施耐德電氣：電子行業科創中心系列白皮書二電子廠房供配電架構分析報告（15頁）.pdf

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1、 就職于中國電子系統工程第二建設有限公司熟悉各種廠房現場布局及配置，有豐富的現場經驗。2018 至今加入施耐德電氣，參與多個大型電子廠房的規劃，對電子廠房及生命科學行業有著極深的理解。中國電子學會會員施耐德電氣電子行業配電架構專家，主要負責半導體、數據中心行業的配電架構及相關產品應用。本人從事過半導體廠房設計，多次參與大型半導體項目設計及施工總包管理，對半導體行業有深刻理解。侯帥李瑋進入 21 世紀，半導體器件更是無處不在，已成為構筑信息化社會的基石。半導體技術正扮演著多元應用的智能核心，成為一切智能制造的“大腦”。芯片對于一個國家的戰略意義是不言而喻的。尤其是隨著互聯網時代的到來，各行各業對

2、于芯片的需求量也越來越大，不管是物聯網、云計算還是大數據，亦或是其他依托于互聯網的產業，背后最大的功臣都是小小的芯片。芯片是信息存儲及計算的載體，有了芯片才有了信息存儲和交互。而隨著時代的發展，對芯片的需求量越來愈大，對其質量要求也越來越高。每一座芯片的生產工廠都需要依托穩定可靠的電力來給予其最基本的生產保障。作為最重要的能源類型之一，以及所有其他能源的輔助系統，如何保障電力系統安全穩定的供應和使用很大程度上影響了芯片的良品率。本文從電子工廠的配電架構入手，淺析了目前國內電子工廠的配電架構類型及使用習慣。引言02一般中小型電子廠房的進線電壓為6-20kV。電能先經過高壓配電所集中，再由高壓配電

3、線路將電能分送至各車間變電所，或者高壓配電線路直接供給高壓用電設備。車間變電所內裝設有電力變壓器，將 6-20kV 的高壓降為低壓用電設備所需的電壓(220/380V，120/208V，250V/40V)然后由低壓配電線路將電能分送給各用電設備。中大型電子廠房的電壓進線電壓為 110kV 或 220kV，一般經過兩次降壓，也就是電源進廠后，先經過總降壓變電所將電壓降至 10kV 或 20kV，再由大容量的電力變壓器將降壓后的電壓降為 6-10kV 的配電電壓（如冰機，空壓機），再通過高壓配電線路或高壓配電所將電能分送至各車間不同變電所，最后經變壓器降為一般低壓用電設備所需要電壓。AirSeT電

4、子廠房市電線路選擇031、容量巨大電子廠房的供電一般來自兩個不同的市電變電站，中大型電子廠房配電多采用 110kV/220kV。2、中低壓配電覆蓋廣工廠配電分三級，第一級總降壓站主變中壓側母線；第二級 CUB 中壓配電，本級與應急電源切換；第三級車間變電站。3、供電連續性要求極高全年 365 天工作，不考慮停電檢修時間,中低壓模式為兩進線一母聯，負載率一般不高于 50%，整個廠房的需要系數為 0.450.5。4、負載類型復雜主要工藝設備進口，所以低壓電壓等級多樣，一般為 208V/380V/440V（480V）/6kV/10kV。5、設計方案豐富工藝設備需要采用保護，主要作用是調整電壓質量，防

5、止電壓陡降造成宕機；除末端線路外，各級供電線路不應出現單一回路情況，以避免線路故障停產。6、可靠性與經濟性兼顧供配電系統中要考慮設備的備用和供電線路的備用，合理控制設備備用和供電線路備用的程度，力求達到可靠性和經濟型的平衡。電子廠房的配電特點04電子廠房的供配電系統架構會根據不同的國家或客戶而不同，如部分建廠經驗比較豐富的客戶會在自己內部形成廠標方案。電子廠房由于用電量龐大，且對電源可靠性要求極高。以 12 寸晶圓 14nm 工藝為例：高壓側普遍采用兩路 220（110）kV 不同源的電源中壓側電壓已經逐漸采用 20kV 代替 10kV由于應急電量需求龐大，多采用中壓機組并機使用。柴發側根據應

