淺議工業(yè)園區(qū)的電氣設(shè)計(jì)

淺議工業(yè)園區(qū)的電氣設(shè)計(jì)

葉 靜1/ 陳 飛2(1.中冶南方工程技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430223; 2.中冶南方武漢建筑設(shè)計(jì)有限公司，湖北 武漢 430077)

以某科技園區(qū)為例，簡要介紹工業(yè)園區(qū)電氣設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法，以對(duì)此類項(xiàng)目的電氣設(shè)計(jì)起到一定的借鑒作用。

工業(yè)園區(qū) 電氣設(shè)計(jì) 系統(tǒng)特點(diǎn)

1 引言

隨著國家近年來經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，各開發(fā)區(qū)和工業(yè)園區(qū)大量涌現(xiàn)。工業(yè)園區(qū)建筑的電氣設(shè)計(jì)與一般民用建筑不同，園區(qū)建筑一般包含種類較多，如工廠、辦公樓、綜合樓及食堂等，多為多層建筑。廠房建筑單層層高較高，單間面積大，動(dòng)力負(fù)荷多，高強(qiáng)度氣體光源等照明、吊車配電及其他生產(chǎn)設(shè)備電氣控制等都可能涉及到。面對(duì)建筑種類多、規(guī)模各異、特定生產(chǎn)工藝的工業(yè)園區(qū)建筑，設(shè)計(jì)師首先要根據(jù)甲方任務(wù)書要求建筑和設(shè)備專業(yè)提資，認(rèn)真分析研究，找出設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，認(rèn)真開展有針對(duì)性的電氣設(shè)計(jì)。

2 設(shè)計(jì)依據(jù)及其規(guī)范理解

《供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》、《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》是進(jìn)行一般多層建筑和廠房電氣設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的主要設(shè)計(jì)規(guī)范。其中消防設(shè)計(jì)主要遵循《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50016-2006)，本規(guī)范第1.0.2條和第1.0.3條的適用范圍里有明確定義，但對(duì)具體工程還應(yīng)具體對(duì)待，對(duì)于規(guī)范中理解執(zhí)行不確定的條文還是以具體咨詢當(dāng)?shù)叵乐鞴懿块T和審圖辦為好，免于走彎路。

電氣設(shè)計(jì)中一些重要的建筑指標(biāo)定義需要向相關(guān)專業(yè)索取，比如向建筑專業(yè)確定火災(zāi)危險(xiǎn)性分類，向給排水專業(yè)確定室外消防水量，這是本專業(yè)設(shè)計(jì)需提前明確的兩個(gè)重要指標(biāo)?；馂?zāi)危險(xiǎn)性分類決定了選擇電氣設(shè)備的具體要求，室外消防水量確定本工程消防用電設(shè)備按幾級(jí)負(fù)荷供電，用電負(fù)荷級(jí)別確定柴油發(fā)電機(jī)或其他備用電源等，工廠類建筑用電負(fù)荷分級(jí)主要依據(jù)水專業(yè)提供的室外消防用水量確定。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中第11.1.1條規(guī)定和給排水專業(yè)提供的建筑室外消防水量，確定建筑消防用電設(shè)備的負(fù)荷等級(jí)，進(jìn)而開始相關(guān)配電設(shè)計(jì)。

3 某高新工業(yè)園區(qū)的電氣設(shè)計(jì)

3.1 工程背景及概況

本工程為某機(jī)電產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目,位于武漢國家自主創(chuàng)新示范區(qū)-東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)光谷大道，一期主要建筑物包括廠房(2層)一座，辦公樓(6層)一座，綜合樓(包括宿舍和食堂)一座，總面積約36 800m2。主要生產(chǎn)機(jī)電等高新技術(shù)產(chǎn)品，為武漢東湖高新區(qū)重點(diǎn)開發(fā)項(xiàng)目。設(shè)計(jì)范圍主要有變配電、電力、照明、防雷與接地和各弱電系統(tǒng)(本文略)。

3.2 供配電設(shè)計(jì)

1)負(fù)荷等級(jí)：本工程中的辦公樓、綜合樓均為多層建筑物。辦公樓主要通道、綜合樓重要廳堂照明用電及廠房消防設(shè)備用電為二級(jí)負(fù)荷。其他設(shè)備用電為三級(jí)負(fù)荷。

2)供電電源及電壓：根據(jù)本工程電力負(fù)荷情況及所處位置，每處電氣室變壓器供電電源由園區(qū)開關(guān)站20kV專線作為工作電源。供電線路采用ZRYJV22-24kV鎧裝交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，電纜溝敷設(shè)。

