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通用用电设备配电设计规范 (条文说明)
2008-08-23 15:14

中华人民共和国国家标准

通用用电设备配电设计规范

GB 50055-93

条文说明

主编单位:机械工业部第七设计研究院

第一章 总则

第二章 电动机

第一节 一般规定

第三节 电动机的起动

第2.3.2条 关于电动机起动时电压下降的容许值问题, 历来存在两种意见:一是规定电源母线电压;一是规定电动机端子电压。原规范采取规定电动机端子电压的做法虽能控制住配电系统各级母线的电压,但其要求显然偏高。如仅规定母线电压,则电动机端子电压可能低于容许值。为解决这一矛盾,本规范采取了两方面兼顾的做法。

电动机起动对系统各点电压的影响,包括对其他电气设备和对电动机本身两个方面。第一方面:应保证电动机起动时不妨碍其他电气设备的工作。为此,理论上应校验其他用电设备端子的电压,但在实践上极不方便。在工程设计中我们可以校验流过电动机起动电流的各级配电母线的电压,其容许值则视母线所接的负荷性质而定。这方面的要求列入了本条文的一款和二款。第二方面:应保证电动机的起动转矩满足其所拖动的机械的要求。为此,在必要时,应校验电动机端子的电压。这方面的要求反映在本条文的三款中。

一、本款适用于“一般情况下”即母线接有照明或其他对电压较敏感的负荷时。至于对电压质量有特殊要求的用电设备,应对其电源采取专门措施,例如为大中型电子计算机配置UPS或CVCF;这已超出本规范的内容。母线电压不低于额定电压的90%(频繁起动时)或85%(不频繁起动时),是沿用多年的数据并被广泛采用。所谓“频繁”是指每小时起动数十次以至数百次。

二、母线电压不低于额定值的80%的条件,是参照《火力发电厂厂用电设计技术规定》和许多部门的实际经验而列入的。本款适用于3 -10kV 、114OV 和600V电动机,以及不与照明和其他对电压较敏感的负荷合用配电变压器或共用配电线路的情况。

三、配电母线上未接其他负荷时,保证电动机的起动转矩是唯一的条件。不同机械所要求的起动转矩相差悬殊;不同类型电动机起动转矩与端子电压的关系亦不相同。因此,不可能规定电动机端子电压的下限。原规范规定电动机端子电压的容许值,是为了控制配电系统各点的电压,对电动机本身亦未给出下限。例如“不致妨碍其他用电设备的工作时,可低于85%”,低到什么程度则“按生产机械要求的起转矩确定”。各类机械要求的起动转矩数据,可在有关的手册、资料中得到。

关于接触器的释放电压,现行制造标准规定“不应高于75%,在触头磨损的情况下,不应低于20%”。这个上限值偏高,不宜在条文中引用。设计中可根据具体产品的数据进行校验。

最后,还应指出,仅在电动机功率达到电源容量的一定比例(例如20%或30%)或配电线路很长时,才需要校验配电母线的电压,而不必对各个系统的各级母线进行校验。同样,仅在电动机末端线路很长且重载起动时,才需要校验起动转矩;需考虑接触器释放电压的情况更少遇到。

第2.3.3条 本条的重点是正确选择全压起动或降压起动。必须指出, 一款所列的全压起动条件是充分条件,除此以外,别无他项。许多手册、导则甚至规程中,往往把“电动机绕组的温升不超过允许值”亦列为一个条件,这种提法似是而非。问题不在于这句话本身,而在于不能将这一条件与笼型电动机和同步电动机的起动方式联系起来。可以证明,笼型电动机和同步电动机降压起动时绕组发热比全压起动更严重。因此,这类电动机起动时的温升问题,不能采用降压起动方式解决,只能正确选择电动机类型和定额解决。为此,本规范已明确规定:“笼型电动机和同步电动机的额定功率应按起动条件校验”(第2.2.3条一款);“选用笼型电动机不能满足起动要求或加大功率不合理时,宜采用绕线转子电动机”(第2.2.2条二款)。

某些构造特殊的电动机,如铸钢转子笼型电动机,全压起动时,转子表面可能过热。在这类情况下,应按制造厂规定的方式起动。

当不符合全压起动的条件时,应优先采用降压起动方式,包括切换绕组接线、串接阻抗、自耦变压器起动等。应该指出;除降压起动外,还可能采用其他适当的起动方式。如某些机械带有盘车用的小电动机可以利用;某些变流机组可利用其直流发电机作为直流电动机来起动;某些有调速要求的电动机,可利用调速装置来起动。

第2.3.4条 绕线转子电动机采用频敏变阻器起动,且有接线简单、 起动平滑、成本较低、维护方便等优点,应优先选用;但在某些情况下尚不能取代电阻器,特别是在需要调速的场合。绕线转子电动机配晶闸管串级调速时,因调速范围的限制,通常仍需接起动电阻。

根据《冶金及起重用绕线转子三相异步电动机》产品标准的规定:“电动机起动时,转子必须串入附加电阻或电抗,以限制起动电流的平均值不超过各工作制的额定电流的2倍”。对有具体型号及规格的电动机, 可按制造厂的资料确定起动电流的限值。

第2.3.5条 直流电动机起动电流不仅受机械的调速要求和温升的制约,而且受换向器火花的限制。根据现行国家标准《旋转电机基本技术要求》的规定,一般用途的直流电机在偶然过电流或短时过转矩时,火花应不超过两级。直流电机和交流换向器电动机的偶然过电流为1.5倍额定电流,历时不小于1min(大型电机经协议可缩短为30s)。上述数据偏于安全, 尤其是小型直流电机可能容许较高的偶然过电流。对有具体型号及规格的电动机,可按制造厂的资料或实际经验确定最大允许电流。

