低壓配電系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)常見的幾個(gè)問題

提起低壓配電系統(tǒng)，想必大部分電氣設(shè)計(jì)人員都不陌生了。但是如果說到低壓配電系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，可能不少電氣設(shè)計(jì)人員都不太清楚的，對(duì)于一些電氣設(shè)計(jì)初學(xué)者更是一問三不知了。我們都知道低壓配電系統(tǒng)由配電變電所（通常是將電網(wǎng)的輸電電壓降為配電電壓）、高壓配電線路（即1千伏以上電壓）、配電變壓器、低壓配電線路（1千伏以下電壓）以及相應(yīng)的控制保護(hù)設(shè)備組成。主電路是傳送電能的所有導(dǎo)電回路。低壓配電系統(tǒng)是使用低壓電器的大戶，這些低壓電器一般都安裝在各種專用的配電柜和控制柜內(nèi)。那么低壓配電系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)過程中，需要注意哪些問題呢？下面本文總結(jié)了幾個(gè)常見的問題，看完文章希望能給廣大電氣設(shè)計(jì)人員一些參考。

01?低壓配電系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)常見的幾個(gè)問題

低壓配電系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)中有幾個(gè)要點(diǎn)問題：

第一個(gè)問題：負(fù)荷分級(jí)和配電分級(jí)；

第二個(gè)問題：負(fù)荷容量的計(jì)算；

第三個(gè)問題：各配電設(shè)備主電路的設(shè)計(jì)、連接電纜的設(shè)計(jì)。

這些問題非常繁雜，又很重要。因此在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中，對(duì)這些問題有很詳盡的操作規(guī)范和規(guī)程。這些國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，最具有代表性的就是GB50054-2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》。小編在論及低壓配電規(guī)范時(shí)將以這部標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)。以下小編按順序來闡述這些問題。

02?負(fù)荷分級(jí)及供電要求

1）電力負(fù)荷

電力負(fù)荷通常有兩種含義：一是指電氣設(shè)備和導(dǎo)線中流過的功率或電流大??；二是指耗用電能的設(shè)備或用戶。負(fù)荷分級(jí)與配電網(wǎng)中某負(fù)荷的重要性有關(guān)，例如電梯的重要性比熱水器要高得多，前者中斷供電可能會(huì)出現(xiàn)人身傷害事故，后者幾乎不會(huì)產(chǎn)生什么重大影響。

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，工廠的電力負(fù)荷，根據(jù)其對(duì)供電可靠性的要求及中斷供電造成的損失或影響的程度分為三級(jí)。負(fù)荷分級(jí)的數(shù)字越低，則負(fù)荷的重要性就越高。例如一類負(fù)荷比三類負(fù)荷更重要。

配電系統(tǒng)分級(jí)則與距離電源的遠(yuǎn)近有關(guān)。距離電源越近，低壓配電系統(tǒng)的能量就越大，短路容量也越大。

用于在各配電分級(jí)之間連接電纜會(huì)大幅度地削減短路容量，因此配電系統(tǒng)分級(jí)也可以用配電電纜來分界。配電分級(jí)的數(shù)字越小，則配電分級(jí)的級(jí)別就越高。例如一級(jí)配電系統(tǒng)的短路容量要大于三級(jí)配電系統(tǒng)。

對(duì)于低壓配電系統(tǒng)來說，負(fù)荷分級(jí)和配電系統(tǒng)分級(jí)是兩個(gè)重要的概念。我們來看看兩者的定義和要點(diǎn)。

2）負(fù)荷分級(jí)

電力負(fù)荷應(yīng)根據(jù)供電的可靠性要求及中斷供電在人身傷害、政治、經(jīng)濟(jì)上所造成的影響進(jìn)行分級(jí)：

① 一類負(fù)荷

a. 中斷供電將造成人身傷亡；

b. 中斷供電將在政治和經(jīng)濟(jì)上造成重大損失。例如：重大設(shè)備損壞，重大產(chǎn)品報(bào)廢、連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂且需要長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)。

c. 中斷供電將影響有重大政治、經(jīng)濟(jì)意義的用電單位正常工作。例如：重要交通樞紐、重要通信樞紐、大型體育場(chǎng)館、經(jīng)常用于國(guó)際活動(dòng)的大量人員集中公共場(chǎng)所等用電單位。

