工厂低压配电系统设计01资料.docx
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工厂低压配电系统设计01资料
酒泉职业技术学院
毕业设计（论文）
2014级专业
题目：
毕业时间：
学生姓名：
张宏泽
指导教师：
班级：
2014年5月20日
摘要：
电能是工业生产的主要动力能源，工厂供电设计的任务是从电力系统取得电源，经过合理的传输、变换、分配到工厂车间中每一个用电设备上，随着工业电气自动化技术的发展，工厂用电量快速增长，对电能质量、供电可靠性以及技术经济指标等的要求也日益提高，供电设计是否完善，不仅影响工厂的基本建设投资、运行费用和有色金属消耗量，而且也反映到工厂的可靠性和工厂的安全生产上，它与企业的经济效益、设备和人身安全等是密切相关的。
关键词；变电所；变压器；工厂负荷；接线方案；防雷及接地保护
前言
现在除个别大型工业联合企业有自备电厂外，绝大多数工厂都是从国家电力系统取得电能的，因此，工厂工业负荷是电力系统的主要用户，工厂供电系统也是电力系统的一个组成部分，保证安全供电和经济运行，不仅关系到企业的利益，也关系到电力系统的安全和经济运行以及合理利用能源。
工厂供电设计必须遵循国家的各项方针政策，设计方案必须符合国家标准中的有关规定，同时必须满足以下几项基本要求：
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，运行费用低，并尽可能工节约电能和减少有色金属消耗量。
此外，在供电工作中，应合理地处理局和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部和当前和利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。
本设计的主要内容包括：
车间的负荷计算及无功补偿，确定车间变电所的所址和型式，车间变电所的主接线方案，短路电流计算，主要用电设备选择和校验，车间变电所整定继电保护和防雷保护及接地装置的设计等。
工厂分布图
1车间的负荷计算及无功补偿
1.1负荷计算的目的、意义及原则
（1）供电系统要能安全可靠地正常运行，其中各个元件（包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等）都必须选择得当，除了满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。
因次，有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。
（2）计算负荷是供电设计计算的基本依据。
计算负荷确定的是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。
如果计算负荷确定的过大，将使电器和导线电缆选的过大，造成投资和有色金属的浪费。
如果计算负荷确定的过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至燃烧引起火灾，同样会造成更大损失。
由此可见，正确确定计算负荷意义重大。
（3）平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。
常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。
平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。
（4）计算负荷又称需要负荷或最大负荷。
计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。
在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。
（5）尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。
一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。
在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。
1.2、全厂负荷计算表及方法
负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。
本设计采用需要系数法确定。
主要计算公式有：
有功功率：
P30=Pe·Kd
无功功率:
Q30=P30·tgφ
视在功率:
S3O=P30/cosφ
