机械加工车间配电系统设计.docx
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机械加工车间配电系统设计
摘要
本次设计首先根据国家法律法规等规范要求对机械加工车间进行电气安全风险因素的分析，并适当考虑生产的发展，按照国家相关标准、设计准则，本着安全可靠、技术先进、经济合理的要求确定本厂变电所的位置和形式。
通过负荷计算，选择导线以及主要电器设备的型号。
进行短路电流计算，合理选择整定继电器保护装置，最后按要求写出设计说明书，并绘出设计图样。
具体过程和步骤：
根据工厂总平面图，工厂负荷情况，供电电源情况，气象资料等，利用“ABC”法计算电力负荷，然后做出主接线方案选择，最后进行短路电流的计算，并对变电所一次设备选择和校验。
关键词：
机械加工车间；负荷计算；校核；
1车间配电与线路敷设方式的确定
1.1车间概况
（1）车间分布
该机加工车间分为机加一、机加二、铸造、铆焊、电修五个车间，机加一主要是加工所需设备，机加二、铸造、铆焊、电修车间中都有供电回路。
（2）车间变电所配电范围
车间变电所设在东南角，除为机加一车间配电外，尚要为机加二、铸造、铆焊、电修等车间配电。
（3）车间的负荷性质
车间为三班工作制，年最大负载利用时数为5500小时。
属于三级负荷。
（4）供电电源条件
电源从35/10千伏厂总降压变电所10千伏母线采用架空线路受电，线路长度为300米。
（5）车间自然条件
车间内最热月份平均温度为30C；地中最热月份平均温度为25C（当埋入深度为0.5米以上），而埋入深度为1米以下是的平均温度为20C；土壤冻结深度为1.10米；车间环境特征，正常干燥环境。
1.2车间配电方式的确定
一般工业企业配电主要有两种，第一种是企业高压配电，另一种是企业低压配电。
本机械加工车间选择低压配电。
机械加工车间，电源从35/10千伏厂总降压变电所10千伏母线采用架空线路受电，线路长度为300米。
而且低压配电系统的供电可靠性必须满足生产需求，操作必须安全简便，易于检修，可以适应车间环境的变化。
在功能上满足要求的同时，更要充分考虑节省基础建设的投资，降低费用成本，减少有色金属消耗量。
企业低压配电线路有放射式，树干式和环式三种：
1.放射式配电方式，其特点是各个引出线在发生故障时相互之间不产生影响，供电可靠性高，配电设备集中，切换操作方便，保护简单，便于自动化，但系统灵活性较差，有色金属消耗多，造价较高。
使用范围主要是用电设备容量大负荷性质重要，潮湿易腐蚀的车间或者有爆炸危险性的厂房。
2.树干式配电方式，其省去了变电所低压侧整套低压配电装置，使变电所结构简单，投资大为降低，系统灵活性好，但发生故障时，影响范围较大，供电可靠性较差。
一般用于设备的布置比较均匀、容量不大、又无特殊要求的场合。
3.环式配电方式，有闭路环式和开路环式，为简化保护，一般采取开路环式。
供电可靠性较高，运行比较灵活，但切换操作较繁琐。
综上所述，根据《供配电系统设计规范》GB50052/95第6.0.2条规定在正常环境的车间或建筑物内，当大部分用电设备为中小容量，且无特殊要求时，宜采用树干式配电。
结合机械加工车间的特点进行考虑分析，本机械加工车间配电方案应选择树干式和。
1.3车间配电线路敷设方式确定与导体的选择
1.3.1配电线路敷设方式确定
电气线路是电力系统的重要组成部分，它必须满足供电可靠性或控制可靠性的安全要求。
电气线路可分为电力线路和控制线路。
电气线路主要完成输送电能的任务，控制线路供保护和测量的连接之用。
电气线路的种类很多，就其敷设方式来分可分为，架空敷设、电缆线路、穿管敷设、等。
环境温度采用敷设地点最热月份平均最高温度。
该车间自然条件为：
车间内最热月份平均温度为30C；地中最热月份平均温度为25C（当埋入深度为0.5米以上），而埋入深度为1米以下是的平均温度为20C；土壤冻结深度为1.10米；车间环境特征，正常干燥环境。
机械加工车间选用聚氯乙烯绝缘电线穿钢管敷设。
1.3.2导体的选择
根据《低压配电设计规范》GB50054-95规定：
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。
