刘玖增

摘 要：传统燃煤供暖是冬季大气污染和雾霾形成的主要原因，对生存环境和人民的身体健康产生长期深刻的不利影响。燃煤所产生的PM2.5，SO2，氧氮化物占污染物总排放量的62%，93%和70%。医学统计与研究表明，空气污染和肺癌死亡率之间存在明确的关联性。在民众对空气质量要求日益严格的今天，各地政府出台一系列政策法规，电供暖技术作为清洁供暖技术，日渐在供暖改造议题中逐渐活跃起来。

关键词：电锅炉；供配电系统；节能

中图分类号：TM727 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）15-0168-02

1 电供暖系统的分类（见表1）

电供暖系统一般分为直供式和蓄热式，主要以是否含有蓄热装置来进行分类。在主体结构上和常规的燃煤燃气锅炉供暖系统大致相同。

因为蓄热式供暖系统是以直供式扩展而成，所以本文侧重讨论电阻式和电极式蓄热式系统。

蓄热式供暖系统大致可以分为固体蓄热式电锅炉，电阻式蓄热锅炉和高压电极式蓄热锅炉。

（1）固体蓄热式电锅炉使用镁铁合金为蓄热材料，用加热丝加热蓄热砖，利用循环风机和换热器将热量传递出来。此类设备占地面积小，节省空间，无排放，可以实现远程控制，无人值守。供热时间可自由控制，达到智能化管理。设备无压力容器，安全性能高。

（2）电阻式蓄热锅炉，基本结构为一组带有绝缘外壳的高电阻导线，浸没在水中。高阻导线间无接触，电流通过水，将高阻导线形成回路，水被加热来进行供暖。该装置要求炉水有一定的电导率。

（3）电极式锅炉，利用水的电导性能，在高压电极间将水加热。主要分浸没式和喷水式两种：1）浸没式：主体结构原理是利用炉体顶端电机控制电极棒升降，来调节电极棒在炉水中浸没的尺寸，通过I2R形式达到对热量进行无级调控。2）喷水式：主体结构原理是通过炉体底部的变频水泵调节喷射到电极板上的水量，通过I2R形式使炉水汽化，达到对热量的无级调控。

以上三种为目前此类设备的主要形式。

其中，固体蓄热式锅炉占地小，可智能化，但造价高，且要求用户留有充足的变压器负荷裕量。变压器负荷不足的用户将会面临增容变压器的问题，这将意味着不小的额外资金压力。所以实践中，主要以含游泳池的高档宾馆，蔬菜及动植物养殖基地，和食品加工企业的巴氏消毒等专项领域应用。

电阻式蓄热锅炉因为需要配备大量接线柱，开关，熔断器等设备元器件，一般应用于600V（或更低）低压之下。

高压电极式锅炉，结构简单——喷射式电极锅炉外壁甚至不需要绝缘，可应用于10KV高压，适用于大于10MW以上设备，适合居民住宅小区。

2 电极式锅炉电气设计要点

（1）电锅炉供配电系统原理见图1，对于大容量电锅炉电气设备，应专设变配电所，低压配电柜，专用断路器，专用配电线路。

（2）由于电锅炉改造对于大多数用户来讲，为新增用电设备，一定牵涉到供电系统的改造，所以应该根据锅炉房的负荷容量，进行增容扩建和改造。电源容量应与电锅炉房用电负荷相匹配。小容量电锅炉，可由原供电所供电。专用变压器容量或公用变电所提供容量，应满足锅炉房电气设备：蓄热水泵，循环水泵，补水泵，加压泵，鼓风机，引风机，炉排机，除煤渣机等其他设备的总用电需求，并考虑10-20%冗余电量。

（3）电锅炉及配套设备应由厂家提供确定的充足电量条件，对电锅炉房进行设计才会比较准确。设计单位需在电锅炉厂家及配套设备厂家配合情况下，完成电锅炉房设计。图纸才有具有指导施工的意义。

