澳洲标准下E-house电气设计经验点滴
西门子（中国）有限公司上海分公司的研究人员于燕萍，在2015年第2期《电气技术》杂志上撰文，介绍了澳大利亚/新西兰电气标准，并针对E-house的结构和电气设计，在总结之前项目经验、教训的基础上，就澳洲标准的执行需要注意的问题做了具体阐述。
E-house是近年来刚刚兴起的新名词，是ElectricalHouse的缩写，是厢式变电站的概念延伸，也是移动式电气房的简称。它是集成了高低压配电、马达驱动、控制系统、通信系统等各类电气设备的预制式集装箱，并有自己的照明、空调和辅助设施，具有独立配电房的功能。
E-house具有可移动性、尺寸及布置的灵活性、全气候性等众多优点。同时，由于是整体工厂制造，出厂前即可进行内部接线和预调试，从而大大缩短了现场设备安装及调试时间，因此越来越广泛地被一些大型野外工程，如矿山、新能源项目所采用。
澳大利亚地大物博，矿产丰富，近年来成为中国钢企走出国门、开辟境外资源供应的一大基地。因此澳洲大地涌现出不少中国企业的矿山开采项目，使得E-house的需求大幅增加。同时，由于国内元器件和人工成本较低，这就给国产E-house在澳洲的应用带来了勃勃生机。
然而由于最终用户位于澳洲，整个E-house的设计，包括结构、电气、安全等方面，都需要严格遵循澳洲的规范和标准，从而给国内设计工作带来了不少难度。国内某公司曾为西澳某铁矿项目提供了20多套E-house，如图1，为该项目的E-house主要供应商，并在项目执行过程中，积累了丰富的经验。
本文在总结该项目经验教训的基础上，就E-house结构设计、电气设计及澳洲标准的执行需要注意的几个问题做了阐述，供各位同行参考。
图1 E-house图片
1 主要标准介绍
澳大利亚国际标准公司是澳大利亚惟一的标准认证机构。无论是进口或是在澳当地组装的电器产品，在进入澳大利亚市场销售前，首先要通过澳大利亚国际标准公司的认证。澳大利亚质量认证系统的标准非常严格，因此进口产品要通过认证具有较大的难度。
E-house通常是各种电气设备的大集成，既有变配电、控制设备，也有用电设备，因此同样受到澳大利亚标准的严格制约。而在国内生产的E-house，因设计院、制造商都是国内的，通常对澳标不够熟悉，因而在设计、制造过程中往往会遇到一些问题。因此，了解澳标、熟用澳标，是E-house产品在到达澳洲后顺利通过检验的前提。
澳洲标准门类划分非常细致，所有标准有几千个，与电气相关的也有几百个之多。电气相关标准通常冠名AS/NZS，即同时适用于澳大利亚和新西兰。在短暂的项目设计与执行过程中，如何能在众多标准中抓住重点，至关重要。
下面列举几个与E-house项目设计与执行密切相关的最常用的标准：AS/NZS 1102—电工技术图形符号；AS 1319—职业环境安全标志；AS/NZS 3000—电气安装--布线规则；AS/NZS 3008—电气安装--电缆的选择；AS/NZS 3439—低压成套开关设备和控制设备。
当然，除以上最常用的标准外，还有许多更为细致的标准需要参考，如关于某一类电气设备的标准、应急照明、防雷接地、防火标准等等。所有标准文档，都可以在澳大利亚国际标准公司官网www.standards.com.au上搜索并购买。
其中标准AS/NZS 1102是设计工程师首先要熟悉的标准，因为澳标图纸在图形符号方面还是与国标有不少差异的，如图2所示。
图2 澳标图纸举例
这里要特别强调一下标准AS/NZS 3000的重要性，也就是通常所说的Wiring Rules（布线规则）。这个标准是澳洲特有的，没有IEC标准与之相对应，在澳大利亚本土设计院人手一本，是电气设计与安装方面最全面、最权威的一个标准，是非常重要的参考文献。
