工業(yè)潔凈廠房電氣設(shè)計(jì)分析探討

李 軍

上海電子工程設(shè)計(jì)研究院有限公司

1 引言

工業(yè)潔凈廠房的主要特點(diǎn)是對(duì)工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境中的懸浮粒子進(jìn)行控制。它的建造和使用應(yīng)減少室內(nèi)誘入、產(chǎn)生及滯留的懸浮離子。本文結(jié)合某項(xiàng)目的實(shí)際要求和行業(yè)規(guī)范要求，介紹在工業(yè)潔凈廠房電氣設(shè)計(jì)中需要特別關(guān)注的問題點(diǎn)和處理方法，希望更多同行一起探討。

2 供配電系統(tǒng)

2.1 負(fù)荷分級(jí)

某項(xiàng)目生產(chǎn)工藝設(shè)備及其支持和輔助設(shè)備對(duì)供電的可靠性和連續(xù)性有很高的要求。因此，這些用電負(fù)荷等級(jí)定為一級(jí)，采用兩路市電供電。

消防安保設(shè)備、事故排風(fēng)、特氣化學(xué)品系統(tǒng)及不能長(zhǎng)時(shí)間停電的設(shè)備等屬于特別重要負(fù)荷，除正常兩路市電供電，還采用自備柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)供電。

某些工藝段，例如光刻機(jī)、電化學(xué)層積、PECVD 等等只允許中斷供電時(shí)間為毫秒級(jí)以下的設(shè)備則還應(yīng)配置蓄電池靜止型不間斷電源裝置（UPS）對(duì)其供電。

2.2 供電方案

本項(xiàng)目設(shè)置獨(dú)立35kV 變電站：全廠計(jì)算負(fù)荷為22237.7kVA，變壓器裝機(jī)容量為25MVA，兩臺(tái)。動(dòng)力中心：高壓冷凍機(jī)采用10kV 直接供電；另設(shè)置4 臺(tái)SCB13-2000kVA-10/0.4kV 干式變壓器為低壓動(dòng)力設(shè)備供電。A 車間內(nèi)設(shè)置一個(gè)終端變電站，站內(nèi)設(shè)置兩臺(tái)動(dòng)力變壓器SCB13-2500kVA-10kV/0.4kV 供車間動(dòng)力設(shè)備用電;工藝變壓器4 臺(tái)，兩臺(tái)SCB13-2500kVA-10kV/0.4kV 和兩臺(tái)SCB13-1600 kVA -10kV/0.208kV供車間工藝設(shè)備用電。B車間內(nèi)設(shè)置一個(gè)終端變電站，站內(nèi)設(shè)置兩臺(tái)動(dòng)力變壓器SCB13-2500kVA-10kV/0.4kV 供車間動(dòng)力設(shè)備用電;工藝變壓器4臺(tái)，兩臺(tái)SCB13-2500kVA-10kV/0.4kV和兩臺(tái)SCB13-1600 kVA-10kV/0.208kV供車間工藝設(shè)備用電。

本項(xiàng)目應(yīng)急電源采用柴油發(fā)電機(jī)和UPS，本項(xiàng)目柴油發(fā)電機(jī)容量（E電）按40%總負(fù)荷設(shè)置，UPS容量（U電）按20%總負(fù)荷設(shè)置，UPS應(yīng)急時(shí)間為15min。

2.3 低壓配電

低壓配電電壓采用220/380V，低壓配電電壓采用220/380V。某些工藝設(shè)備為進(jìn)口設(shè)備，電壓等級(jí)和國(guó)內(nèi)不同，采用低壓120/208V配電，故單獨(dú)設(shè)置10kV/0.208kV變壓器。低壓配電系統(tǒng)接地形式采用TN-S 或TN-C-S 系統(tǒng),帶電導(dǎo)體的形式采用單相二線制、三相三線制和三相四線制。

潔凈廠房的生產(chǎn)線設(shè)備較多，更新?lián)Q代快，后期改造會(huì)有很大變化。工藝設(shè)備采用封閉式母線槽＋插接箱方式配電，母線插接箱用電纜連接至生產(chǎn)設(shè)備的電控箱或低壓配電柜。封閉母線槽具有供電載流大，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。封閉式母線對(duì)安裝空間要求較高，通常情況下強(qiáng)電電纜橋架要避讓空調(diào)風(fēng)管，其他管線要避讓封閉式母線。

潔凈廠房的輔助生產(chǎn)設(shè)備的可靠供電是保證正常生產(chǎn)的前提，凈化空調(diào)系統(tǒng)用電由變壓器專線供電，以提高其供電的可靠性。對(duì)某些有毒氣體的處理裝置在終端切換的雙路電源還需設(shè)置互投裝置，避免由于電氣故障釀成中毒事故。

