某小型冶金实验工厂供电系统设计.doc
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小型冶金实验工厂供电系统设计
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45
目录
第1章绪论 1
1.1工厂供电意义和要求 1
1.2设计原则 2
1.3内容及步骤 3
第2章负荷计算、无功补偿及变压器选型 6
2.1负荷计算 6
2.1.1负荷计算的意义 6
2.1.2负荷计算的方法 7
2.1.3负荷计算的步骤 7
2.1.4负荷计算示意图 8
2.1.5负荷计算基本公式和举例 8
2.2无功功率补偿 17
2.2.1提高功率因数的意义 18
2.2.2提高功率因数的方法 18
2.2.3电力电容器的安装方式 19
2.2.4电容器补偿量的计算 20
2.3变压器的选择 21
第3章全厂总供电系统设计 24
3.1总配电所的主接线设计的原则和意义 24
3.2电气主接线的基本方式 25
3.3本设计的主接线的基本方式 25
3.4一次接线系统图 26
第4章短路电流的计算 27
4.1短路概述 27
4.1.1短路的形式 27
4.1.2短路的原因 27
4.1.3短路的后果 28
4.2三相短路电流的计算 29
4.3标幺值法计算电路短路电流 30
4.3.1短路计算电路 30
4.3.2确定短路计算基准值 31
4.3.3计算短路电路中某个元件的电抗标幺值 31
第5章电气设备、电缆、母线的选择 34
5.1导线型号的选择原则 34
5.1.1工厂常用架空线路裸导线型号 34
5.1.2工厂常用电力电缆型号 34
5.1.3工厂常用绝缘导线型号及选择 35
5.2导线截面选择原则 36
5.3导线型号及截面选择 37
第6章高低压供电系统一次元件的选择与校验 40
6.1电气设备选择的一般条件 40
6.1.1按正常运行条件选择 40
6.2高压一次设备的选择 42
6.2.1按工作电压选则 42
6.2.2按工作电流选择 42
6.2.3按断流能力选择 42
6.2.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验 43
6.3变电所低压一次设备的选择 44
第7章变电所二次回路方案选择及继电保护整定 46
7.1二次回路方案选择 46
7.2主变压器的继电保护装置 47
7.2.1装设瓦斯保护 47
7.2.2装设反时限过电流保护 47
第8章接地与防雷设计 50
8.1防雷保护的措施 50
8.2接地与接地装置 51
第9章课业设计感想 55
参考文献 57
第1章绪论
1.1工厂供电意义和要求
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；电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。
在工程机械制造厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小。
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，减轻工人的劳动强度，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。
（4）优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求
（5）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。
1.2设计原则
按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50059-92《35～110kV变电所设计规范》、GB50053-94《10kv及以下设计规范》、GB50054-95《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电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。
工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。
工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。
作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。
1.3内容及步骤
全厂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
全厂总降压变电所的负荷计算，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，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。