选择导体截面，应符合下列要求：
一、线路电压损失应满足用电设备正常工作及起动时端电压的要求；
二、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；
三、导体应满足动稳定与热稳定的要求；
该车间的敷设方式是穿管敷设，因此选择铜芯线，其导电性比较好，价格比较便宜，比较符合要求。
2负荷计算
2.1电气设备分组与支干线、干线回路数确定
2.1.1电气设备分组
根据车间内各种电气设备的布置情况，依据设备性质相近、容量相近的原则结合设备平面分布将车间内设备划分为九组：
第一组：
02、03、04、05、06号设备功率相近，空间上相近，因此划为一组；
第二组：
07、08、09、10、11、12、13号设备都为普通车床，性能与共用上相近；
第三组：
26、27号设备为小功率设备，属于便携式，因此划为一组；
第四组：
01、31、32、33号设备在空间上相近，便于供电方便分为一组；
第五组：
34号设备为大功率设备，供电较特殊，因此单独为一组；
第六组：
14、15、16、17、18号设备在空间上相近，而且功率相近分为一组；
第七组：
19、20、21号设备为不频繁使用设备，空间相近分为一组；
第八组：
22、23、24、25号设备在空间上相近，因此分为一组；
第九组：
28、29、30好设备在单独的空间内，分为一组较方便。
2.1.2支干线、干线回路数确定
本次设计采用的是干线放射式的配电方案，又根据各种机械设备的位置和工作性质，
在此次设计中，划分为三个供电回路进行配电。
三个配电回路分别为：
第一个供电回路：
第一组、第二组、第三组；
第二个供电回路：
第四组、第五组；
第三个供电回路：
第六组、第七组、第八组、第九组。
2.2分组、干线负荷计算
负荷计算是工厂供配电设计的重要组成部分，是工厂供配电设计中的基本环节，根据机械加工厂的设备台数较少，有的设备容量相差悬殊的特点，在确定干线和分支线的计算负荷时，易于采用二项式法和“ABC”法进行负荷计算，在本次设计中采用“ABC”法进行负荷计算。
2.2.1单台用电设备负荷计算
单台设备的有功计算负荷（Pjs）可认为等于设备容量（Pe）,确定了有功计算负荷（Pjs）后，无功计算负荷Qjs:
Qjs=Pjstg＆（式2.1）
式中：
Qjs为无功计算负荷（KVar）；
tg＆为用电设备的平均功率因数（cos＆=0.6）对应的正切值;
Pjs为有功计算负荷（KW）。
视在负荷Sjs：
Sjs=
（式2.2）
式中：
Sjs为视在负荷（KVA）；
Pjs为有功计算负荷（KW）；
Qjs为无功计算负荷（KVar）。
计算电流Ijs；
Ijs=
（式2.3）
式中：
Ijs为计算电流（A）；
Sjs为视在负荷（KVA）；
Ue为电压380V。
按式2.1,2.2,2.3计算单台用电设备有功计算负荷、无功计算负荷、计算电流详见表2.1。
表2.1单台用电设备有功计算负荷、无功计算负荷、计算电流
设备
代号
容量（KW）
Pjs
（KW）
cos＆
Qjs
（KVar）
Sjs
（KWA）
Ijs
（A）
1
10.125
11.25
0.6
14.96
18.72
28.44
2
2.075
2.31
0.6
3.07
3.84
5.83
3
7.625
8.47
0.6
11.27
14.10
21.42
4
7.625
8.47
0.6
11.27
14.10
21.42
5
7.625
8.47
0.6
11.27
14.10
21.42
6
5.625
6.25
0.6
8.31
10.40
15.80
7
4.625
5.14
0.6
6.84
8.56
13.01
8
4.625
5.14
0.6
6.84
8.56
13.01
9
4.625
5.14
0.6
6.84
8.56
13.01
10
4.625
5.14
0.6
6.84
8.56
13.01
11
4.625
5.14
0.6
6.84
8.56
13.01
12
4.625
5.14
0.6
6.84
8.56
13.01
13
3.125
3.47
0.6
4.62
5.78
8.78
14
10.125
11.25
0.6
14.96
18.72
28.44
15
7.625