第四节 低压电动机的保护

第2.4.1条 本条为交流电动机保护的概述。 条文中有关低压线路保护和电气安全的名词定义详见现行国家标准《电气安全名词术语》和《低压配电设计规范》的条文说明。

第2.4.2条 本条为相间短路保护(简称短路保护);相对地短路划归接地故障保护。

数台电动机共用一套短路保护属于特殊情况,应从严掌握。总计算电流不超过20A,系参照现行国家标准《低压配电设计规范》的规定而定。

第2.4.3条 IEC标准《建筑物电气装置》473.3.1款中规定, 短路保护器件应在每个不接地的相线上装设。当短路保护兼作接地故障保护时,这是必要的。考虑到某些场合,如装有专门的接地故障保护或在IT系统中,可能出现只在两相上装设的情况,本条保留了原规范的基本内容,但明确其条件是不兼作接地故障保护。

第2.4.4条 防止短路保护器在电动机起动过程中误动作,包括正确选择保护电器的使用类别和电流规格两点内容,特予并列,以防偏废。

一、我国熔断器和低压断路器标准中,均已列入保护电动机型。低压熔断器的分断范围和使用类别用两个字母表示。第一个字母表示分断范围(g---全范围分断能力熔断体,a---部分范围分断能力熔断体)。第二个字母表示使用类别(G---一般用途熔断体,M---保护电动机回路的熔断体)。如“gM”即为全范围分断的电动机回路中用的熔断体。

二、关于熔断体的选择,原规范沿用了起动电流乘计算系数的方法,实际上是苏联所用的除计算系数法的变型。苏联熔断器品种单一、稳定,用这种方法是简便可行的。我国熔断器品种繁多,且处于更新换代之际。由于各种熔断器的安秒特性曲线差别很大,甚至同一品种也要按电流分档,故难以给出统一的系数。

这问题在编制原规范时就已存在。如条文说明的参考表中有5个品种,共10档电流,分轻重载两种情况,虽已够繁,仍未能包括当时正在试制的几个品种。时至今日,熔断器标准已靠拢IEC,引进的NT型,统一设计的RTI2型、RTI4型等已开始推广,而原有的若干品种仍在普遍应用,数据势将翻番。计算系数过多就失去优点,按电流分档则难免试算。与其如此,还不如直接查曲线或在手册中给出具体的查选表格。例如《工厂配电设计手册》列出了不同规格的熔断体在轻载和重载起动下的容许电流。这种做法造表虽繁,使用方便,建议推广。

三、采用瞬动过电流脱扣器或过电流继电器的瞬动元件时,应考虑电动机起动电流非周期分量的影响。非周期分量的大小和持续时间取决于电路中电抗与电阻的比值和合闸瞬间的相位。根据上海电器科学研究所1971年对52台电动机直接起动电流的测试结果,起动电流非周期分量主要出现在第一半波,第二、三周波即明显衰减,其后则微乎其微。电动机起动电流第一半波的有效值通常不超过其周期分量有效值的2倍,个别可达2.3倍。 由于瞬动过电流脱扣器或过电流继电器瞬动元件动作与断路器的固有分断时间无关,故其整定电流应躲过电动机起动电流第一半波的有效值。原规范规定瞬动过电流脱扣器或过电流继电器瞬动元件的整定电流应取电动机起动电流的1.7-2倍,这数据偏小, 已发生过误动作。基于上述理由,并考虑了动作电流误差,故本规范将其加大到2-2.5倍。

第2.4.5条 关于TN、TT和IT系统中接地故障保护的具体要求, 已列入现行国家标准《低压配电设计规范》中,本条不再重复。但采用漏电电流保护时,应考虑电动机突然断电可能引起的后果;必要时,可采用现行国家标准《低压配电设计规范》中所列的其他间接触电保护方法。

第2.4.6条 本条中的过载保护用来防止电动机因过热而造成的损坏, 不同于现行国家标准《低压配电设计规范》中的线路过负载保护。

一、过载是导致电动机损坏的主要原因。过载引起的温升过高,除危及绝缘外,还使定子和转子电阻增加,导致损耗和转矩改变;由于定子和转子发热不同而使气隙减少,导致运行可靠性降低甚至“扫堂”。在为编制原规范而进行的调查中,收集到国内许多因过载保护不善而烧坏电动机的实例。这类情况国外亦有,以至美国《电气建设与维护》杂志称,大约电动机故障的95%是由过载产生的过热所致。当然,以上所称“过载”是广义的,即包括机械过载、断相运行、电压过低、频率升高、散热不良、环境温度过高等各种因素。但无论如何,过载保护的必要性是肯定的。因此,电动机,包括不易机械过载的连续运行的电动机,应尽可能装设过载保护。

二、目前常用的过载保护器件用于短时工作或断续周期工作的电动机时,整定困难,效果不好。条文规定上述电动机可不装设过载保护,是为了照顾现实情况。如有运行经验或采用其他适用的保护时,仍宜装设。此外,某些场合下断电的后果比过载运行更严重,如没有备用机组的消防水泵,应在过载情况下坚持工作。

第2.4.7条 交流电动机过载保护器件最普遍应用的是热继电器和过载脱扣器(即长延时脱扣器)。较大的重要电动机亦采用交流继电器,通常为反时限继电器,用于保护电动机堵转的过载保护时,可为定时限继电器,其延时应躲过电动机的正常起动时间。

常用的过载保护器件简单、价廉,但也难免存在缺点。如热继电器的双金属片与电动机的发热特性不同,导致过载范围内动作不均匀;过电流保护在低过载倍数下的动作时间明显低于电动机的允许时间,使整定困难;此外,两者均只反应定子电流,对其他原因引起的过热不能保护。显然,直接反应绕组过热的温度保护(如PTC热敏电阻保护)及其改进型温度--电流保护,是比较合理的。 国外还推出了带微处理器的保护设备。微处理器能用复杂的算法编制程序,精确地描述实际电动机对正常和不正常情况的响应曲线,能保护多种起因的电动机故障,并有许多监控功能,例如:运行过载、起动电流和时间、多次起动或制动产生的热积累、限制加速时间和电流、断相、堵转、相不平衡、欠电压或过电压、欠负载或负载丢失、绕组温度和轴承温度、超速或低速、接地故障等等。为适应电动机的保护设备的迅速发展,条文中列入了温度保护或其他适当的保护。

