10、6 kV配電所及10、6/0.4kV變電所設(shè)計,是工程建設(shè)中非常普通又非常重要的一項工作,其規(guī)范性和技術(shù)性都很強,很多方面涉及到國家強制性條文的貫徹落實。要做好變配電所設(shè)計既要執(zhí)行國家現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范和規(guī)程,又要知足當(dāng)?shù)毓╇姴糠值脑敿?xì)要求,否則會泛起種種題目,影響設(shè)計質(zhì)量和工程進度。為了做好變配電所的設(shè)計,現(xiàn)將變配電所設(shè)計圖紙時發(fā)現(xiàn)各種題目中的一部門收拾整頓出來,進行扼要的分析,與大家相互交流,以便共同進步。
1.變電所和配電所的名稱工程設(shè)計在使用名詞術(shù)語時要力求正確,不能隨意。在詳細(xì)項目的設(shè)計文件中不宜籠統(tǒng)使用“變配電所”這一名稱。“變配電所”是變電所和配電所的統(tǒng)稱,僅用于泛指。詳細(xì)談到某種種別或某一個體時,應(yīng)分別稱為“變電所”或“配電所”。在GB50053-94《10kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范》中,“變電所”的解釋是“10kV及以下交流電源經(jīng)電力變壓器變壓后對用電設(shè)備供電”:“配電所”的解釋是“所內(nèi)只有起開閉和分配電能作用的高壓配電裝置,母線上無主變壓器”。在變電裝置與配電裝置均有時,以升降壓為主要功能包括附有高、中壓配電裝置者,稱為“變電所”“以中壓配電為主要功能包括附有3~10/0.4kV變壓器者,稱為”配電所“。一項工程具有多個變電所時,應(yīng)以所在建筑物的名稱或用流水號對各變電所分別命名。
2.帶電導(dǎo)體系統(tǒng)的型式和系統(tǒng)接地的型式根據(jù)國際電工委員會IEC-TC64第312條,配電系統(tǒng)的型式有兩個特征,即帶電導(dǎo)體系統(tǒng)的型式,如三相四線制,和系統(tǒng)接地的型式如TN-C-S系統(tǒng)。在正式文件中不得把三相四線制的TN-S系統(tǒng)稱為“三相五線制”。在GB50054-95《低壓配電設(shè)計規(guī)范》第37頁“名詞解釋”中已明確指出,“三相四線制是帶電導(dǎo)體配電系統(tǒng)的型式之一,三相指L1、L2、L3三相,四線指通過正常工作電流的三根相線和一根N線,不包括不通過正常工作電流的PE線”。它并進一步闡明“TN-C、TN-C-S、TN-S、TT等接地型式的配電系統(tǒng)均屬三相四線制”。在我國低壓配電電壓應(yīng)采用220V/380V.帶電導(dǎo)體系統(tǒng)的型式宜采用單相二線制、兩相三線制、三相三線制和三相四線制。在設(shè)計文件中,對TN-S與TN-C-S接地型式的規(guī)定有時攪渾不清。系統(tǒng)的接地型式一般是就一個變電所或一臺變壓器的供電范圍而言。中性線N線和保護線PE線僅在局部范圍內(nèi),如一棟樓或一層樓分開時,應(yīng)稱TN-C-S系統(tǒng)。TN系統(tǒng)中某一剩余電流保護器負(fù)荷側(cè)電氣裝置的外露導(dǎo)電體單獨接地時,可稱為局部TT系統(tǒng)。