8.47
0.6
11.27
14.10
21.42
16
8.5
9.44
0.6
12.56
15.71
23.87
17
3.125
3.47
0.6
4.62
5.78
8.78
18
3.125
3.47
0.6
4.62
5.78
8.78
19
1.75
1.94
0.6
2.58
3.23
4.91
20
3
3.33
0.6
4.43
5.54
8.42
21
3
3.33
0.6
4.43
5.54
8.42
22
13
14.44
0.6
19.21
24.03
36.51
23
9.125
10.14
0.6
13.49
16.88
25.65
24
4.1
4.56
0.6
6.06
7.58
11.52
25
4
4.44
0.6
5.91
7.39
11.23
26
1.7
1.89
0.6
2.51
3.14
4.77
27
0.6
0.67
0.6
0.89
1.11
1.69
28
20（单相220伏）
60
0.95
19.80
63.18
95.99
29
24
24
0.95
7.92
25.27
38.39
30
45
45
0.95
14.85
47.39
72.00
31
31.9
35.44
0.6
47.14
58.98
89.61
32
35.7
39.67
0.6
52.76
66.01
100.29
33
10
11.11
0.6
14.78
18.49
28.09
34
70
77.78
0.6
103.45
129.43
196.65
2.2.2分组用电设备负荷计算
根据车间内各种电气设备的布置情况，依据设备性质相近、容量相近的原则结合设备
平面分布将车间内设备划分为九组。
将每组的Pjs，Qjs相加，从而得出SjsIjs，
表2.2分组用电设备有功计算负荷、无功计算负荷、计算电流
组别
Pjs（KW）
Qjs（KVar）
Sjs（KWA）
Ijs（A）
1
33.97
45.19
56.53
85.89
2
34.31
45.66
57.11
86.77
3
2.56
3.4
4.26
6.47
4
97.47
129.64
162.19
246.42
5
77.78
103.45
129.43
196.65
6
36.10
48.03
60.08
91.28
7
8.60
11.44
14.31
21.74
8
29.14
38.76
48.49
73.67
9
129
42.57
135.84
206.39
2.2.3干线负荷计算
负荷计算是工厂供配电设计的重要组成部分，是工厂供配电设计中的基本环节，在进行负荷计算是要对确定计算负荷的各种方法及其适用范围有一定了解，根据机械加工厂的设备台数较少，有的设备容量相差悬殊的特点，在确定干线和分支线的计算复合时，易于采用二项式法和“ABC”法进行负荷计算，在本次设计中采用“ABC”法进行负荷计算。
根据本车间的工作负荷特点和课程设计要求，在本次课程设计中采用“ABC”法进行负荷计算，从而进一步选择导线截面和主要电器。
“ABC”法应用单元功率的概念，把繁杂的功率运算转化为台数运算，使用等效功率的方法计算负荷和容量之间的关系，计算结果准确，简单易行。
“ABC”法的具体计算公式如下：
（式2.4）
式中：
D—单台等值功率，取值越大，计算精度越小，取值越小，计算精度越高。
一般D取3KW；
—利用系数。
系数A按公式2.2计算
（式2.5）
式中：
—等值台数，按照
计算（
为第i台设备的额定功率），并按照四舍五入的原则取整数；
—第i种功率设备的台数。
系数B按照公式2.3计算
（式2.6）
系数C按照公式2.4计算
（式2.7）
在采用“ABC”对设备进行功率计算时，一般要求设备台数大于3~5台，即“ABC”法适用于设备台数较多的情况。
对于本车间，只需对各个干线上所连接的各个设备运用“ABC”法进行功率的计算，具体以NO3供电回路为例对使用ABC法进行负荷计算进行说明。
具体步骤如下：
NO3供电回路所连接的设备包含的15台机械加工设备，设备具体参数如表2.3
表2.3设备的具体参数
设备
代号
设备名称、型号
台数
单台容量
（千瓦）
总容量
（千瓦）
备注
14
普通车床C630
1
10.125
10.125