根据低压电动机起动器产品标准,利用流过继电器或脱扣器的电流产生的热效应(包括延时)而反时限动作的继电器或脱扣器称为“热过载继电器”或“热过载脱扣器”。为照顾当前习惯,条文中简称为“热继电器”,并把热过载脱扣器和电磁过载脱扣器等统称为“过载脱扣器”。

第2.4.8条 本条补充了选择过载保护器件的一般要求。此外, 某些起动时间长的电动机在起动过程的一定时限内解除过载保护的做法,早已在实践中应用,现亦补入条文。

第2.4.9条 在过载烧毁的电动机中,断相故障所占比例很大, 根据参考资料称,在美国和日本约占12%,在苏联约占30%;而在我国则明显超过以上数字。这与断相保护不完善有直接关系。原规范限于当时电器水平,对断相保护的要求是偏松的,加上好多单位连这些规定也末认真执行,致使因断相运行每年烧毁大批电动机,已引起多方面人士的关注。基于上述情况,并考虑到电器制造水平的发展,本规范对断相保护作出了较严的规定。

关于用低压断路器保护的电动机,本条规定宜装设断相保护,不再用原规范中“可不装设”的提法。据发生断相故障的181台小型电动机的统计, 因熔断器一相熔断或接触不良的占75%,因刀开关或接触器一相接触不良的占11%,因电动机定子绕组或引线端子松开的占14%。由此可见;除熔断器外,其他原因约占25%,仍不容忽视,但对用熔断器和低压断路器两种情况宜适当加以区别(用语分别为“应”和“宜”)。

关于定子绕组为星形接法的电动机,本条取消了原规范中“可不装设”的规定。断相运行时,电动机绕组中流过的不平衡电流包括负序分量,而在转子中负序电流的频率接近电源频率的两倍,致使定子电流不能正确反映转子的发热。断相运行时,普通三相热继电器只有两个热元件流过电流,由于驱动力减小,使动作电流的下限上升10%。虽然星形接法的电动机的线电流与绕组电流一致,但因上述两点影响,它在断相时并不能反映电动机的实际发热,亦不能使普通三相热继电器正确动作。因而不能认为星形接法的电动机不需要断相保护。再者,按规行标准,定子绕组为星形接法的电动机只有两类:132kW 及以下的冶金及起重用笼型和绕线转子电动机、3kw及以下的Y系列电动机,均已在二款中包括,更无分列的必要。

此外,“经常有人监视能及时发现故障”对连续运行的电动机是难以做到的;如为短时工作或断续周期工作,则已包括在二款中,故一并删去。

第2.4.10条 交流电动机装设低电压保护是为了限制自起动,而不是保护电动机本身。当系统电压降到一定程度,电动机将疲倒、堵转,这个数值可称为临界电压,并与电动机类型和负载大小有关。根据上海电器科学研究所资料,临界电压与额定电压的比值如下:在额定负载下,笼型电动机为0.67,绕线转子电动机为0.71,同步电动机为0.5;在额定负载的80%下,同步电动机为0.4;在额在额定负载的50%下,异步电动机为0.4左右。 低电压保护的动作电压均接近临界电压(欠压保护)或低于以至大大低于临界电压(失压保护--低压电动机应用甚广)。由此可见,在系统电压降到低电压保护的动作电压之前,电动机早已因电流增加而过载。低电压保护可归纳为两类:为保证人身和设备安全,防止电动机自起动(包括短延时和长延时);为保证重要电动机能自起动,切除足够数量的次要电动机(瞬时)。

原规范中短延时低电压保护的时限为0.5s,为配合自动重合闸和备用电源自投的时限,与继电保护规程协调一致,现改为0.5-1.5s。 原规范中长延时低电压保护的时限为5-10s,考虑到某些机械(如透平式压气机)的停机时间较长,现改为9~20s。过去年代,由于条件所限,电磁式继电器的延时不超过9s;70年代以来,随着多种继电器的发展,数十秒的延时已容易做到。

第2.4.11条 按有关规范间的分工和本节的适用范围,本条仅涉及低压同步电动机。近来,低压同步电动机产量减少,订购困难,但考虑到在某些场合仍有应用价值,为保持规范的完整性,条文中做些原则规定还是必要的。过去,低压同步电动机都采用定子回路的过载保护兼作失步保护。随着电力电子技术的发展,在转子回路中装设失步保护或失步再整步装置等是可行的,因此,条文中列入了这些内容。此外,当同步电动机由专用变频设备供电时,特别是具有转速自适应功能时,失步情况与由电力系统供电时不同,可另行处理。

第2.4.12条 直流电动机的使用情况差别很大,其保护方式与拖动方式密切相关,规范中只能作一般性规定。美、苏等国的法规、规程中亦如此处理。条文中“并根据需要装设过载保护”,这里的“过载保护”亦包括保护电动机堵转的过载保护。

第五节 低压交流电动机的主回路

第2.5.1条 隔离是保证安全的重要措施,规范中应予以明确规定。 本条是根据IEC标准《建筑物电气装置》(TC64)第46章和第53章, 并参照美国《国家电气法规》第430节而增加的。

一、考虑到我国常用配电箱、屏的产品现状和实际运行经验,对数台电动机共用一套隔离电器问题,作了灵活规定。

二. IEC标准《建筑物电气装置》(TC64)第537.2 条规定:隔离电器在断开位置时,其触头之间或其他隔离手段之间,应保证一定的隔离距离;隔离距离必须是看得见的,或明显地并可靠地用“开”或“断”标志指示;这种指示只有在电器每个极的断开触头之间的隔离距离已经达到时才出现。半导体电器严禁用作隔离电器。现行国家标准《低压电器基本标准》中,已列入低压空气式开关(刀开关)、隔离开关、隔离器、熔断器式开关、熔断器式隔离器等隔离电器;低压断路器标准中亦列入了隔离型。