列出负荷计算表、显示计算结果。
2、一次系统图
根据负荷类别及对供电可靠性的要求进行负荷计算，绘制一次系统图，确定变电所高、低接线方式。
对它的基本要求，即要安全可靠又要灵活经济，安装容易维修方便。
3、电容补偿
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。
由手册或产品样本选用所需无功功率补偿柜的规格和数量。
4、变压器选择及变电所布置
根据电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器型号及全厂供电平面图。
5、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，皆可按无限大容量系统供电进行短路计算。
求出各短路点的三相短路电流及相应有关参数。
6、高、低压设备选择及校验
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，选择高、低压配电设备，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动稳定检验，并列表表示。
7、导线、电缆的选择
为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进行导线和电缆截面选择。
8、整定及二次保护
为了监视、控制和保证安全可靠运行，各用电设备，皆需设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。
并对保护装置做出整定计算。
给出二次系统图。
9、防雷与接地
参考本地区气象及地质资料，设计防雷接地装置，绘制防雷接地平面
第2章负荷计算、无功补偿及变压器选型
2.1负荷计算
2.1.1负荷计算的意义
“计算电荷”是按发热条件选择导体和电器设备时所使用的一个假象负荷，其物理量意义是按这个计算负荷持续运行所产生的热效应，与按实际变动负荷长期与运行所产生的最大热效应相等。
也可用持续时间为半小时平均有功负荷的最大值来描述计算负荷。
实际情况表明，一般导体要达到最稳定温升需负荷曲线上求得的半小时最大负荷（年最大负荷）相当.所以计算负荷也可以认为就是持续半小时最大负荷，用符号、、、表示，并用和、、和分别表示有功、无功、视在和电流计算负荷。
计算负荷也称需要负荷或最大负荷，目的是为了合理地选择工厂各级电压供电网络、变压器容量和设备型号等。
负荷计算的内容包括:
（l）求尖峰电流，用于计算电压波动、电压损失、选熔断器和保护元件等。
（2）求平均负荷，用来计算全厂电能需要量、电能损耗和选择无功补偿装置等。
2.1.2负荷计算的方法
常用的负荷计算方法有需用系数法、二项式法、利用系数法、ABC法、单位产品耗电量法和面积功率法等。
在实际工程配电设计中，广泛采用系数法，因其计算方便，多采用方案估算，初步设计和全厂大型车间变电所的施工设计。
在本设计中我多采用的是需用系数法来确定计算负荷。
需用系数法是把设备功率乘以需用系数（；），直接求出计算负荷的一种简单计算方法。
因而在实际应用中被广泛采用。
按需要系数法确定计算，应从实际每台用电设备开始，逐级向电源推进，一直计算到电源，用每一级的计算负荷为选择该用电器的依据。
需用系数法的计算，现在己普遍应用于供配电设计中，其缺点是它未考虑到用电设备中少数容量特大的设备对计算负荷的影响。
因而在用电台数较少而容量差别较大的场合中，应用二项式系数法来计算负荷。
这种场合用需用系数法来计算负荷所得值往往偏小。
本设计的情况符合需用系数法，因此，在本设计中采用按需用系数法来确定计算负荷。
2.1.3负荷计算的步骤
（1）用电设备的计算负荷。
（2）求车间变压器低压侧的计算负荷。
求低压各用电设备组的计算负荷总和乘以同时系数即为该车间变压器低压侧计算负荷。
（3）求车间变压器高压侧的计算负荷。
计算车间变压器的功率损耗，变压器
低压侧计算负荷加该变压器有功、无功损耗即得变压器高压侧计算负荷该值可用于选择车间变电所高压侧进线导线侧面。
（4）配电所进线的计算负荷。
（5）总降压变电所低压侧计算负荷。
（6）主变压器的功率损耗，计算，。
（7）全厂计算负荷。
2.1.4负荷计算示意图
本设计所采用的电力负荷计算示意图如图2-1所示，将每个计算点编号，由用电设备依次逆推到电源侧。
图2-1电力负荷计算示意图
2.1.5负荷计算基本公式和举例
（1）设备组的负荷计算公式
（2-1）（2-2）
（2-3）
（2）车间变电所的负荷计算公式
（2-4）
（2-5）
（2-6）
以上公式中用电气设备组的设备额定功率；
需要系数；
用电设备的功率因数角的正切值；
，有功、无功同时系数，分别取0.8-0.9及0.93-0.97。
（3）配电所的负荷计算公式
为各车间变电所计算负荷之和再乘以同时系数和。
一对配电所分别取0.85-1和0.95-1。
（4）计算有关设备的计算负荷
表1.某小型冶金实验工厂用电情况
序号
用电设备名称
数量
（台）
单台设备额定参数
Kx
备注