15
管螺纹车床Q119
1
7.625
7.625
16
摇臂钻床Z35
1
8.5
8.5
17
圆柱立式钻床Z5040
1
3.125
3.125
18
圆柱立式钻床Z5040
1
3.125
3.125
19
立式砂轮S35L350
1
1.75
1.75
20
牛头刨床B665
1
3
3
21
牛头刨床B665
1
3
3
22
万能升降台铣床X63WT
1
13
13
23
立式升降台铣床X-52K
1
9.125
9.125
24
滚齿机Y38
1
4.1
4.1
25
插床B5032
1
4
4
28
电极式盐浴电阻炉
1
20（单相220伏）
20
RYD-20-13
29
井式回炎电阻炉
1
24
24
RJJ-24-6A
30
箱式加热电阻炉
1
45
45
RJX-45-9
表2.4NO3供电回路负荷计算参数表
编号
Pi（千瓦）
ni
ki
niki
1
10.125
1
3
3
3
2
7.625
1
3
3
3
3
8.5
1
3
3
3
4
3.125
1
1
1
0
5
3.125
1
1
1
0
6
1.75
1
1
1
0
7
3
1
1
1
0
8
3
1
1
1
0
9
13
1
4
4
6
10
9.125
1
3
3
3
11
4.1
1
1
1
0
12
4
1
1
1
0
13
20（单相220伏）
1
20
20
190
14
24
1
8
8
28
15
25
1
8
8
28
由式2.2得
由式2.3得
经计算
=0.42
由式2.4得
由式2.1得
利用ABC法，相同步骤可以分别求出其他回路的负荷，如表2.5所示。
表2.5机械加工车间一计算负荷表
组号
P
（千瓦）
Q
（千瓦）
SJS（千瓦）
IJS（A）
备注
NO
供电回路
39
52
65
98.76
NO
供电回路
168
176
243.3
140.47
注[1]
NO
供电回路
118
54
129.7
197.06
∑
325
282
注[1]：
NO2供电回路大设备居多，在选择利用系数时选择
，数据由《工厂简明设计手册》上查得。
机械加工车间一的三个回路的有功功率、无功功率分别求和，然后计算有功功率和无功功率平方和再开平方，计算总的视在功率，乘以同时系数，即可求得车间一的计算负荷。
根据手册查询选择同时系数为
。
Ijs=
=588A
2.3车间配电室总负荷计算
2.3.1其他车间负荷计算
机加二、铸造、铆焊、电修等车间计算负荷如表2.6所示
表2.6机加二、铸造、铆焊、电修等车间计算负荷
序号
车间名称
容量
（千瓦）
计算负荷
计算电流
（安培）
P30
（千瓦）
Q30
（千乏）
S30
（千伏安）
1
机加工二车间
NO1供电回路
NO2供电回路
155
120
46.5
36
54.4
42.12
127
184
2
铸造车间
NO1供电回路
NO2供电回路
NO3供电回路
160
140
180
64
56
72
65.3
57.12
73.44
275
397
3
铆焊车间
NO1供电回路
NO2供电回路
150
170
45
51
89.1
100.98
213
308
4
电修车间
NO1供电回路
NO2供电回路
150
146.2
45
43.85
79.89
77.85
181
262
∑
459.35
560.31
计算转供车间的负荷，应将表中的总负荷再乘以
，
2.3.2总负荷计算
机械车间一和其他车间的有功功率、无功功率分别求和，然后计算有功功率和无功功率平方和再开平方，计算总的视在功率，即可求得总的视在功率，乘以同时系数，求得计算负荷。
3主要电气设备与线路截面选择
3.1导线截面选择
3.1.1支线导线截面积选择
计算各台设备的计算电流，计算电流公式如公式3.1所示
（式3.1）
式中：
—计算电流；
—视在计算负荷；
—设备额定电压。
由公式2.5可以求出通过各个设备导线的计算电流，如表2.4所示。
根据具体的条件，导线选择BV聚氯乙烯绝缘导线，导线工作最高允许温度为65℃，环境工作温度30℃。
另外，三相用电设备导线截面应与管径相配合，并且从提高导线强度角度，从而得出最终各支线的导线截面积。
聚氯乙烯绝缘，制造工艺简便，没有敷设高差限制。