除此之外，业主通常也会有一套针对自己的项目所制定的规范及准则，同样需要项目执行人员遵守执行，这些准则往往更加详细、严格，执行时一般优先于国家标准规范。
2 E-house结构设计需注意的问题
由于E-house自身是为项目量身定制的，因此它的结构设计具有较大的灵活性，它的尺寸大小基本取决于它内部所需要安装的设备情况。同时由于E-house在制造完成后需要长距离运输，包括陆运和海运，因此它的尺寸很大程度上受限于运输工具的要求。
通常情况下，原则是在设备合理布局后满足通道及维修空间的前提下，越小越好。因此，在满足澳标的前提下如何合理布置设备，是E-house结构设计成功的关键。
2.1 合理布局
鉴于E-house也是电气室的一种，它的布置与一般电气室一样应遵循紧凑合理的原则，即应在紧凑的前提下便于设备的安装、操作、搬运、检修、试验和巡视。
首先应该有合理的分区，尽量做到高压与低压分开、强电与弱电分开布局。如果有条件，最好能辟出独立的高压室、低压室和弱电室。
区域的划分要结合室外变压器的位置以及出线电缆的走向，当然，E-house内部电缆走向以及长短也应在考虑之列，做到尽量短、少交叉。
标准AS/NZS 3000中明确规定了电气设备布置时各通道的最小尺寸，如图3所示。
由图可知，AS标准在通道尺寸方面的要求比较灵活。特别是当抽出式低压设备面对面布置时，我国GB 50054-2011 《低压配电设计规范》规定，两排设备间距不小于2.3米，而澳标主要注重一个重要的数字：0.6米，即无论何时，只要满足设备的最大外廓（门打开或抽出式部分抽出时）与对面的墙或设备保证有不小于0.6米宽的通道就可以了。
这一点在E-house设备布置时是一个非常重要的指标，由此会影响整个E-house的尺寸。
图3 澳标关于最小通道的规定
而E-house的移动性决定了它体积不能太大，因此通常情况下，E-house多数选用背后免维护的电气柜，或者选用背靠背的柜型，这样基本上柜子可以靠墙放置，省去了柜后维护通道，从而大大节省空间。
2.2 合理设计梁柱
E-house的电气柜往往是下出线设计，这样可以避免上出线所带来的防水问题，而且便于运抵现场后与室外的电缆桥架相接。而我们布置电气室时，常常遇到的问题就是结构梁对下出线电缆的影响，如何合理安排柜子，从而使电缆避开横梁的遮挡，往往是设计师比较头疼的事情。
而E-house的量身定制性质可以很好地避开这个问题。电气设计师在初步布置好房间之后，E-house的大致外形尺寸有了，与此同时，电气设计师可以提供房间内所有设备的基础尺寸和底板开孔尺寸给结构设计工程师，这样，结构工程师就可以充分考虑设备承重及开孔的要求，再来设计梁的位置和尺寸，尽量做到少遮挡电缆出线。
如果能做到这一点，该E-house的结构设计才是非常成功的。不合理的结构梁设计，往往造成后期设备安装的大问题，有时整排柜子都需要挪移，或者由于无法接电缆而需要大调整，都将影响工期。
2.3 电缆夹层的考虑
由于每个E-house都是综合性的，单单内部往往就有许多的动力和控制电缆，这些电缆都不需要进出E-house，因此最好在E-house交货时就完成接线。
根据以往E-house供货经验，由于设计时间紧迫，并没有考虑电缆夹层，所有内部电缆，都是通过电缆索头，进出E-house的底板，并在底板下做室外的电缆桥架。而事实证明，这种做法带来了很多后续工作甚至返工。