3)應(yīng)急備用電源：為保證消防及重要負(fù)荷用電的可靠性，本工程采用兩路電源末端互切的方式給消防及重要負(fù)荷供電。同時(shí)消防控制室、電話總機(jī)室、安保系統(tǒng)及綜合布線系統(tǒng)等另設(shè)不間斷電源(UPS)作為備用電源。

4)供電系統(tǒng)：變壓器的變配電所380/220V低壓主母線，放射式供電；重要二級(jí)負(fù)荷由臨近變壓器引來第二回路電源，并末端切換。

5)產(chǎn)業(yè)園20kV開閉所及負(fù)荷無功補(bǔ)償根據(jù)負(fù)荷計(jì)算設(shè)置，補(bǔ)償后功率因數(shù)不小于0.92。

20/0.4kV電氣室4處：其中辦公樓地下電氣室設(shè)一臺(tái)800kVA干式變壓器,供辦公樓用電；綜合樓地下電氣室設(shè)一臺(tái)800kVA干式變壓器,供食堂、宿舍用電；自動(dòng)化公司廠房電氣室設(shè)1 250kVA干式變壓器一臺(tái)，供廠房及車間辦公樓用電：同時(shí)根據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)要求，設(shè)置一臺(tái)400kVA的實(shí)驗(yàn)變壓器，一次電源引自廠房變壓器，供自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室用電。本工程一期變壓器總裝機(jī)容量為2 850kVA。

6)繼電保護(hù)與電能計(jì)量

(1) 20kV進(jìn)線采用延時(shí)過電流、延時(shí)速斷保護(hù)。

(2) 20/0.4kV變壓器采用延時(shí)過電流、速斷保護(hù)。

(3)母線分段斷路器采用過電流速斷保護(hù)。

(4) 20kV母線設(shè)單相接地保護(hù)。

(5) 20kV電源進(jìn)線端均設(shè)高壓計(jì)量柜，分別設(shè)有獨(dú)立的電流互感器和電壓互感器，分別裝設(shè)有功、無功電度表。低壓配電柜各照明、動(dòng)力回路均裝設(shè)有功電度分表。

3.3 電力設(shè)計(jì)

1)低壓配電系統(tǒng)：低壓配電系統(tǒng)配電電壓為380/220V，其配電干線系統(tǒng)為放射式與樹干式相結(jié)合，從變配電所至所有建筑物或樓層對(duì)不同性質(zhì)的用電負(fù)荷，分別由工作母線段配出電纜干線輸送電力到配電設(shè)備，再二次分配到各用電設(shè)備。對(duì)于消防及重要負(fù)荷采用專用雙回路配電線路供電，并在其用電末端自動(dòng)切換。低壓配電干線采用中性點(diǎn)接地的380/220V三相五線制。

2)設(shè)備選型：本工程高低壓變配電設(shè)備，根據(jù)本工程的負(fù)荷性質(zhì)和地下室設(shè)備用房的工作條件，選用技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)合理、使用方便、安全可靠的變配電設(shè)備。

變壓器選用SCB10節(jié)能型干式電力變壓器；低壓開關(guān)柜選用GCK型組合抽屜式低壓開關(guān)柜；配電箱選用PZ30，PXL型。

3)配電線路：室外電力配電干線采用YJV-0.6/1kV電力電纜沿電纜溝或穿管埋地暗敷。

辦公樓電力配電干線采用YJV-0.6/1kV電力電纜沿金屬橋架水平敷設(shè)至豎井，在豎井內(nèi)沿金屬橋架敷設(shè)至各層，各層配電干線水平走向，有吊頂處采用金屬橋架或穿金屬管在吊頂內(nèi)敷設(shè)，無吊頂處采用穿金屬管在樓板內(nèi)敷設(shè)。

綜合樓(宿舍部分)電力配電干線采用YJV-0.6/1kV電力電纜，由電氣室引至三層配電箱，再二次分配至各電表箱，各層配電支干線水平走向，有吊頂處采用金屬橋架或穿金屬管在吊頂內(nèi)敷設(shè)，無吊頂處采用穿金屬管在墻及樓板內(nèi)暗敷。

綜合樓(食堂部分)電力配電干線采用YJV-0.6/1kV電力電纜，由電氣室引至下層總配電箱，再二次分配至各照明配電箱及動(dòng)力配電箱，配電支干線采用金屬管沿墻或埋地暗敷設(shè)。

所有電力支線采用BV-0.45/0.75kV型導(dǎo)線穿金屬管敷設(shè)。

所有消防電力配電線路采用低煙無鹵阻燃耐火電纜或電線穿金屬管或金屬橋架上涂防火涂料保護(hù)。

4)設(shè)備安裝：開關(guān)、插座等采取沿墻暗裝方式，各層配電箱在電纜豎井內(nèi)或配電房內(nèi)采用落地或掛墻明裝。

5)接地和接零：變壓器中性點(diǎn)直接接地，其工作接地、電話總機(jī)、計(jì)算機(jī)等系統(tǒng)接地與防雷接地共用接地裝置，形成綜合接地裝置。接地型式采用TN-S系統(tǒng)，其接地電阻小于1Ω。

