工业洁净厂房电气设计分析探讨

2020-07-17李军

绿色环保建材 2020年7期

关键词：防静电照度静电

李军

上海电子工程设计研究院有限公司

1 引言

工业洁净厂房的主要特点是对工业产品生产环境中的悬浮粒子进行控制。它的建造和使用应减少室内诱入、产生及滞留的悬浮离子。本文结合某项目的实际要求和行业规范要求，介绍在工业洁净厂房电气设计中需要特别关注的问题点和处理方法，希望更多同行一起探讨。

2 供配电系统

2.1 负荷分级

某项目生产工艺设备及其支持和辅助设备对供电的可靠性和连续性有很高的要求。因此，这些用电负荷等级定为一级，采用两路市电供电。

消防安保设备、事故排风、特气化学品系统及不能长时间停电的设备等属于特别重要负荷，除正常两路市电供电，还采用自备柴油发电机系统供电。

某些工艺段，例如光刻机、电化学层积、PECVD 等等只允许中断供电时间为毫秒级以下的设备则还应配置蓄电池静止型不间断电源装置（UPS）对其供电。

2.2 供电方案

本项目设置独立35kV 变电站：全厂计算负荷为22237.7kVA，变压器装机容量为25MVA，两台。动力中心：高压冷冻机采用10kV 直接供电；另设置4 台SCB13-2000kVA-10/0.4kV 干式变压器为低压动力设备供电。A 车间内设置一个终端变电站，站内设置两台动力变压器SCB13-2500kVA-10kV/0.4kV 供车间动力设备用电;工艺变压器4 台，两台SCB13-2500kVA-10kV/0.4kV 和两台SCB13-1600 kVA -10kV/0.208kV供车间工艺设备用电。B车间内设置一个终端变电站，站内设置两台动力变压器SCB13-2500kVA-10kV/0.4kV 供车间动力设备用电;工艺变压器4台，两台SCB13-2500kVA-10kV/0.4kV和两台SCB13-1600 kVA-10kV/0.208kV供车间工艺设备用电。

本项目应急电源采用柴油发电机和UPS，本项目柴油发电机容量（E电）按40%总负荷设置，UPS容量（U电）按20%总负荷设置，UPS应急时间为15min。

2.3 低压配电

低压配电电压采用220/380V，低压配电电压采用220/380V。某些工艺设备为进口设备，电压等级和国内不同，采用低压120/208V配电，故单独设置10kV/0.208kV变压器。低压配电系统接地形式采用TN-S 或TN-C-S 系统,带电导体的形式采用单相二线制、三相三线制和三相四线制。

洁净厂房的生产线设备较多，更新换代快，后期改造会有很大变化。工艺设备采用封闭式母线槽＋插接箱方式配电，母线插接箱用电缆连接至生产设备的电控箱或低压配电柜。封闭母线槽具有供电载流大，安装方便等优点。封闭式母线对安装空间要求较高，通常情况下强电电缆桥架要避让空调风管，其他管线要避让封闭式母线。

洁净厂房的辅助生产设备的可靠供电是保证正常生产的前提，净化空调系统用电由变压器专线供电，以提高其供电的可靠性。对某些有毒气体的处理装置在终端切换的双路电源还需设置互投装置，避免由于电气故障酿成中毒事故。

2.4 洁净室内电气设备安装

进入洁净区的配电线路均应设置切断装置。洁净区的配电设备，应选择不易积尘，便于擦拭，外壳不易锈蚀的小型暗装配电箱或插座箱。一般在每个生产间设置现场配电箱。一般万级以上洁净厂房，配电箱在车间内靠近设备放置；千级以下的洁净厂房，便于环境控制气流组织，配电箱一般放置于回风夹道或者技术夹层中。

2.5 电缆选择及敷设

洁净厂房一般设备电力干线、支干线选用低烟无卤阻燃铜芯交联电力电缆沿电缆桥架敷设，支线选用低烟无卤阻燃铜芯塑料绝缘线穿热镀锌钢管暗敷。消防用电设备选用矿物绝缘电缆沿独立的电缆桥架敷设。电缆桥架一般在上夹层敷设，若有下夹层，再下夹层敷设。洁净区的管线采用暗敷，电气安装管口采用密封处理。

3 照明系统

洁净厂房对照明要求较高。灯具选型及布置时主要考虑照度、眩光及显示指数等参数需要满足规范和项目要求，灯具的安装需要采用气密性、防尘封堵措施。

3.1 照明种类

洁净厂房生产区域一般照明的照度值常为300Lx～500lx,生产辅助区及走廊要求为200lx。走廊照度比一般项目高，主要是因为和生产车间的明暗适应，照度高低不能相差很大，不然人的眼睛视觉适应不了这种明暗的反差。洁净厂房内一般要求生产车间的照度均匀度不小子0.7。

