低壓配電箱設(shè)計要點解析，電氣設(shè)計人員必備的知識點！
在低壓配電系統(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)。小編在本文介紹低壓配電系統(tǒng)設(shè)計要點，是電氣技術(shù)人員進行低壓配電系統(tǒng)設(shè)計過程中不可或缺的知識點。
低壓配電系統(tǒng)主電路的設(shè)計中有幾個要點問題：
第一個問題：負荷分級和配電分級；
第二個問題：負荷容量的計算；
第三個問題：各配電設(shè)備主電路的設(shè)計、連接電纜的設(shè)計。
這些問題非常繁雜，又很重要。因此在國家標準和規(guī)范中，對這些問題有很詳盡的操作規(guī)范和規(guī)程。這些國家標準中，最具有代表性的就是GB50054-2011《低壓配電設(shè)計規(guī)范》。小編在論及低壓配電規(guī)范時將以這部標準為準。 以下小編 按順序來闡述這些問題。
（1）負荷分級和配電系統(tǒng)分級
1）電力負荷
電力負荷通常有兩種含義：一是指電氣設(shè)備和導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。負荷分級與配電網(wǎng)中某負荷的重要性有關(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GB 50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，工廠的電力負荷，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。負荷分級的數(shù)字越低，則負荷的重要性就越高。例如一類負荷比三類負荷更重要。
配電系統(tǒng)分級則與距離電源的遠近有關(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。
2）負荷分級
電力負荷應(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)濟上所造成的影響進行分級：
① 一類負荷
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： 一類負荷應(yīng)當由兩路電源供電。當一路電源發(fā)生故障時，另一路電源不應(yīng)同時受到損壞；一類負荷中特別重要的負荷，除了由兩路電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，并嚴禁將其他負荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。
② 二類負荷
a. 中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成較大損失；
b. 中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。
供電要求： 二類負荷建議由兩路電源供電。
③ 三類負荷
不屬于一類和二類負荷者均為三類負荷。
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；二類負荷則包括常用的空調(diào)機組、水泵機組、扶梯、辦公照明、居民生活用電等等；三類負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斷容量的多組電器設(shè)備。從低壓電網(wǎng)的進線側(cè)開始，到最終用電負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)柜和電動機控制中心MCC開關(guān)柜組成。這里的MCC是Motor Control Center(電動機控制中心)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)備既包括電動機還包括照明設(shè)備。
設(shè)計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)的負荷計算，以及負荷的工作制、使用參數(shù)、保護參數(shù)等。
4）低壓系統(tǒng)配電負荷計算
負荷計算的內(nèi)容包括：
① 確定計算負荷，作為按發(fā)熱條件選擇配電變壓器、導體及電器的依據(jù)，并用來計算電壓損失和功率損耗。 在工程上，常常把計算負荷作為電能消耗量以及無功功率補償?shù)挠嬎阋罁?jù)。
② 確定尖峰電流，用以檢驗電壓波動和選擇保護電器。
③ 確定一類和二類負荷，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)性負荷，從經(jīng)濟運行條件出發(fā)，來考慮電力變壓器的容量及臺數(shù)。
⑤ 根據(jù)負荷計算的結(jié)果，計算出各級配電系統(tǒng)的運行電流電壓參數(shù)，計算出短路容量。
⑥ 設(shè)計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)。
可見負荷計算的重要性。
（2）負荷計算的幾個原則和方法
1）負荷計算與工作制的關(guān)系
用電設(shè)備的工作制包括：
① 連續(xù)運行工作制
指連續(xù)工作、在恒定負荷下長時間運行且足以使之達到熱平衡狀態(tài)的用電設(shè)備。如通風機水泵、空氣壓縮機、機床，電爐電解設(shè)備和照明裝置等。
② 短時運行工作制
指在恒定負荷下運行的時間短(短于達到熱平衡狀態(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。如金屬切削機床上的輔助電動機(如進給電動機，橫梁升降電動機)、控制閘門的電動機等。
③ 反復(fù)短時運行工作制
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)備達到熱平衡。如電焊機和吊車電動機等。
2）負荷計算的原則
負荷計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)備的額定功率當然就等于額定功率，而斷續(xù)或者短時工作制下的電動機設(shè)備功率，則采用需要系數(shù)法或者二項式法，統(tǒng)一換算到負載持續(xù)率為25%時的有功功率。
3）利用需要系數(shù)確定計算負荷的三個原則
計算負荷也稱需要負荷或最大負荷。當我們按計算負荷選配低壓電器及連接電纜后，用電設(shè)備及配電設(shè)備在實際運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后可達到穩(wěn)定的溫升值，因此采用半小時的最大負荷作為計算負荷，可使按發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備和導線更為合理。
確定用電設(shè)備組計算負荷的方法有需要系數(shù)法和二項式法。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)法確定計算負荷有四個原則。 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)備組的計算負荷，是指用電設(shè)備組從供電系統(tǒng)中取用的半小時最大負荷P30，如下圖所示。 考慮到實際情況下，用電設(shè)備組的所有設(shè)備不一定都同時運行，即設(shè)備組在最大負荷時運行的設(shè)備容量小于全部設(shè)備的總?cè)萘浚?運行的設(shè)備也不可能都處于滿載運行，即設(shè)備組在最大負荷時的輸出功率也要小于此時運行的設(shè)備容量。
同時還考慮到在傳送功率的過程中不僅設(shè)備本身有功率損 耗，配電線路也有功率損耗。 因此用電設(shè)備組的有功計算負荷則可表示為：
實際上，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)盡可能通過實際分析確定，使之盡量接近實際。
在與電力負荷計算的相關(guān)書籍上都給出了各種用電設(shè)備的需要系數(shù)。
有功計算負荷(kW)：P30=KdPe
無功計算負荷(kvar)：Q30=P30tanψ
視在計算負荷(kVA)：S30=P30/COSψ
計算電流(A)：
在利用需要系數(shù)法計算電力負荷時，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算負荷。如果采用需要系數(shù)法來計算干線或分支線上用電設(shè)備組的計算負荷，應(yīng)適當將數(shù)值取大點。
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。例如機修車間的金屬切削機床電動機就屬于小批生產(chǎn)的冷加工機床電動機，因為金屬切削就是冷加工而機修不可能是大批生產(chǎn)。又如壓塑機、拉絲機和鍛錘等，應(yīng)該屬熱加工機床。再如起重機、行車實際上都屬于吊車類。
多組用電設(shè)備計算負荷的確定：
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算負荷時，應(yīng)該考慮各組用電設(shè)備的最大負荷不同時出現(xiàn)的因素。因此在確定低壓母線或低壓干線上的計算負荷時，應(yīng)該結(jié)合具體情況對其有功負荷和無功負荷分別計入一個同時系數(shù)K∑p（有功負荷同時系數(shù)）和K∑q（無功負荷的同時系統(tǒng)）。
1）車間干線
取K∑p=0.85～0.95，K∑q=0.9～0.97。
2）低壓母線
當由用電設(shè)備組的計算負荷組直接相加來計算時，可取K∑p=0.85～0.9，K∑q=0.85～0.95；
當由車間干線計算負荷直接相加來計算時，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，因此總的視在計算負荷和計算電流不能用各組的視在計算負荷或計算電流之和來計算，總的視在計算負荷也不能按用電設(shè)備組的視在計算負荷公式來進行計算。
