污水處理廠電氣輔助設(shè)計與照明設(shè)計,電氣工程論文【題目】【第一章】【2.1-2.4】【2.5-2.12】污水處理廠電氣輔助設(shè)計與照明設(shè)計【第三章】【第四章】【總結(jié)/以下為參考文獻】2.5負荷計算及變配電系統(tǒng)2.5.1污水處理廠擴建后電源情況本次工程設(shè)計規(guī)模為10104m?/d污水處理。根據(jù)廠區(qū)內(nèi)各建筑布置及用電設(shè)備的分布情況，以及供電方案比擬后的最優(yōu)方案，在廠區(qū)內(nèi)新建2處10kV/0.38kV變電所，分別設(shè)在鼓風(fēng)機房和提升泵房附屬建筑物內(nèi)。鼓風(fēng)機房變電所負責(zé)鼓風(fēng)機房、污泥處理間、二沉池、紫外線消毒池等構(gòu)筑物的配電、控制。提升泵房變電所負責(zé)粗格柵間及提升泵房、細格柵間、初沉池、生化池等構(gòu)筑物的配電、控制。2.5.2污水處理廠負荷計算為了更好地完成污水處理廠的電氣設(shè)計，需要對廠區(qū)用電負荷進行具體計算，包括：各用電設(shè)備的有功功率P,無功功率Q、視在功率S及功率因數(shù)，【公式1】各建筑單體內(nèi)用電設(shè)備具體的需用系數(shù)及功率因數(shù)根據(jù)全國給排水設(shè)計手冊及有關(guān)電氣設(shè)計規(guī)范選取。工藝設(shè)備均根據(jù)需用系數(shù)法計算，各設(shè)備有功功率、無功功率、視在功率等詳見負荷計算表2.1.根據(jù)負荷計算表，計算出鼓風(fēng)機房變電所的有功功率為900.1kW,無功功率為286.6kVAR,視在功率為945.6kVA,補償容量為432kVAR,補償后功率因數(shù)到達0.976〔補償方式采用低壓側(cè)統(tǒng)一補償方式〕。設(shè)置兩臺800kVA/10/0.38kV干式變壓器，兩臺變壓器同時使用，互為備用，變壓器負荷率為58%.在故障狀態(tài)下，一臺變壓器知足全部二級負荷用電要求。380V側(cè)各建筑單體接線方式均采用雙電源進線，單母線分段帶聯(lián)絡(luò)開關(guān)的運行方式。根據(jù)負荷計算表，計算出提升泵房變電所的有功功率為466.2kW,無功功率為186.1kVAR,視在功率為502kVA,補償容量為160kVAR,補償后功率因數(shù)到達0.957〔補償方式采用低壓側(cè)統(tǒng)一補償方式〕。設(shè)置兩臺500kVA/10/0.38kV干式變壓器，2臺變壓器同時使用，互為備用，負荷率為49%.在故障狀態(tài)下，一臺變壓器知足全部二級負荷用電要求。380V側(cè)各建筑單體接線方式均采用雙電源進線，單母線分段帶聯(lián)絡(luò)開關(guān)的運行方式。根據(jù)計算負荷數(shù)據(jù)，二期增加負荷為900.1+466.21460kVA.整廠用電負荷總?cè)萘繛?460+2850=4310kVA.整個廠區(qū)10kV側(cè)最大電流為250A,電力外線知足符合要求。本工程計量在一期總變電所10kV中壓側(cè)。更換廠區(qū)變配電所專用計量箱。本工程主要動力負荷均為380V/220V低壓負荷。低壓控制回路電源均采用220VAC.2.6主要電氣設(shè)備清單表根據(jù)設(shè)備用電情況，舉例污水處理廠主要配電間的設(shè)備及動力線纜、控制線纜等電氣設(shè)備清單。2.7低壓系統(tǒng)控制回路保衛(wèi)方式的比擬及選擇在低壓系統(tǒng)中，電機回路需要在過電流或者短路的情況下保衛(wèi)，需要在低壓回路中設(shè)置相關(guān)保衛(wèi)元器件組合。