机械研究院电气部电气控制系统设计规范.docx

机械研究院电气部电气控制系统设计规范.docx

《机械研究院电气部电气控制系统设计规范.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械研究院电气部电气控制系统设计规范.docx（62页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

机械研究院电气部电气控制系统设计规范

电气控制系统设计规范

总则

1.0.1为使电气控制系统设计执行国家的技术经济政策，做到保障人身安全、节

约电能、技术先进、经济合理和安装维护方便，制订本规范。

1.0.2本规范适用于新建和扩建工程的交流、工频500V以下的电气控制系统设计。

1.0.3电气控制系统设计除应执行本规范外，尚应符合现行的国家有关标准、规

范的规定。

1.电气控制系统

电气控制系统一般称为电气设备二次控制回路，不同的设备有不同的控制回路，而且高压电气设备与低压电气设备的控制方式也不相同。

由于行业与使用因素，我们着重于低压电气设备的设计。

1.1电气控制系统主要功能

为了保证一次设备运行的可靠与安全，需要有许多辅助电气设备为之服务，能够实现某项控制功能的若干个电器组件的组合，称为控制回路或二次回路。

这些设备要有以下功能：

（1）自动控制功能。

高压和大电流开关设备的体积是很大的，一般都采用操作系统来控制分、合闸，特别是当设备出了故障时，需要开关自动切断电路，要有一套自动控制的电气操作设备，对供电设备进行自动控制。

（2）保护功能。

电气设备与线路在运行过程中会发生故障，电流（或电压）会超过设备与线路允许工作的范围与限度，这就需要一套检测这些故障信号并对设备和线路进行自动调整（断开、切换等）的保护设备。

　　（3）监视功能。

电是眼睛看不见的，一台设备是否带电或断电，从外表看无法分辨，这就需要设置各种视听信号，如灯光和音响等，对一次设备进行电气监视。

　　（4）测量功能。

灯光和音响信号只能定性地表明设备的工作状态（有电或断电），如果想定量地知道电气设备的工作情况，还需要有各种仪表测量设备，测量线路的各种参数，如电压、电流、频率和功率的大小等。

在设备操作与监视当中，传统的操作组件、控制电器、仪表和信号等设备大多可被电脑控制系统及电子组件所取代，但在小型设备和就地局部控制的电路中仍有一定的应用范围。

这也都是电路实现微机自动化控制的基础。

1.2电气控制系统的组成

常用的控制线路的基本回路由以下几部分组成：

（1）电源供电回路。

供电回路的供电电源有AC380V和220V等多种。

（2）保护回路。

保护（辅助）回路的工作电源有单相220、36V或直流220、24V等多种，对电气设备和线路进行短路、过载和失压等各种保护，由熔断器、热继电器、失压线圈、整流组件和稳压组件等保护组件组成。

