第三类防雷建筑物的防雷措施如下：利用金属屋面板(压型钢板)作为防雷接闪器（金属屋面板厚要求不小于0.5mm)，并通过檩条与钢梁及钢柱可靠联结；利用钢柱作为防雷引下线；利用柱子基础内的钢筋作为接地体；防雷接闪器、引下线、接地极应联成电气通路；因车间变电所的配电装置与防雷装置共用接地装置,所以现场实测接地电阻不大于4。若车间内有特殊设备需要接地电阻较小时，可局部增加人工接地体。（二）、接地故障保护本厂房内低压配电接地型式采用TN-S 系统；在车间变电
20、所内设有总等电位端子箱。要求所有进出建筑物的金属管道必需与接地装置联结；吊车的钢轨以及PE线、PEN线、等电位联接干线等必需与接地装置联结;以确保设备及人身安全。结束语：本文就某挖掘机工厂电气设计中有关供配电、照明及防雷接地的作法作简单介绍，不当之处，请同行指正。参考文献1张绍纲主编的绿色照明工程实施手册2国标 GB50034-2004建筑照明设计标准3 工业与民用配电设计手册（第三版）4机械工厂电力设计规范JBJ6-96 510kV及以下变电所设计规范GB50053-94 6供配电设计规范GB50052-95 7建筑物防雷设计规范（2000 年版）GB50057-94 8北京工程造价信息2006 年第 10 期名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 6 页 -