供電要求：一類負(fù)荷應(yīng)當(dāng)由兩路電源供電。當(dāng)一路電源發(fā)生故障時(shí)，另一路電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞；一類負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，除了由兩路電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，并嚴(yán)禁將其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。

② 二類負(fù)荷

a. 中斷供電將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成較大損失；

b. 中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。

供電要求：二類負(fù)荷建議由兩路電源供電。

③ 三類負(fù)荷

不屬于一類和二類負(fù)荷者均為三類負(fù)荷。

供電要求 ：一般要求。

對(duì)于具體的民用建筑來說，一般一類負(fù)荷就是可能產(chǎn)生人身傷害的設(shè)備，如電梯和消防設(shè)備等；二類負(fù)荷則包括常用的空調(diào)機(jī)組、水泵機(jī)組、扶梯、辦公照明、居民生活用電等等；三類負(fù)荷一般是指廣告照明及夜景照明等等。

3）配電系統(tǒng)分級(jí)
配電系統(tǒng)分級(jí)是指處于相同的配電設(shè)備內(nèi)，并且具有相同的短路分?jǐn)嗳萘康亩嘟M電器設(shè)備。從低壓電網(wǎng)的進(jìn)線側(cè)開始，到最終用電負(fù)荷一般有三級(jí)配電設(shè)備。

① 一級(jí)低壓配電設(shè)備又被稱為PCC低壓配電柜。一級(jí)配電設(shè)備擔(dān)任了電能的接受、電能的分配和電能的饋送任務(wù)，一般安裝在總變配電所或總降壓變電所內(nèi)。這里的PCC是Power Control Center(電能控制中心)的縮寫。

② 二級(jí)配電設(shè)備是車間級(jí)或區(qū)間級(jí)的配電中心，一般由饋電中心PCC開關(guān)柜和電動(dòng)機(jī)控制中心MCC開關(guān)柜組成。這里的MCC是Motor Control Center(電動(dòng)機(jī)控制中心)的縮寫。

③ 三級(jí)配電設(shè)備是就地照明配電箱、動(dòng)力配電箱或入戶配電箱，其控制對(duì)象是最終用電設(shè)備。各級(jí)配電設(shè)備之間往往用電纜連接。

又叫作 低壓電網(wǎng) 的系統(tǒng)圖 。整個(gè)低壓電網(wǎng)中存在三級(jí)配電設(shè)備，而用電設(shè)備既包括電動(dòng)機(jī)還包括照明設(shè)備。

設(shè)計(jì)民用建筑或工礦企業(yè)的低壓電網(wǎng)時(shí)，其依據(jù)就是低壓系統(tǒng)的負(fù)荷計(jì)算，以及負(fù)荷的工作制、使用參數(shù)、保護(hù)參數(shù)等。

03?低壓系統(tǒng)配電負(fù)荷計(jì)算

（1）負(fù)荷計(jì)算的內(nèi)容包括：

① 確定計(jì)算負(fù)荷，作為按發(fā)熱條件選擇配電變壓器、導(dǎo)體及電器的依據(jù)，并用來計(jì)算電壓損失和功率損耗。在工程上，常常把計(jì)算負(fù)荷作為電能消耗量以及無功功率補(bǔ)償?shù)挠?jì)算依據(jù)。

② 確定尖峰電流，用以檢驗(yàn)電壓波動(dòng)和選擇保護(hù)電器。

③ 確定一類和二類負(fù)荷，用以確定備用電源或者應(yīng)急電源的容量參數(shù)。

④ 確定季節(jié)性負(fù)荷，從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件出發(fā)，來考慮電力變壓器的容量及臺(tái)數(shù)。

⑤ 根據(jù)負(fù)荷計(jì)算的結(jié)果，計(jì)算出各級(jí)配電系統(tǒng)的運(yùn)行電流電壓參數(shù)，計(jì)算出短路容量。

⑥ 設(shè)計(jì)和配置各級(jí)配電系統(tǒng)的元器件的型號(hào)規(guī)格及參數(shù)，確定連接電纜的截面及長(zhǎng)度等參數(shù)。