（3）信号回路。

能及时反映或显示设备和线路正常与非正常工作状态信息的回路，如不同颜色的信号灯，不同声响的音响设备等。

（4）自动与手动回路。

电气设备为了提高工作效率，一般都设有自动环节，但在安装、调试及紧急事故的处理中，控制线路中还需要设置手动环节，通过组合开关或转换开关等实现自动与手动方式的转换。

（5）制动停车回路。

切断电路的供电电源，并采取某些制动措施，使电动机迅速停车的控制环节，如能耗制动、电源反接制动，倒拉反接制动和再生发电制动等。

（6）自锁及闭锁回路。

启动按钮松开后，线路保持通电，电气设备能继续工作的电气环节叫自锁环节，如接触器的动合触点串联在线圈电路中。

两台或两台以上的电气装置和组件，为了保证设备运行的安全与可靠，只能一台通电启动，另一台不能通电启动的保护环节，叫闭锁环节。

如：

两个接触器的动断触点分别串联在对方线圈电路中。

1.3电气控制系统图纸

电气控制系统图是电气线路安装、调试、使用与维护的理论依据，主要包括电气原理图、电气安装接线图、电器元件布置图。

系统中各所用电气设备的电气控制原理，用以指导电气设备的安装和控制系统的调试运行工作。

2.电气控制系统的设计与要求

在接到设计任务书后，按原理设计和工艺设计两方面进行。

2.1．原理图的设计

（1）根据要求拟定设计任务。

（2）根据拖动要求设计主电路。

在绘制主电路时，可考虑以下几个方面：

①每台电动机的控制方式，应根据其容量及拖动负载性质考虑其启动要求，选择适当的启动线路。

对于容量小（7.5kw以下）、启动负载不大的电动机，可采用直接启动}对于大容量电动机应采用降压启动。

②根据运动要求决定转向控制。

③根据每台电动机的工作制，决定是否需要设置过载保护或过电流控制措施。

④根据拖动负载及工艺要求决定停车时是否需要制动控制，并决定采用何种控制方式。

⑤设置短路保护及其他必要的电气保护。

⑥考虑其他特殊要求：

调速要求、主电路参数测量、信号检测等。

（3）根据主电路的控制要求设计控制回路：

①正确选择控制电路电压种类及大小。

②根据每台电动机的启动、运行、调速、制动及保护要求，依次绘制各控制环节（基本单元控制线路）。

③设置必要的联锁（包括同一台电动机各动作之间以及各台电动机之间的动作联锁）。

④设置短路保护以及设计任务书中要求的位置保护（如极限位、越位、相对位置保护）、电压保护、电流保护和各种物理量保护（温度、压力、流量等）。

⑤根据拖动要求，设计特殊要求控制环节，如自动抬刀、变速与自动循环、工艺参数测量等控制。

⑥按需要设置应急操作。

（4）根据照明、指示、报警等要求设计辅助电路。

（5）总体检查、修改、补充及完善。

主要内容包括：

①校核各种动作控制是否满足要求，是否有矛盾或遗漏。

②检查接触器、继电器、主令电器的触点使用是否合理，是否超过电器元件允许的数量。

③检查联锁要求能否实现。

④检查各种保护能否实现。

⑤检查发生误操作所引起的后果与防范措施。

（6）进行必要的参数计算。

（7）正确、合理地选择各电器元件，按规定格式编制元件目录表。

（8）根据完善后的设计草图，按GB/T6988电气制图标准绘制电气原理线路图，并按GB/T5094-1985《电气技术中的项目代号》要求标注器件的项目代号，按GB4884-1985《绝缘导线的标记》的要求对线路进行统一编号。

2.2．工艺的设计

（1）根据电气设备的总体配置及电器元件的分布状况和操作要求划分电器组件，绘制电气控制系统的总装配图和接线图。

（2）根据电器元件的型号、外形尺寸、安装尺寸绘制每一组件的元件布置图（如电器安装板、控制面板、电源、放大器等）。

（3）根据元件布置图及电气原理编号绘制组件接线图，统计组件进出线的数量、编号以及各组件之间的连接方式。

（4）绘制并修改工艺设计草图后，便可按机械、电气制图要求绘制工程图。

最后按设计过程和设计结果编写设计说明书及使用说明书。

3.电器和导体的选择

3.1电器的选择

3.1.1低压配电设计所选用的电器，应符合国家现行的有关产品标准，并应符合下列规定：

1、电器应适应所在场所及其环境条件

2、电器的额定频率应与所在回路的频率相适应：

3、电器的额定电压应与所在回路标称电压相适应；

4、电器的额定电流不应小于所在回路的计算电流；

5、电器应满足短路条件下的动稳定与热稳定的要求；

6、用于断开短路电流的电器应满足短路条件下的接通能力和分断能力。

3.1.2验算电器在短路条件下的接通能力和分段能力应采用接通或分断时安装处预期短路电流，当短路点附近所接电动机额定电流之和超过短路电流的1％时，应计入电动机反馈电流的影响。

