龚晓璐 张锦松
湖北省缘达化工工程有限公司，湖北省 武汉市 430074
湖北省缘达化工工程有限公司，湖北省 武汉市 430074
摘要：近年来，我国的精细化工行业有了很大发展，精细化工企业多数为甲乙类厂房，存在火灾、爆炸危险，本文根据电气设计实践经验，阐述了精细化工企业电气设计中最常见和最基本的一些措施，为相关电气设计人员提供参考。
关键词：供电电源；变配电所设置 ；供电方案；低压电动机保护 ；电气设备选择；防雷措施
引言
根据多年的设计经验，精细化工企业多为火灾危险、易燃易爆危险、有毒、腐蚀性场所，电气设计稍有疏忽就有可能引起爆炸。本文结合《建筑设计防火规范》GB50016-2014（2018年版）及新颁布的《精细化工企业工程设计防火标准》GB51283-2020等规范,对精细化工企业的电气设计进行总结和分析。
1 配电设计
1.1供电电源
根据各专业提供的用电设备容量及负荷等级，确定项目需要的主电源及备用电源容量。对于小型精细化工企业，一般由供电局提供一路10kV电源作为主电源，自备一台柴油发电机作为备用电源。大中型精细化工企业，可由供电局提供两路10kV电源，两路电源同时工作，互为备用，任一一路电源应能满足全厂所有一、二级负荷供电容量要求。对于一级负荷中特别重要的负荷，比如DCS控制系统、SIS安全仪表系统，还需另外设置UPS作为应急电源。
1.2 变配电所设置
变配电所宜靠近负荷中心。 依据《建筑设计防火规范》GB 50016—2014（2018年版）第3．3．8 条规定: “供甲乙类厂房专用的 10 kV 及以下的变、配电站，当采用无门、窗、洞口的防 火墙分隔时，可一面贴邻……”，以及《精细化工企业工程设计防火标准》GB51283-2020第11.2.1条规定:“全厂性的20kV以上的变配电所宜独立设置。变配电所、配电室、控制室应布置在爆炸危险区域范围外，当为正压室时，可布置在1区、2区……”，供甲乙类厂房专用的10kV及以下电压等级变配电所正压通风后可贴邻厂房设置在爆炸区域内。然而，实际项目中正压通风需从非爆炸危险区域内取新风比较困难，故变配电所不设在爆炸区域内，常见做法为贴邻厂房设置在非爆炸危险区域，或者在厂区集中设置变配电所。
1.3 供电方案
由两路10kV电源供电的精细化工企业，其10kV配电系统采用单母线分段运行方式，正常时，两段10kV母线分列运行，两路10kV电源同时工作。当一路10kV电源中断供电时，母线联络断路器自动合闸，由另一路10kV电源保证两段母线下一、二级负荷的供电需求。由一路10kV电源供电的精细化工企业，其10kV系统采用单母线运行方式，低压系统采用TN-S系统，树干式和放射式结合的供电方式。当市电发生故障时，从低压进线配电柜进线开关前端取柴油发电机的延时启动信号至柴油发电机房，信号延时0～10s（可调）自动启动柴油发电机组，柴油发电机组达到额定转速、电压、频率后，投入额定负载运行，满足项目一、二级负荷的供电需求。
另外，一、二级消防负荷需在配电末端设置双电源切换开关，两路380V电源分别引自配电房不同的低压母线段，当一路电源出线故障时，双电源切换开关自动切换到另一路电源。
1.4低压电动机保护
传统的电动机保护通常采用 “断路器 + 接触器 + 热继电器”三大元器件实现保护和控制:断路器的瞬时脱扣器实现短路保护和接地故障保护，接触器实现控制，热继电器实现过载断相保护。然而，这种保护模式只适用于在配电距离比较短的情况。当供电距离比较长时，三相短路电流很小，单相接地故障电流更小，远小于断路器的瞬时脱扣电流，断路器不能实现短路保护和接地故障保护。