为防止洁净厂房的正常照明因故障而受到影响，导致生产流程中断、贵重设备损坏、物料浪费，或可能引起火灾、爆炸等安全事故。规范要求洁净室内必须设置备用照明，备用照明作为正常照明的一部分，照度不低于正常照明的20%。备用照明电源和普通照明分开，采用变电站专线供电，采用双路电源互投装置供电。

为便于事故情况下人员的疏散及火灾发生时能救灾灭火，洁净厂房设置供人员疏散用应急照明，以便于疏散人员迅速撤离现场。根据新规范要求，现在项目采用集中电源集中控制应急照明系统。

3.2 光源和灯具的选择

洁净室的照度要求较高，现在普遍采用高效LED 光源。洁净室的灯具常采用吊顶安装形式，并用密封胶和加衬垫的办法，做到密封安装维持洁净室的正压或负压。灯具的材料应使用不易产生静电的材料。灯具的外形不应影响气流且不易积尘。在特殊工艺生产场所，比如光刻间，为防止感光材料的感光，必须使用黄色特殊光源灯具。

3.3 灯具的安装

现在洁净区普遍采用的是洁净灯。常采用吸顶式安装。

洁净度要求高的洁净室空调送风系统的气流流型采用垂直单向流，顶棚为密布风机过滤单元（F.F.U），这种场所常采用泪滴式灯具，这种灯具对气流影响较小。

下表是某项目根据生产工艺所提出的要求，参照《建筑照明设计标准》制定各主要场所的照度值、灯具形式及安装方式。

场所照度（Lx）光源形式备注千级及百级洁净区500lx LED 泪滴式万级洁净区500lx LED 吸顶式黄光生产区300lx LED、黄光源泪滴式办公辅助区300lx LED 嵌入式走廊200lx LED 吸顶式

4 防雷及接地系统

4.1 防雷系统

根据计算和规范要求：洁净厂房丙类厂房及氢气站、硅烷站、化学品仓库等甲类仓库按照二类防雷建筑设计。其他建筑按照三类防雷建筑设计。

4.2 接地系统

洁净工厂有多种不同用途的接地，包括功能性接地、保护性接地、电磁兼容性接地、防静电接地和防雷接地，采用共用接地系统。不同的接地可以采用单独的接地线接到共用接地极，并采用总等电位和局部等电位联结。

工业洁净厂房项目中工艺设备多为信息技术设备（ITE），ITE 设备需要两种接地：一个是为保证人身安全，设备金属外壳接PE 线作为保护接地，属于保护接地；另一个是接同一设备金属外壳的信息技术系统的高频信号接地，它要求高频条件下的接地阻抗小，以获得各设备间相等或接近的参考电位，常用等电位联结取得参考等电位，属于功能接地。高频信号接地分为放射式（S 式）信号接地和局部水平等电位联结的网格式（M 式）信号接地。

洁净厂房为减少总等电位的高频阻抗，在主厂房将等电位联结中的增加接地母干线。具体做法是在建筑物外墙内侧的墙角敷设50mm²以上的铜导体作为接地母干线。凡需联结的金属部件，例如进入建筑物的金属管道、柱子钢筋、基础钢筋以及其他金属构件、电缆金属护套等都就近与该接地母干线直接联结。

4.3 静电接地

化学品仓库、甲类仓库等防爆危险区域必须进行防静电接地。一般在各房间内地面+0.3m 处沿墙设置一圈扁钢或铜排作为静电接地干线，静电接地干线不少于两点与接地网连接。

洁净厂房的室内环境中许多场合存在着静电危害，从而导致电子设备、电子仪器损坏或导致尘埃吸附影响生产环境洁净度。因此规范规定：洁净室内可能产生静电危害的设备、流动液体、气体或粉体管道应采取防静电接地措施，净化空调系统应采取防静电接地措施。防静电接地系统设置单独的接地连接端子。以房间为单位，分别设置等电位端子箱、接地网格，或闭合的接地铜排环。铜排截面不小于100mm²，防静电接地引线应从等电位的接地网格或者闭合铜排环上就近接地连接。

对静电敏感的区域，例如成品测试间、封装、光刻板库、等常采用静电消除（ESD）离子发生器消除静电。采用离子棒、集中控制器、移动控制器组成的空间静电消除系统，每个空间离子棒固定在FFU 旁龙骨或固定在天花板下，空间离子棒的针尖大致需要离地3m，每个空间离子棒的静电消除范围约为3m2内。