3.1.3当维护、测试和检修设备需断开电源时，应设置隔离电器。

隔离电器宜采用同时断开电源所有极的隔离电器或彼此靠近的单级隔离器。

当隔离电器误操作会造成严重事故时，应采取防止误操作的措施。

3.1.4在TN-C系统中不应将保护接地中性导体隔离，严禁将保护接地中性导体接入开关电器。

3.1.5隔离电器应符合下列规定：

1、断开触头之间的隔离距离，应可见或能明显标示“闭合”和“断开”状态；

2、隔离电器应能防止意外的闭合：

3、应有防止意外断开隔离电器的锁定措施。

3.1.6隔离电器应采用下列电器：

1、单极或多极隔离电器、隔离开关或隔离插头；

2、插头与插座；

3、连接片

4、不需要拆除导线的特殊端子；

5、熔断器；

6、具有隔离功能的开关的断路器。

3.1.7半导体开关电器，严禁作为隔离电器。

3.1.8独立控制电气装置的电路的每一部分，均应装设功能性开关电器。

3.1.9功能性开关电器可采用下列电器：

1、开关

2、半导体开关电器；

3、断路器：

4、接触器；

5、继电器；

6、16A及以下的插头和插座。

3.1.10隔离器、熔断器和连接片，眼睛作为功能性开关电器。

3.1.11剩余电流动作保护电器的选择，应符合下列规定：

1、除在TN-S系统中，当中性导体为可靠地地电位时可不断开外，应能断开所保护回路的所有带点导体；

2、剩余电路动作保护电器的额定剩余不动作电流，应大于在负荷正常运行时预期出现的对地泄露电流；

3、剩余电流动作保护电器的类型，应根据接地故障的类型按现行国家标准《剩余电流动作保护电器的一般要求》GB/Z6829的有关规定确定。

3.1.12采用剩余电流动作保护电器作为间接接触防护电器的回路时，必须装设保护导体。

3.1.13在TT系统中，除电气装置的电源进线端与保护电器之间的电气装置符合现行国家标准《点击防护装置和设备的通用部分》GB/T17045规定的Ⅱ类设备的要求或绝缘水平与Ⅱ类设备相同外，当仅用一台剩余电流动作保护电器保护电气装置时，应将保护电器布置在电气装置的电源进线端。

3.1.14在IT系统中，当采用剩余电流动作保护电器保护电气装置，且在第一次故障不断开电路时，其额定剩余不动作电流值不应小于第一次对地故障时流经故障回路的电流。

3.1.15在符合下列情况时，应选用具有断开中性极的开关电器：

1、有中性导体的IT系统与TT系统或TN系统之间的电源转换开关电器；

2、TT系统中，当负荷侧有中性导体是选用隔离电器；

3、IT系统中，当有中性导体时选用开关电器

3.1.16在电路中需防止电流流经不期望的路径时，可选用具有断开中性极的开关电器。

3.1.17在IT系统中安装的绝缘监测电器，应能连续监测电气装置的绝缘。

绝缘监测电器应只有使用钥匙或工具才能改变其整定值，其测试电压和绝缘电阻整定值应符合下列规定：

1、SELV和PELV回路的测试电压应为250V，绝缘电阻整定值应低于0.5MΩ；

2、SELV和PELV回路以外且不高于500V回路的测试电压应为500V，绝缘电阻整定值应低于0.5MΩ；

3、高于500V回路的测试电压应为1000V，绝缘电阻整定值应低于1.0MΩ。

3.2导体的选择

3.2.1导体的类型应按敷设方式及环境条件选择。

绝缘导体除满足上述条件外，尚应符合工作电压的要求。

3.2.2选择导体截面，应符合下列要求：

1、按敷设方式及环境条件确定的导体载流量，不应小于计算电流；

2、导体应满足线路保护的要求；

3、导体应满足动稳定与热稳定的要求；

4、线路电压损伤应满足用电设备正常工作及启动时端电压的要求；

5、导体最小截面应满足机械强度的要求。

固定敷设的导体最小截面，应根据敷设方式、绝缘子支持点间距和导体材料按表3.3.3的规定确定。

表3.2.2固定敷设的导体最小截面

敷设方式

绝缘子支撑点间距（m）

导体最小截面（mm2）

铜导体

铝导体

裸导体敷设在绝缘子上

——

10

16

绝缘导体敷设在绝缘子上

≤2

1.5

10

＞2，且≤6

2.5

10

＞6，且≤16

4

10

＞16，且≤25

6

10

绝缘导体穿导管敷设或在槽盒中敷设

——

1.5

10

6、用于负荷长期稳定的电缆，经技术经济比较确认合理时，可按经济电流密度选择导体截面，且应符合现行国家标准《电力工程电缆设计规范》GB50217的有关规定。

3.2.3导体的负荷电流在正常持续运行中产生的温度，不应使绝缘的温度超过表3.2.3的规定。

表3.2.3各类绝缘最高运行温度（℃）

绝缘类型

导体的绝缘

护套

聚氯乙烯

70

-

交联氯乙烯和乙丙橡胶

9.