6、急配電架構的不同，大致有以下幾種應用：1、中壓柴發并機后接至市電中壓市電母線上供電GGG應急段20kVII段20kVI段20kVB路20kVA路20kV電子廠房幾種供配電系統架構052、中壓市電與中壓柴發并機后形成應急母排供電3、中壓柴發并機后輸出至獨立的應急變壓器，并在低壓側形成聯絡GGG應急段20kVII段20kVI段20kVB路20kVA路20kVGGG應急段20kVII段20kVI段20kVB路20kVA路20kV06低壓配電系統，它的出發點始終是用電設備。用電設備的特性，冗余機制，工藝需求決定了低壓配電系統的架構和組成。從用電設備的維度區分，有工藝設備和輔助設備兩大類：工藝設備包括：

7、光刻機，曝光機，蝕刻機等輔助設備包括：MAU，AHU，RAU，排氣設備，FFU，冷機，水泵，空壓機，變壓器，中低壓配電柜，UPS，電壓暫降設備，母線，I-LINE 盤等由于工藝設備和原材料的特點，部分工藝段一旦斷電或設備故障，可能會直接導致原材料的報廢，經濟損失不可估量。同樣的，部分工藝設備對電能質量及其敏感，些許的電壓或電流波動也會導致生產受阻。為了迎合生產工藝及其設備的特性，從電源性質分，對工藝設備分成了一般電源負荷（N 電），應急電源負荷（E 電），不間斷電源負荷（U 電）三大類。N 電：一般市電，可接受斷電，無需應急電源供電，或在使用應急電源時帶載的優先級較低E 電：柴發應急電源，常規

8、在廠房的綜合動力站有單獨的柴油發電機室,發電機組并機運行，是市電失電時特別重要的負荷供電?？山邮芏虝r斷電，不會對工藝產生重大影響，需要盡快接上應急電源U 電：UPS 不間斷電源，不可接受任何形式的斷電，同時也對電壓波動非常敏感，在電力中斷或倒閘操作時，為部分工藝設備、控制設備、網絡設備等不允許瞬間停電的設備提供不間斷電源，工藝用 UPS 不間斷電源的保證時間為 15min，廠務用不間斷電源保證時間為 15min。工藝段配電07工藝配電的幾種低壓系統架構工藝設備第二個特點是其來源。目前很多工藝設備都來自美國，日本，韓國及歐洲等國家，因此設備的電壓制式也與國內有所不同，所以按用電電壓分，工藝設備還

9、分為 208V 設備，380V 設備，480V 設備。結合用電設備和生產工藝的特性，目前國內電子廠房的工藝部分低壓配電系統大致如下：用電設備的電壓直接影響前段變壓器的電壓選擇，因此有 3 種電壓的變壓器。部分需要 UPS 供電的設備電壓是 208V 和 480V，由于國內UPS 的標準電壓普遍為 380V，故在 UPS 后端增加隔離變壓器轉變電壓，詳見下圖：1600kVA20/0.208kV208V工藝設備208V工藝設備208V工藝設備I-LINE 盤380V工藝設備800kVA800kVA0.38/0.208（0.48）kV480V工藝設備2000kVA20/0.38kV2500kVA20

10、/0.48kV母線始端箱母線插接箱母線插接箱母線插接箱母線始端箱母線插接箱母線插接箱母線插接箱480V工藝設備I-LINE 盤UPS08由上圖可以看出，工藝設備由變電站引出母線至潔凈區，并引下饋線至現場 I-LINE 盤，再由此盤內的分開關接至用電設備。同時可以看出，所有設備均基于電壓與變壓器一一對應，需要 U 電的設備均由 380V變壓器經 UPS 及后端的隔離變壓器供電。1.進線開關通常為 5000A，4P,帶接地故障保護2.Icw75kA3.饋出回路 ACB 3200A 或 2500A，母線橋或電纜饋出，母線插接箱直供工藝設備配電+I-LINE 盤配電4.母聯開關 4000A 4P208

11、V（1500kVA）工藝配電系統：不同電壓等級對于配電的要求：封閉母線（五線）3200A低壓配電屏高壓開關柜電容器12步控制器引至引自銅母線銅母線開關的分斷能力5000 4p500050000.9Ir/304Ir/0.4OFF0.3Ir/0.65000(4)斷路器型號（A）model&size of circuit breaker3200 3P320032000.9Ir/204Ir/0.210Ir3200(3)4000 4P400040001.0Ir/304Ir/0.3OFF4000(3)800(3)斷路器額定電流rated current of circuit breakerI（A）N脫扣器

12、額定電流/熱敏系數 Ir(A)長延時I1(A)/時限（S）long time delay 接地故障電流互感器*/5（只數）I4(A)/時限（S）earth fault delaycurrent transformerbreaker setup瞬時I3(A)Irstance短延時I2(A)/時限（S）short time delayrated current of circuit breaker斷路器的整定09460V（3000kVA）工藝配電系統1.進線開關通常為 5000A 或 4000A，3P,帶接地故障保護2.Icw65kA3.饋出回路 ACB 4000A，母線橋或電纜饋出4.母聯開關