按IEC标准,“手握式设备”是在正常使用时要用手握住的移动式设备;“移动式设备”是在工作时移动的设备,或在接有电源时容易从一处移至另一处的设备。请注意,没有搬运把手且重量又使人难以移动的设备(规定这一重量为18kg),应归入固定式设备。

三、按IEC标准的规定, 无载开断的隔离电器应装设在能防止无关人员接近的地点或外护物内,或者能加锁。

第2.5.2条 根据我国接触器和起动器的制造标准(等效采用IEC相应标准),起动器的定义是“起动和停止电动机所需要的所有开关电器与适当的过载保护电器相结合的组合电器”;过载保护电器附在起动器标准中,不再单列一项标准。

接触器和起动器(包括过载保护电器)与短路保护电器(SCPD)的协调配合是上述标准中的一项重要规定,其要点如下:

1.接触器和起动器制造厂应成套供应或推荐一种适用的SCPD,以保证协调配合的要求。

2.过载保护电器与SCPD之间应有选择性:在两条时间---- 电流特性平均曲线交点所对应的电流以下,SCPD不应动作,而过载保护电器应动作,使起动器断开,起动器应无损坏。在上述电流以上,SCPD应在过载保护电器动作之前动作,起动器应满足制造厂规定的协调配合类型的条件。

3.允许有两种协调配合类型:“I型”协调配合---要求接触器或起动器在短路条件下不应对人或周围造成危害,应能在修理或更换零件后继续使用。“2型”协调配合---要求接触器或起动器或短路条件下不应对人或周围造成危害,且应能继续使用,但允许有容易分离的触头熔焊。

4.上述协调配合的要求,由接触器或起动器制造厂通过试验验证。

第2.5.3条 本条中的控制电器是指电动机的起动器, 接触器及其他开关电器,而不是“控制电路电器”。

根据起动器与短路保护电器协调配合的要求,堵转电流及以下的所有电流,应由起动器分断。

电动机的控制电器不得采用开启式负荷开关(胶盖开关)。采用封闭式负荷开关(铁壳开关)亦不够安全,应予限制;考虑到目前实际情况,当符合控制和保护要求时,3kW及以下的电动机可采用封闭式负荷开关(铁壳开关)。

第2.5.4条 导线和电缆在连续负载、断续负载和短时负载下的载流量,因缺乏正式数据,规范中未能列入:

一、导线与电动机相比,发热时间常数和过载能力较小。选择导线时宜考虑这一因素,使导线留有适当的裕量。如美国《国家电气法规》中规定,导线连续载流量不应小于电动机额定电流的125%;日本《内线规程》则要求不小于125%(≤50A)或111%(>50A)。根据我国的国情, 一般情况下末考虑这一因素。对于机械所配的电动机轴功率有裕量或非长期在满截下工作时,是没有问题的。

对于经常接近满载工作的电动机,导线载流量宜有适当裕量。

断续周期工作制的电动机可有多种工作制,如冶金及起重用笼型电动机有S2-S6五种,冶金及起重绕线转子电动机有S2~S8七种,但其基准工作制为S3 -40%(即工作制为S3,额定负载持续率为40%,每一周期为10min)。电动机的额定功率通常按基准工作制标称,其他工作制的功率按基准工作制时额定功率的实际温升确定,由制造厂在产品样本中给出。可见,按基准工作制的额定电流选择导线比较准确、简便。

二、接单台用电设备的末端线路可不按过载保护进行校验,理由如下:首先,设备的额定功率是按可能出现的最繁重的工作制确定;其次,不允许在这种线路上另接负荷;此外,电动机的过载保护对导线亦起作用。上述说明不适用于向日用电器配电的末端线路,参见本规范第8.0.2条和第8.0.3条。

关于校验导线在短路条件下热稳定的要求,末端线路应与配电线路区别对待。如果末端线路本身发生短路,就表明故障点的导线(至少是绝缘和接头)已经损坏,即使该线路的其他部分符合热稳定的要求,亦难免要更换导线。如果考虑的是穿越性短路电流,则仅在用电设备端子或内部严重故障时才可能出现。因此,除少数必须确保可靠的线路外,可不进行短路条件下热稳定的校验。

条文中“必须确保可靠的线路”是指向一级负荷配电的末端线路,以及少数更换导线很困难的重要末端线路。

三、参照苏联《电气装置安装规程》,以起动静阻转矩是否超过额定转矩的50%为界,划分了轻载与重载,使条文更加明确。其他数据仍沿用原规范。

第六节 低压交流电动机的控制回路

第2.6.1条 控制回路上装设隔离电器和短路保护电器是必要的, 通常亦这样做了,应补入规范。有的控制回路很简单,如仅有磁力起动器和控制按钮,可灵活处理。有的设备(如消防泵)的控制回路断电可能造成严重后果,是否另装短路保护,各有利弊,应根据具体情况(如有无备用泵,各泵控制回路是否独立,保护器件的可靠性等),决定取舍。

这里所说的“隔离电器和短路保护电器”,既可以是两种电器,亦可以是具有隔离作用和短路保护作用的一种电器,如封闭式负荷开关(铁壳开关),一种电器具有隔离和短路保护两种作用。

第2.6.2条 控制回路的可靠性问题易被忽视,应列人规范,以引起设计人员的重视。仍以消防泵为例,常见如下弊病:控制电源的可靠性低于主回路电源,多台工作泵和备用泵共用一路控制电源,各泵控制回路不能分割,一旦故障将同时停泵;延伸很长的消火栓控制按钮线路直接连到接触器线圈,任一处故障将使手动就地控制亦不可能,等等。显然,这类问题可能导致严重后果。例如,某指挥所计算机用的三台中频机组共用一路220V控制线,曾因系统电压短时降低而全部停机,备用机组未能发挥作用。在保证控制回路可靠性方面,发电厂和变电所二次回路中有很多行之有效的做法,值得借鉴。

TN或TT系统中的控制回路发生接地故障时,保护或控制接点可被大地短接,使控制失灵或线圈通电,造成电动机不能停车或意外起动。当控制回路接线复杂,线路很长,特别是在恶劣环境中装有较多的行程开关和联锁接点时,这个问题更加突出。

