2006-11-15
郭清（機械工業第一設計研究院位址：安徽省蚌埠市郵編：233017 ）
摘要： 本文從某挖掘機工廠的供配電方案、照明的分類及控制 、防雷及接地的作法進行介紹。
關鍵詞：正常照明應急照明電壓降配電幹線無功功率補償節能降耗接閃器年預計雷擊次數
隨著經濟的持續快速發展，我國的機器製造業也突飛猛進，迅速崛起，向國際市場邁進。本人近幾年參加了一些挖掘機、裝載機工廠的規劃設計工作，對此類工廠的供電、配電、照明及防雷接地等方面的設計，有一定的認識和體會；現將本人設計的某挖掘機工廠的電氣設計情況進行總結，與同行交流，以提高設計水平。
一、工廠概況
該廠占地約五百餘畝，廠區內除建乙個35kv降壓站外，還建有以下幾個聯合廠房和車間：
（一）1#號聯合廠房
包括板材預處理工部；大型挖掘機結構車間和小型挖掘機結構車間;大型挖掘機塗裝車間和小型挖掘機塗裝車間;
該聯合廠房為單層鋼結構廠房，長為327公尺,寬168公尺，計建築面積約54936平方公尺。
（二）2#號聯合廠房
包括:區域性二層辦公用房；大型挖掘機裝配車間和小型挖掘機裝配車間;
該聯合廠房為區域性二層鋼結構廠房，長為205公尺,寬65公尺，計建築面積約14600平方公尺。
（三）3#號聯合廠房
3#號聯合廠房為單層鋼結構廠房，作為精飾車間使用。
（四）外協件車間
（五）研發及中試車間
（六）壓縮空氣站
（七）食堂
二、廠區供電
根據負荷計算及對
二、三期負荷的**，全廠的變壓器安裝容量約8000kva左右；鑑於附近電力部門的10kv系統已經沒有容量及備用的迴路，且當地的市政線路以35kv為主；故經甲方與供電局協商，在廠區內建乙個35kv降壓站，內設兩台容量為4500kva/35kv/10kv的主變壓器。該部分由供電局設計。
最初設計時，供電部門要求採用低壓集中供電的方式，既選擇主變壓器為35kv/0.38kv,以yjv22-1kv（3x240+1x120）的電力電纜向各車間及聯合廠房供電的方案；但我對供電部門的方案沒有盲從，因為：
《供配電設計規範》gb50052-95第4.0.4條明確規定：
正常情況下，用電裝置端子處電壓偏差允許值（以額定電壓的百分數表示）宜符合下列要求：
一、電動機為±5％；
二、照明：在一般工作場所為±5％,對於遠離變電所的小面積一般工作場所,難以滿足上述要求時，可為+5％，-10％；應急照明、道路照明和警衛照明等為+5％，-10％；
三、其它用電裝置當無特殊規定時為±5％；
……《10kv及以下變電所設計規範》gb50053-94第2.0.1條明確規定：
變電所位置的選擇，應根據下列要求經技術、經濟比較確定：
一、接近負荷中心；
二、進出線方便；
…… 本人經過計算，向甲方闡述了我方觀點，否決了該方案。
下面以1#聯合廠房大型挖掘機結構車間的二期工程負荷計算為例，分別從技術上和節能方面及經濟上說明我方否決該方案的理由。
該車間二期工程用電裝置的電力安裝容量為2808.24kw+1765kva,計算有功功率為1049kw,無功功率為1610kvar,補償1132kvar無功功率後，功率因數為0.91,視在功率為1153kva, 計算電流為1752a。
（一）首先，從技術上比較：
假設採用0.38kv的電壓向該車間供電，則上級低壓斷路器的整定值為2000a，需要yjv22-1kv（3x240+1x120）的電纜7根，那麼，總降壓站至該車間內低壓配電室(距離l=0.43km)的電壓降為：
δu1％=δua％xixl=0.053％x1752/7x0.43=5.7％
車間內低壓配電室至車間配電幹線:
車間內配電幹線為插接式母線;該段母線的電力安裝容量為730kw+384kva, 計算有功功率為204.14kw, 無功功率為468.14kvar,在母幹線始端補償240kvar無功功率後，計算電流為465a。
所以，選擇該母線為800a,其δua％=0.038％ l=0.26km
該段母線電壓降為:
δu2％=δua％xixl=0.038％x465x0.26=4.6％
所以,由總降壓站至車間內配電幹線終端（還沒包擴從幹線終端至裝置端的壓降）電壓降為:
δu％=δua1％+δua2％=5.7％+4.6％=10.3％>10％
若採用10kv供電，則壓降僅為配電幹線部分的壓降，既：
δu％=4.6％
且供電電纜僅為一根yjv22-10kv(3x120),
可見:1、採用低壓供電不能滿足規範及裝置對電壓的要求；
