时间：2013-11-29 分类：工业设计
摘要：现代工业厂房建筑要求舒适、安全、节能、高效。工业厂房建筑电气的发展也随着时代的进步不断发展。作为二次能源的电能，如何降低损耗、高效利用，如何将节能技术合理运用到工程项目当中，已成为工业厂房建筑电气设计的焦点。本文主要对工业厂房的负荷、线路、防雷接地设计、照明设计及节能设计的要点进行了详细探讨。
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一、工业厂房的负荷、线路及防雷接地设计
(一)动力负荷设计
车间厂房内插座可以由工艺考虑是否装设，电源可以由动力配电提供。普通用途的单相插座，负荷不大的情况下可以和照明系统一起考虑，由照明配电箱配出回路。一般情况下可以暂时不考虑安装到位，因为车间内环境目前还不明确，可以先在照明箱或动力配电箱内预留配电回路。
工业厂房的动力设备的设置与工艺结合紧密，动力设备的控制箱、柜、盘一般与设备配套供应，因此很多情况下设计人员只需考虑供给电源就足矣。工业厂房动力线路可以采用直接埋地、电缆沟和桥架的敷设方式，动力负荷大小及设备布置情况、设备控制要求一般由工艺提供，也可以由甲方给出预留电源容量，如果没有，可以用单位面积法估算动力负荷大小。对于不知道具体工艺设备的情况，可以按每平方米20W—80W 预估。动力负荷估计不会太大的取低值，动力负荷可能很大或者有可能有空调负荷的厂房可取高值，标准厂房可取中间值，这要结合厂房的用途来确定预留量。
(二)明敷设线路
工业厂房单层层高较高，厂房内电气线路以明敷设为主。线路较少的直接穿钢管明敷设，线路集中且多的可采用金属线槽、金属桥架或在电缆沟内敷设。金属线槽主要用来敷设电线，金属桥架主要用来敷设电线电缆。采用金属线槽或金属桥架敷设线路时，金属线槽或金属桥架及其支架都必须接地且金属线槽桥架接地点不能少于两处，每隔一定距离还要考虑重复接地。金属线槽或金属桥架中敷设电线电缆的数量应按照相应规定，如线槽内电线的总截面不超过线槽内截面的40%;桥架内电力电缆的总截面不超过桥架内截面的40%，控制电缆为50%等等。
一般工业厂房中，照明线路可以考虑采用金属线槽方式走到厂房顶棚下灯具吊点高度左右转成穿钢管(或直接线槽)敷设到灯具位置。在灯具处钢管与电气设备、器具间的电线保护管宜采用金属软管或可挠金属电线保护管，但金属软管的长度≤2m。对于回路功能、设备种类、电压及负荷等级等均类似的设备配电回路，设计人员可以考虑两个及两个以上回路的共管敷设，动力及照明电源进线可以引自厂区变配电房，如果照明负荷不大也可以直接引自厂房内的动力电源总箱。变配电房直接引入的电源线路如果截面太小要进行短路时动热稳定的校验，电源进线电缆可采用交联电缆直埋地敷设。
(三)防雷接地
屋面电气设备还应根据建筑物的重要性采取相应的防止雷电波侵入的措施，并应符合下列规定：
1、无金属外壳或保护网罩的用电设备宜处在接闪器的保护范围内，不宜布置在避雷网之外，并不宜高出避雷网;
2、从配电盘引出的线路宜穿钢管。钢管的一端宜与配电盘外壳相连;另一端宜与用电设备外壳、保护罩相连，并宜就近与屋顶防雷装置相连。当钢管因连接设备而中间断开时宜设跨接线;
3、在配电盘内，宜在开关的电源侧与外壳之间装设过电压保护器;
4、防雷规范上要求避雷带圆钢直径≥8mm，一般采用直径为12mm的圆钢，主要考虑预留点余量，减少露天腐蚀对圆钢截面的影响。
一般建筑常用的接地方式是TN-C-S 和TN-S 系统。如果变配电所在本栋建筑内部则采用TN-S 接地方式，也就是PE 线和N 线自变压器后严格分开。TN-C-S 接地方式是在变配电所室外独立设置或者变配电所建在其它栋楼里时采用的一种电源引入的接地方式，就是说电源引入时是TN-C 系统，三根火线加一根PEN 线引入建筑后在总开关前PEN 线重复接地后严格分开为PE 线和N 线，之后配线时PE 线和N 线不得混接，那么进入厂房后接地方式转为TN-S 系统，挤三根火线加一根PE 线和一根N 线。
二、工业厂房的电气照明设计
(一)工业厂房照明设计的特点
首先，工业厂房照明设计一般只做普通照明，即分为一般照明和局部照明，工艺照明可由工艺要求确定。中断正常照明将对生产继续和人员安全及疏散造成影响的，应依据GB50016--2006建筑设计防火规范作应急照明的设计。
其次，一般工业厂房多为层高较高的单层建筑，层高一般在6m以上，结合生产要求，光源一般选择高压气体放电灯，例如：金属卤素灯。根据灯具悬挂高度6～10m时，可采用250～400 W 高压气体放电灯，10m以上，可采用250～1 000 W 高压气体放电灯，灯具类型选用深照型。多层厂房，层高一般在4m左右，光源可选用直管荧光灯。工业厂房照明控制一般采用集中控制(通过微断直接控制，或采用继电接触控制)。
