淺談工廠配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

謝添卉

工廠配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是根據(jù)負(fù)荷大小、數(shù)量和生產(chǎn)工藝對負(fù)荷間歇、連續(xù)等實(shí)際運(yùn)行情況的要求，以及負(fù)荷在廠區(qū)的分布位置及廠區(qū)的供電電源情況，解決對各用戶的安全可靠，經(jīng)濟(jì)的分配電能問題。工廠供配電系統(tǒng)主要考慮以下幾方面內(nèi)容來設(shè)計(jì)：（1）人身和設(shè)備的安全。（2）國家有關(guān)規(guī)定及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。（3）確保電力供應(yīng)的優(yōu)良及可靠性。（4）滿足當(dāng)前用電和兼顧長期發(fā)展，預(yù)留擴(kuò)建增加用電負(fù)荷的可能。其基本內(nèi)容有以下幾方面。

1 負(fù)荷計(jì)算

進(jìn)行工廠供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，第一步先要進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。根據(jù)全廠區(qū)設(shè)備用電情況，包括設(shè)備功率和運(yùn)行頻率等，統(tǒng)計(jì)用電負(fù)荷，然后進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。負(fù)荷計(jì)算常用的主要方法有：單位指標(biāo)法，換算系數(shù)法，需要系數(shù)法，利用系數(shù)法。單位指標(biāo)法計(jì)算較為粗略，適用于民用建筑項(xiàng)目前期概算及項(xiàng)目整體用電情況的校核。需要系數(shù)法是很多行業(yè)中用的較多的方法，如果設(shè)備數(shù)量比較多，計(jì)算相對準(zhǔn)確，數(shù)量少時(shí)誤差較大。利用系數(shù)法計(jì)算比較繁瑣，但較為準(zhǔn)確，也被廣泛采用。換算系數(shù)法是電力行業(yè)規(guī)范推薦的方法，常被電廠采用。

2變壓器容量選擇和無功補(bǔ)償

負(fù)荷計(jì)算出用電設(shè)備的有功功率和無功功率及功率因數(shù)值。如果無功功率過大，則需要進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。無功功率將造成增大電氣元件及電氣線路的電壓降，功率損耗及電能消耗。按規(guī)范要求，不允許用戶向電網(wǎng)倒送無功，一般將功率因數(shù)值補(bǔ)償?shù)?.9以上才可以并網(wǎng)運(yùn)行。若計(jì)算所得功率因數(shù)較低，一般采用無功補(bǔ)償裝置降低無功功率，把功率因素調(diào)整到0.9以上。

根據(jù)負(fù)荷情況，計(jì)算出視在功率。結(jié)合上級供電系統(tǒng)短路容量，進(jìn)行變壓器的選擇。根據(jù)上級電源點(diǎn)短路容量，合理選擇變壓器的阻抗電壓百分比。根據(jù)負(fù)荷情況，確定變壓器大小。變壓器應(yīng)盡量設(shè)置在負(fù)荷中心，減少電纜長度，降低線路壓降。減少電纜及附件耗材成本，減少線路電壓損失。選擇變壓器時(shí)，還需考慮負(fù)荷重要性，運(yùn)行班次和運(yùn)行頻率等情況。 變壓器安裝位置， 應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際的負(fù)荷容量以及分布情況來確定變壓器供電范圍。考慮到變壓器的效率，兩臺變壓器的負(fù)荷率保持在0.5-0.6左右，以保證其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。負(fù)載較低的變壓器，應(yīng)予以更換，避免變壓器負(fù)載率低造成電能浪費(fèi)。

3負(fù)荷分級及電氣主接線方案

根據(jù)工廠用電負(fù)荷的重要性，設(shè)備負(fù)荷等級可劃分為一級，二級和三級。一級負(fù)荷和二級均要求采用雙電源供電。一級負(fù)荷要求不間斷供電，二級負(fù)荷要求不間斷供電或斷電后可盡快恢復(fù)。二級負(fù)荷進(jìn)線、母聯(lián)可采用備自投等自動(dòng)切換裝置，控制電源可采用直流或UPS供電。