可見負(fù)荷計(jì)算的重要性。

（2）負(fù)荷計(jì)算的幾個(gè)原則和方法

1）負(fù)荷計(jì)算與工作制的關(guān)系

用電設(shè)備的工作制包括：

① 連續(xù)運(yùn)行工作制

指連續(xù)工作、在恒定負(fù)荷下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行且足以使之達(dá)到熱平衡狀態(tài)的用電設(shè)備。如通風(fēng)機(jī)水泵、空氣壓縮機(jī)、機(jī)床，電爐電解設(shè)備和照明裝置等。

② 短時(shí)運(yùn)行工作制

指在恒定負(fù)荷下運(yùn)行的時(shí)間短(短于達(dá)到熱平衡狀態(tài)所需的時(shí)間)，而停歇時(shí)間長(zhǎng)(長(zhǎng)到足以使設(shè)備溫度冷卻到周圍介質(zhì)的溫度)的用電設(shè)備。如金屬切削機(jī)床上的輔助電動(dòng)機(jī)(如進(jìn)給電動(dòng)機(jī)，橫梁升降電動(dòng)機(jī))、控制閘門的電動(dòng)機(jī)等。

③ 反復(fù)短時(shí)運(yùn)行工作制

指設(shè)備周期性地時(shí)而工作，時(shí)而停歇，如此反復(fù)循環(huán)運(yùn)行，而工作周期一般不超過10min，無論工作或停歇，均不足以使設(shè)備達(dá)到熱平衡。如電焊機(jī)和吊車電動(dòng)機(jī)等。

2）負(fù)荷計(jì)算的原則

負(fù)荷計(jì)算的原則是將不同工作制下的用電設(shè)備額定功率更換為統(tǒng)一的長(zhǎng)期工作制下的設(shè)備功率。

在這個(gè)原則下，連續(xù)工作制下的用電設(shè)備的額定功率當(dāng)然就等于額定功率，而斷續(xù)或者短時(shí)工作制下的電動(dòng)機(jī)設(shè)備功率，則采用需要系數(shù)法或者二項(xiàng)式法，統(tǒng)一換算到負(fù)載持續(xù)率為25%時(shí)的有功功率。

3）利用需要系數(shù)確定計(jì)算負(fù)荷的三個(gè)原則

計(jì)算負(fù)荷也稱需要負(fù)荷或最大負(fù)荷。當(dāng)我們按計(jì)算負(fù)荷選配低壓電器及連接電纜后，用電設(shè)備及配電設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中其最高溫升不會(huì)超過其允許值。

我們知道，在長(zhǎng)期工作制下，由于配電電器和電纜從通過電流起到達(dá)穩(wěn)定溫升的時(shí)間大約為3-4T，T為發(fā)熱時(shí)間常數(shù)。由于電纜大約經(jīng)過30min后可達(dá)到穩(wěn)定的溫升值，因此采用半小時(shí)的最大負(fù)荷作為計(jì)算負(fù)荷，可使按發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備和導(dǎo)線更為合理。

確定用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的方法有需要系數(shù)法和二項(xiàng)式法。需要系數(shù)法更為簡(jiǎn)便，這也是需要系數(shù)法得到廣泛應(yīng)用的原因。

需要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷有四個(gè)原則。這四個(gè)原則分述如下：

第一個(gè)原則：設(shè)備分組。

根據(jù)用電設(shè)備的明細(xì)情況，將具有相近工作性質(zhì)的用電設(shè)備分在同一組內(nèi)。

第二個(gè)原則：確定用電設(shè)備的設(shè)備容量。

用電設(shè)備的工作制不盡相同，即有長(zhǎng)期工作制的，也有短時(shí)工作制和反復(fù)短時(shí)工作制的。因此，這些設(shè)備銘牌上標(biāo)定的額定功率首先要換算成統(tǒng)一規(guī)定工作制下的額定功率，然后才能相加。

