电气系统设计文献综述.docx
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电气系统设计文献综述
电气系统设计文献综述
成绩：
西安建筑科技大学
毕业设计（论文）文献综述
院（系）：
信息与控制工程学院
专业班级：
自动化0901
毕业设计论文方向:
某污水处理工程电气系统设计
综述题目：
电气系统设计_
学生姓名：
薛超_
学号：
0
指导教师：
陈登峰
2013年3月20日
电气系统设计
摘要：
本文简单介绍了电气系统设计的基本原则、防雷接地、电缆敷设等相关内容。
为设计污水处理电气系统打下牢固基础。
关键词：
电气系统；电缆敷设；工作原理；防雷接地
1.前言
随着世界工业化进程的迅猛发展，环境问题日益严峻。
生产和生活污水这一重要污染源引起了世界各国政府的关注。
治理水污染的课题已被列入世界环保组织的工作日程之一。
而防止水污染最行之有效的措施就是兴建污水处理厂，将污水变为对环境没有危害的净水再排放到自然环境中。
现代污水处理厂的规模越来越大，一旦供电系统发生故障，将会造成设备瘫痪，导致全厂停运，造成重大损失。
因此，合理的供配电系统设计是保证污水处理厂正常运行的必要前提。
污水处理工程供电属于工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。
众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。
电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。
因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。
从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。
因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。
由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。
工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：
（1）安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。
（2）可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。
（3）优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。
（4）经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。
2.
电气系统设计的基本原则
按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10kv及以下设计规范》、GB50054-95《低压配电设计规范》等的规定，进行电气系统设计必须遵循以下原则：
（1）遵守规程、执行政策；
必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。
（2）安全可靠、先进合理；应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。
（3）近期为主、考虑发展；应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。
（4）全局出发、统筹兼顾。
按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。
电气系统设计是整个工厂设计中的重要组成部分。
电气系统设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。
作为从事电气系统设计的人员，有必要了解和掌握电气系统设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。
3.电气系统设计内容及步骤
电气系统系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况，解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题。
其基本内容有以下几方面：
①负荷计算
工厂变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。
考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出工厂变电所高压侧计算负荷及总功率因数。
列出负荷计算表、表达计算成果。
②工厂变电所变压器的台数及容量选择
参考电源进线方向，综合考虑设置工厂变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。
③工厂变电所主接线设计
根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。
对它的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便。
④工厂供、配电系统短路电流计算
工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。
由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。
⑤改善功率因数装置设计
按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。
由手册或厂品样本选用所需移相电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。