在0.4kV的低壓回路系統(tǒng)中，380V低壓回路的保衛(wèi)方式包括：電機過負荷的保衛(wèi)方式、電流短路的保衛(wèi)方式、接地系統(tǒng)的保衛(wèi)方式、低電壓的保衛(wèi)方式等等。在對電機回路保衛(wèi)方面通常有兩種方式能夠選擇：第一種是傳統(tǒng)的采用斷路器、接觸器及熱繼電器的組合進行保衛(wèi)；另一種是斷路器、接觸器及電動機保衛(wèi)器的組合進行保衛(wèi)。近些年在工業(yè)工程中，尤其是在用電設(shè)備如水泵、風(fēng)機、電動閥門等較多的項目中組合使用。第一種組合方式的優(yōu)點：對于常用的電機額定容量小于37kW的設(shè)備電機，通常采用空氣斷路器、低壓溝通接觸器及熱過載繼電器的組合方式來實現(xiàn)以上所述的保衛(wèi)及控制；此方式最大優(yōu)點是熱繼電器價格方面有比擬明顯的優(yōu)勢。第一種組合方式的缺點：傳統(tǒng)接觸器、繼電器的組合，只能實現(xiàn)簡單的通斷，信號傳輸?shù)娇刂乒駜?nèi)需要硬接線點對點傳輸，線纜敷設(shè)量較大，人工施工工期較長，后期調(diào)試需要控制柜供貨廠家根據(jù)原理圖進行調(diào)試，且只能傳輸啟動及停止信號。第二種組合方式的優(yōu)點：斷路器、接觸器及電動機保衛(wèi)器的組合進行保衛(wèi)的。電動機保衛(wèi)器最大的優(yōu)點在于能夠給電機全面的保衛(wèi)控制。當(dāng)電機出現(xiàn)三相不平衡、過電壓、欠電壓、欠電流、過電流、斷相、短路、漏電、接地、定子轉(zhuǎn)子偏心、繞組老化均予以報警信號或保衛(wèi)控制。并且在控制信號方面，可編程控制柜遠程控制設(shè)備的啟動、停止，及接收設(shè)備的運行信號，僅通過一根通訊總線即可完成，并且多臺設(shè)備能夠串聯(lián)一根通訊總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)及信號的傳輸，節(jié)省了很多點對點的硬接線費用、接線人工費用及后期設(shè)備調(diào)試費用。第二種組合方式的缺點：電動機保衛(wèi)器相比擬熱繼電器，缺點是價格較高。綜上所述，電機回路保衛(wèi)方案選擇第二種方案，即斷路器、接觸器及電動機保衛(wèi)器的組合進行保衛(wèi)。對于常用的電機額定容量大于37kW的設(shè)備電機，由于單機容量負荷電流較大，并且采用電動機保衛(wèi)器的保衛(wèi)方式極其容易出現(xiàn)誤動作等現(xiàn)象的發(fā)生。因而采用空氣斷路器、低壓溝通接觸器及軟啟動控制機或低壓變頻器的方式，來進行低壓操作和保衛(wèi)來實現(xiàn)電機過負荷保衛(wèi)、電流短路、以及對低壓設(shè)備的保衛(wèi)、控制等功能。圖2.3為污水處理廠GGD型低壓配電柜的保衛(wèi)方式。2.8用電設(shè)備的控制方式在污水處理廠中，為了實現(xiàn)當(dāng)代電氣專業(yè)所推崇的安全可靠、智能管理等操作目的，污水處理廠內(nèi)對于用電設(shè)備，設(shè)計上選取手動與自動控制相結(jié)合的控制方式。即實現(xiàn)設(shè)備現(xiàn)場就地按鈕箱控制的方式與在控制室內(nèi)通過可編程控制柜遠程集中控制的方式相結(jié)合。當(dāng)電氣安裝完成后，進入用電設(shè)備安裝及單機調(diào)試及運行后期，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)問題需要停工設(shè)備檢修時，即可在設(shè)備現(xiàn)場通過就地手動按鈕箱手動控制的方式啟動停止設(shè)備，來實現(xiàn)設(shè)備的維修；污水處理廠聯(lián)動調(diào)試運行時，能夠采用控制室可編程控制柜集中自動控制的方式來實現(xiàn)操作；當(dāng)水廠正式投產(chǎn