原理：用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷，是指用電設(shè)備組從供電系統(tǒng)中取用的半小時(shí)最大負(fù)荷P30，如下圖所示?？紤]到實(shí)際情況下，用電設(shè)備組的所有設(shè)備不一定都同時(shí)運(yùn)行，即設(shè)備組在最大負(fù)荷時(shí)運(yùn)行的設(shè)備容量小于全部設(shè)備的總?cè)萘?；運(yùn)行的設(shè)備也不可能都處于滿載運(yùn)行，即設(shè)備組在最大負(fù)荷時(shí)的輸出功率也要小于此時(shí)運(yùn)行的設(shè)備容量。

同時(shí)還考慮到在傳送功率的過程中不僅設(shè)備本身有功率損 耗，配電線路也有功率損耗。因此用電設(shè)備組的有功計(jì)算負(fù)荷則可表示為：

實(shí)際上，需要系數(shù)不僅與用電設(shè)備組的工作性質(zhì)、設(shè)備臺(tái)數(shù)、設(shè)備效率和線路損耗等因素有關(guān)，而且也與操作工人的技術(shù)熟練程度和生產(chǎn)組織等多種因素有關(guān)，因此應(yīng)盡可能通過實(shí)際分析確定，使之盡量接近實(shí)際。

在與電力負(fù)荷計(jì)算的相關(guān)書籍上都給出了各種用電設(shè)備的需要系數(shù)。

有功計(jì)算負(fù)荷(kW)：P30=KdPe

無功計(jì)算負(fù)荷(kvar)：Q30=P30tanψ

視在計(jì)算負(fù)荷(kVA)：S30=P30/COSψ

計(jì)算電流(A)：

在利用需要系數(shù)法計(jì)算電力負(fù)荷時(shí)，要注意以下問題：

1）由于需要系數(shù)是按車間范圍設(shè)備臺(tái)數(shù)較多的情況來確定的，所以需要系數(shù)值一般較低，例如冷加工機(jī)床組的需要系數(shù)值平均0.2左右。因此，需要系數(shù)法較適合用于確定車間的計(jì)算負(fù)荷。如果采用需要系數(shù)法來計(jì)算干線或分支線上用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷，應(yīng)適當(dāng)將數(shù)值取大點(diǎn)。

2）需要系數(shù)的大小與用電設(shè)備的類別和工作狀態(tài)有極大的關(guān)系，因此在計(jì)算時(shí)首先要正確判斷用電設(shè)備的類別和工作狀態(tài)，否則將造成錯(cuò)誤。例如機(jī)修車間的金屬切削機(jī)床電動(dòng)機(jī)就屬于小批生產(chǎn)的冷加工機(jī)床電動(dòng)機(jī)，因?yàn)榻饘偾邢骶褪抢浼庸ざ鴻C(jī)修不可能是大批生產(chǎn)。又如壓塑機(jī)、拉絲機(jī)和鍛錘等，應(yīng)該屬熱加工機(jī)床。再如起重機(jī)、行車實(shí)際上都屬于吊車類。

多組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的確定：

確定有多組用電設(shè)備的干線上或車間變電所低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)該考慮各組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不同時(shí)出現(xiàn)的因素。因此在確定低壓母線或低壓干線上的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)該結(jié)合具體情況對(duì)其有功負(fù)荷和無功負(fù)荷分別計(jì)入一個(gè)同時(shí)系數(shù)K∑p（有功負(fù)荷同時(shí)系數(shù)）和K∑q（無功負(fù)荷的同時(shí)系統(tǒng)）。

1）車間干線

取K∑p=0.85～0.95，K∑q=0.9～0.97。

2）低壓母線

當(dāng)由用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷組直接相加來計(jì)算時(shí)，可取K∑p=0.85～0.9，K∑q=0.85～0.95；

當(dāng)由車間干線計(jì)算負(fù)荷直接相加來計(jì)算時(shí)，可取K∑p=0.9～0.95，K∑q=0.93～0.97。

注意：由于各組設(shè)備的功率因數(shù)不一定相同，因此總的視在計(jì)算負(fù)荷和計(jì)算電流不能用各組的視在計(jì)算負(fù)荷或計(jì)算電流之和來計(jì)算，總的視在計(jì)算負(fù)荷也不能按用電設(shè)備組的視在計(jì)算負(fù)荷公式來進(jìn)行計(jì)算。

編輯：黃飛

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