（4）电极式锅炉的炉水是自来水添加电阻调节剂，所以电极式锅炉本质上更接近纯电阻元件，功率因数接近1，无谐波，启动时对供配电网络基本无冲击电压。

（5）热力检测线路包括温度，压力，水位检测。检测线路采用屏蔽线，与电力线路分开敷设，防止电磁场污染，采集无效信号，也可在地下穿管埋设或架空明敷。

（6）控制线路主要是对蓄热水泵，循环水泵，补水泵及水处理设备进行控制联动，采用1.5mm2的BV铜线或YJY交联聚氯乙烯电缆。电缆绝缘耐压为0.6KV-1KV。敷设方式采用穿管地埋式，电缆架桥或地沟敷设，且应考虑散热方面的问题，如果散热条件不好，柜外可以明设架桥，馈出柜之间可采取母排连线。线缆在正常负载下，截面积应该满足运行时线缆不可因温度过高而烧毁，因此：

Iy≥Ijs

式中Iy：线缆长期允许电流

Ijs：线缆的计算电流

电缆和导线允许的持续电流和熔断器熔体电流，断路器脱扣器的动作电流应考虑到过载保护和灵敏性

2.5IY>Ier

式中Ier：熔體额定电流

（7）多台电锅炉与储热水泵，循环水泵，补水泵等由不同厂家提供。电锅炉与水泵之间，有相互联动关系，控制回路应集中设置，方便安装接线，减小故障率，提高安全可靠性。

（8）控制室应做好通风和应急照明。如该项目没有设置控制室的条件，电锅炉控制箱或柜与电锅炉放置在同一房间，箱体外壳应达到防喷溅等级。

（9）线缆选型以厂家为主。

3 电极式锅炉供配电系统方面设计中的常见问题

（1）接地方式：一般来讲，电极锅炉的接地方式主要有中性点不接地，中性点经电阻接地两种。采取哪种接地方式，要看市政供电系统的接地形式。实际中，市政供电系统以中性点不接地或经消弧线圈接地为主，因此电锅炉也应采取相应的接地方式。如果电锅炉为中性点直接接地方式，则应架设自用变压器，隔离电锅炉与供电网络。工程中，应供电部门的要求，电锅炉采取中性点不接地方式时，锅炉厂家一般采取炉内改造，加装绝缘段来提高电阻值，但限于炉内空间有限，此种方案对工程项目的特殊性有较高的要求。加装专网专用变压器与中性点经小电阻或中电阻接地方式，在工程实践中应用较为实际，但这需要和当地供电部门相协调，且增加相应投资。而且牵扯到电网改造，增大工程量。对于不便进行电网改造的用户，也可以在锅炉供电前端采用隔离变压器，加装安全联锁措施，且每台锅炉的对地电阻值大于1000Ω，可以最大的与市政供电网络相匹配。

（2）电锅炉的炉水是实际运行元件，但其较低的电导率也成为系统的安全隐患。所以应考虑各泵或阀门的地面排水情况。防止泵或阀门在出现故障时，水不能及时排出或直接喷溅到控制柜等设备，造成电气短路，引起火灾等事故。

（3）电锅炉与蓄热水泵，循环水泵，补水泵等设备分属不同厂家供货，因此有可能造成控制柜的不匹配。所以，电锅炉和蓄热水泵之间应有联锁装置，便于集中控制，方便布线，减小故障率。

（4）与设备厂家和其他专业之间的配合按以往经验，锅炉房的设计主要以暖通和给排水为主，但随着电锅炉需求的日渐升温，电气设计的比重越来越大，设计介入在流程中也越来越提前。因此暖通，给排水专业在编写技术规范和工程要求时，应明确电锅炉和给水泵，循环水泵等辅助设备间的控制要求，在土建设计环节，要避免配电室面积过小而布置局促，甚至打不开柜门的现象。

4 结语

（1）电供暖技术将电能直接转化热能，原理简单，技术成熟，污染物零排放，可保留原供暖网络等特点。特别是在高档建筑和市政供暖未能覆盖的“供暖孤岛型”零星建筑中的优势明显。（2）高压电极式锅炉供暖具有清洁安全环保的特点，但由于运营费用，特别是电费方面，还是需要政府出台在谷电时段的优惠政策，与其他形式的供暖技术，才具备一定的竞争优势；（3）不斷升温的电极式锅炉市场需求，促使供配电设计在电供暖设计方面的份额不断加大，甚至改变了设计介入滞后的传统面貌。但电锅炉供暖在电力容量选择与改造，中性点接地和线缆敷设等方面提出了更加独特的要求，这也是目前电气设计行业共同面对的专业整体提高的机遇，并且比以往任何时候，更加强调与其他各专业的配合。

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