2.4 潔凈室內(nèi)電氣設(shè)備安裝

進(jìn)入潔凈區(qū)的配電線路均應(yīng)設(shè)置切斷裝置。潔凈區(qū)的配電設(shè)備，應(yīng)選擇不易積塵，便于擦拭，外殼不易銹蝕的小型暗裝配電箱或插座箱。一般在每個(gè)生產(chǎn)間設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)配電箱。一般萬級(jí)以上潔凈廠房，配電箱在車間內(nèi)靠近設(shè)備放置；千級(jí)以下的潔凈廠房，便于環(huán)境控制氣流組織，配電箱一般放置于回風(fēng)夾道或者技術(shù)夾層中。

2.5 電纜選擇及敷設(shè)

潔凈廠房一般設(shè)備電力干線、支干線選用低煙無鹵阻燃銅芯交聯(lián)電力電纜沿電纜橋架敷設(shè)，支線選用低煙無鹵阻燃銅芯塑料絕緣線穿熱鍍鋅鋼管暗敷。消防用電設(shè)備選用礦物絕緣電纜沿獨(dú)立的電纜橋架敷設(shè)。電纜橋架一般在上夾層敷設(shè)，若有下夾層，再下夾層敷設(shè)。潔凈區(qū)的管線采用暗敷，電氣安裝管口采用密封處理。

3 照明系統(tǒng)

潔凈廠房對(duì)照明要求較高。燈具選型及布置時(shí)主要考慮照度、眩光及顯示指數(shù)等參數(shù)需要滿足規(guī)范和項(xiàng)目要求，燈具的安裝需要采用氣密性、防塵封堵措施。

3.1 照明種類

潔凈廠房生產(chǎn)區(qū)域一般照明的照度值常為300Lx～500lx,生產(chǎn)輔助區(qū)及走廊要求為200lx。走廊照度比一般項(xiàng)目高，主要是因?yàn)楹蜕a(chǎn)車間的明暗適應(yīng)，照度高低不能相差很大，不然人的眼睛視覺適應(yīng)不了這種明暗的反差。潔凈廠房?jī)?nèi)一般要求生產(chǎn)車間的照度均勻度不小子0.7。

為防止?jié)崈魪S房的正常照明因故障而受到影響，導(dǎo)致生產(chǎn)流程中斷、貴重設(shè)備損壞、物料浪費(fèi)，或可能引起火災(zāi)、爆炸等安全事故。規(guī)范要求潔凈室內(nèi)必須設(shè)置備用照明，備用照明作為正常照明的一部分，照度不低于正常照明的20%。備用照明電源和普通照明分開，采用變電站專線供電，采用雙路電源互投裝置供電。

為便于事故情況下人員的疏散及火災(zāi)發(fā)生時(shí)能救災(zāi)滅火，潔凈廠房設(shè)置供人員疏散用應(yīng)急照明，以便于疏散人員迅速撤離現(xiàn)場(chǎng)。根據(jù)新規(guī)范要求，現(xiàn)在項(xiàng)目采用集中電源集中控制應(yīng)急照明系統(tǒng)。

3.2 光源和燈具的選擇

潔凈室的照度要求較高，現(xiàn)在普遍采用高效LED 光源。潔凈室的燈具常采用吊頂安裝形式，并用密封膠和加襯墊的辦法，做到密封安裝維持潔凈室的正壓或負(fù)壓。燈具的材料應(yīng)使用不易產(chǎn)生靜電的材料。燈具的外形不應(yīng)影響氣流且不易積塵。在特殊工藝生產(chǎn)場(chǎng)所，比如光刻間，為防止感光材料的感光，必須使用黃色特殊光源燈具。

3.3 燈具的安裝

現(xiàn)在潔凈區(qū)普遍采用的是潔凈燈。常采用吸頂式安裝。

潔凈度要求高的潔凈室空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)的氣流流型采用垂直單向流，頂棚為密布風(fēng)機(jī)過濾單元（F.F.U），這種場(chǎng)所常采用淚滴式燈具，這種燈具對(duì)氣流影響較小。

下表是某項(xiàng)目根據(jù)生產(chǎn)工藝所提出的要求，參照《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》制定各主要場(chǎng)所的照度值、燈具形式及安裝方式。

場(chǎng)所照度（Lx）光源形式備注千級(jí)及百級(jí)潔凈區(qū)500lx LED 淚滴式萬級(jí)潔凈區(qū)500lx LED 吸頂式黃光生產(chǎn)區(qū)300lx LED、黃光源淚滴式辦公輔助區(qū)300lx LED 嵌入式走廊200lx LED 吸頂式