-

聚氯乙烯护套矿物绝缘电缆或可触及的裸护套矿物绝缘电缆

-

70

不允许触及和不与可燃物相接处的裸护套矿物绝缘电缆

-

105

3.2.4绝缘导体和无铠装电缆的载流量以及载流量的校正系数，应按现行国家标准《建筑物电气装置第5部分：

电气设备的选择和安装第523节：

布线系统载流量》GB/T16895.15的有关规定确定。

铠装电缆的载流量以及载流量的校正系数，应按现行国家标准《电力工程电缆设计规范》GB50217de有关规定确定。

3.2.5绝缘导体或电缆敷设处的环境温度应按表3.2.5的规定。

表3.2.5绝缘导体或电缆敷设出的环境温度

电缆敷设场所

有无机械通风

选取的环境温度

土中直埋

-

埋深处的最热月平均地温

水下

-

最热月的日最高水温平均值

户外空气中、电缆沟

-

最热月的日最高温度平均值

有热源设备的厂房

有

通风设计规范

无

最热月的最高温度平均值另加5℃

一般性厂房及其他建筑物内

有

通风设计温度

无

最热月的日最高温度平均值

户内电缆沟

无

最热月的日最高温度平均值另加5℃

隧道、电气竖井

隧道、电气竖井

有

通风设计规范

注：

数量较多的电缆工作温度大于70℃的电缆敷设于未装机械通风的隧道、电气竖井时，应计入对环境温升的影响，不能直接采取仅加5℃

3.2.6当电缆沿敷设路径中各场所的散热条件不相同时，电缆的散热条件应按最不利的场所确定。

3.2.7符合下列情况之一的线路，中性导体的截面应与相导体的截面相同：

1、单相两线制线路；

2、铜相导体截面小于等于16mm2或铝相导体截面小于等于25mm2的三相四线线路。

3.2.8符合下列条件的线路，中性导体截面可小于相导体截面；

1、铜相导体截面大于16mm2或铝相导体截面大于25mm2；

2、铜中性导体截面大于等于16mm2或铝中性导体截面大于等于25mm2；

3、在正常工作时，包括谐波电流在内的中性导体预期最大电流小于等于中性导体的允许载流量；

4、中性导体已进行了过电流保护。

3.2.9在三相四线制线路中存在谐波电流时，计算中性导体的电流应计入谐波电流的效应。

当中性导体电流大于相导体电流时，电缆相导体截面应按中性导体电流选择。

当三相平衡系统中存在谐波电流，4芯或5芯电缆内中性导体与相导体材料相同和截面相等时，电缆载流量的降低系数应按表3.2.9的规定确定。

表3.2.9电缆载流量的降低系数

相电流中三次谐波分量（%）

降低系数

按相电流选择截面

按中性导体电流选择截面

0～15

1.0

-

＞15，且≤33

0.86

-

＞33，且≤45

-

0.86

＞45

-

1.0

3.2.10在配电线路中固定敷设的铜保护接地中性导体的截面积不应小于10mm2,铝保护接地中性导体的截面积不应小于16mm2。

3.2.11保护接地中性导体应按预期出现的最高电压进行绝缘。

3.2.12当从电气系统的某一点起，由保护接地中性导体改变为单独的中性导体和保护导体时，应符合下列规定：

1、保护导体和中性导体应分别设置单独的端子或母线；

2、保护接地中性导体应首先接到为保护导体设置的端子或母线上；

3、中性导体不用连接到电气系统的任何其他的接地部分。

3.2.13装置外可导电部分严禁作为保护接地中性导体的一部分。

3.2.14保护导体截面积的选择，应符合下列规定：

1、应能满足电气系统间接接触防护自动切断电源的条件，且能承受预期的故障电流或短路电流；

2、保护导体的截面积应符合式（3.2.14）的要求，或按表3.2.14的规定确定

S≥

S---保护导体的截面积（mm2）

I---通过保护电器的预期故障电流或短路电流[交流方均根植（A）]；