再次，工业厂房照明电气设备线路的安装敷设也有其自身特点。例如：钢结构厂房配电箱一般安装在钢柱上或明装在墙上，配电线路尤其是配电干线一般沿金属桥架(线槽)敷设，分支线路一般沿墙、柱、钢屋架穿管敷设。灯具一般安装在钢梁或檩条下，有行车时可距行车顶部0.3 m以上吊装，这样便于对灯具的检修。#p#分页标题#e#
(二)光源与灯具的选择
光源与灯具的选择按以下几点考虑：
1、按照高效、长寿命原则;
2、按照环境对显色性要求;
3、按光源的色温(颜色)选择;
4、一次性投资及运行费用要求;
4、环境要求、如电压波动状况、场所温度、维护难度等。
一般来说，白炽灯、卤钨灯光效低，不适合大面积使用;荧光灯适用高度一般在5m 以内，荧光高压汞灯及高压钠灯的显色指数无法满足要求;无极灯，一次性投资较大，性价比不高。金属卤化物灯能够完全满足该工业厂房照明的各项要求。至于光源功率的选择，一般在满足眩光限值的条件下尽可能地选择大功率灯具，这样可以有效减少灯具安装套数，节约投资，也能减少运行维护的成本。
(三)照明灯接地
照明灯具根据防触电保护方式可分为四类：零类，保护依赖基本绝缘，使用在安全程度高的场合且灯具安装维护方便，如空气干燥、尘埃少、木地板等条件下的吊灯、吸顶灯;Ⅰ类，除基本绝缘外，易触及的部分及外壳有接地装置，一旦基本绝缘失效不致有危险，用于金属外壳灯具，如投光灯、路灯、庭院灯等，提高安全程度;Ⅱ类，除基本绝缘外，还有补充绝缘，做成双重绝缘或加强绝缘，提高安全性，绝缘性好，安全程度高，适用于环境差、人经常触摸的灯具，如台灯、手提灯等;Ⅲ类，采用特低安全电压(交流有效值<50V)且灯内不会产生高于此值的电压，灯具安全程度最高，用于恶劣环境，如机床工作灯，儿童用灯。
三、工业厂房的电气节能设计
(一)选择高效节能变压器、提高资源利用率
配电用变压器是配电系统常用的主要电源设备，又是其自身消耗一定电源的设备，通电运行后长期在电网上运行，一般只有在检修时才退出电网，选择不当，其本身耗电量的累计值将很大，因此要选择空载、负载损耗相对小的节能变压器。
例如：S7系列与S9相比，铁损高出11%，铜损高出28%，新型非晶合金变压器比S9还要节能，10K非晶合金变压器比S9 的空载损耗低75%～80%。变压器一般使用寿命长达几十年，用高效节能型变压器替代高损耗电变压器，不但可以提高能源转换效率，而且在寿命期节电效果相当可观。同时还能带来少建电厂的良好的环保效果，少向大气排放温室气体，减少对环境的直接污染。
(二)合理地计算，选择变压器的容量
变压器额定容量应能满足全部用电负荷的需要，但不应使变压器长期处于过负载状态下运行，理论上，变压器的经常性负载应为变压器额定容量的60%，这时运行效率最高。变压器\"大马拉小车\"不仅使变压器的容量没有充分利用，而且降低了变压器的运行效率(增加了损耗)，这对变压器的运行和投资来说都是一种浪费。因此，变压器容量不能按照变压器的最佳负荷率来选择，而应略高于变压器的最佳负荷率，一般设75%～85% 较为合理。
(三)采用无功功率补偿，提高功率因素
提高功率因数可减少线路无功功率的损耗，从而达到节约电能的目的。提高功率因数的措施包含提高用电设备的自然功率因数和进行人工无功功率补偿，降低无功损耗。人工补偿措施一般采用固定的静电电容补偿。补偿装置的设置为集中补偿和分散补偿。
一般民用建筑主要配电设施集中于变配电所，照明、空调等用电设备功率因数较高， 因此以变配电所集中补偿为主。对于机械工厂而言，一些机床加工设备、焊机、起重机等功率因数都较低，而且一些工厂面积较大，变配电所由于工艺需要不能深入负荷中心，造成设备供电线路较长。根据电流计算公式，功率因数的低下将直接导致电流的上升，开关和线缆的选用就会加大，不符合节能减耗原则。在这种情况下，就很有必要在厂房内根据设备容量及性质分散设置就地补偿电容，实行变配电所集中补偿和车间分散补偿相结合的方式。
结语
综上，工业厂房的电气设计不同于一般厂房，在设计中应对其负荷、防雷接地、线路及照明设计进行特殊考虑、另外工厂电气的节能潜力很大，应在设计中精心考虑，同时在选用节能的新设备上，应具体了解其原理、性能、效果，从技术、经济上进行比较后，再选定节能设备，以达到真正节能的目的。
参考文献：
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[3]曹文，宋铁锁，赵亮.某大型工业厂房电气设计分析[J].建筑与结构设计，2013.3.