如工厂有大型同步电动机还可以采用控制电机励磁电流方式提供无功功率，改善功率因数。
⑥变电所高、低压侧设备选择
参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。
并根据需要进行热稳定和力稳定检验。
用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果。
⑦继电保护及二次结线设计
为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。
并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。
设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。
⑧变电所防雷装置设计
参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。
进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波。
的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。
进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地电阻计算。
⑨工厂变电所变、配电装置总体布置设计综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定，进行内外的变、配电装置的总体布置和施工设计。
4污水处理厂电气设备特点及设计原则
污水处理厂工艺及设备性能要求供电可靠，一般不允许停电。
所以，污水处理厂供电系统应按二级负荷标准实施。
污水处理厂中的主要电气设备包括以下两类：
1中压大功率设备，主要是鼓风机等，采用中压供电方式；
②低压小功率设备，包括搅拌器、水泵、电动阀门等，一般采用按流程分区供电方式。
针对以上特点，污水处理厂的供配电系统设计应遵循以下原则：
a．考虑供电的可靠性，采用两路电源供电。
b．根据不同设备的功率大小及电压等级，合理配置变配电室，优化负荷组合，缩短供电距离，节约电力设备成本。
根据当地电力部门要求，合理配置无功补偿装置。
c．根据设备需要，选择合适的启动方式，并兼顾对整个系统及周围设备的影响。
d．考虑周围环境及气候影响，安装防雷设备，选用合理的接地方式。
5防雷接地系统和电缆敷设
防雷和接地
为防止11kV配电装置遭受来自输电线路的雷电波的侵害。
在11kV配电站开关柜母线上装设氧化锌避雷器。
低压配电装置设浪涌保护器。
为防止直击雷的袭击，在厂区较高建筑物屋面装设避雷带或避雷网。
为降低电气系统故障情况下的人体接触电压，建筑物做总等电位联结。
所有进出建筑物的各种金属管道、电缆保护管、电缆金属外皮及PE线等均采用镀锌扁钢或导线分别与等电位端子箱连接。
室外构筑物上所有正常不带电的设备金属外壳、金属构架等均采用镀锌扁钢就近与构筑物处的接地装置相连。
电缆敷设
在建筑物内采用电缆沟及电缆桥架敷设。
当电缆穿管敷设时，要做到尽量暗敷，注意美观及便于工人行走。
在厂区采用电缆沟、直埋及电缆桥架敷设。
电缆从变配电室引出至室外，同一路径电缆少于6根时直埋敷设：
电缆较多时沿电缆沟或电缆桥架敷设；构筑物外电缆明敷时均穿挠性防水金属管保护，构筑物内电缆、电线均穿管敷设。
直埋敷设的电缆采用金属铠装。
在电缆沟及桥架内敷设的电缆采用非铠装。
电缆进出建（构）筑物处均穿保护管。
为防止电缆火灾蔓延采取以下措施：
在电缆沟必要部位设耐火隔墙和防火门、电缆刷防火涂料；电缆孔洞以耐火材料封堵等。
所有电缆沟入室的电气预留孑L施工后要用防水材料进行封堵。
防止雨水倒灌。
6车间变电所电气系统设计
6．1车间配电系统设计
根据生产工艺要求、车间环境、用电设备分布情况、生产特点以及设备容量按下述步骤进行设计：
1．确定车间配电系统的接线方式和敷设方法；
2．确定车间配电支干线、干线和配电箱等的计算负荷；
3．选择导线、母线的截面积和型号；
4．进行配电系统短路电流的计算；
5．选择各种用电设备的保护与控制设备；
6．绘制车间配电系统平面图。
6．2车间变配电所设计
根据车间的负荷性质、容量和分布情况及高压电源的进线方向和方式进行设计。
具体内容是：
1．车间变电所位置和变压器台数、容量的确定；
2．确定车间高、低压配电系统的主接线，并绘制主接线图；
3．选择高、低压配电装置；
4．计算车间无功功率补偿容量，设计无功补偿装置；
5．设计防雷保护、接地装置和保安措施等；
6．向协作设计专业组提供工艺要求；
7．绘制变配电所平面图。
7总降压变电所及配电系统设计
7．1总降压变电所及配电系统设计的基本内容
总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对电负荷的要求，以及负荷布局，结合国家电网供电情况，解决对全厂各部门安全、可靠、经济的分配电能问题。
其基本内容有以下几个方面。
1．负荷计算；
2．总降压变电所位置和主变电器台数和容量的选择；
3．总降压变电所主接线设计；
4．厂区高压配电系统设计；
5．工厂供、配电系统短路电流计算；
6．改善功率因数装置设计
7．变电所高、低压侧设备选择；
8．继电保护及二次接线设计；
9．变电所防雷装置设计；
10．总降压变电所变、配电装置总体布置设计。
7．2总降压变电所及配电系统设计的方法和步骤
设计的指导思想应该是在保证安全可靠供电的前提下，以经济而简便的方式分配和使用电能，并要遵守国家政策、法令和电业部门的有关规定。
通常设计的方法和步骤可参照下述顺序进行。
1．搜集设计需要的基础资料，做全场负荷计算，并向电业部门提出用电申请。
2．参照生产工艺要求和计算负荷数量以及国家规定的功率因数，确定主变压器台数和容量，并进行补偿无功功率计算，草拟主接线图。