t---保护电器自动切断电流的动作时间（s）；

k---系数，按本规范公式（A.0.1）计算或按表～A.0.6确定。

表3.2.14保护导体的最小截面积（mm2）

相导体截面积

保护导体的最小截面积

保护导体与相导体使用相同材料

保护导体与相导体使用不同材料

≤16

S

＞16，且≤35

16

＞35

注：

1、S-相导体截面积；

2、k1-相导体的系数，应按本规范表A.0.7的规定确定；

3、k2-保护导体的系数，应按本规范表A.0.2～表A.0.6的规定确定。

3、电缆外的保护导体或不与相导体共处于同一外护物内的保护导体，其截面积应符合下列规定：

1）有机械损伤防护时，铜导体不应小于2.5mm2，铝导体不应小于16mm2；

2）无机械损伤防护时，铜导体不应小于4mm2，铝导体不应小于16mm2。

4、当两个或更多个回路公用一个保护导体时，其截面积应符合下列规定：

1）应根据回路中最严重的预期故障电流或短路电流和动作时间确定截面积，并应符合公式（3.2.14）的要求；

2）对应于回路中的最大相导体截面积时，应按表3.2.14的规定确定。

5、永久性连接的用电设备的保护导体预期电流超过10mA时，保护导体的截面积应按下列条件之一确定：

1）铜导体不应小于10mm2或铝导体不应小于16mm2；

2）当保护导体小于本款第1项规定时，应为用电设备敷设第二根保护导体，其截面积不应小于第一根保护导体的截面积。

第二根保护导体应一直敷设到截面积大于等于10mm2的铜保护导体或16mm2的铝保护导体处，并应为用电设备的第二根保护导体设置单独的接线端子；

3）当铜保护导体与铜相导体在一根多芯电缆中时，电缆中所有铜导体截面积的总和不应小于10mm2；

4）当保护导体安装在金属导管内并与金属导管并接时，应采用截面积大于等于2.5mm2的铜导体。

3.2.15总等电位联结用保护联结导体的截面积，不应小于配电线路的最大保护导体截面积的1/2，保护联结导体截面积的最小值和最大值应符合表3.2.15的规定。

表3.2.15保护联结导体截面积的最小值和最大值（mm2）

导体材料

最小值

最大值

铜

6

25

铝

16

按载流量与25mm2铜导体的载流量相同确定

钢

50

3.2.16辅助等电位联结用保护联结导体截面积的选择，应符合下列规定：

1、联结两个外露可导电部分的保护联结导体，其电导体不应小于接到外露可导电部分的较小的保护导体的电导；

2、联结外露可导电部分和装置外可导电部分的保护联结导体，其电导不应小于相应保护导体截面积1/2的导体所具有的电导；

3、单独敷设的保护联结导体，其截面积应符合本规范第3.2.14条第3款的规定。

3.2.17局部等电位联结用保护联结导体截面积的选择，应符合下列规定：

1、保护联结导体的电导不应小于局部场所内最大保护导体截面积1/2的导体所具有的电导；

2、保护联结导体采用铜导体时，其截面积最大值为25mm2。

保护联结导体为其他金属导体时，其截面积最大值应按其与25mm2铜导体的载流量相同确定；

3、单独敷设的保护联结导体，其截面积应符合本规范地3.2.14条第3款的规定。

4.配电设备的布置

4.1一般规定

4.1.1配电室的位置应靠近用电负荷中心，设置在尘埃少、腐蚀介质少、周围环境干燥和无剧烈震动的场所，并宜留有发展余地。

4.1.2配电设备的布置必须遵循安全、可靠、适用和经济等原则，并应便于安装、操作、搬运、检修、试验和监测。

4.1.3配电室内除本室需用的管道外，不应有其它的管道通过。

室内水、汽管道上不应设置阀门和中间接头；水、汽管道与散热器的连接应采用焊接，并应做等电位联结。

配电屏的上、方及电缆沟内不应敷设水、汽管道。