3.4 照明設(shè)計(jì)

1)照明電源電壓為380/220V，配電干線系統(tǒng)采用樹干式或放射式相接合的方式對(duì)各照明配電箱進(jìn)行供電。

2)照度標(biāo)準(zhǔn)

辦公室照度： 300lx；

設(shè)備用房等照度： 100～200lx；

樓梯間及主要通道照度： 30～50lx；

食堂照度： 100～150lx；

宿舍照度： 100lx；

廠房照度： 300lx。

3)照明光源和燈具安裝方式

照明光源采用節(jié)能型，燈具型式和安裝方式擬定如下：

廠房： 高顯色性金鹵燈吊裝；

辦公室： 格柵熒光燈嵌入式安裝；

宿舍： 熒光燈吸頂安裝；

走道： 圓、方形熒光燈吸頂安裝；

衛(wèi)生間： 圓形熒光燈吸頂安裝。

4)應(yīng)急照明：在變配電所、消防控制室、消防泵房、電話總機(jī)室、安保室等設(shè)應(yīng)急備用照明供事故情況下繼續(xù)工作使用。在辦公樓疏散走道等處設(shè)應(yīng)急疏散照明，在室內(nèi)通道、公共出口處設(shè)疏散指示標(biāo)志。應(yīng)急照明燈具在正常情況下由兩路電源末端互投供電，火災(zāi)事故情況下由燈具內(nèi)蓄電池供電，蓄電池供電時(shí)間不小于30min。

5)重點(diǎn)建筑設(shè)置泛光照明及節(jié)日照明。

3.5 建筑物防雷保護(hù)

1)本工程系多層建筑，根據(jù)相關(guān)計(jì)算確定三類防雷建筑物，按三類防雷等級(jí)采取防雷保護(hù)措施。

2)本工程采用防直擊雷保護(hù)措施，在屋頂設(shè)置避雷網(wǎng)，其網(wǎng)格不大于20m×20m，突出屋面的物體采用環(huán)狀避雷帶保護(hù)(廠房利用金屬彩板做接閃器)。利用建筑物柱內(nèi)鋼筋作防雷引下線(廠房利用鋼柱)，其間距不大于25m。利用建筑物鋼筋混凝土樁基、整板作為接地裝置。

3)本工程為防止雷電波的侵入，進(jìn)入建筑物的各種線路及金屬管道采用全線埋地引入，并在入戶端將電纜的金屬外皮、鋼管及金屬管道與接地裝置連接。本工程建筑物設(shè)置總等電位聯(lián)結(jié)，變配電室、弱電設(shè)備房、衛(wèi)生間設(shè)置局部等電位聯(lián)結(jié)。計(jì)算機(jī)電源系統(tǒng)、電信引入端設(shè)過電壓保護(hù)裝置。采用聯(lián)合接地方式，接地電阻不大于1Ω。

3.6 弱電系統(tǒng)

工業(yè)園區(qū)建筑弱電部分種類較多，包括電視、電話、網(wǎng)絡(luò)、周界監(jiān)控防盜、信息發(fā)布、停車場管理、火災(zāi)報(bào)警等，系統(tǒng)較為簡單，原理與民用建筑設(shè)計(jì)相同，設(shè)計(jì)量不大。電話網(wǎng)絡(luò)及消防按各功能單體及規(guī)范要求設(shè)置，因此本文對(duì)園區(qū)工業(yè)建筑的弱電設(shè)計(jì)不作深入探討。

4 電氣設(shè)計(jì)中需要關(guān)注的特點(diǎn)

4.1 供電系統(tǒng)

本項(xiàng)目由于位于中國光谷-國家自主創(chuàng)新示范區(qū)內(nèi)，根據(jù)區(qū)內(nèi)用電負(fù)荷迅速增加的實(shí)情，國家電網(wǎng)公司將20kV電壓等級(jí)納入了本區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)輸配電序列，能滿足多回路、高可靠性的要求，具有減少電能損耗的優(yōu)點(diǎn)。以采用相同導(dǎo)線輸送相同功率電能為例，20kV線路可降低損耗75%。本項(xiàng)目在立項(xiàng)之際經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證決定采用區(qū)域內(nèi)20kV供電系統(tǒng)，經(jīng)過后期投入運(yùn)行實(shí)測，節(jié)能效果較好。目前光谷片區(qū)多采用20kV供電系統(tǒng)。