采用正确的结线方式,能够避免上述问题。如图2.6.2所示, 结线Ⅰ是正确的:当a.b.C任何一点接地时,控制接点均不被短接,甚至a和b 两点同时接地时亦将因熔断器熔断而停车。结线Ⅱ是错误的:当e点接地时, 控制接点被短接,运行中的电动机将不能停车,不工作的电动机将意外起动,这种接法不应采用。结线Ⅲ是有问题的:当h点接地时,仅L3上的熔断器熔断, 线圈接于相电压下,通电的接触器不能可靠释放,不通电的则不排除吸合的可能,从而有可能造成电动机不能停车或意外起动,这种做法只能用于极简单的控制回路(如磁力起动器中)。

此外,当图2.6.2中a、b、d、g、h或i点接地时,相应的熔断器熔断,电动机将被迫(a、b、d点)或可能(g、h、i点)停止工作。

在控制回路装设隔离变压器,不仅可避免电动机意外起动或不能停车,而且任何一点接地时,电动机能继续坚持工作。

直流控制电源如为中性点或一极接地系统,当控制回路发生接地故障时的情况,可按以上分析类推。因此,最好采用不接地系统,并应装设绝缘监视装置,但为了节能和减少接触器噪声而采用整流电源时,可不受此限。

第2.6.3条、第2.6.4条 这两条是保证人身和设备安全的最基本规定。设计中尚应根据具体情况,采取各种必要的措施。此外,电动机尚应根据现行国家标准《电力装置的电测量仪表装置设计规范》,装设必要的测量仪表,本规范不予重复。

第三章 起重运输设备

第一节 起重机

第二节 胶带输送机运输线(以下简称胶带运输线)

第三节 电梯和自动扶梯

第3.3.1条 本节的适用范围。由于电梯的种类繁多。从用途分有:客梯、货梯、医用梯和各类专用梯。本条文不能包罗万象。例如,安装在矿山,船舶和其他特殊用途的专用梯、小型杂货梯,就不能包括在内。此外,非电力拖动的升降梯(如液压梯等)更不属其中。

本条文中所提的自动扶梯,包括了水平行驶的人行步道。

第3.3.2条 各类电梯和自动扶梯,由于它们的运输对象不同,安装的地点不同,其负荷分级及供电要求亦不同,应符合现行国家标准《供配电系统设计规范》中负荷分级及供电要求的原则规定。高层建筑中的消防电梯在现行国家标准《高层民用建筑设计防火规范》中已有明确规定。

第3.3.3条 关于“隔离电器和短路保护电器”的说明,见本规范第2.6.1条的说明。

第3.3.4条 电梯的电气设备包括信号、控制和拖动主机几大部件。近年来由于电子技术、计算机技术的飞速发展,固体功率元件、集成电路器件的性能稳定、可靠,使电梯技术有了很大提高。

一、控制技术。由简单的人控、自控发展到用电子计算机的集控、群控,利用计算机的分析、判别功能使电梯的运行达到高效,从而节省大量的电能。

二、拖动技术。由于拖动方式很多,近期发展又特别快,所以市场上可见的有许多种型式:

1.交流电梯。

(1)交流双速电机变极数调速,串电阻起动、制动。

(2)交流双速电机变极数调速,能耗制动。

(3)交流双速电机变极数调速,涡流制动。

(4)交流电动机晶闸管变频变压调速。

2.直流电梯。

(1)电动发电机组供电,晶闸管励磁调速。

(2)晶闸管供电调压调速。

对于不同的梯速和运行状态,控制方式和拖动方式应选择恰当,尤其要重视节电性能,因为在长期运行中其效果是相当明显的。

第3.3.5条 应按电梯的设备容量向电梯供电。电梯的设备容量应为电梯的电动机额定功率加上其他附属电器之和。

交流电梯的电动机功率应为交直流变流器的交流额定输入功率。

此外,要特别提出的是:交流电梯和直流电梯的铭牌额定功率各不相同。例如交流电梯是指其曳引机功率,而由直流发电机供电的直流电梯是指拖动直流发电机的交流电动机功率。

在电梯的电机选型功率计算中,采用了如下过程:

1.电梯曳引机的功率。

Pd=(1-Kp)QV/102η (3. 3. 5-1)

式中 Pd--曳引机功率(kW),0.5hl或1h工作率;

Kp--平衡系数(0.4-0.5);

Q--载重量(kg);

V--梯速(m/s);

η--传动效率。

2.直流发电机功率。

Pf=PdC/ηd (3. 3. 5-2)

式中 Pf--发电机功率(kW),连续工作制;

C--持续率折算系数,Pd为0.5h制时,C=0.6;Pd为1h制时,C= 0.55;

ηd--曳引机效率。

3.交流拖动原动机功率。

Pj=Pf/ηf (3. 3. 5-3)

式中 Pj--交流电动机功率(kW),连续工作制;

Pf--直流发电机功率(kw);

ηf--直流发电机效率(0.9)。

例1 某交流双速电梯,其曳引机额定电压380v,功率7.5kW,额定电流21A。其中,21A是1h工作制工作电流。

例2 某直流电梯。

曳引机:21.6kW:他激主回路:160V,152A。

直流发电机:18kW:他激主回路:160V,113A。

交流电动机:22kW, 380V, 42.6A。

其中,曳引机是lh工作制参数,直流发电机、交流电动机是连续工作制参数。

P=Px√εx/√ε (3. 3. 5-4)

式中 P--持续率为ε工作制时的功率;

Px--持续率为εx,工作制时的功率。

可见,随持续率的减小,其曳引机功率和工作电流增加。故在进行配电线路设计时,要使配电导线与电梯的工作制相对应。

特别是交流电梯,在非调频调压系统中,在频繁运行时,是处在反复短时工作制。但起动冲击电流相当大,冲击电流在温升等效电流中占有相当的比例,又由于停层时间甚短(有的小于10s), 即发热休止时间远小于导线的发热时间常数(一般在8min以上)。诸此种种,造成了设计上的困难。

