低壓配電系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)中，這幾個問題一定要注意的！

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)常見的幾個問題

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

第一個問題：負(fù)荷分級和配電分級；

第二個問題：負(fù)荷容量的計(jì)算；

第三個問題：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。因此在國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中，對這些問題有很詳盡的操作規(guī)范和規(guī)程。這些國家標(biāo)準(zhǔn)中，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小；二是指耗用電能的設(shè)備或用戶。負(fù)荷分級與配電網(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出現(xiàn)人身傷害事故，后者幾乎不會產(chǎn)生什么重大影響。

根據(jù)國標(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。負(fù)荷分級的數(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。

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

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

2）負(fù)荷分級

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：

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)品報廢、連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂且需要長時間才能恢復(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、大型體育場館、經(jīng)常用于國際活動的大量人員集中公共場所等用電單位。

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，另一路電源不應(yīng)同時受到損壞；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
配電系統(tǒng)分級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)荷一般有三級配電設(shè)備。

① 一級低壓配電設(shè)備又被稱為PCC低壓配電柜。一級配電設(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 二級配電設(shè)備是車間級或區(qū)間級的配電中心，一般由饋電中心PCC開關(guān)柜和電動機(jī)控制中心MCC開關(guān)柜組成。這里的MCC是Motor Control Center(電動機(jī)控制中心)的縮寫。

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

又叫作 低壓電網(wǎng) 的系統(tǒng)圖 。整個低壓電網(wǎng)中存在三級配電設(shè)備，而用電設(shè)備既包括電動機(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，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數(shù)。

⑤ 根據(jù)負(fù)荷計(jì)算的結(jié)果，計(jì)算出各級配電系統(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)和配置各級配電系統(tǒng)的元器件的型號規(guī)格及參數(shù)，確定連接電纜的截面及長度等參數(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)荷下長時間運(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 短時運(yùn)行工作制

指在恒定負(fù)荷下運(yùn)行的時間短(短于達(dá)到熱平衡狀態(tài)所需的時間)，而停歇時間長(長到足以使設(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)床上的輔助電動機(jī)(如進(jìn)給電動機(jī)，橫梁升降電動機(jī))、控制閘門的電動機(jī)等。

③ 反復(fù)短時運(yùn)行工作制

指設(shè)備周期性地時而工作，時而停歇，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)一的長期工作制下的設(shè)備功率。

在這個原則下，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)或者短時工作制下的電動機(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%時的有功功率。

3）利用需要系數(shù)確定計(jì)算負(fù)荷的三個原則

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超過其允許值。

我們知道，在長期工作制下，由于配電電器和電纜從通過電流起到達(dá)穩(wěn)定溫升的時間大約為3-4T，T為發(fā)熱時間常數(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)荷有四個原則。這四個原則分述如下：

第一個原則：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，即有長期工作制的，也有短時工作制和反復(fù)短時工作制的。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)中取用的半小時最大負(fù)荷P30，如下圖所示。考慮到實(shí)際情況下，用電設(shè)備組的所有設(shè)備不一定都同時運(yùn)行，即設(shè)備組在最大負(fù)荷時運(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)荷時的輸出功率也要小于此時運(yùn)行的設(shè)備容量。

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

在利用需要系數(shù)法計(jì)算電力負(fù)荷時，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)，否則將造成錯誤。例如機(jī)修車間的金屬切削機(jī)床電動機(jī)就屬于小批生產(chǎn)的冷加工機(jī)床電動機(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，應(yīng)該考慮各組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不同時出現(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，應(yīng)該結(jié)合具體情況對其有功負(fù)荷和無功負(fù)荷分別計(jì)入一個同時系數(shù)K∑p（有功負(fù)荷同時系數(shù)）和K∑q（無功負(fù)荷的同時系統(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，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，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。