3.分級分類術(shù)語和尺度計量單位設(shè)計文件中的各種分級、分類等名詞術(shù)語,應(yīng)與國家尺度、行業(yè)尺度同一,不得攪渾。如常常使用的術(shù)語:電力負(fù)荷應(yīng)稱為一、二、三級負(fù)荷,這里用“級”不用“類”;防雷建筑稱為一、二、三類防雷建筑物,這里用“類”不用“級”新的防雷規(guī)范不再分產(chǎn)業(yè)、民用,屋面避雷網(wǎng)的網(wǎng)格大小也應(yīng)以新規(guī)范為準(zhǔn) ;爆炸性氣體環(huán)境危險區(qū)域分為0、1、2區(qū),爆炸性粉塵環(huán)境危險區(qū)域分為10、11區(qū),火災(zāi)危險區(qū)域分為21、22、23區(qū),這里均用“區(qū)”不用“級”或“類”;而炸藥、火藥、彈藥及火工品危險場所電氣分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類危險場所,這里用“類”不用“區(qū)”。其他的名詞術(shù)語也應(yīng)準(zhǔn)確使用,如在正式文件中應(yīng)使用“斷路器”、“變電所”,而不宜使用“自動開關(guān)”、“變電站”等等,不逐一列舉。計量單位的尺度符號要準(zhǔn)確,字母的大小寫不能隨意。如A、V、W、kV、kW、kVA、kvar、lx、km等應(yīng)一律使用法定計量單位,特別要留意單位符號字母的大小寫要準(zhǔn)確,凡由人名轉(zhuǎn)化來的單位符號如A、V、W、N、Pa 和兆以上的詞頭符號如M、G 均應(yīng)大寫;除此之外,則一律小寫,如kV、MW、kvar、km等。有關(guān)計量單位的資料,可參閱“產(chǎn)業(yè)與民用配電設(shè)計手冊”第十六章第773~783頁。
4.對土建的要求在GB50053-94《10kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范》中明確劃定了變電所所址選擇和對建筑等有關(guān)專業(yè)的要求,在執(zhí)行中還存在不少詳細(xì)題目,現(xiàn)僅列舉以下幾例略加分析,今后設(shè)計時應(yīng)予以正視。
1) 防火挑檐:車間附設(shè)變電所選用油浸電力變壓器時,有的未在變壓器室大門的上方設(shè)置防火挑檐。在工程建設(shè)尺度強制性條文GB50053-94的第6.1.8條,劃定“在多層和高層主體建筑物的底層布置有可燃性油的電氣設(shè)備時,其底層外墻啟齒部位的上方應(yīng)設(shè)置寬度不小于1.0m的防火挑檐”。
2) 安全出口:有的設(shè)計在長度大于7m的配電室僅設(shè)一個出口或設(shè)兩個出口但靠近統(tǒng)一端。這不符合GB50053-94第6.2.6條的劃定,規(guī)范要求“長度大于7m的配電室應(yīng)設(shè)兩個出口,并宜布置在配電室的兩端”。
3) 梁高:有的設(shè)計在考慮室內(nèi)凈高時未計及梁的高度。因為變配電所的跨度較大,有時梁的高度可達(dá)800mm左右,故在提土建前提層高時應(yīng)考慮梁的高度。
4) 值班室:有的設(shè)計將值班室設(shè)在交通不便的里角。這不符合GB50053-94的第4.1.6條劃定,該條劃定“有人值班的配電所,應(yīng)設(shè)單獨的值班室。高壓配電室與值班室應(yīng)縱貫或經(jīng)由通道相通,值班室應(yīng)有直接通向戶外或通向走道的門?!?br /> 5) 電纜溝:有的變電所內(nèi)雙排布置的低壓配電屏僅在屏底和后側(cè)設(shè)置地溝,兩排屏的溝之間互不連通。為了利便電纜的進出和今后線路的調(diào)整,宜將所內(nèi)所有主電纜溝和控制電纜溝均連通。
6) 電纜分界室:有的分界室不知足供電部分的要求。北京供電局劃定北京地區(qū)的10kV用戶必需設(shè)置電纜分界室作為工程的電源總進線室。電纜分界室的位置應(yīng)接近電源進線方向,并靠近建筑物的外墻。其面積一般為6m×3.5m即20mm2左右,凈高應(yīng)不小于2.7m,下設(shè)凈高不小于1.8m的電纜夾層,并設(shè)600mm×600mm的人孔和爬梯。電纜分界室在無地下室的建筑物中一般設(shè)在一層;而在有地下室的建筑物中,則不論地下有幾層,電纜分界室均要求設(shè)在地下一層。根據(jù)北京市供電局的劃定,電纜分界室歸北京市供電局治理,故電纜分界室的門應(yīng)向外開向公共走道。