4.2 照明

在園區(qū)建筑應(yīng)急照明設(shè)計(jì)中，需要著重考慮疏散照明、安全照明、備用照明。疏散照明根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50016-2006)第11.3節(jié)要求設(shè)置。用于確保正常活動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行的備用照明，設(shè)計(jì)師可根據(jù)生產(chǎn)要求預(yù)留回路，按照后期需要與否來安裝。疏散照明是涉及到發(fā)生火災(zāi)后人員逃生的重要設(shè)施，一般根據(jù)生產(chǎn)工廠的規(guī)模來確定內(nèi)部生產(chǎn)通道是否設(shè)置此類照明，用于人員疏散的安全通道需要設(shè)置疏散照明，以避免內(nèi)部工藝設(shè)備造成的人員危險(xiǎn)。其他各單體建筑疏散走道及安全出口根據(jù)規(guī)范設(shè)置疏散指示燈和安全出口燈。

4.3 動(dòng)力

園區(qū)工廠動(dòng)力設(shè)備的設(shè)計(jì)多數(shù)情況下僅根據(jù)設(shè)備專業(yè)提資考慮容量預(yù)留和電源到現(xiàn)場配電箱。在廠房功能不確定或設(shè)備專業(yè)未訂貨時(shí)，電氣專業(yè)確定的負(fù)荷用量都不會(huì)很準(zhǔn)確，尤其涉及到空調(diào)負(fù)荷的廠房在設(shè)計(jì)前后容量出入很大，這需要設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合廠房的用途多咨詢、征求各相關(guān)方的意見和要求，從而相對(duì)準(zhǔn)確地確定負(fù)荷。

園區(qū)工廠動(dòng)力線路可以采用直接埋地、電纜溝和橋架的敷設(shè)方式。車間內(nèi)吊車安全滑觸線及干線橋架的安裝要根據(jù)吊車運(yùn)行空間和高度來確定安裝位置和高度。

4.4 配電系統(tǒng)

配電系統(tǒng)中的負(fù)荷計(jì)算和開關(guān)設(shè)備選擇按照《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第3版)的相關(guān)章節(jié)要求設(shè)計(jì)。當(dāng)車間廠房照明經(jīng)常使用高壓氣體放電燈時(shí)，注意整定照明用微斷過載電流需承受啟動(dòng)階段的近2倍額定電流的啟動(dòng)電流。

當(dāng)配電負(fù)荷為電動(dòng)機(jī)時(shí)要考慮斷路器能承受電動(dòng)機(jī)短時(shí)的啟動(dòng)電流。微斷的分?jǐn)嗄芰Σ粷M足短路分?jǐn)嗄芰σ?。一般全壓啟?dòng)電動(dòng)機(jī)容量不大于變壓器容量的30%為宜。

4.5 防雷接地

目前，園區(qū)工廠多為鋼結(jié)構(gòu)廠房，屋面采用彩鋼板或其他形式的鋼板，若金屬板下無易燃物，厚度不小于0.5mm，屋面金屬板可作為接閃器，其他突出屋面的設(shè)備必須與接閃器可靠聯(lián)結(jié)。鋼結(jié)構(gòu)廠房柱子如果為鋼柱，可以直接利用它作防雷引下線，同時(shí)注意引下線上下均應(yīng)與整個(gè)避雷系統(tǒng)設(shè)施可靠連接。

本工程利用基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋網(wǎng)作接地體，接地體的基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋網(wǎng)必須在室外地面以下距地面不小于0.5m處，鋼筋規(guī)格是通過規(guī)范中的計(jì)算公式對(duì)鋼筋表面積總和進(jìn)行換算得到的，以期滿足要求。

5 結(jié)束語

工業(yè)園區(qū)電氣設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要抓住其特點(diǎn)，了解園區(qū)工廠工藝上的要求，把握與一般民用建筑的不同之處，按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。

以上是筆者對(duì)于工業(yè)園區(qū)建筑電氣設(shè)計(jì)的個(gè)人觀點(diǎn)，開始設(shè)計(jì)之前，曾參觀了武漢市多個(gè)工業(yè)園區(qū)項(xiàng)目，收集多方資料，精心設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目獲得2012年湖北省工程設(shè)計(jì)三等獎(jiǎng)。

[1] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司，中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施-電氣[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[2] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50052-2009)[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2009.

[3] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn). 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(GB 50016-2006)[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2006.

[4] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn). 民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范(JGJ 16-2008)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

Discussion on the Electrical Design of Industrial Park

Ye Jing / Chen Fei

Taking a science park as an example, this paper briefly introduces the content and method of industrial park of electrical design, it may give some reference and guiding role to this kind of project of electrical design.

industrial park, electrical design, system characteristics