3．就几处可建总降压变电所位置，列出几种不同的厂区配电布置方案，通过技术经济比较，确定最佳厂区高压配电线路布置方案并选定配电电压。
4．做短路电流计算，用与选择变电所高、低压设备，并完成总降压变电所主接线图设计，配电线路结构设计，接地和防雷装置设计。
5．进行继电保护、测量、控制、信号装置等二次接线设计。
6．根据主接线图和二次接线图，进行总降压变电所室内、外变配电设备总体布置设计。
7．按配电装置和操作要求，房间结构特点进行电照明设计。
8设备选型
供配电系统中的电气设备是在一定的电压、电流、频率和工作环境条件下工作的，电气设备的选择，除了应满足在正常工作时能安全可靠运行之外，还应满足在短路故障时不至损坏的条件，开关电器还必须具有足够的断流能力，并适应所处位置，环境温度，海拔高度，以及防尘，防腐，防火，防爆等环境条件。
电气设备选择应遵循以下四个原则：
1．按工作要求和环境条件选择电气设备的型号；
2．按正常工作条件选择电气设备的额定电压和额定电流；
按工作电压选择电气设备的额定电压。
电气设备的额定电压
应不低于其所在线路的额定电压
，即
≥
（8-1）
按最大负荷电流选择电气设备的额定电流。
电气设备的额定电流应不小于实际通过它的最大负荷电流
即
（8-2）
3.按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定；
4．开关电器断流能力校验。
高压开关电器的选择
高压断路器的选择
例如一户内变电所，故选择户内少油断路器，以选择变压器二次侧高压断路器为例，设变压器数据如下：
变压器10/，1600kVA，三相最大短路电流为，冲击短路电流为，三相短路容量为。
根据变压器二次侧的额定电流来选择断路器的额定电流。
（8-3）
查表得，选择SN10-10III/3000型少油断路器，比较其计算参数和装设地点电气条件后得知，所选断路器合格。
高压隔离开关的选择
由于隔离开关主要是用于隔离而不是分断正常负荷电流和短路电流，因此，只需要选择其额定电压和额定电流，校验动稳定和热稳定。
由以上计算数据可选择GN6-10T/600高压隔离开关。
选择计算结果列于
表中。
表高压隔离开关选择校验表
序
号
GN6-10T/600
选择要求
装设地点电气条件
结
论
项目
数据
项目
数据
1
10kV
10kV
合格
2
600A
465A
合格
3
52kA
合格
4
200
合格
电流互感器的选择
一般情况下，计量用的电流互感器变比的选择应使其一次额定电流
不小于线路中电流互感器用于计量和保护。
计算电流
。
动稳定校验
（8-4）
热稳定校验
（8-5）
以小球磨车间为例，额定电压为，额定电流为465A，选变比为400/5A的LQJ-10型电流互感器，
=160，
=75，t=1s，级二次绕组的
=
。
1准确度校验
=
=
满足准确度要求。
②动稳定校验
满足动稳定要求。
③热稳定校验
满足热稳定要求。
所以选择LQJ-10400/5A型电流互感器满足要求。
配电所高压开关柜的选择
高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机、变压器和高压线路之用，也可作为大型高压开关设备、保护电器、监视仪表和母线、绝缘子等。
高压开关柜有固定式和手车式（移可式）两大类型。
由于本设计是10kV电源进线，则可选用较为经济的固定式高压开关柜，这里选择KYN28A-12（Z）型.低压开关柜选择GGD3型。
9导线、电缆的选择
导线和电缆的选择必须满足安全，可靠，经济的条件。
所以，进行导线和电缆截面选择时必须按照下列选择原则：
①按允许载流量选择导线和电缆截面
导线和电缆（包括母线）在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。
以防止导线因过热而引起绝缘损坏或老化。
这就要求通过导线或电缆的最大负荷电流不应大于其允许载流量。
②按允许电压损失选择导线和电缆截面
导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗，以保证电压质量。
③按经济电流密度选择导线和电缆截面
经济电流密度是指使线路的年运行费用支出最小的电流密度。
按这种原则选择的导线和电缆截面称为经济截面。
对于35kV及以上的高压线路及电压在35kV以下但距离长，电流大的线路，宜按经济电流密度选择，对10kV及以下线路，通常不按此原则选择。
④按机械强度选择导线和电缆截面
导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。
对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。
母线也应校验短路时的稳定度。
对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。
10负荷计算的方法
负荷计算的方法有估算法、需要系数法、单相负荷计算及二项式法等几种。
一般设计均采用需要系数法。
主要计算公式有：
有功功率：
（10-1）
无功功率:
（10-2）
视在功率:
（10-3）
计算电流:
（10-4）
11总结
经过几天的资料搜集和整理，我对电气系统的整体设计有了初步的了解，相信通过此次对课题的整体认识对我后续课题的设计会有很大的帮助。
观看相关电气设计系统资料也让我对系统设计中要注意的一些问题有了一定了解，让自己以后对系统的构思能够更加完善。
通过此次材料搜集使我对工厂供电有了新的认识，更加系统，全面地掌握了所学的专业知识，也增强了我理论联系实际，系统分析问题，工程计算以及独立工作的能力，树立了工程观点，社会主义市场经济观点，初步掌握了电气系统设计方法，同时也让我们掌握了工厂供配电系统的知识和理论，初具供配电系统的运行，管理，和工程设计能力，以及分析和解决问题的能力。
参考文献
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