这种情况可采用以下方法来实现保护:①用电动机保护器代替热继电器，电动机保护器带短路保护、接地故障保护、过载保护、断相保护功能；②采用带剩余电流保护的断路器，利用剩余电流保护代替单相接地保护； ③采用带有带接地故障保护功能的电子式塑料外壳式断路器，利用短延时保护实现长距离的三相短路保护。综合考虑成本及保护效果，笔者推荐采用电动机保护器。
2电气设备选择
精细化工企业多为甲乙类厂房，在生产、加工、处理、转运或贮存过程中可能出现爆炸危险环境，相应的区域划为爆炸危险区域。依据《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB50058-2014，对重于空气的可燃气体/液体的蒸汽或薄雾，以释放源为中心，半径为15m，地坪上的高度为7.5m及半径为7.5m，顶部与释放源的距离为7.5m的范围内划为2区，2区内的地下坑、沟划分为1区。对轻于空气的可燃气体/液体的蒸汽或薄雾，以释放源为中心，半径为4.5m，释放源高度以上7.5m及释放源至地坪（最大4.5m）的范围内划为2区，2区内的地下坑、沟划分为1区。对可燃性粉尘，以释放源为中心，半径3m范围内为22区。
爆炸危险区域内供配电按爆炸危险环境设计，并依据爆炸危险区域内电气设备的种类和防爆结构的要求，选择相应的电气设备。防爆电气设备的级别和组别不应低于该爆炸性危险环境内爆炸性气体或粉尘混合物的级别和组别。爆炸危险区域内电气设备防护等级不低于IP65，火灾危险环境内电气设备防护等级不低于IP55，普通户内环境的电气设备防护等级不低于IP30，普通户外环境的电气设备防护等级不低于IP55。
精细化工企业多为腐蚀性场所，应采用防腐型电气设备，依据腐蚀性强度，选择相应防腐等级的电气设备。
3防雷设计
3．1 建筑物防雷
依据《建筑物防雷设计规范》GB 50057-2010第3节，划分建筑物防雷等级。精细化工企业内存在爆炸危险环境的厂房或者仓库多数为具有2区爆炸危险场所的建筑物，划为第二类防雷建筑物；不存在爆炸危险环境的建筑物，根据计算的预计雷击次数划分防雷类别。
混凝土屋顶明敷?12热镀锌圆钢作为接闪器，网格大小满足相应防雷等级要求，轻钢屋面常利用其双层厚度不小于0.5mm的金属压型钢板和轻钢屋架作为接闪器；混凝土立柱利用至少两根直径不小于Φ16的钢筋绑扎或焊接作为引下线，钢立柱直接利用钢立柱本体作为引下线；建筑物利用承台及基础横梁内钢筋网作为接地装置。将接闪器、引下线、接地装置可靠焊接形成电气贯通，构成建筑物外部防雷接地装置。
3．2户外设备防雷
精细化工企业常见的户外设备包括罐区、冷却塔、烟囱、户外装置的排放设施等，应依据《石油化工装置防雷设计规范》（GB50650-2011）采取相应的防雷措施。比如：室外罐组可利用壁厚大于4mm钢制储罐、带阻火器的金属呼吸阀等自身永久金属物作为防雷接闪器，可利用围堰基础钢筋网，储罐体要求不少于两点接地，引下线沿储罐四周均匀布置。
结语：
总而言之，精细化工企业的电气设计应结合精细化工行业自身的特点，选择合理的配电方案，将供电电源、供配电装置、防雷保护等环节有效结合起来，保障精细化工企业用电需求的安全性和可靠性。
参考文献
[1] 工业与民用配电设计手册（第四版）
[2] 《建筑设计防火规范》GB50016-2014（2018年版）
[3] 《精细化工企业工程设计防火标准》GB51283-2020
[4] 《建筑物防雷设计规范》GB 50057-2010
[5] 《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB50058-2014