)后，用電設(shè)備正式投入運行后，在控制室內(nèi)，操作人員能夠在可編程控制柜以自動控制的方式控制生產(chǎn)車間的各種用電設(shè)備；當(dāng)工作人員在生產(chǎn)車間巡視設(shè)備運行情況時，當(dāng)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場有緊急情況需要啟動或者通知用電設(shè)備時，能夠在設(shè)備旁的現(xiàn)場按鈕箱通過手動自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，調(diào)節(jié)到手動形式，即可在現(xiàn)場按鈕箱上手動操作，觸碰停止按鈕，以實現(xiàn)停止運行設(shè)備的目的。設(shè)備現(xiàn)場的按鈕箱上設(shè)計會配備一個手動自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，通過手動或者自動形式，來實現(xiàn)可編程控制柜的遠程控制和現(xiàn)場控制兩種形式。可編程控制柜的自動控制通常設(shè)計HMI觸摸屏的控制操作頁面來進行相關(guān)的控制操作。現(xiàn)場手動控制通過現(xiàn)場的就地按鈕箱按鈕來實現(xiàn)啟動、停止、手動、自動等操作。2.9電力電纜選擇與敷設(shè)途徑變電后的有效電能通過電力電纜、電線等傳輸介質(zhì)，傳輸?shù)降侥┒擞秒娫O(shè)備。污水處理廠電氣設(shè)計中，當(dāng)電纜在室內(nèi)敷設(shè)時，設(shè)計上通常選用的動力電纜形式為：交聯(lián)聚乙烯絕緣材質(zhì)。當(dāng)電纜在室內(nèi)敷設(shè)時，設(shè)計上通常選用的動力電纜形式為：交聯(lián)聚乙烯鎧裝材質(zhì)。設(shè)計時選擇線纜線徑時，應(yīng)運用公式計算電纜電壓損失。線路的電纜電壓損失計算公式：△U=IRL:線路長度;S:電纜截面；A:導(dǎo)體材質(zhì)系數(shù)〔銅為77,鋁約46〕；P:線路負荷。電阻率銅為0.0172〔？？m〕鋁為0.028〔？？m〕電流I=P/1.732UCOS電阻R=P*L/電纜截面電壓降△U=IR5%U即知足要求。電纜的鋪設(shè)途徑通常為：在室內(nèi)從低壓配電柜內(nèi)出線，經(jīng)過電纜溝及電纜托盤相結(jié)合的方式最終通過熱鍍鋅鋼管及金屬軟管連接的方式，最終與設(shè)備電機可靠接線。路燈照明采用鎧裝電纜直接埋地敷設(shè)。圖2.4為電力電纜電纜溝內(nèi)敷設(shè)。2.10照明設(shè)計2.10.1照明設(shè)計的范圍及種類照明是建筑物內(nèi)必須配置的一項設(shè)計，建筑物通過合理的照明照度，能夠在保證節(jié)能的前提下，在合理的照明照度下完成生產(chǎn)任務(wù)。污水處理廠的照明一般由生產(chǎn)廠房、附屬建筑用房及綜合辦公樓組成。照明設(shè)計通常包含建筑物內(nèi)設(shè)計、建筑物外設(shè)計以及特殊特定場所〔如加氯間〕的照明設(shè)計。污水處理廠建筑物內(nèi)照明包含高壓配電間照明、低壓配電間照明、變壓器室照明、水泵間照明、泥處理間照明、格柵間照明、鼓風(fēng)機房照明、警衛(wèi)室照明等。污水處理廠根據(jù)建筑構(gòu)造的形式，能夠分為單層建筑和多層建筑。單層建筑如配電間、機修間、警衛(wèi)室等；多層建筑如粗細格柵間、鼓風(fēng)機房等。污水處理廠的樓房層數(shù)不是很多，但是根據(jù)生產(chǎn)要求樓房的單層高度較高，比方泵房間、格柵間等，設(shè)備較高，多采用彎桿壁燈的形式，對于跨度較大的池體，彎桿壁燈能夠保證日常工作照明，但是一旦池體內(nèi)需要檢修，彎桿壁燈的照度就達不到照度要求了。