學習情境 3 工廠電氣系統安裝
專案1 工廠電氣動力系統安裝
3.1.1施工技術準備
1.識圖
1）設計說明
（1）設計依據
按照國家標準gb50052～95 《供配電系統設計規範》、gb50053—94《10kv及以下變電所設計規範》、gb50054—95《低壓配電設計規範》等的規定，進行工廠供電設計必須遵循以下一般設計原則：
a遵守規程、執行政策必須遵守國家的有關規程和標準，執行國家的有關方針政策，包括節約能源、節約有色金屬等技術經濟政策。
b安全可靠、先進合理應做到保障人身和裝置的安全，供電可靠，電能質量合格，技術先進和經濟合理，採用效率高、能耗低和效能較先進的電氣產品。
c近期為主、考慮發展應根據工程特點、規模和發展規劃，正確處理近期建設與遠期發展的關係，做到遠、近期結合，以近期為主，適當考慮擴建的可能性。
d全域性出發、統籌兼顧必須從全域性出發，統籌兼顧，按照負荷性質、用電容量、工程特點和地區供電條件等，合理確定設計方案。
（2）設計範圍
工廠供電設計包括變配電所設計、配電線路設計和電氣照明等。
a變配電所設計
無論工廠總降壓變電所或車間變電所，設計的內容都基本相同。工廠高壓配電所，則除了沒有主變壓器的選擇外，其餘的設計內容也與變電所設計基本相同。
變配電所的設計內容應包括：變配電所負荷的計算和無功功率的補償，變配電所所址的選擇，變電所主變壓器台數和容量、型式的確定，變配電所主結線方案的選擇，進出線的選擇，短路計算及開關裝置的選擇，二次迴路方案的確定及繼電保護的選擇與整定，防雷保護與接地和接零的設計，變配電所電氣照明的設計等。最後需編制設計說明書、裝置材料清單及工程概(預)算，繪製變配電所主電路圖、平剖面圖、二次迴路圖及其它施工圖紙。
b配電線路設計
工廠配電線路設計分廠區配電線路設計和車間配電線路設計。
廠區配電線路設計，包括廠區高壓供配電線路設計及車間外部低壓配電線路的設計。其設計內容應包括：配電線路路徑及線路結構型式的確定，負荷的計算，導線或電纜及配電裝置和保護裝置的選擇，架空線路桿位的確定及電桿與絕緣子、金具的選擇，防雷保護與接地和接零的設計等。
最後需編制設計說明書、裝置材料清單及工程概(預)算，繪製廠區配電線路系統圖和平面圖、電桿**圖及其它施工圖紙。
車間配電線路設計，包括車間配電線路佈線方案的確定、負荷的計算、線路導線及配電裝置和保護裝置的選擇、線路敷設設計等。最後也需編制設計說明書、裝置材料清單及工程概(預)算，繪製車間配電線路系統圖、平面圖及其他施工圖紙。
c電氣照明設計
工廠電氣照明設計，包括廠區室外照明系統設計和車間(建築)內照明系統設計。無論是廠區室外照明設計還是車間內照明設計，其內容均應包括：照明光源和燈具的選擇，燈具布置方案的確定和照度的計算，照明負荷計算及導線的選擇，保護與控制裝置的選擇等。
最後編制設計說明書、裝置材料清單及工程概(預)算，繪製照明系統圖、平面圖及其它施工圖紙。
(3）設計的程式與要求
工廠供電設計，通常分為擴大初步設計和施工設計兩個階段。大型設計，也有分為初步設計、技術設計和施工設計三個階段，或分為方案設計、初步設計和施工設計三個階段的。如果設計任務緊迫，設計規模較小，又經技術論證許可時，也可直接進行施工設計。
a擴大初步設計
擴大初步設計的任務，主要是根據設計任務書的要求，進行負荷的統計計算，確定工廠的需電容量，選擇工廠供電系統的原則性方案及主要裝置，提出主要裝置材料清單，並編制工程概算，報上級主管部門審批。因此，擴大初步設計資料應包括工廠供電系統的總體布置圖、主電路圖、平面布置圖等圖紙及設計說明書和工程概算等。
為了進行擴大初步設計，在設計前必須收集以下資料：
a)亡廠的總平面圖，各車間(建築)的土建平、剖面圖。
b)工藝、給水、排水、通風、取暖及動力等工種的用電裝置平面布置圖及主要的剖面圖。並附有備用電裝置的名稱及有關技術資料。
c)用電裝置對供電可靠性的要求及工藝允許停電的時間。
d)全廠的年產量或年產值及年最大負荷利用小時數，用以估算全廠的年用電量和最高需電量。
e)向當地供電部門收集下列資料：可供的電源容量和備用電源容量；供電電源的電醫、供電方式(架空線還是電纜，專用線還是公用線)、供電電源回路數、導線或電纜的型號規格、長度以及進入工廠的方位；電力系統的短路資料或供電電源線路首端的開關斷流容量；供電電源首端的繼電保護方式及動作電流和動作時限的整定值，電力系統對工廠進線端繼電保護方式及動作時限配合的要求；供電部門對工廠電能計量方式的要求及電費計收辦法；對工廠功率因數的要求；電源線路廠外部分設計和施工的分工及工廠應負擔的投資費用等。
f)向當地氣象、地質及建築安裝等部門收集下列資料：當地氣溫資料，如年最高溫度、年平均溫度、最熱月平均最高溫度、最熱月平均溫度以及當地最熱月地面下o．8～1．om處的土壤平均溫度等，以供選擇電器和導體之用；當地海拔高度、極端最高溫度與最低溫度等，也是供電器選擇之用；當地年雷暴日數，供設計防雷裝置之用；當地土壤性質或土壤電阻率，供設計接地裝置之用；當地常年主導風向、地下水位及最高洪水位等，供選擇變、配電所所址之用；當地曾經出現過或可能出現的最高**烈度，供考慮防震措施之用；當地電氣工程的技術經濟指標及電氣裝置和材料的生產**情況等，供編制投資概算之用。