5.設(shè)備布置在變配電所的設(shè)備布置方面,也存在種種題目,甚至違背強制性條文的劃定,現(xiàn)僅舉列如下:
1)高、低壓配電系統(tǒng)圖與平面圖不一致。其表現(xiàn)形式有兩種:其一是系統(tǒng)圖與平面圖中柜屏 的排列順序相反。看系統(tǒng)圖時是面向柜屏 的正面,將其從左至右排列為1、2、3……n;而在平面圖上卻是面向屏的背面,將其從左至右排列為1、2、、3……n,必定弄反了。要避免這一錯誤的樞紐是在系統(tǒng)圖和平面圖上都應(yīng)面向柜屏 的正面從左至右按順序排列。其二是平面圖上雙排面臨面布置的配電屏之間有母線橋,而在系統(tǒng)圖卻未畫出。
2)低壓配電屏屏前、屏后通道寬度不知足新規(guī)范要求。如屏后有時僅距墻700mm,抽屜式低壓屏雙排面臨面布置時僅相距1800mm.根據(jù)規(guī)范GB50053-94第4.2.9條劃定,低壓配電室內(nèi)成排布置配電屏的屏前、屏后的通道最小寬度為:其屏后通道,固定式和抽屜式均為1000mm;其屏前通道,固定式單排布置為1500mm,抽屜式單排布置為1800mm,固定式雙排面臨面布置為2000mm,抽屜式雙排面臨面布置為2300mm.只有當(dāng)建筑物墻面遇有柱類局部凸出時,凸出部門的通道寬度可減少200mm.
3)配電柜屏 后通道的出口數(shù)目不知足規(guī)范要求。作為規(guī)范強制性條文,GB50053-94第4.2.6條劃定“配電裝置長度大于6m時,其柜屏 后通道應(yīng)設(shè)兩個出口,低壓配電裝置兩個出口間的間隔超過15m時,尚應(yīng)增加出口。”這一條要強制執(zhí)行的理由,是為了當(dāng)高壓柜、低壓屏內(nèi)電氣設(shè)備有突發(fā)性故障時,在屏后的巡視或維修職員能及時離開事故點。
4)配電室內(nèi)燈具采用線吊、鏈吊,且安裝在配電裝置的正上方不符合安全要求。GB50053-94第6.4.3條劃定,“在配電室內(nèi)裸導(dǎo)體的正上方,不應(yīng)布置燈具和明敷線路,當(dāng)在配電室內(nèi)裸導(dǎo)體上方布置燈具時,燈具與裸導(dǎo)體的水平凈距不應(yīng)小于1.0m,燈具不得采用吊鏈和軟線吊裝”。因低壓屏頂部布置有母線銅排通常又不封鎖,故要執(zhí)行此條劃定。配電室內(nèi)可采用線槽型熒光燈用吊桿安裝。
5)變配電所內(nèi)設(shè)有接地扁鋼沿墻敷設(shè),但未設(shè)置臨時接地接線柱。為了利便試驗和維修時臨時接地,應(yīng)適當(dāng)設(shè)置臨時接地接線柱。接地接線柱的做法可參見國家尺度圖集86D563《接地裝置安裝》第25頁。
6.推薦選用D,yn11結(jié)線變壓器最近十年,在TN系統(tǒng)中采用D,yn11結(jié)線組別的變壓器已很普遍,但還有不少工程仍選用Y,ynO結(jié)線組別的變壓器,其原因主要是不清晰前者的長處。在GB50052-95《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中第6.0.7條劃定:“在TN及TT系統(tǒng)接地型式的低壓電網(wǎng)中,宜選用D,yn11結(jié)線組別的三相變壓器作為配電變壓器”。這里“宜選用”的理由,主要基于D,yn11結(jié)線比Y,ynO結(jié)線的變壓用具有以下長處:
1)有利于按捺高次諧波電流。三次及以上高次諧波激磁電流在原邊接成△形前提下,可在原邊形成環(huán)流,有利于按捺高次諧波電流,保證供電波形的質(zhì)量。
