某工业厂房电气设计探讨

黄 丽

(福建省建筑设计研究院有限公司, 福州 350001)

0 引言

在我国电动汽车高速发展的带动下，锂离子电池产业也保持着快速增长，对锂离子电池的安全性、性能一致性的要求也越来越高。除电动车外，锂离子电池还广泛应用于电子类、储能类等领域，行业发展前景广阔，该行业已经进入工业化生产和推广的关键阶段，电池厂的建设也在蓬勃发展。对于电气设计,需要明确厂房是单层、多层或是高层厂房，要了解其用途、生产工艺要求及生产过程或产品是否存在爆炸危险等，为后续设计工作做好信息收集。本文主要以某个工程实例为基础，讨论工业厂房的电气设计。

1 工程概况

本工程位于福建省宁德市，以锂离子正极材料生产为主。地上由4栋6层工业厂房、1栋3层综合楼、1栋5层质检楼、4栋6层倒班宿舍、1栋3层维修车间组成，综合楼地下一层为车库兼战时人防地下室,面积约1 800m2。工业厂房建筑高度约为49m，其余楼建筑高度均不超过24m。根据建设方提供的工艺，生产使用的原料及过程中产生均为不燃烧固体。本工程不涉及可燃性、爆炸性的危险化学品。

本工程中的厂房为钢筋混凝土框架剪力墙结构高层工业建筑，根据建设单位提供的资料及GB 50016-2014《建筑设计防火规范》(2018版)中表3.1.1-生产的火灾危险性分类表格确定，厂房生产的火灾危险性类别为丁类。丁类厂房目前相关专业规范、标准少，只有纺织工程等专业厂房才有专业的设计规范，因此现阶段一般性工业厂房的设计仍需参考民用建筑类的设计规范。

2 供电方案

2.1 全厂负荷等级的确定

本工程厂房按高层丁类工业建筑设计，综合楼、质检楼及倒班宿舍按多层公共建筑设计，厂房室外消火栓用水量35L/s；其消防控制室、消防水泵、消防电梯、防烟排烟设施、火灾自动报警、电气火灾监控系统、自动灭火系统、应急照明、疏散指示标志和电动的防火门、窗、卷帘、阀门等消防用电及走道照明、值班照明、警卫照明、障碍照明用电，电子信息设备机房用电，客梯用电，排污泵、生活水泵用电等为二级负荷，其余为三级负荷。经与建设单位协商沟通，其工艺设备对供电的可靠性要求不高，即突然停电造成的损失不大，因此工艺设备用电确定为三级负荷。

2.2 A/B厂房变电所的设置

根据建设方提供的工艺用电需求，厂房A工艺用电约为18 000kW,其东西两侧各有6条辊道炉的生产线，每条生产线用电量均为900kW，另设有混合机(75kW/台)、制粉机(61kW/台)、过筛机(8.8kW/台)等工艺设备若干，合计功率约为7 200kW。 考虑加上厂房工艺设备配套的空调用电及一般照明、插座等用电，本工程拟设置12×2 500kVA 的干式变压器。

厂房内工艺用电设备多、用电量大，且有单台大容量用电设备对称分布于厂房左右两侧，根据用电负荷的分布，若厂房A仅设置一个变电所，则变电所需要设置在厂房中间位置且占地面积大，影响产品的运输通道设置，亦会增加对东西两侧的大容量工艺设备的供电距离，故在厂房东西两侧各设置一个变电所，不仅减少了对生产工艺布置的影响，而且变电所位置处在大容量用电设备的下方，是实际意义的负荷中心。厂房A与厂房B工艺相同，故变电所设置与厂房A相同。厂房A、B内设置的变电所仅为厂房内用电服务。

2.3 北侧厂房变电所的设置

维修车间位于厂房A、B北侧，其内设置有空压机(500kW/台)等单台大容量工艺用电设备、吸干机、热回收设备等小容量工艺设备以及冷冻机组、冷却循环泵等大容量用电设备，故在其一层设置一个变电所，设置2×2 500kVA干式变压器，负责维修车间内用电。厂房C、D为二期建设，其变电所待二期建设时确定，本次讨论不涉及厂房C、D。

在设计过程中当遇到工业厂房是由若干栋单层厂房组成且用电量不大时，亦可考虑在负荷中心位置设置一个变电所服务若干个厂房，无需各楼单独设置变电所。

2.4 配套建筑变电所的设置

本工程配套服务的综合楼、质检楼及倒班宿舍位于厂房A、B南侧。综合楼用途为食堂、餐厅、报告厅等，质检楼用途为办公室、会议室以及质量检测和性能分析实验室等。在质监站一层设置一个变电所，内设2×1 250kVA干式变压器，负责本楼及综合楼和宿舍楼的用电。

3 动力配电

对于工业厂房而言，动力配电设计的最主要依据是工艺的具体情况、设备数量、用电量大小及建设方的需求等多种因素。以本工程中的A厂房为例，该厂房为建设方自建自用，工艺用电需配置到位。根据建设方提供的工艺设备用电量、计算电流及对应工艺设备配电柜的位置等信息，对于如辊道炉(900kW/套，设备自带控制柜)、煅烧设备(400kW/套，设备自带控制柜)等超大容量用电设备采用母线槽由变电所放射式供电，对于混合机控制柜(75kW/台)、高混控制柜(90kW/台)等大容量用电设备则采用电缆由变电所放射式供电，对于破碎机控制柜(8.8kW/台)等小容量用电设备则在配电间设置总配电箱，由总配电箱放射至每台设备的供电方式，总配电箱电源引自变电所。局部配电干线系统图如图1所示。