为了设计方便,并有可靠的依据,本规范采用了《美国国家电气法规》的参数。

多台同类型同容量的电梯,其同时工作系数推荐如下,供参考。

电机台数 1 2 3 4 5 6
同时系数 1 0.91 0.85 0.8 0.76 0.72

第3.3.6条 电梯的照明是稳定乘客心理情绪的重要措施,不容忽视。

第3.3.7条 电梯的电源线路敷设在井道中是不安全的。不敷设在井道中,既可防止井道火灾危及电源线路,又可防止电源线路产生火灾的可能性。

第四章 电焊机

第4.0.1条 本章的适用范围。

第4.0.2条 手动弧焊变压器或弧焊整流器上, 仅装有焊接电流的调节装置及指示器,操作及保护电器均由用户自配,故手动弧焊变压器或弧焊整流器的电源线,应装设隔离电器、开关和短路保护电器。

这里所说的“隔离电器、开关和短路保护电器”既可以是三种电器,亦可以是两种电器,如具有隔离作用的能接通断开负载的电器和短路保护电器,或隔离电器和具有短路保护作用的能接通断开负载的电器;亦可以是具有隔离作用和短路保护作用的能接通断开负载的一种电器,如封闭式负荷开关(铁壳开关)。

自动弧焊变压器、电渣焊机或电阻焊机带有成套的电控装置,故其电源线应装设隔离电器和短路保护电器。

第4.0.3条 根据原一机部第七设计研究院1982 年编写的《单台电焊机保护设备选择研究报告》附录14中的理论分析和公式推导,得:

第4.0.7条 电渣焊接主要用于重型设备和构件中的厚板焊接, 这些构件的工作条件与受力情况往往较为恶劣复杂,所以要求焊接质量要好,焊缝最好一次形成。如果在施焊过程中电源突然中断,因此产生未焊透部分,修补是比较复杂的。电渣焊机的容量较大,在设计配电系统时,应尽量使电力变压器靠近些,并采用专用线路配电。

为减少电压波动,提高交流自动焊的焊接质量,必要时宜采用专线供电。

电阻焊机是一种断续工作的用电设备,大多数是单相的,负荷波动较大,影响同一条配电线路上的其他用电设备的正常工作。所以对容量较大的电阻焊机,宜采用专用线路供电。

当单相或三相大容量电焊机和车间用电设备共用一台变压器供电时,往往互相影响,因此,可由专用变压器供电。

第4. 0. 8条 国家标准《评价企业合理用电技术导则》(GB 3485-83)第2.6条对此作了规定。

第4. 0. 9条 本条的制订,主要考虑节约电能,但当电力线路上接有晶闸管点焊机、直流冲击波点焊机,应考虑谐波对补偿电容器的影响,并应采取相应对策。

第五章 电 镀

第5.0.1条 电镀电源从70年代末以来, 除极少数用户仍用直流机组外,几乎全由整流管和晶闸管整流设备替代。它与机组比较,不仅具有效率高、体积小、重量轻、寿命长、操作方便、维修简单、无噪音等优点,而且防腐型整流设备可直接安放在镀槽旁,实行单机单槽供电,以缩短供电线路、方便电参数的调节。这样,既减少了电能损耗,亦节约有色金属。

第5.0.2条 整流设备应按镀槽额定电压、电流选择。 因为镀槽所需的电压视工艺规范、电解液成分和所取的电流密度不同而异。电压数值保证电解过程正常进行,电流(或电流密度)大小直接影响电镀的沉积过程。

晶闸管整流设备的额定电压应大于并接近镀槽所需电压。因为控制角增大,交流成分随之增加,某些镀种电镀质量可能受影响。各种晶闸管整流电路在不同控制角时,交流分量与直流分量的百分比(经电阻负载)见表5.0.2。

需冲击电流的镀槽,整流管、晶闸管整流容量按镀槽额定电压,冲击电流值和整流器允许过载能力来选择。整流设备的过载能力是指制造设备时的裕量及硅元件的过载能力(一般5s可过载2倍,5min可过载1.25倍);而需冲击电流的镀槽,冲击电流持续时间均小于5min。当整流设备过载能力无资料可查时,可按镀槽电压、冲击电流值乘0.8系数选择整流设备容量。

多槽(指2个及以上镀槽)共用的整流设备, 应按各槽额定电流之和乘同时使用系数和负荷系数,一般可取0.8-0.9,但各行各业电镀情况不同,应根据具体情况确定。

一些镀种对整流波形尚有一定要求,为此,利用整流线路不同结线方式,获得不同的输出电流波形。如:

一、焦磷酸盐光亮镀铜,可用单相半波、全波整流管或晶闸管整流设备。

二、无氰光亮镀铜,可采用晶闸管整流设备。

三、焦磷酸盐镀铜合金,可采用晶闸管整流设备;单相半波整流设备,单相全波整流设备加间歇性电流装置。

四、镀铬糟可采用整流管或晶闸管双反星形带平衡电抗器整流设备或三相桥式整流设备。

第5.0.3条 根据制造厂提供的资料, 采用饱和电抗器调压的整流管整流设备,只能在额定负载的10%-13%以上时才能调压。本条文考虑各厂的生产要求不同,故规定为额定负载的30%以上使用饱和电抗器调压。若负载在额定电压的30%以下,就可能保证不了调压要求,负载电流亦调不下去。因此,在电流调节精度高,同时常使用在额定负荷30%以下的低负荷镀槽,可采用自耦调压器或感应调压器方式的整流管整流设备。

第5.0.4条 按照不同镀种采用相应数值的恒定镀糟电位, 是确保提高电镀质量的有效措施。在晶闸管整流设备附带电流密度自动控制环节,在技术上可行,目前已有成品供应。在晶闸管整流设备上附设恒电位仪产品已在国内几个厂试验运行达数年之久,操作工人反映,采用恒电位仪的晶闸管整流设备后,再也用不着按照镀件的数量、镀件面积大小,频繁地观察表计来调节槽子的电流或电压,不仅减轻操作强度,亦提高了镀件质量。