首先，电缆进出底板按规定需要安装电缆葛兰，因此所有的电缆数量和尺寸都需要及早确定，一旦更改，开孔和改线都比较麻烦。其次，由于在底板上开了很多电缆孔，使得E-house底部的防腐、保温、防潮层做起来比较复杂，而且很不美观。再者，该项目业主的执行规范要求，电缆进出室外表面，除安装葛兰外，均需要护套保护。
这一问题当时由于是在E-house运抵现场后才发现的，后来所有敷设好的电缆全部拆掉一头，重做护套，从而影响了工程的顺利交付。
总结以上经验教训，个人认为，应该在电气室的下方做一个电缆夹层，然后给E-house设计一些活动地板，供敷设电缆时使用。这样所有内部电缆都敷设在电缆夹层内的桥架上，既整齐又不需要任何保护措施。如果后期有改动，重新敷设电缆也非常方便。
2.4 E-house自身的达标
澳洲标准的严格性，使得E-house自身的结构设计需要非常小心。澳标对墙、门的材质及厚度、防火要求，甚至楼梯的踏步宽度及高度、栏杆的高度等等都有非常细致的要求，结构设计前需要仔细研究标准，方可进一步确定方案。
3 电气设计注意事项
3.1 电压等级
在澳大利亚，供配电系统的标称低压是230V/400V，但允许公差是+10%~-6%，这一点与新西兰不同（新西兰是±6%），因此，澳大利亚项目的系统电压有可能不同于标准的230V/400V。
西澳铁矿项目的设计系统电压等级就是非常规的，由高压到低压依次是220kV--33kV--11kV--6.6kV--415V--240V。
由此可见，项目的电压等级不是我们常见的，因此设备选型存在一定困难，所有的设备、元器件，以及电缆、电线，都需要经过慎重选择。
对E-house本身来讲，所有的低压用电设备，包括空调、灯具、开关、插座等等，都要选用额定电压可达240V/415V的设备和部件。
好在国内一些合资公司生产的配电与控制产品，基本可以满足这一特殊需求。但对于一些灯具、开关、插座等等的选型，就需要特别注意。
3.2 线缆颜色
规范的线缆颜色可以使人通过第一印象就能判断出电缆、电线的电压等级、相别甚至功能。因此，在成柜制造和电缆采购过程中，务必遵循一定的规则。澳洲通常使用的线缆颜色与我国国标以及IEC标准都存在不小的差异，所以在设计和项目执行过程中需要特别注意。
澳洲标准并没有对电缆、电线的颜色做出强制性规定，只有一些指导性的条文。如标准AS/NZS 3000中规定，PE线用黄绿色，N线用黑色或淡蓝色，而火线可以使用以上四种颜色之外的任何颜色，其建议是：单相--红色或棕色，三相--红色、白色和深蓝色。
但对一个项目而言，所有电线电缆采用统一标准的颜色还是非常必要的，国内某合资公司在西澳铁矿E-house项目中，结合AS标准以及业主的执行规范，对低压线缆颜色的如下规定可供各位同仁参考：
表1 线缆颜色参考执行规定
此外，在采购电缆时需要注意，澳洲电缆不像我国国标一样具有全国统一的电缆型号，电缆厂家只能根据对每种电缆的具体描述来生产，比如电压等级、绝缘及护套材料、芯数、线径等等。所以，做好准确详细的电缆清单非常重要。
3.3 接地系统设计
接地对电力系统和电气设备的安全及其可靠运行，对操作、维护、运行人员的人身安全，都起着至关重要的作用。E-house作为一个独立的配电站，一般矗立于荒郊野外，易受雷电袭击，对防雷接地的要求更为严格。
E-house集聚了工作接地（功能性接地）、保护接地（包括接零）、防雷及过电压接地、电磁兼容性接地等于一体，如果不妥善处理好这些接地的关系，容易遭受过电压而饱受电击或触电，或单相接地故障时没有及时跳闸而引起更大的连锁反应。
3.3.1功能接地
西澳铁矿项目E-house的电气系统为TN-S系统，其工作接地指中性点接地。由于E-house内部含有多种电压等级，33KV、6.6KV和415V。