图1 厂房A局部配电系统图

当在设计过程中遇到厂房为建设后用于租赁的情况时，建设方无法提供工艺用电需求，经与建设方沟通后，可在施工图设计阶段在变电所内预留工艺用电。此时，当遇到几栋厂房合用变电所时，还需在总平设计时预留由变电所至各单体厂房的工艺用电预埋管数量，具体数量可与建设方沟通后确定。

4 照明设计

4.1 灯具选择及安装

工业厂房照明设计所涉及到的灯具的选择、安装高度及安装方式等设计需结合厂房的层高、工艺要求、洁净程度、爆炸危险性以及结构形式(包含了钢结构)等因素进行综合考虑设计。以本工程厂房A为例，厂房标准层层高8m，工艺设备布置到位，厂房内除开敞大空间外，还设置有若干工艺隔间，隔间内工人需在设备平台上进行操作，此时作业面距离顶板高度约为3.5～4m之间。根据厂房的高度空间选择灯具及光源，在厂房机械化生产线(高大空间)的顶部，选用LED工矿灯，杆吊安装，满足一般照明要求；在工艺隔间(需配备生产作业人员)内选用LED荧光灯，吸顶安装，满足局部照明要求。特别值得注意的是以上灯具均不应布置在工艺设备的正上方，避免影响工艺设备本身的管道布置。厂房设计中选用LED光源具有光效高、寿命长等优点，但在长期工作或停留的场所，显色指数Ra不应低于80。

此外，因厂房走道顶上桥架及其他设备管道多，为避免灯具被管道遮挡，故走道照明灯具采用壁装的安装方式。当设计过程中遇到钢结构厂房，其灯具的安装方式可采用沿钢梁下明装的方式。

4.2 照明配电及控制

工业厂房在空间上有高度高、面积大的特点，为保证断路器保护的灵敏性以及满足设备供电电压的要求，不能简单的按一个防火分区设置一个配电间，根据国家建筑标准设计图集19DX101-1《建筑电气常用数据》第63页表4.31 220V/380V TN系统内用断路器作故障防护时铜芯电缆最大允许长度(m)，在建筑电气设计中大量使用的是截面2.5mm2绝缘铜导线，当断路器长延时脱扣器的整定电流为10A时，其最大允许长度73m，若扣除垂直敷设长度按3m(一般建筑的层高高度)计算，则水平最大允许长度70m，此时如图2所示。

图2 配电间服务半径示意图

考虑到工业厂房若正常照明突然失效时将会影响其正常工作，为保证生产过程中照明用电的可靠性，在两侧的配电间内各增设一个备用照明配电箱，与普通照明箱一起采用交叉配电的方式，负责对应区域的照明，为减少备用电源容量，普通照明与备用照明按二比一交叉供电。同一区域的照明分别引自不同配电箱，不同配电箱的供电电源分别引自变电所不同变压器的低压系统，提高了照明供电的可靠性。

工业厂房的照明一般集中在配电箱处控制，但本工程因工艺设备布置到位，根据建设方提供的工艺要求，工艺设备对应的配电柜设置在设备旁边，为了使用方便，对出入口、工艺隔间内以及配电柜所在路径上的照明灯具采用就地控制。

4.3 疏散照明设计

工业厂房虽然空间大，但工艺设备多，场地内情况复杂，其疏散通道上设置在距地0.3m处的方向标志灯容易被工艺设备遮挡，影响疏散。当发生火灾或其他事故引起电源中断时，为确保人员安全疏散，可将其改为吊装,安装高度与次梁平。厂房内疏散指示标志灯具布置局部示意图如图3所示。

图3 厂房A局部疏散指示灯具布置示意图

此外，当厂房内设置有火灾自动报警系统或控制中心报警系统时，应采用集中控制型应急照明系统，此时疏散照明灯具应独立设置，不兼用日常照明。需要特别注意的是，在设计过程中遇到层高大于12m的厂房时，应采用B型疏散照明灯具，此时该照明回路应设置故障电弧保护装置。

5 防雷与接地

本工程中变电所设置在厂房内部，采用TN-S接地系统，系统设置PE专用保护接地线，PE线严禁串联连接。保安接地、防雷接地和弱电接地共用同一组接地体。根据GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》，厂房按第二类防雷建筑物保护措施设计。厂房屋面为混凝土屋面，屋面上所有的金属构件、外露金属管道均用Φ12圆钢与防雷接闪网联结，突出屋面的风管、烟囱等物体的顶部边缘均设防雷接闪带，同时与屋面防雷接闪带焊通。

当在设计中遇到钢结构建筑，则可利用厂房本身的钢制材料进行防雷设计，但需明确钢结构屋面的材质及厚度才可依据规范决定是否能利用其屋面作为接闪器。

值得注意都是，本工程厂房因工艺设备布置到位，部分工艺设备配电柜设置在设备边上，无专门隔间隔开，为保证人身安全，在工艺设备旁的配电柜处设置辅助等电位联结，作为故障保护的附加保护。而对于工艺未设置到位的厂房，可在接地平面中预留多点引出点供后续设备接地用。对于用电设备较多的场所，虽然规范未要求设置辅助等电位，但是为了确保用电安全，防止电击，设置辅助等电位联结是非常有必要的。

6 结束语