第5.0.5条 用整流设备作为电镀电源, 实现一台整流设备供一个镀槽,使操作者调节镀槽电流方便,满足单个镀槽的特定工艺,提高电镀质量,同样亦节约有色金属和电能损耗。

每个镀槽电流不大,工艺上对电流控制没有严格要求时,亦可采用一台整流设备供给几个镀槽用电,以节省投资。

两个镀槽位置相近,电压相近,电流相差不大,可用一台整流设备供给两个不同时使用的镀槽。整流设备与镀槽中间增加倒换开关,这样,对整流设备及电镀质量没有影响。

第5.0.7条 当一台整流设备向一个镀槽供电, 且整流设备集中放置时,为便于操作、调节,应在镀槽附近设置电流调节装置、测量仪表和开停整流设备的控制按钮。

第5.0.8条 当一台整流设备向几个镀槽同时供电时, 为避免相互影响和干扰,每个槽子旁均应设有电压表、电流表、电流调节装置,以便根据产品要求分别进行调节。为了操作方便,镀槽旁还可加装整流设备的控制按钮。

第5.0.9条 允许电压损失的数值,由技术经济比较来决定,一般可取10%。

第5.0.10条 为检修及运行安全,每台整流设备的电源线,应装设隔离电器和短路保护电器。

关于“隔离电器和短路保护电器”的说明,见本规范第2.6.l条的说明。

第5.0.11条 电源室尽可能接近负荷中心,是为了节省有色金属和降低电能损耗。电源室宜靠近外墙,为的是获得通风和采光的良好效果。

第5.0.12条 酸性溶液镀槽或碱性溶液镀槽,在电镀过程中散发出酸性或碱性蒸汽和飞沫。酸对大多数金属及纤维质绝缘都起腐蚀作用,碱对铝和铝合金有腐蚀作用。所以本条规定在电镀间内的电力设备、线路及金属支架等应采取防腐蚀措施。

第六章 蓄电池充电

第6.0.1条 本章的适用范围。

第6.0.3条 酸件蓄电池充电时排出的氢和氧的混合气体系爆炸性气体。而且,随着气体带出部分电解液,形成硫酸蒸汽。为了人员健康、设备安全运行及不被腐蚀,整流器不宜放在充电间内,而宜设在单独的房间内。整流器室的门亦不宜直接开向充电间。

碱性镉镍蓄电池在充放电过程中排出的碱性气体及氢、氧气很少,故其充电用整流设备可装设在同一房间内。

第6.0.4条 为了防止酸性蓄电池放出的酸性蒸汽和碱性蓄电池放出的碱性蒸汽相互渗入蓄电池而使电解液产生中和效应,所以酸性蓄电池与碱性蓄电池应严格分开在不同房间内充电及存放。

第6.0.5条 根据调查, 蓄电池车的蓄电池充电时一般都是成组进行的,而且大部分单位都是将车开到充电间直接在车上进行充电。由于各车的运行情况不同,蓄电池的放电容量就不一样,如将各车容量不同的蓄电池串联一起,则充电过程中有的已充好,有的末充足。如同时结束充电,则未充足的蓄电池对寿命就有影响。故每辆车宜采用单独回路充电,并应能分别调节。

第6.0.6条~第6.0.10条 这几条用于选择整流器,其数据系按蓄电池国家标准制定。标准中规定,酸性单体电池一般充电电压为2.4V,充电到最后2h可增到2.5v,碱性蓄电池充电终了时一般电压为1.6-1.75v。 故选择的整流器电压应该比最终的充电电压要高,而且电压应能调节。故规定充电电压为蓄电池组电压的150%。

蓄电池标称电压系指单体电池的额定电压,电压数值为我国产品标准中规定的数值,且已向国际电工委员会(IEC)标准靠拢。

整流器输出电流亦是按蓄电池国家标准定出。例如,牵引用蓄电池标准中规定,初充电第一阶段充电电流0.5I5,第二阶段充电电流为0.25I5; 普通充电第一阶段充电电流为0.7I5,第二阶段为0.35I5(其中I5为5h 放电率容量放电电流值)。故规定整流器输出电流不得小于0.7I5以满足最大充电电流值。

按国家标准GB5008.1-85,起动用铅酸蓄电池普通充电电流为0.1C20,其中C20为20h放电率额定容量,文中改写为I10是为了使第6.0.7条中各蓄电池充电电流写法一致。同理,按镉镍蓄电池使用说明书(国营755 厂)中规定充电电流为0.2C5,文中改为I5

按国家标准GB5008.1-85,起动用铅酸蓄电池组恒压充电电压值为14.8±0.05V (12V一组者)或7.4±0.05V (6V一组者),折算到单个电池即为2.46V。按铜镍电池使用说明书,单个电池恒压充电电压为1.45V。

第6.0.12条 酸性蓄电池充电时排出的硫酸蒸汽及飞沫对一般地面、墙壁、天花板及金属支架等均有腐蚀作用。因此,要对墙壁、天花板及金属支架等采取防酸措施。地面亦应能耐酸。为了便于经常冲洗地面,地坪应有适当的坡度及排水措施。

根据《35-110kV变电所设计规范》GBJ59-88规定,“蓄电池室、调酸室及屋内配电装置室每小时通风换气次数均不应低于6次”。 又根据《工业企业通信设计规范》GBJ42-81规定, “装有密闭防爆式或防酸隔爆式蓄电池的电池室通风量不应小于每小时换气5次”。参照以上两规范的规定, 并考虑到蓄电池充电至后期时将产生较多的腐蚀性气体或氢气,所以,本规范规定充电间每小时通风换气次数不小于8次。

为了防止电气线路受到腐蚀损伤导线,并使导线接点电阻增加,因此规定充电间内的固定式线路应采用铜芯绝缘线穿焊接钢管敷设,或铜芯塑料护套电缆,并有防止外界损伤的措施;移动式线路应采用铜芯重型橡套电缆。