为了保证所有的接地都是等电位的，在设计主接地时，根据E-house大小布置了两、三个主接地等电位铜排，一般放置在E-house的两端，铜排断面尺寸为60x10mm，长度根据接地设备数量来定。
3.3.2保护接地
保护接地是指电气设备或电气装置的正常不带电金属部分和金属外壳的接地。在大多数情况下，保护接地能够防止人员触及因绝缘损坏、漏电而带有危险电压的金属部分而遭到电击，同时又能防止因漏电或对地短路引起的火灾。
E-house采用的是TN系统，虽然单相短路，可迅速切断电源。但是一旦零线中断，此TN系统将变成TT系统，根据本系统的数据，会造成跳闸的延误，而存在潜在的风险。解决此问题的两种方法，一是重复接地，二是安装剩余电流保护。
由于高低压设备共用接地系统，按照Rp≤2000/Ik, 已知系统数据Ik，求得Rp最大值,再根据接地线的长度，选择70mm2单芯电缆做保护接地足够达到要求。
3.3.3电磁兼容接地
由于在E-house内集成了各类电子设备、电子仪表、PLC等系统，因此电子设备的接地就显得尤其重要。电子设备的接地，首先要保证其在电磁环境中能正常工作，其次不对该环境中的其他设备构成不能承受的电磁干扰。
一个好的电子设备接地系统将起到这两方面的作用，将常模干扰和共模干扰隔离，而保证电子设备的电磁兼容性。
电子设备只能有一点与接地体相连或接地干线相连。如果两点接地会产生电位差，给电子设备带来干扰，当电子设备有多台装置时，整套设备也只允许一点和大地相连。
由于E-house内有太多的电子设备，给狭隘的一点接地带来困惑，为此我们设计了广义的一点接地，即为E-house配备一个专门的仪表地等电位排，所有的电子设备仪表地都接到该排上。
跟据业主的执行规范，接地电缆不得小于35 mm2,我们选用35 mm2作为仪表接地电缆的尺寸。
综上所述， E-house接地系统的解决案例如下图所示：
图4 E-house接地方案及接地排示意
有一点需要注意，无论是工作和保护地,还是仪表地，每一排设备都是通过首尾两点与总接地排相连的。另外，如果E-house比较大，设置了几个主接地排，则各接地排之间需要通过电缆联通。
3.4 剩余电流保护系统
西澳项目还有一个深刻的教训，就是设备到现场后才增加的剩余电流保护系统。
澳洲“矿业安全与检查准则”规定，除了手持用电设备需要配备30mA的漏电保护之外，低压回路的漏电电流不得高于1A,高压回路的漏电电流不得高于2A。
这一规定在最初的系统设计中没有考虑到，而我方提供的E-house中，有三个是深入矿区内部的，必须遵循此标准的规定，因此需要为高低压配电柜增设剩余电流保护系统。
常用的剩余电流保护设备通常的漏电电流设置是小于1A的，并且我们的设备已到现场，更换所有的回路控制设备不可行。于是我们最终采取了剩余电流控制器加剩余电流保护CT的方式。
选用德国某品牌的剩余电流控制器，并在需要的高低压回路、包括低压进线处加装配套检测CT。当漏电发生并大于设定值时，由控制器发出指令断开该回路，从而实现了对回路的剩余电流监测。
图5 剩余电流控制器方案示意
用于矿业的高低压配电设备需要配备回路剩余电流保护，这一点在设计矿业E-house时需要引起足够重视。
4 结论
熟悉并遵循澳洲标准，是用于澳洲的E-house设计所必须关注的问题。面对E-house这个新产品，我们走了一些弯路，却也在摸索中积累了丰富的项目经验，从而为打开之后的E-house市场夯下了坚实的基础。
两年多来的顺利通电运行，说明国内一些合资公司的E-house不仅通过了严格的标准验收，而且经受住了恶劣天气的考验，设计方案是行之有效的，以上经验可供国内同行业的E-house设计者参考。