4供、配電系統(tǒng)短路電流計(jì)算和設(shè)備的選擇

工廠用電通常距離供電電源點(diǎn)較遠(yuǎn)，可按照無限容量系統(tǒng)的條件下，由此展開短路計(jì)算。首先設(shè)定一個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行形式，然后在該情況下找出對應(yīng)的短路參數(shù)，進(jìn)而得出對應(yīng)的短路電流。之后根據(jù)以上短路計(jì)算所得的數(shù)據(jù)，再加上回路的負(fù)荷和相關(guān)額定值，擇取斷路器、母線等必要元件。最后就要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行熱穩(wěn)定、動(dòng)穩(wěn)定、電壓降等的校驗(yàn)。

5 電氣設(shè)備的保護(hù)及整定

（1）交流電動(dòng)機(jī)的保護(hù)

交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)按照規(guī)范要求裝設(shè)過載保護(hù)、斷相保護(hù)、短路保護(hù)和接地故障等保護(hù)，過流、欠流、斷相、堵轉(zhuǎn)、欠電壓，過電壓等其他保護(hù)可根據(jù)情況選擇性裝設(shè)。

交流電動(dòng)機(jī)可采用熔斷器或斷路器做短路保護(hù)，接地故障保護(hù)由可根據(jù)情況由斷路器短路保護(hù)兼做，不能滿足兼做靈敏性的情況下，可采用電動(dòng)機(jī)保護(hù)器來實(shí)現(xiàn)。通過采集電動(dòng)機(jī)回路的零序電流，使得整定電流Iset0>2.0IN，IN為三相不平衡電流。Ik>=1.3Iset0.其中Ik為單相接地故障電流。

（2）線路保護(hù)

斷路器過載保護(hù)器的整定Ic<=Ir<=Iz或Ic<=Iset1<=Iz，且I2<=1.45Iz，其中Ic 為線路計(jì)算電流，Ir為熔斷器額定電流，Iset1為斷路器長延時(shí)脫扣器的整定電流。Iz為導(dǎo)體允許在流量。I2為保護(hù)電器可靠動(dòng)作電流。線路保護(hù)斷路器還應(yīng)注意與上下級斷路器的保護(hù)配合。

5、接地系統(tǒng)

工廠供電大多采用中性點(diǎn)接地系統(tǒng)供電，在TN接地系統(tǒng)中，根據(jù)N線和PE線的組合情況不同，TN接地系統(tǒng)又分為TN-C接地系統(tǒng)、TN-S接地系統(tǒng) 和TN-C-S接地系統(tǒng)。

T N-C接地系統(tǒng)N和PE線共用一根線，比TN-S系統(tǒng)省去一根電纜，經(jīng)濟(jì)性較好。從電氣安全方面考慮，當(dāng)PEN線斷線時(shí)，斷點(diǎn)后用電設(shè)備的金屬外殼很高的接觸電壓，容易造成觸電事故，現(xiàn)在已經(jīng)很少采用。 TN-C-S接地系統(tǒng)，N線和PE線先合并后分開，分開后不能再合并。TN-C-S系統(tǒng)PEN線上的電壓降使整個(gè)電氣裝置在有不平衡負(fù)荷的時(shí)候?qū)Φ仉妷翰粸榱悖娫催M(jìn)線后N和PE分開，PE接地，PE線路電壓為零。TN-S接地系統(tǒng)中，N線和PE線從電源中性點(diǎn)開始分開，供電線路中除了少量漏電流，PE線基本沒有電流流過，也沒有電位。現(xiàn)在規(guī)范要求多電源點(diǎn)的情況下，PE和N一點(diǎn)接地，可減小漏電環(huán)流。只有在發(fā)生故障時(shí)流過故障電流。相對比TN-S系統(tǒng)，TN-C-S系統(tǒng)前段PEN線上中性線電流產(chǎn)生的電壓降將引起電位差，容易造成對電子設(shè)備的干擾，易燃易爆危險(xiǎn)場所，按照規(guī)范規(guī)定，應(yīng)采用TN-S系統(tǒng)。

結(jié)論：

在進(jìn)行工廠供配電設(shè)計(jì)工作時(shí)，必須要明確局部和全局、當(dāng)前和長遠(yuǎn)等內(nèi)在聯(lián)系，并做出一定的平衡，在符合當(dāng)前發(fā)展的前提下，要考慮未來戰(zhàn)略。為工業(yè)生產(chǎn)提供安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的電能。爭取做到投資費(fèi)用少，運(yùn)行費(fèi)用要低，進(jìn)行電氣品的選擇時(shí)，既要選用高效、低能耗、性能優(yōu)良的產(chǎn)品，又要保證電能質(zhì)量和設(shè)備可靠運(yùn)行。

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