4.2配电设备布置中的安全措施

4.2.1落地式配电箱的底部宜抬高，高出地面的高度室内不应低于50mm,，室外不应低于200mm；其底座周围应采取封闭措施，并应能防止鼠、蛇类等小动物进入箱内。

4.2.2同一配电室内相邻的两段母线，当任一段母线有一级负荷时，相邻的两端母线之间应采取防火措施

4.2.3高压及低压配电设备设在同一室内，且两者有一侧柜有裸露的母线时，两者之间的净距不应小于2m。

4.2.4成排布置的配电屏，其长度超过6m时，屏后的通道应设2个出口，并宜布置在通道的两端，当两出口之间的距离超过15m时，其间尚应增加出口。

4.2.5当防护等级不低于现行国家标准《外壳防护等级（IP代码）》GB4208规定的IP2X级时，成排布置的配电屏通道最小宽度应符合表4.2.5的规定。

表4.2.5成排布置的配电屏通道最小宽度（m）

配电屏

单配布置

双排面对面布置

双排背对背布置

多排同向布置

屏侧通道

屏前

屏后

屏前

屏后

屏前

屏后

屏间

前、后排屏距墙

维护

操作

维护

操作

维护

操作

前排屏前

后排屏后

固定式

不受限制时

1.5

1.1

1.2

2.1

1

1.2

1.5

1.5

2.0

2.0

1.5

1.0

1.0

受限制时

1.3

0.8

1.2

1.8

0.8

1.2

1.3

1.3

2.0

1.8

1.3

0.8

0.8

抽屉式

不受限制时

1.8

1.0

1.2

2.3

1.0

1.2

1.8

1.0

2.0

2.3

1.8

1.0

1.0

受限制时

1.6

0.8

1.2

2.1

0.8

1.2

1.6

0.8

2.0

2.1

1.6

0.8

0.8

注：

1.受限制时是指受到建筑平面的限制、通道内有柱等局部突出物的限制；

2.屏后操作通道是指需在屏后操作运行中的开关设备的通道；；

3.背靠背布置时屏前通道宽度可按本表中双排背对背布置的屏前尺寸确定；

4控制屏、控制柜、落地式动力配电箱前后的通道最小宽度可按本表确定；

5挂墙式配电箱的箱前操作通道宽度，不宜小于1m.

4.2.6配电室通道上方裸带电体距地面的高度不应低于2.5m；当低于2.5m时，应设置不低于现行国家标准《外壳防护等级（IP代码）》GB4208的规定的IP××B级或IP2×级的遮拦或外护物，遮拦或外护物底部距地面的高度不应低于2.2m。

4.3对建筑物的要求

4.3.1配电室屋顶承重构件的耐火等级不应低于二级，其他部分不应低于三级。

当配电室与其他场所毗邻时，门的耐火等级应按两者中耐火等级高的确定。

4.3.2配电室长度超过7m时，应设2个出口，并宜布置在配电室两端。

当配电室双层布置时，楼上配电室的出口应至少设一个通向该层走廊或室外的安全出口。

配电室的门均应向外开启，但通向高压配电室的门应为双向开启门。

4.3.3配电室的顶棚、墙面及地面的建筑装修，应使用不易积灰和不易起灰的材料；顶棚不应抹灰。

4.3.4配电室内的电缆沟，应采取防水盒排水措施。

配电室的地面宜高出本层地面50mm或设置防水门槛。

4.3.5当严寒地区冬季室温影响设备正常工作时，配电室应采暖。

夏热地区的配电室，还应根据地区气候情况采取隔热、通风或空调等降温措施。

有人值班的配电室，宜采用自然采光。

在值班人员休息间内宜设给水、排水设施。

附近无厕所时宜设厕所。

4.3.6位于地下室和楼层内的配电室，应设设备运输通道，并应设有通风和照明设施。

4.3.7配电室的门、窗关闭应密合；与室外相通的洞、通风孔应设防止鼠、蛇类等小动物进入网罩，其防护等级不宜低于现行国家标准《外壳防