4 防雷及接地系統(tǒng)

4.1 防雷系統(tǒng)

根據(jù)計(jì)算和規(guī)范要求：潔凈廠房丙類廠房及氫氣站、硅烷站、化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)等甲類倉(cāng)庫(kù)按照二類防雷建筑設(shè)計(jì)。其他建筑按照三類防雷建筑設(shè)計(jì)。

4.2 接地系統(tǒng)

潔凈工廠有多種不同用途的接地，包括功能性接地、保護(hù)性接地、電磁兼容性接地、防靜電接地和防雷接地，采用共用接地系統(tǒng)。不同的接地可以采用單獨(dú)的接地線接到共用接地極，并采用總等電位和局部等電位聯(lián)結(jié)。

工業(yè)潔凈廠房項(xiàng)目中工藝設(shè)備多為信息技術(shù)設(shè)備（ITE），ITE 設(shè)備需要兩種接地：一個(gè)是為保證人身安全，設(shè)備金屬外殼接PE 線作為保護(hù)接地，屬于保護(hù)接地；另一個(gè)是接同一設(shè)備金屬外殼的信息技術(shù)系統(tǒng)的高頻信號(hào)接地，它要求高頻條件下的接地阻抗小，以獲得各設(shè)備間相等或接近的參考電位，常用等電位聯(lián)結(jié)取得參考等電位，屬于功能接地。高頻信號(hào)接地分為放射式（S 式）信號(hào)接地和局部水平等電位聯(lián)結(jié)的網(wǎng)格式（M 式）信號(hào)接地。

潔凈廠房為減少總等電位的高頻阻抗，在主廠房將等電位聯(lián)結(jié)中的增加接地母干線。具體做法是在建筑物外墻內(nèi)側(cè)的墻角敷設(shè)50mm2以上的銅導(dǎo)體作為接地母干線。凡需聯(lián)結(jié)的金屬部件，例如進(jìn)入建筑物的金屬管道、柱子鋼筋、基礎(chǔ)鋼筋以及其他金屬構(gòu)件、電纜金屬護(hù)套等都就近與該接地母干線直接聯(lián)結(jié)。

4.3 靜電接地

化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)、甲類倉(cāng)庫(kù)等防爆危險(xiǎn)區(qū)域必須進(jìn)行防靜電接地。一般在各房間內(nèi)地面+0.3m 處沿墻設(shè)置一圈扁鋼或銅排作為靜電接地干線，靜電接地干線不少于兩點(diǎn)與接地網(wǎng)連接。

潔凈廠房的室內(nèi)環(huán)境中許多場(chǎng)合存在著靜電危害，從而導(dǎo)致電子設(shè)備、電子儀器損壞或?qū)е聣m埃吸附影響生產(chǎn)環(huán)境潔凈度。因此規(guī)范規(guī)定：潔凈室內(nèi)可能產(chǎn)生靜電危害的設(shè)備、流動(dòng)液體、氣體或粉體管道應(yīng)采取防靜電接地措施，凈化空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)采取防靜電接地措施。防靜電接地系統(tǒng)設(shè)置單獨(dú)的接地連接端子。以房間為單位，分別設(shè)置等電位端子箱、接地網(wǎng)格，或閉合的接地銅排環(huán)。銅排截面不小于100mm2，防靜電接地引線應(yīng)從等電位的接地網(wǎng)格或者閉合銅排環(huán)上就近接地連接。

對(duì)靜電敏感的區(qū)域，例如成品測(cè)試間、封裝、光刻板庫(kù)、等常采用靜電消除（ESD）離子發(fā)生器消除靜電。采用離子棒、集中控制器、移動(dòng)控制器組成的空間靜電消除系統(tǒng)，每個(gè)空間離子棒固定在FFU 旁龍骨或固定在天花板下，空間離子棒的針尖大致需要離地3m，每個(gè)空間離子棒的靜電消除范圍約為3m2內(nèi)。

圖2 架空地板防靜電接地接線示意圖

5 結(jié)束語

科學(xué)合理的電氣設(shè)計(jì)是確保潔凈廠房連續(xù)、安全運(yùn)轉(zhuǎn)的重要環(huán)節(jié)。電氣設(shè)計(jì)人員要結(jié)合工業(yè)潔凈廠房的實(shí)際要求和相關(guān)規(guī)范，應(yīng)用先進(jìn)設(shè)計(jì)理念及技術(shù)，確保潔凈廠房電源穩(wěn)定可靠及防備災(zāi)害發(fā)生，達(dá)到電氣設(shè)計(jì)的先進(jìn)性、安全性、經(jīng)濟(jì)性高度統(tǒng)一。