2、由於採用低壓供電，使得總降壓站的出線迴路相當多；給整個廠區的電纜及管道的敷設帶來很大的困難；進出線及其不方便。
(二)其次，從節能降耗方面比較：
若採用低壓供電，則供電線路（總降壓站至車間內低壓配電室）的電能損耗計算如下：
每根電纜有功功率損耗 △pl=3ic2rx10-3kw
=3(1752/7x31/2)2rl
其中：r=0.091ω/km
△pl=2.45kw
7根電纜有功功率損耗為
7x△pl=7x2.45kw=17.15kw
所以，該段供電線路年有功電能損耗△wl為：
△wl=△plt
其中t為最大負荷年損耗小時數，查《工業與民用配電設計手冊》（第三版）第20頁圖1-6得
t=3200h
△wl=△plt =17.15x3200=54880(kwh)
若採用10kv供電，則該段供電線路年有功電能損耗僅為一根yjv22-10kv(3x120電纜的損耗
查《手冊》（第三版）第18頁圖1-4得
yjv22-10kv(3x120電纜的每千公尺有功功率損耗：
△pl=0.1kw
△wl=△pllt =0.1x0.43x3200=137.6(kwh)
可見:採用低壓供電的年有功電能損耗遠遠大於採用10kv供電的損耗。
特別強調的是：這僅僅是乙個迴路的線損，全廠有許多迴路，總和起來是不小的數字；執行成本相當高，不能滿足能源政策關於節能降耗的要求；在世界上能源越來越珍貴的現在及將來，這是乙個完全不可取的方案。
(三)再次，從投資方面比較：
若採用低壓供電：
在35kv降壓站內將電壓直接降為0.38kv；在車間內需設低壓配電室。
則電纜線路的投資(s1)為：
s1=7x0.43xp1=7x0.43x757720=2280737.2(元)
p1=757720元/km
p1為電纜yjv22-1kv（3x240+1x120）的市場資訊**，參見《北京工程造價資訊》2023年第10期。
車間內低壓配電室的投資(s2)為：假設低壓櫃為6臺
s2=6xp2=6x50000=300000(元)
p2=50000元/臺
p2為低壓櫃估算平均**。
低壓供電線路及車間內低壓配電室的總投資(s)為：
s=s1+s2=2280737.2+300000=2580737.2 (元)
約258萬元。
採用10kv供電,車間內需設乙個變電所，內配置高壓開關櫃一台（僅供就地操作用），容量為1600kva的帶保護外殼的乾式變壓器一台；同樣假設低壓櫃為6臺
則電纜線路的投資(s3)為：
s3=0.43xp3=0.43x404110=173767.3(元)
p3=404110元/km
p3為電纜yjv22-10kv(3x120)的市場資訊**，參見《北京工程造價資訊》2023年第10期。
車間變電所的投資(s4)為：
s4=p4+p5+s2=80000+400000+300000=780000(元)
p4=80000元/臺
p5=400000元/臺
p4為高壓櫃估算**；p5為變壓器估算**；
10kv供電線路及車間變電所的總投資(s5)為：
s5= s3+ s4=173767.3+780000=953767.3(元)
約95.4萬元。
可見:採用低壓供電方案的投資費用遠遠大於採用10kv供電的費用。
特別強調的是：還沒有計算低壓供電方案中35降壓站內的變壓器及低壓配電櫃的費用；同時，這僅僅是乙個迴路的投資分析，全廠所有迴路總和起來進行投資分析,其差額是很大的。
總之，無論從技術方面，從節能降耗及經濟執行方面,還是從投資方面比較,採用我院的設計方案，即採用10kv高壓供電方案,才是最能滿足供電要求，最節能且最節省投資，及執行費用最低的方案。
三、 車間照明及配電
（一）車間照明分類及供電方式
《機械工廠電力設計規範》jbj6-96第12.1.2規定,車間照明分為一般正常照明和應急照明。
第12.6.4規定﹕正常照明可與其它電力負荷共用變壓器供電。
第12.1.2.4規定﹕值班照明宜利用正常照明中能單獨控制的一部分或利用應急照明全部。
第12.6.7規定﹕應急照明電源應區別於正常照明電源。
……鑑於以上許多的規定，我門在進行車間的照明設計時，一般採用以下幾種供電方式：
1．當廠房內只設一台變壓器且採用變壓器—幹線式配電系統而又無低壓聯絡線時，照明電源宜接自低壓側總開關進線端；當有聯絡線時，照明電源宜接自低壓側總開關出線端。應急照明電源應與正常照明的供電幹線自變電所低壓屏(或母線上)。
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