Pe（kw）
Ie（A）
cosφ
Kq
Kx/cosφ
一
车间I
中频感应电炉低压电气
设备容量Pe∑=180kw
125
η=0.91
0.88
6.5
指其中最大一台
中频感应发电机组Ve=6kv
1
250
27
2
降压启动
二
车间II（全部为低压负荷）
Pjs=170kw
cosφ=0.8
内含二级负荷50kw
三
车间III（全部为低压负荷）
Pjs=75kw
cosφ=0.65
四
车间IV（全部为低压负荷）
Pjs=220kw
cosφ=0.85
五
车间V（全部为低压负荷）
Pjs=170kw
cosφ=0.8
六
车间VI（全部为低压负荷）
0.9/0.9
Pjs=20kw
cosφ=0.65
七
全场照明Pe∑=60kw
0.9/0.9
八
具体见下表
表2某来自水厂用电设备一览表
序号
用电设备名称
数量
（台）
单台设备额定参数
Kx
备注
Pe（kw）
Ie（A）
cosφ
Kq
Kx/cosφ
一
一泵房
高压异步电动机
5
400
44
0.83
2.5
Ue=6kv
变压器
Sj2-50/6
1
70KVA
0.85
U1e/U2e=6kv/0.4kv
二
二泵房
可将变压器的额定容量做计算负荷
高压异步电动机
3
460
47.6A
0.89
6.8
Ue=6kv
高压同步电动机
3
1020
114A
0.84
3
Ue=6kv
变压器sjl-180/6
2
200KVA
0.85
U1e/U2e=6kv/0.4k
三
修车间（全部设备Ve=0.38kv）
*车床（C620）
2
17.6
*Ie=15.4
0.75
Ijf=107.8A
*车床（C616）
2
13.3
*Ie=6.8
0.74
Ijf=44.3A
*铣床
2
12.5
Ie=5.95
0.64
Ijf=32.8A
*刨床
2
14
Ie=10.1
0.6
Ijf=55.6A
*刨床
2
13
Ie=7.8
0.584
Ijf=43.1A
*钻床
2
11.5
Ie=3.4
0.67
Ijf=24A
*砂轮机
2
11.5
Ie=3.2
0.71
Ijf=23A
吊车（5吨）
2
21.4
Ijs=19.7
0.8
其中最大一台：
Pe=7.5kwJce%=25
电焊机
2
12KVA
56
0.5
Ue=380vJce%=100
电阻炉
2
22
1
办公室，化验室及车间照明
26
0.85/1
长度L=60M
四
所用电变压器，sj2-20/6
2
30KVA
0.8
总降内所用电
说明：
各机床的Ie及尖峰电流Ijf仅做参考，可将变压器额定容量做计算负荷
高压侧用电设备的计算负荷
①车间一：
中频感应电炉低压电气：
有功计算负荷：
=165Kw
无功计算负荷：
=*tgø=165*0.54Kw=89.06Kvar
视在计算负荷：
=/COSø=187.5KVA
计算电流：
=/（1.732*6*0.91）A=19.85A
起动电流：
I=*=19.85*6.5A=129A
中频感应发电机组：
有功计算负荷：
=250Kw
计算电流：
=/（1.732*6）A=24.06A
起动电流：
I=*=24.06*2A=48.12A
②车间二：
有功计算负荷：
=Kd*Pe=150*0.75Kw=112.5Kw
无功计算负荷：
=*tgø=112.5*0.75Kw=84.375Kvar
视在计算负荷：
=/COSø=140.625KVA
计算电流：
=/（1.732*6）A=10.82A
③车间三：
有功计算负荷：
=Kd*Pe=60*0.75Kw=45Kw
无功计算负荷：
=*tgø=52.61Kvar
视在计算负荷：
=/COSø=69.23KVA
计算电流：
=/（1.732*6）A=6.66A
④车间四：
有功计算负荷：
=Kd*Pe=205*0.75Kw=153.75Kw
无功计算负荷：
=*tgø=95.29Kvar
视在计算负荷：
=/COSø=180.88KVA
计算电流：
=/（1.732*6）A=17.41A
⑤车间五：
有功计算负荷：
=Kd*Pe=155*0.75Kw=116.25Kw
无功计算负荷：
=*tgø=87.19Kvar
视在计算负荷：
=/COSø=145.31KVA
计算电流：
=/（1.732*6）A=13.98A
⑥车间六：
有功计算负荷：
=Kd*Pe=17*0.75Kw=12.75Kw
无功计算负荷：
=*tgø=14.91Kvar
视在计算负荷：
=/COSø=19.62KVA
计算电流：
=/（1.732*6）A=1.89A
全场照明：
有功计算负荷：
=Kd*Pe=45*0.75Kw=33.75Kw
计算电流：
=/（1.732*6）A=3.25A
低压侧（机修间）计算负荷
车床（C620）：
有功计算负荷：
=Kd*Pe=0.75*2*8.1Kw=12.15Kw
无功计算负荷：
=*tgø=10.72Kvar
视在计算负荷：
=/COSø=16.2KVA
计算电流：
=/（1.732*0.38）A=24.61A
②车床（C616）：
有功计算负荷：