必須注意：在向當地供電部門收集有關資料的同時，也應向當地供電部門提供一定的資料，如工廠的生產規模、負荷的性質：需電容量及供電的要求等，並應與供電部門最後達成供用電協議。
b 施工設計
施工設計是在擴大初步設計經上級主管部門批准後，為滿足安裝施工要求而進行的技術設計，重點是繪製施工圖，因此也稱為施工圖設計。施工設計須對初步設計的原則性方案進行全面的技術經濟分析和必要的計算和修訂，以使設計方案更加完善和精確，有助於安裝施工圖的繪製。安裝施工圖是進行安裝施工所必需的全套圖紙資料。
安裝施工圖應盡可能採用國家頒發的標準圖樣。
施工設計資料應包括施工說明書，各項工程的平、剖面圖，各種裝置的安裝圖，各種非標準件的安裝圖，裝置與材料明細表以及工程預算等。
施工設計由於是即將付諸安裝簏工的最後決定性設計，因此設計時更有必要深入現場調查研究，核實資料，精心設計，以確保工廠供電工程的質量。
2）負荷計算
由於需要係數等計算方法前面章節已作介紹，本部分僅介紹在當裝置台數較少而容量差別較大時的低壓幹線與分支線的負荷計算中常用的二項式法。
(1) 用二項法進行負荷計算
二項式法認為計算負荷由兩部分構成，一部分是由所有裝置執行時產生的平均負荷，另一部分是由於大型裝置（容量最大的x臺）的投入產生的負荷。
其中b，c稱為二項式係數。二項式係數也是通過統計得到的資料。
二項式法的基本公式是
式中，bpe為表示用屯裝置組的平均功率，其中pe是用電裝置組的裝置總容量，其計算方法如前需要係數法中所述；cpx為表示用電裝置組中x臺容量最大的裝置投入執行時增加的附加負荷，其中px，是x臺最大容量的裝置總容量；b、c為二項式係數。
其餘的計算負荷q30、s30和i30的計算與前述需要係數法的計算相同
但必須注意：按二項式法確定計算負荷時，如果裝置總台數n少於附錄表1中規定的最大容量裝置台數x的2倍(即n<2x)時，其最大容量裝置台數x宜適當取小，建議取為x=n/2，且按「四捨五入」修約規則取整數。例如某工具機電動機組只有7台時，則其x=7／2≈4。
如果用電裝置組只有1～2臺裝置時，就可認為p30=pe。對於單台電動機，則p30=pn／η，式中pn為電動機額定容量，η為其額定效率。在裝置台數較少時，cosφ也應適當取大。
由於二項式法不僅考慮了用電裝置組最大負荷時的平均功率，而且考慮了少數容量最大的裝置投入執行時對總計算負荷的額外影響，所以二項式法比較適於確定裝置台數較少而容量差別較大的低壓幹線和分支線的計算負荷。但是二項式計算係數b、c和x的值，缺乏充分的理論根據，而且這些係數，也只適於機械加工工業，其他行業的這方面資料缺乏，從而使其應用受到一定侷限。
例3.1-1 已知機修車間的金屬切削工具機組，擁有電壓為380v的三相電動機7.5kw3臺；4kw8臺；3kw17臺；1.5kw10臺。試求其計算負荷。
解：由表查得b=0.14，c=0.4，x=5，cosφ=0.5，tanφ=1.73。而裝置總容量為：
pe=120.5kw
x臺最大容量的裝置容量為
px=p5 =7.5kw×3*-+4kw×2=30.5kw
可求得：
p30 =0.14×120.5kw+0.4×30.5kw=29.1kw
q30 =29.1kw×1.73=50.3kvar
s30 =29.1kw/0.5=58.2kva
i30 =88.4a
按二項式法計算的結果比按需要係數法計算的結果稍大，特別是在裝置台數較少的情況下。供電設計的經驗說明，選擇低壓分支幹線或支線時，按需要係數法計算的結果往往偏小，以採用二項式法計算為宜。
3)尖峰電流的計算
(1)概述
尖峰電流(peak current)是指持續時間1～2s的短時最大負荷電流。
尖峰電流主要用來選擇熔斷器和低壓斷路器，整定繼電保護裝置及檢驗電動機自起動條件等。
(2)單台用電裝置尖峰電流的計算
單台用電裝置的尖峰電流就是其起動電流(starting current)，因此尖峰電流為
式中in為用電裝置的額定電流；ist為用電裝置的起動電流；kst為用電裝置的起動電流倍數；籠型電動機為5～7；繞線型電動機為2～3，直流電動機為1．7，電焊變壓器為3或稍大。
(3)多台用電裝置尖峰電流的計算
引至多台用電裝置的線路上的尖峰電流按下式計算 或
例3.1-2 有一380v三相線路，供電給表所示4臺電動機。試計算該線路的尖峰電流。
負荷資料表3.1-1
解：由表3.1-1可知，電動機m4的為最大。取，因此該線路的尖峰電流為：
4)短路電流及其計算
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