计算电流:
I30=S30/√3Un
1.2工厂负荷情况
工厂有8个厂房分别为冷加工车间，金属加工车间，变压器装配房，检修车间和4个工具车间。
机床设备情况如下：
表1-1
设备代号
设备名称
单台容量（KW）
功率因数Cosφ
效率η
1
车床
2
0.8
0.8
2
车床
4
0.8
0.8
3
车床
5
0.8
0.8
4
铣床
3.5
0.8
0.8
5
铣床
3
0.8
0.8
6
铣床
2
0.8
0.8
7
插齿机
4.5
0.85
0.85
8
工具磨床
1.5
0.8
0.8
9
小冲床
1.5
0.8
0.8
10
磨床
1.5
0.8
0.8
11
磨床
4.5
0.85
0.85
12
冲床
4.5
0.85
0.85
13
钻床
1.5
0.8
0.8
14
变压器
2
0.8
0.9
各车间负荷情况
表1-2
车间编号
拥有设备
设备容量（KW）
功率因数Cosφ
需要系数
Kd
冷加工车间
1,2,3号车床各2台。
4,5,6号铣床各2台。
插齿机1台
43.5
0.8
0.4
照明
5
0.8
0.8
金属加工车间
3号车床6台，13号钻床10台.工具磨床2台，10号磨床2台，11号磨床1台
小冲床3台
55.5+4.5
0.8，,085
0.3
照明
6
0.8
0.9
变压器装配房
14号变压器4个
8
0.8
0.5
照明
2
0.8
0.8
检修车间
150
0.85
0.25
5
0.85
0.9
工具车间1
50
0.85
0.3
4
0.85
0.9
工具车间2
55
0.85
0.3
4
0.85
0.9
工具车间3
40
0.85
0.3
3
0.85
0.9
工具车间4
35
0.85
0.3
3
0.85
0.9
1.3计算负荷、无功负荷、视在负荷的计算
根据公式:
有功功率：
P30=Pe·Kd
无功功率:
Q30=P30·tanφ
视在功率:
S3O=P30/cosφ
计算电流:
I30=S30/√3Un
表1-3
车间负荷计算表（Un=380V）
车间
设备类别
设备容量（KW）
功率因数cosφ
需要系数
Kd
tanφ
计算负荷
P30/kw
Q30/kw
S30/kva
I30/A
冷加工车间
动力
43.5
0.8
0.4
0.75
17.4
13.05
21.75
33.05
照明
5
0.8
0.8
0.75
4
3
5
7.6
金属加工车间
动力
60
0.8
0.3
0.75
18
13.5
22.5
34.2
照明
6
0.8
0.9
0.75
5.4
4.05
6.75
10.26
变压器装配房
动力
8
0.8
0.5
0.75
4
3
5
7.60
照明
2
0.8
0.8
0.75
1.6
1.2
2
3.04
检修车间
动力
150
0.85
0.25
0.6
37.5
22.5
44.12
67.03
照明
5
0.85
0.9
0.6
4.5
2.7
5.29
8.04
工具车间
1
动力
50
0.85
0.3
0.6
15
9
17.65
26.81
照明
4
0.85
0.9
0.6
3.6
2.16
4.24
6.44
工具车间
2
动力
55
0.85
0.3
0.6
16.5
9.9
19.41
29.49
照明
4
0.85
0.9
0.6
3.6
2.16
4.24
6.44
工具车间
3
动力
40
0.85
0.3
0.6
12
7.2
14.12
21.45
照明
3
0.85
0.9
0.6
2.7
1.62
3.18
4.83
工具车间
4
动力
35
0.85
0.3
0.6
10.5
6.3
12.35
18.77
照明
3
0.85
0.9
0.6
2.7
1.62
3.18
4.83
总计
动力
441.5
130.9
84.45
156.9
238.43
照明
32
28.4
18.51
33.85
51.48
0.835
159.3
102.96
190.75
289.91
由上表可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数是0.84，而供电部门要求该厂10kv进线侧最大负荷时因数不应低于0.90.考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：
Qc=P30（tanφ1-tanφ2）=159.3[tan（arccos0.84）-tan（arccos0.92）]kvar=35.84kvar
无功功率补偿装置：
一般用并联电容器的方法来进行功率补偿。
查表知选择型号BKMJ0.4-12-1/3并联电容器3只取Qc=36kvar.