=Kd*Pe=0.75*2*3.8Kw=5.7Kw
无功计算负荷：
=*tgø=5.18Kvar
视在计算负荷：
=/COSø=7.7KVA
计算电流：
=/（1.732*0.38）A=11.7A
③铣床：
有功计算负荷：
=Kd*Pe=0.75*2*3Kw=4.5Kw
无功计算负荷：
=*tgø=5.4Kvar
视在计算负荷：
=/COSø=7.03KVA
计算电流：
=/（1.732*0.38）A=10.68A
④刨床1：
有功计算负荷：
=Kd*Pe=0.75*2*4.5Kw=6.75Kw
无功计算负荷：
=*tgø=9Kvar
视在计算负荷：
=/COSø=11.25KVA
计算电流：
=/（1.732*0.38）A=17.09A
⑤刨床2：
有功计算负荷：
=Kd*Pe=0.75*2*3.5Kw=5.25Kw
无功计算负荷：
=*tgø=7.3Kvar
视在计算负荷：
=/COSø=8.99KVA
计算电流：
=/（1.732*0.38）A=13.66A
⑥钻床：
有功计算负荷：
=Kd*Pe=0.75*2*2Kw=3Kw
无功计算负荷：
=*tgø=3.32Kvar
视在计算负荷：
=/COSø=4.48KVA
计算电流：
=/（1.732*0.38）A=6.8A
砂轮机：
有功计算负荷：
=Kd*Pe=0.75*2*2Kw=3Kw
无功计算负荷：
=*tgø=2.98Kvar
视在计算负荷：
=/COSø=4.23KVA
计算电流：
=/（1.732*0.38）A=6.42A
吊车：
有功计算负荷：
=Kd*Pe=0.75*2*11.9Kw=17.85Kw
无功计算负荷：
=*tgø=13.39Kvar
视在计算负荷：
=/COSø=22.31KVA
计算电流：
=/（1.732*0.38）A=33.9A
电焊机：
有功计算负荷：
=Kd*Pe=1.5Kw
无功计算负荷：
=*tgø=2.60Kvar
视在计算负荷：
=Kd*Pe/COSø=3KVA
计算电流：
=/（1.732*0.38）A=4.56A
电阻炉：
有功计算负荷：
=Kd*Pe=0.75*2*12Kw=18Kw
无功计算负荷：
=*tgø=0Kvar
视在计算负荷：
=Kd*Pe/COSø=18KVA
计算电流：
=/（1.732*0.38）A=27.35A
办公室，化验室及车间照明
有功计算负荷：
=Kd*Pe=0.75*16Kw=12Kw
无功计算负荷：
=*tgø=0Kvar
视在计算负荷：
=Kd*Pe/COSø=12KVA
计算电流：
=/（1.732*0.38）A=18.23A
表3某小型冶金实验工厂用电设备计算负荷
序号
用电设备名称
设备
容量
（KW）
需要
系数
功率
因数
（KV）
计算负荷
（KW）
（Kvar）
（KVA）
（A）
一
车间I
180
0.75
0.88
0.54
6
165
89.06
187.5
19.85
二
车间II
170
0.75
0.8
0.75
6
112.5
84.375
140.63
10.82
三
车间III
75
0.75
0.65
1.17
6
45
52.61
69.23
6.66
四
车间IV
220
0.75
0.85
0.62
6
153.75
95.29
180.88
17.41
五
车间V
170
0.75
0.8
0.75
6
116.25
87.29
145.31
13.98
六
车间VI
20
0.75
0.65
1.17
6
12.75
14.91
19.62
1.89
七
全场照明
60
0.75
1
0
6
33.75
0
33.75
3.25
表4机修车间车间用电设备计算负荷
序号
用电设备名称
设备
容量
（KW）
需要
系数
功率
因数
（KV）
计算负荷
（KW）
（Kvar）
（KVA）
（A）
一
*车床（C620）
17.6*2
0.75
0.85
0.75
0.38
12.15
10.72
16.2
24.61
*车床（C616）
13.3*2
0.75
0.74
0.74
0.38
5.7
5.18
7.7
11.7
*铣床
12.5*2
0.75
0.64
0.64
0.38
4.5
5.4
7.03
10.68
*刨床
14*2
0.75
0.6
0.6
0.38
6.75
9
11.25
17.09
*刨床
13*2
0.75
0.584
0.584
0.38
5.25
7.3
8.99
13.66
*钻床
11.5*2
0.75
0.67
0.67
0.38
3
3.32
4.48
6.8
*砂轮机
11.5*2
0.75
0.71
0.71
0.38
3
2.98
4.23
6.42
吊车（5吨）
21.4*2
0.75
0.8
0.8
0.38
17.85
13.39
22.31
33.9
电焊机
12*2
0.75
0.5
0.5
0.38
1.5
2.60
3
4.56
电阻炉
22*2
0.75
1
1
0.38
18
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