重量轻，弯曲性能好，接头制作简便，耐油，耐酸碱腐蚀，不延燃，具有内装结构，使钢带和钢丝免受腐蚀，价格便宜。
机加车间应选用铜导线BV（聚氯乙烯绝缘）。
根据导线所通过的载流量选择导线截面序号为2，7，8，9，10，11，12，13，17，18，19，20，21，24，25，26，27的设备，可选载流量为12A，截面积为1.0mm的导线，但从机械强度方面考虑，所以选载流量为15A，截面积为1.5mm）
表3.1各支线导线截面面积
设备代号
计算电流（安培）
允许截面流量（安培）
导线截面面积（㎜2）
1
28.44
38
6
2
5.83
15
1.5
3
21.42
28
4
4
21.42
28
4
5
21.42
28
4
6
15.80
22
2.5
7
13.01
15
1.5
8
13.01
15
1.5
9
13.01
15
1.5
10
13.01
15
1.5
11
13.01
15
1.5
12
13.01
15
1.5
13
8.78
15
1.5
14
28.44
38
6
15
21.42
28
4
16
23.87
28
4
17
8.78
15
1.5
18
8.78
15
1.5
19
4.91
15
1.5
20
8.42
15
1.5
21
8.42
15
1.5
22
36.51
38
6
23
25.65
28
4
24
11.52
15
1.5
25
11.23
15
1.5
26
4.77
15
1.5
27
1.69
15
1.5
28
95.99
107
35
29
38.39
53
10
30
72.00
88
25
31
89.61
107
35
32
100.29
107
35
33
28.09
38
6
34
196.65
210
95
综上所述：
2，7，8，9，10，11，12，13，17，18，19，20，21，24，25，26，27选择BV-1.5-15-15；
3，4，5，6，15，16选择BV-3
2.5-22-15；
23选择BV-4-28-15；
1，14，22，33选择BV-6-38-15；
29选择BV-10-53-20；
30选择BV-25-88-32；
28，31，32选择BV-35-107-32；
34选择BV-95-210-50
3.1.2干线导线截面积选择
根据机械加工工厂的负荷情况，导线选择3芯聚氯乙烯（BV）绝缘导线穿钢管暗敷设，导线工作最高允许温度为65℃，导线埋入深度为0.5m，地中最热月份平均温度为25℃。
表3.2各干线截面面积选择
序号
SJS（千伏安）
计算电流（安培）
允许截面流量（安培）
导线截面面积（㎜2）
NO1供电回路
65
99
115
35
NO2供电回路
243
369
340
185
NO3供电回路
130
198
225
95
三个供电回路采用的导线型号分别为：
NO1供电回路导线型号为BV-35-115-32
NO2供电回路导线型号为BV-185-340-70
NO3供电回路导线型号为BV-95-225-95
3.2变压器选择
机械车间一和其他车间的有功功率、无功功率分别求和，然后计算有功功率和无功功率平方和再开平方，计算总的视在功率，即可求得总的视在功率，乘以同时系数，求得计算负荷。
对总变压器选型时要考虑变压器余量，所以
Ijs=1968A
根据《李友文工厂供电》查询10KV级电力变压器的技术数据，选择SL7-1600/10型变压器，阻抗电压5.5％,空载电流1.5％。
3.3开关电器与保护元件选择
3.3.1低压熔断器的选择
熔断器选择的计算公式如公式
（式3.2）
根据公式3.2，根据
，计算出熔断器的熔体电流，从而选择熔断器的型号。
设备电流熔断器型号选择如表3.3所示
表3.3熔断器型号
序号
计算电流（安培）
熔断器熔体电流（安培）
熔断器型号
1
28.44
56.88
RT0—100/60
2
5.83
11.66
RL1—15/15
3
21.42
42.84
RL1—60/50
4
21.42
42.84
RL1—60/50
5
21.42
42.84
RL1—60/50
6
15.80
30.
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