补偿后无功功率ΣQ30－36＝102.96-36=66.96kvar
补偿后视在功率S30=√（159.3）2+（66.96）2=172.8KV.A
变压器容量选择（kVA）200kVA
变压器的功率损耗为：
ΔPT=0.015*172.8=2.592KW
ΔQT=0.06*172.8=10.368kvar
变电所高压侧的计算负荷为：
P30
（1）=159.3+2.592=161.892KW
Q30
（1）=66.96+10.368=77.328KW
S30
（1）=√（P30
（1））2+（Q30
（1））2=179.41KVA
补偿后的功率因数：
cosφ
（1）=P30
（1）/S30
（1）=0.902。
这一功率因数满足要求。
因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如下表所示：
表1-4
项目
cosφ
计算负荷
P30/kw
Q30/kvar
S30/kva
I30/A
380v侧补偿前负荷
0.84
159.3
102.96
190.75
289.91
380v侧无功补偿容量
-36
380v侧补偿后负荷
0.92
159.3
66.96
172.8
249.42
主变压器功率损耗
0.015S30=2.592
0.06S30=10.368
10kv侧负荷计算
0.902
161.892
77.328
179.41
10.358
1.4无功补偿的主要作用
无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率耗损、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。
安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功补偿在电网中传输，相应减小了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。
无功补偿应根据分级就地和便于调整电压的原则进行配置。
集中补偿与分散补偿相结合，以分撒补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降压相结合；并且与配电网建设改造工程同步规划、设计、施工、同步投运。
无功补偿的主要作用具体体现在：
①提高电压质量；②降低电能损耗；③提高发供电设备运行效率；④减少用户电费支出。
2确定车间变电所的所址和形式
2.1变电所位置的选择，应根据下列要求经技术、经济比较确定
一、接近负荷中心；
二、进出线方便；
三、接近电源侧；
四、设备运输方便；
五、不应设在有剧烈振动或高温的场所；
六、不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧；
七、不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻；
八、不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定；
九、不应设在地势低洼和可能积水的场所。
1、装有可燃性油浸电力变压器的车间内变电所，不应设在三、四级耐火等级的建筑物内；当设在二级耐火等级的建筑物内时，建筑物应采取局部防火措施。
2、多层建筑中，装有可燃性油的电气设备的配电所、变电所应设置在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁。
3、高层主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的配电所和变电所，当受条件限制必须设置时，应设在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁，并应按现行国家标准《高层民用建筑设计防火规范》有关规定，采取相应的防火措施。
4、露天或半露天的变电所，不应设置在下列场所：
一、有腐蚀性气体的场所；
二、挑檐为燃烧体或难燃体和耐火等级为四级的建筑物旁；
三、附近有棉、粮及其他易燃、易爆物品集中的露天堆场；
四、容易沉积可燃粉尘、可燃纤维、灰尘或导电尘埃且严重影响变压器安全运行的场所。
变电所的型式应根据用电负荷的状况和周围环境情况确定，并应符合下列规定：
一、负荷较大的车间和站房，宜设附设变电所或半露天变电所；
二、负荷较大的多跨厂房，负荷中心在厂房的中部且环境许可时，宜设车间内变电所或组台式成套变电站；
三、高层或大型民用建筑内，宜设室内变电所或组合式成套变电站；