通常此種情況下，設(shè)計師會在適當(dāng)?shù)奈恢锰砑哟蠊β实奶秸諢簦阌诔貎?nèi)設(shè)備維修、清洗、更換之用。2.10.2照明設(shè)計的電壓等級及照度照明的電壓等級采用220/380V三相五線制系統(tǒng)。照明照度通過詳細生產(chǎn)、工作用房的用處，根據(jù)建筑照明設(shè)計標準[10]要求，合理計算個生產(chǎn)、工作用房的照明種類及數(shù)量。污水處理廠的照明種類：污水處理廠照明系統(tǒng)簡單能夠劃分為正常工作照明、事故應(yīng)急照明兩大類。重要配電場所及污水處理廠綜合辦公樓等主要出入口應(yīng)設(shè)置應(yīng)急照明。燈具選擇上均應(yīng)選用節(jié)能型燈具。在特定的環(huán)境下，如潮濕環(huán)境場所及強酸強堿的環(huán)境下，采用密閉型I類燈具，燈具配線均應(yīng)包括PE接地保衛(wèi)線。辦公室、值班室、控制室及配電室等功能用房內(nèi)均需要增設(shè)安全型插座，并根據(jù)工程詳細情況適當(dāng)考慮空調(diào)用電插座。低壓配電間照度為200lx,控制室照度為300lx,辦公室照度為300lx,泵房間照度為100lx.機修倉庫為100lx.照明燈具及線路：照明線路均采用銅芯塑料線，普通照明回路穿阻燃塑料管暗敷設(shè)，應(yīng)急照明穿鋼管暗敷設(shè)。2.10.3照明設(shè)計程序照明設(shè)計前應(yīng)該遵循程序進行設(shè)計，需要知道建筑平面、高度等基本參數(shù)方可進行下一步的選型設(shè)計。照明設(shè)計的程序包括下面幾個方面的內(nèi)容：〔1〕根據(jù)污水處理廠的布置情況，收集照明設(shè)計中需要的技術(shù)資料和根據(jù)現(xiàn)場的建筑形式、構(gòu)造的形式、裝飾的造型、給排水管道及通風(fēng)管道的安裝位置及高度、門窗的位置、及窗戶的高度等。〔2〕根據(jù)污水處理廠內(nèi)各建筑物的詳細情況，提出各建筑物的照明設(shè)計方案，根據(jù)各房間的照度值進行計算，確定各房間的燈具種類及布置形式及詳細數(shù)量。〔3〕繪制施工圖紙，編制照明燈具數(shù)量規(guī)格明細表，并交由經(jīng)濟預(yù)算人員編制工程量清單。2.11污水處理廠電氣輔助設(shè)計2.11.1污水處理廠避雷設(shè)計生活中雨天會有雷電，而建筑的最高處或尖端最容易遭到雷電的襲擊。關(guān)于避雷設(shè)計，首先要把握一個基本概念--雷暴日。雷暴日指的是某地區(qū)一年中有雷電放電的天數(shù)，一天中只要能聽到大于一次的雷聲就算一個雷暴日。通過調(diào)研，本次污水廠建設(shè)所在城市延吉市的年雷暴日為36.7天/年。計算雷擊次數(shù)及計算防雷類別，參照建筑物防雷設(shè)計規(guī)范[8]要求，結(jié)合避雷公式計算。年估計雷擊次數(shù)：N=kNgAe華而不實：校正系數(shù)k=1.0年雷暴日：Td建筑物的雷擊大地的年平均密度：Ng=0.1Td等效面積：Ae〔實際面積向外擴大后的面積〕經(jīng)過污水處理廠內(nèi)所有新建構(gòu)筑根據(jù)防雷計算，均為三類防雷建筑物，各單體采取相應(yīng)防雷保衛(wèi)措施。設(shè)計考慮到直接雷擊以及感應(yīng)雷過電壓對建筑物及電氣設(shè)備裝置的危害，在污水處理廠區(qū)內(nèi)針對各種雷擊對各單體采取防雷保衛(wèi)措施。2.11.2污水處理廠接地設(shè)計建筑物通過雷擊通過避雷帶過避雷針經(jīng)建筑物內(nèi)主筋引下至建筑大地板內(nèi)主筋，最終將閃電傳向大地。污水處理廠內(nèi)粗格柵間、細格柵間、鼓風(fēng)機房等建筑在屋面設(shè)置接閃帶，防止直接雷擊。