13、4000A 3P電子廠房的另一部分耗電設備便是動力設備，目前國內電子廠房的動力部分低壓配電系統大致如下：動力設備由于系統較多，同時也分布于不同的建筑之間，我們按最主要的生產廠房和中央動力產房為例來看：5000 3p500050000.8Ir/304Ir/0.4OFF斷路器型號（A）model&size of circuit breaker4000 3P400040000.8Ir/204Ir/0.210Ir1000100010001.0Ir/7.54Ir/0.310Ir8008008001.0Ir/7.54Ir/0.310Ir4000 3P400040000.9Ir/304Ir/0.3OFF斷路

14、器額定電流rated current of circuit breakerI（A）N脫扣器額定電流/熱敏系數 Ir(A)長延時I1(A)/時限（S）long time delay breaker setup瞬時I3(A)Irstance短延時I2(A)/時限（S）short time delayrated current of circuit breaker斷路器的整定封閉母線（四線）低壓配電屏開關的分斷能力銅母線銅母線引至引自高壓開關柜廠務動力配電10生產廠房的主要動力設備為 MAU,排氣設備，FFU，事故風機，照明插座，控制設備等，根據生產需求及潔凈廠房環境要求：MAU 需要配 N 電和

15、E 電；排氣設備需要配 N 電和 U 電；FFU 需要配N 電和 E 電，事故風機需要配 N 電和 E 電；照明需要配 N 電和 F 電；控制設備需要配 U 電因此低壓配電架構如下：1.生產廠房中央動力產房主要是為了給生產廠房輸送冷凍水及回收廢水等，主要動力設備為中壓（6.6kV）冷機，低壓冷機,冷凍水泵，冷卻水泵，冷卻塔，控制設備，照明插座，一般風機空調等，根據生產需求：冷機,冷凍水泵，冷卻水泵，冷卻塔需要配N電和E電；控制設備需要配U電；潛污泵需要配N電和E電；照明需要配N電和F電因此低壓配電架構如下：2.中央動力廠房排氣設備控制設備排氣設備事故風機應急照明一般照明UPSMAUMAUFFU

16、FFUB路柴發A路11中壓冷機由于設備本身成本的原因，選用 6.6kV 機組居多，因此會有中壓的一個降壓環節；并且中壓冷機需要在應急情況下使用的原因，需要有應急電的接入，配電架構如下：控制設備廢水設備冷機潛污泵冷凍水泵冷卻水泵冷卻塔冷機冷凍水泵冷卻水泵冷卻塔應急照明一般照明插座一般風機空調廢水設備UPSB路柴發A路應急段20kVII段20kVI段20kVB路20kVA路20kV方式二方式一GMMMMMMMMchiller chiller chiller chillerchiller chiller chiller chillerMMMMMMMMchiller chiller chiller c

17、hillerchiller chiller chiller chillerMMMMMMMMchiller chiller chiller chillerchiller chiller chiller chillerGG12電子廠房的配電系統龐大，復雜且分散。龐大體現在其用電量及設備數量；復雜體現在多種設備電壓及冗余方式；分散體現在設備的平面布置導致的配電設備的分散，以及不同功能的建筑都有各自的配電系統。對于工藝設備及輔助設備如此之多的行業，單純依靠人力巡檢往往無法滿足龐大的工作量，通過數字化手段擁有一個可靠的電力監控系統就顯得尤其重要。數字化并不只是單純的設備參數信息的上傳，而要通過對這些數據

18、的綜合分析來讓數據產生的價值。運籌帷幄，防患于未然，幫助運維人員提升效率、減化工作量，提升電子廠房運營效率?？偨Y13本手冊采用生態紙印刷客戶關愛中心熱線：400 810 1315施耐德電氣（中國）有限公司Schneider Electric(China)Co.,Ltd北京朝陽區望京東路6號施耐德電氣大廈郵編：100102電話：(010)8434 6699傳真：(010)8450 1130Schneider Electric Building,No.6,East Wangjing Rd.,Chaoyang DistrictBeijing 100102 P.R.C.Tel:(010)8434 6699Fax：(010)8450 1130www.schneider-由于標準和材料的變更，文中所屬性和本資料中的圖像只有經過我們的業務部門確認以后，才對我們有約束ECATA10682019 11