第七章 静电滤清器电源

第7.0.1条 本章的适用范围。

第7.0.2条 电滤器在工作过程中各电场的供气状况不同, 气体中不同的悬浮粒子、含量和气体参数均有差别,为保证气体除尘时有最高的效率,电滤器的每一个电场需要有不同的供电参数(电晕电流和电晕电压值)。另外,电滤器在操作过程中气体参数还会发生变化,电晕电压和电流须随时进行调整。因此,从生产操作的观点出发,电滤器的每一个电场均以设置单独的供电设备为宜。

否则,如用一台整流器对若干个电场供电时,供电参数通常是按操作条件最差的情况确定的,这样,其余的电场则是在降低电压的情况下工作,电滤器没有充分利用。由于电滤器的造价比整流器要高得多(占总投资的85%-90%),所以,为节省整流设备而使电滤器不能充分利用,会造成更大浪费。当然,如果电场的条件差不多,供电参数相差不多,用一台整流设备供给多个电场亦是可以的。从调查中看到,绝大部分是一个电滤器单独配备一套整流设备,如水泥、化工和煤气等工厂。在有色金属冶炼工厂中,目前亦还有共用一台整流设备的,一般只是在并联烟道的第一个电场。

第7.0.3条 高压整流设备要求安装在无导电尘埃、无腐蚀气体的环境中。所以,户内式整流设备须设在单独的房间内。每套整流设备的高压整流器、变压器和转换开关应装设在单独的隔间内,是为了保证运行维护时的安全和检修某一套整流设备时不影响其他整流设备的运行。整流隔间的金属网孔尺寸不应大于40mm×40mm是为了防止人手误入金属网内。隔间遮栏高度选定2.5m是考虑一般人员不能将手伸过隔间顶部。

户外式整流设备系封闭式,可以放在室外。而且,户外式整流设备的高压出线套管系水平式,可将套管直接伸入高压隔离开关箱再与电滤器端子箱相接,从而省去了高压电缆。因此,户外高压整流设备应装在电滤器上。

第7.0.4条 一般交流35kV网络的内部过电压为4倍。据有关资料介绍,高压直流输电网络内部过电压仅在罕见的情况下有可能到2倍左右, 而电滤器直流系统的内部过电压则要小得多,暂取1.5倍。所以,直流40-80kV配电装置的设备绝缘不应低于工频35kV的绝缘等级。

配电装置的导体及带电部分的各项电气净距,主要根据下述条件决定:

一、整流设备最高输出直流电压为80kV;目前一般电滤器运行时的直流电压约为40-70kV,原机械研究院(73)电器字第83号文中所制定的高压静电硅整流设备最高输出直流电压分40、60及80kv三种。

二、空气间隙放电电压取7.5kV/cm;据有关文献介绍,在直流电压下空气间隙的放电电压,当为止极性时约为7.5kV/cm,当为负极性时约为20kV/cm。电滤器直流电源系统一般采取正极接地方式,为安全计,空气间隙放电电压按正极性考虑。

由此可得直流导体及带电部分对接地部分的最小间距为1.1×(80×1.5)÷7.5=17.6(cm)(式中1.1为耐受电压与放电电压之比),该数值接近于电压20kV等级的A1值(A1为180mm),为安全可靠计,本规范按工频35kV 电压等级的A1等各项数值考虑。

第7.0.5条 户内式高压整流隔间门上装设断开电源的联锁装置, 是为了防止工作人员误入高压整流隔间发生触电危险,故设置开门后即自动断开交流电源的电气联锁装置,以保证安全。据调查,对户外式整流器的断开电源联锁装置,现在有的单位在研制一种机械锁,尚未成熟。

户外式整流器的断开电源联锁装置装在高压隔离开关的箱门上,当打开隔离开关箱门时则自动断开交流电源。

第7.0.6条 户内式整流设备的控制屏靠近整流隔间是为了便于操作监视,且有利于接线。整流设备套数较多时,比较好的办法是将控制屏与整流隔间各排成一列面对面布置。这样布置比较紧凑,节省面积,走线方便。整流隔间与控制屏间的通道规定不小于2m,是考虑便于设备搬运及操作维护。

户外式整流设备的控制屏规定装在电滤器附近的房间内主要是为管理方便,缩短电气线路。

第7.0.7条 采用负的电晕电极可以得到比正的电晕电极更高的火花击穿电压,这就可以使电滤器在更高的电压下工作,有较高的除尘效率。根据有关的资料介绍,对煤气用电滤器,当电晕电极接整流器的负极时,除尘效率可达99.9%,如与整流器正极相连,除尘效率只达70%。

据调查,目前由整流器负极接到电滤器电晕电极的线路均采用上海电缆研究所生产的高压电缆,一般不再采用圆钢或钢管。采用高压电缆可保证运行安全。

选择高压电缆的截面主要考虑电缆强度,因为工作电流很小,为mA级,而工作电压一般为40-70kV,如电缆截面小,则强度低,一旦断线则有危险电压,造成事故,现在通常采用上海电缆研究所生产的95mm2的专用电缆。

规定整流器的正极接到电滤器的收尘电极的连接线不少于两根并予接地,是为了安全可靠。

根据一些资料介绍,接地电阻大多数为4Ω,个别有要求1Ω以下的。从各厂多年运行情况看,接地电阻做成4Ω未发生什么问题,证明该数值是可靠的。 另外,在整流器的高压直流输出端一般均串接有阻尼电阻或扼流器,用以限制短路电流。以直流输出电流(平均植)为200mA为例,短路电流稳定值仅为0.25A 以下,这说明短路电流值是相当小的。当接地电阻采用4Ω时,如整流器由于绝缘损坏致使外壳带电,此时如人触及设备外壳,最坏情况人将承受0.25×4=1.0(V)的接触电压,此电压是安全的。

为了保证接地可靠,规定连接线不少于两根,通常都不利用设备或金属结构本身来作为接地线。因为当设备或金属结构偶然损坏或检修时,有可能使接地回路断开。

第八章 日用电器

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