四、负荷小而分散的工业企业和大中城市的居民区，宜设独立变电所，有条件时也可设附设变电所或户外箱式变电站；
五、环境允许的中小城镇居民区和工厂的生活区，当变压器容量在315KVA及以下时，宜设杆上式或高台式变电所。
带可燃性油的高压配电装置,宜装设在单独的高压配电室内。
当高压开关柜的数量为6台及以下时，可与低压配电屏设置在同一房间内。
不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器，可设置在同一房间内。
具有符合IP3X防护等级外壳的不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器，当环境允许时，可相互靠近布置在车间内。
。
室内变电所的每台油量为100kg及以上的三相变压器，应设在单独的变压器室内。
在同一配电室内单列布置高、低压配电装置时，当高压开关柜或低压配电屏顶面有裸露带电导体时，两者之间的净距不应小于2m；当高压开关柜和低压配电屏的顶面封闭外壳防护等级符合IP2X级时，两者可靠近布置。
有人值班的配电所，应设单独的值班室。
当低压配电室兼作值班室时，低压配电室面积应适当增大。
高压配电室与值班室应直通或经过通道相通，值班室应有直接通向户外或通向走道的门。
变电所宜单层布置。
当采用双层布置时，变压器应设在底层。
设于二层的配电室应设搬运设备的通道、平台或孔洞。
高（低）压配电室内，宜留有适当数量配电装置的备用位置。
高压配电装置的柜顶为裸母线分段时，两段母线分段处宜装设绝缘隔板，其高度不应小于0.3m。
由同一配电所供给一级负荷用电时,母线分段处应设防火隔板或有门洞的隔墙。
供给一级负荷用电的两路电缆不应通过同一电缆沟，当无法分开时，该电缆沟内的两路电缆应采用阻燃性电缆，且应分别敷设在电缆沟两侧的支架上。
户外箱式变电站和组合式成套变电站的进出线宜采用电缆。
配电所宜设辅助生产用房。
2.2变电所的形式（类型）
（1）车间附设变电所
（2）车间内变电所
（3）露天（或半露天）变电所
（4）独立变电所
（5）杆上变电台
（6）地下变电所
（7）楼上变电所
（8）成套变电所
（9）移动式变电所
工厂是10kv以下，变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。
在工厂的平面图下侧和左侧，分别作一条直角坐标的x轴和y轴，然后测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置，p1、p2、p3……pi分别代表厂房1、2、3……n号的功率，设定p1、p2……pi并设定p11为生活区的中心负荷，如图3-1所示。
而工厂的负荷中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：
（2-1）
（2-2）
图2-1
把各车间的坐标带入（2-1）（2-2），得到x=12，y=11.86.由计算结果可知，工厂的负荷中心在金属加工车间厂房的东南角。
考虑到周围环境和进出线方便，决定在金属加工车间厂房的东侧仅靠厂房建造工厂变电所，器型为附设式。
图2-2装设高压配电所后工厂分布图
3确定车间变电所主变压器型式，容量和台数及主结线方案
主结线方案选择原则：
工厂变电所的主变压器可列两种方案：
1只装一台主变压器的变电所
主变压器的容量SN.T应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，即
SN.T≥S30
2装二台主变压器的变电所
每变压器的容量SN.T应满足以下两个条件：
1）任一台变压器单独运行时，应满足全部用电设备总计算负荷S30的60%~70%的需要即
SN.T≥（0.6~0.7）S30
2）任一台变压器单独运行时，应满足一二级负荷的需要，即
SN.T≥S30（）
根据本车间负荷性质属三级负荷，车间变电所设置一台变压器
主结线方案选择：
变电所主变压器的选择根据车间的性质和电源情况，工厂变电所的主变压器可列两种方案：
由于车间所有的设备都属于三级负荷，所以一台主变即可。
方案一和方案二都装设一台主变器，采用油浸式变压器S9，而容量根据SN.T>S30=172.8kVA,即选一台S9－200/10型低损耗变压器，。
变压器容量为200kVA，额定电压10KV，联结组别Yyn0，阻抗电压为4%，空载损耗为0.48kW，短路损耗为2.6kW，空载电流1.3%。
方案1方案2
图3-1
表3-1
比较项目
方案一
方案二
技术指标
供电安全性
满足要求
基本满足要求