2)有利于單位相接地短路故障的切除。因D,yn11結(jié)線比Y,ynO結(jié)線的零序阻抗小得多,使變壓器配電系統(tǒng)的單相短路電流擴大3倍以上,故有利于單相接地短路故障的切除。
3)能充分利用變壓器的設(shè)備能力。Y,ynO結(jié)線變壓器要求中性線電流不超過低壓繞組額定電流的25%見GB50052-95第6.0.8條 ,嚴(yán)峻地限制了接用單相負(fù)荷的容量,影響了變壓器設(shè)備能力的充分利用;而D,yn11結(jié)線變壓器的中性線電流答應(yīng)達(dá)到相電流的75%以上,甚至可達(dá)到相電流的100%,使變壓器的容量得到充分的利用,這對單相負(fù)荷容量大的系統(tǒng)是十分必要的。因此在TN及TT系統(tǒng)接地型式的低壓電網(wǎng)中,推薦采用D,yn11結(jié)線組別的配電變壓器。
7.電纜型號與截面的選擇
1)電纜選型:YJV型交聯(lián)聚乙烯電纜和VV型聚氯乙烯電纜,是工程建設(shè)中普遍選用的兩種電纜。YJV型交聯(lián)電纜與VV型電纜比擬,固然價格略貴,但具有外徑小、重量輕、載流量大、壽命長YJV型電纜壽命可長達(dá)40年,而VV型電纜僅為20年 等明顯長處,因此在工程設(shè)計中應(yīng)盡量選用YJV型交聯(lián)聚乙烯電纜,逐步淘汰VV型聚氯乙烯電纜。
2)電纜截面選擇:電纜作為導(dǎo)體的一種,其截面選擇應(yīng)知足規(guī)范強制性條文GB50054-95第2.2.2條,有關(guān)選擇導(dǎo)體截面應(yīng)符合的四點要求,而我們設(shè)計選用的電纜截面有時卻不符合該條規(guī)范中第一、第二點的要求。
第一點:“線路電壓損失應(yīng)知足用電設(shè)備正常工作及起動時端電壓的要求”。電纜截面的選擇除了載流量要知足計算電流要求外,還應(yīng)按電壓損失進行校驗。因為未進行電壓損失校驗,我們多次發(fā)現(xiàn)因選用6mm2、10mm2截面的電纜作遠(yuǎn)間隔配電干線而不能知足用電設(shè)備端電壓要求的錯誤,因此應(yīng)進行電壓損失計算,用以校驗所選用的電纜截面是否知足用電設(shè)備端電壓的要求。規(guī)范GB50052-95第4.0.4條,對用電設(shè)備端電壓偏差答應(yīng)值有下列要求:電機機為±5%;在一般工作場所的照明為±5%,闊別變電所的小面積一般工作場所照明、應(yīng)急照明、道路照明和警衛(wèi)照明為+5%、-10%;其它用電設(shè)備當(dāng)無特殊劃定時為±5%。
第二點:“按敷設(shè)方式及環(huán)境前提確定的導(dǎo)體載流量,不應(yīng)小于計算電流。”在執(zhí)行本條時應(yīng)考慮環(huán)境溫度、導(dǎo)體工作溫度,并列系數(shù)等對電纜載流量的影響,尤其是電纜敷設(shè)時并列數(shù)對載流量的影響。如電纜在橋架上無間距配置2層并列時持續(xù)載流量的校正系數(shù),梯架水平排列為0.65,托盤水平排列為0.55見92DQ1-77 。有關(guān)電線電纜載流量的各種修正系數(shù)可參見華北標(biāo)《建筑電氣通用圖集》92DQ1-75~77頁。
此外,電纜截面的選擇還須適當(dāng)考慮備用設(shè)備的用電和新增設(shè)備的用電。
8.斷路器選擇與短路電流計算在低壓配電系統(tǒng)頂用作保護電器的有斷路器和熔斷器兩種。目前我們使用最多的是斷路器,用它來作配電線路的短路保護和過載保護。但是,在選用低壓斷路器時存在不少題目,其中凸起的題目是沒有進行短路電流計算。配電線路短路保護電器的分?jǐn)嗄芰?yīng)大于安裝處的預(yù)期短路電流。選擇斷路器應(yīng)先計算其出口真?zhèn)€短路電流,但有的設(shè)計者卻沒有進行短路電流計算,所選短路器的極限短路分?jǐn)嗄芰Σ粔?,不能堵截短路故障電流。要確定斷路器安裝處的短路電流,可按設(shè)計手冊進行計算,但比較煩雜;也可以采用“短路電流查曲線法”來確定計算電流,比較簡便。現(xiàn)將由上海電器科學(xué)研究所設(shè)計、浙江瑞安萬松電子電器有限公司斷路器產(chǎn)品資料中提供的一種“短路電流查曲線法”附在后面。通過查此曲線,可以較利便地求得任意安裝位置的短路電流近似值。所舉例子的短路點僅為假設(shè),實際工程設(shè)計中最常用的短路點是選在保護電器的出口端。