進、出建筑物的供配電線路、控制回路的通信網(wǎng)絡(luò)端口以及室外4~20mA的數(shù)字量的信號、模擬量的信號、設(shè)備的進線端口和設(shè)備的出線端口，設(shè)計中根據(jù)要求應(yīng)設(shè)置防雷過電壓保衛(wèi)裝置。污水處理廠的變電所和配電間內(nèi)，高壓、低壓母線均應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的避雷裝置。在廠區(qū)內(nèi)敷設(shè)的電力電纜和控制電纜，需要在接線端處設(shè)置相應(yīng)的防止過電壓的電氣裝置，其接地裝置應(yīng)與廠區(qū)的接地系統(tǒng)可靠相連。污水處理廠內(nèi)各建筑物、構(gòu)筑物的接地網(wǎng)利用柱內(nèi)主筋及大地網(wǎng)內(nèi)鋼筋可靠焊接，引出至廠區(qū)的接地線與原廠區(qū)接地網(wǎng)連接，采用熱鍍鋅扁鋼，規(guī)格為404mm.使污水處理廠連成環(huán)網(wǎng)，使全水廠構(gòu)成統(tǒng)一接地網(wǎng)。電氣系統(tǒng)、自控系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)等，共同使用一套TN-C-S接地系統(tǒng)。即采用了綜合接地的接地形式。確保污水處理廠內(nèi)整個接地系統(tǒng)處于等電位連接狀態(tài)。各建筑單體內(nèi)需要設(shè)置總等電位連接端子箱以及局部等電位連接端子箱。防雷、接地、電氣工作接地以及控制系統(tǒng)工作接地共用的接地電阻應(yīng)該小于1歐姆。接地安裝完成后，通過萬用表實際測量，若達不到設(shè)計的電阻要求，應(yīng)該在廠區(qū)內(nèi)或建筑物附近設(shè)置人工接地體。所有用電設(shè)備以及不帶電的柜體的金屬外殼部分和用電設(shè)備的金屬外殼均應(yīng)與接接地線可靠連接。變壓器應(yīng)設(shè)置工作接地。給排水的金屬管道、采暖通風(fēng)的金屬管道以及室外構(gòu)筑物的裸露的金屬構(gòu)件、配件以及電氣設(shè)備的非帶電金屬殼體，均應(yīng)與接地網(wǎng)可靠連接，圖2.6為建筑物接地跨接。2.12污水處理廠電氣防火設(shè)計建筑火災(zāi)與其他類型的火災(zāi)比擬，火勢蔓延非常迅速、撲救比擬困難、并且在人員密集的地方，容易造成人員傷亡。經(jīng)濟損失嚴重是火災(zāi)的另一大特點。污水處理廠內(nèi)的電氣防火設(shè)計，首先根據(jù)建筑規(guī)劃總圖，根據(jù)爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范[11]進行設(shè)計。在鼓風(fēng)機房、送水泵房等生產(chǎn)設(shè)計現(xiàn)場的配電箱，以及各單體的配電間內(nèi)的低壓配電柜，設(shè)計上宜采取隔熱、防腐等相關(guān)的保衛(wèi)措施。〔1〕、根據(jù)污水處理廠的供電設(shè)計規(guī)范，污水處理廠廠區(qū)內(nèi)設(shè)10kV總變電站，分別向廠區(qū)內(nèi)各建筑物、構(gòu)筑物供電，其防火措施。〔2〕、污水處理廠10kV變電站以及各構(gòu)筑物低壓配電間內(nèi)消防設(shè)施均應(yīng)采用化學(xué)滅火裝置。〔3〕、有爆炸危險的操作環(huán)境下，電氣設(shè)備及照明回路均需要采取相應(yīng)的防火防爆處理，電氣回路導(dǎo)線應(yīng)選用絕緣銅芯線，穿熱鍍鋅金屬管沿墻暗敷設(shè)，明敷設(shè)的金屬管應(yīng)在其管外側(cè)涂刷防火漆。〔4〕、