9.斷路器與斷路器的級聯(lián)配合低壓配電線路采用斷路器作短路保護時,斷路器的分?jǐn)嗄芰Ρ匦璐笥诎惭b處可能泛起的短路電流。但是有時不能知足此要求。例如:C45N、C65N/H微型斷路器的分?jǐn)嗄芰H分別為6kA、10kA,但其安裝處出口真?zhèn)€短路電流有時可達(dá)15kA甚至更高。這時可用兩路辦法來解決此題目,第一是改用短路分?jǐn)嗄芰Ω叩乃軞嗦菲?;第二是仍選用微型斷路器,利用其與上級斷路的級聯(lián)配合來實現(xiàn)短路保護。但是,進行級聯(lián)配合的上下級斷路器的選擇須知足下列前提:
1)先決前提是上級斷路器的固有分?jǐn)鄷r間比下級斷路器的全分?jǐn)鄷r間短。也就是說下級斷器出口端短路時,下級未來得及堵截短路電流,上一級先行堵截了短路電流。
2)下級斷路器雖不能堵截短路電流,但下級斷路器及其被保護的線路應(yīng)能承受短路電流的通過。
3)越級堵截電路不應(yīng)引起故障線路以外的一、二級負(fù)荷的供電間斷。
4)上下級斷路器宜采用統(tǒng)一系列的產(chǎn)品,其額定電流等級最好相差1~2級,或根據(jù)出產(chǎn)廠提供的級聯(lián)配合表來選擇?,F(xiàn)將施耐德電氣公司提供的級聯(lián)配合表附后。由此表可見,C65N/H型斷路器可與NS100、NS160、NS250型斷路器進行級聯(lián)配合,不能與更大的NS400、N630及以上的斷路器進行配合,更不能直接接在變壓器低壓側(cè)框架式主開關(guān)后的母線低壓屏上。
10.斷開中性線及應(yīng)用四極開關(guān) GB50054-95《低壓配電設(shè)計規(guī)范》實施以來,因為設(shè)計職員對規(guī)范的理解和熟悉不一致,因此在設(shè)計低壓配電系統(tǒng)時對斷開中性線及應(yīng)用四極開關(guān)的做法也就很難同一。針對這一情況,《電氣工程應(yīng)用》雜志從1999年第一期起,陸續(xù)發(fā)表了多篇海內(nèi)著名專家的專題論文。專家們就海內(nèi)外規(guī)范和IEC尺度對斷開中性線及應(yīng)用四極開關(guān)的有關(guān)劃定和做法闡明了各自觀點,使我們獲益不少。現(xiàn)僅將專家們普遍認(rèn)同,又與我們設(shè)計工作緊密親密相關(guān)的一些觀點收拾整頓如下。盡管這些觀點尚未納入國家規(guī)范中,但對我們的設(shè)計工作頗具現(xiàn)實指導(dǎo)意義。
1)當(dāng)兩個電源間需進行電源轉(zhuǎn)換時,假如兩電源系統(tǒng)的接地型式不同,或者供電變壓器繞組的接線組別不同,則應(yīng)斷開中性線,并采用四極開關(guān)。
2)IT系統(tǒng)和TT系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)隔離中性線。TN-C系統(tǒng)中禁止斷開PEN線。
3)TN-S系統(tǒng)中,不需要斷開中性線;變壓器低壓側(cè)出口總開關(guān)與母聯(lián)開關(guān)不必斷開中性線;由外部低壓電網(wǎng)向民用建筑物供電的進線處,宜隔離中性線
變配電所設(shè)計
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