供电可靠性
基本满足要求
稍差一点
供电质量
一台主变，电压损耗较大
一样
灵活方便性
采用高压断路器，停送电操作十分灵活方便
采用负荷开关，也可以带负荷操作
扩建适应性
一般
较差
经济指标
电力变压器的综合投资额
S9－200单价19.18万元，变压器综合投资约为单价的2倍，因此其综合投资为2＊7.47＝38.36万元
一样
高压开关柜（含计量柜）的综合投资额
GG－1A（F）型按每台3.8万元计，其综合投资按设备价1.5倍，因此其综合投资为2＊1.5＊3.8＝11.4万元
一样
电力变压器和高压开关柜的年运行费
主变各高压开关柜的折旧各维修管理费每年为2.903万元（其余略）
一样
从上表可以看出，按技术指标，方案一和方案二都比较适用于三级负荷，但考虑发生短路时方案二只能熔断器恢复供电的时间较长的缺点，而且可靠性不高，而方案一采用高压断路器，因此变电所的停、送电操作十分方便，同时高压断路器有断电保护装置，在变电所发生短路和过负荷时均能自动跳闸，而且在短路故障和过负荷情况消除后，又可直接快速合闸，从而恢复供电的时间缩短，从经济指标来看，方案二比方案一投资稍低，但从长远的利益看，方案一比较好一些，因此决定采用方案一。
各配电干线、支线采用VV22型铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套内钢带铠装电力电缆，配电干线沿电缆沟敷设，配电箱到用电设备的配电支线有条件时沿电缆沟敷设，否则采用穿铁管沿地暗敷设。
动力配电箱采用型号为XL（F）-14、15落地式防尘型动力配电箱，动力配电箱安装高度是箱底离地面0.3米，箱底座用水泥、沙、砖堆砌作基础，并做好防小动物措施。
配电屏选择型号为GGD2A固定低压配电屏。
4短路计算
短路电流是供配电系统中的相间或相地之间因绝缘破坏而发生电气连通的故障状态。
它的数值可达额定电流的十余倍至数十倍，而电路由常态变为短路的暂态工程中，还出现高达稳态短路电流1．8～2．5倍的冲击电流。
会对供配电系统造成严重的破坏。
一、短路电流计算的目的及几点说明：
在供配电系统中除应采取有效技术措施防止发生短路外，还应设置灵敏、可靠的继电保护装置和有足够断流能力的断路器，快速切除短路回路，把短路危害抑制到最低限度。
为此必须进行短路电流计算，以便正确选择和整定保护装置、选择限制短路电流的元件和开关设备。
（1）由于民用建筑内所装置的元件，其容量远比系统容量要小，而阻抗则较系统阻抗大得多，当这些元件遇到短路时，系统母线上的电压变动很小，可认为电压维持不变。
因此，在本次计算中，都是以上述的由无限大容量电力系统供电作为前提来进行计算的。
（2）在计算高压电路中的短路电流时，只需考虑短路电流值有重大影响的电流元件如发电机、变压器、电抗器、架空线及电缆等。
由于发电机、变压器、电抗器的电阻远小于本身电抗，因此可不考虑。
但当架空线和电缆较长，使短路电流的总电阻大于总电抗1/3时，需要计如电阻。
（3）短路电流计算按金属性短路进行。
（4）短路电流计算的符号含义：
短路电流计算应求出最大短路电流值，以确定电气设备容量或额定参数；求出最小短路电流值，作为选择熔断器、整定继电保护装置和校验电动机启动的依据。
（5）短路电流的计算方法有欧姆法和标幺制法。
10KV母线
Sd’（3）=500MVA
93
0
0.4KV母线
0.4KV低压配电室
电缆线路5km
0.35Ω/kM
K2点
图4-1
4.1计算k-1点的短路电流和短路容量（UC1=10kv）
4.1.1计算短路电路中各无件的电抗
1）电力系统的等效电抗
X1‘=UC12/Sd=（10kV）2/500MVA=0.2Ω
2）架空线路电抗X0=0.35Ω/km
X2=X0L=0.35Ω/km×5km=1.75Ω
3）绘制k-1点的等效电路如下图
图4-2
其总电抗为
X∑（k-1）=X1+X2=0.2Ω+1.75Ω=1.95Ω
4.1.2计算三相短路电流和短路容量
1）三相短路电流周期分量有效值
IK-1（3）=UC1/√3X∑K-1＝10KV/√3×1.95Ω＝2.96kA
2）三相短路次暂态电流和稳定电流
I’’（3）＝I∞（3）＝IK-1（3）＝2.96kA
3）三相短路冲击电流及第一个短路全电流有效值
ish（3）＝2.55I’’（3）＝2.55×2.96KA＝7.548kA
Ish（3）＝1.51I’’（3）＝1.51×2.96KA＝4.470kA
4）三相短路容量：
SK-1（3）＝√3UC1IK-1（3）＝√3×10KV×2.96KA＝51.267MVA
4.2计算k-2点的短路电流和短路容量（UC2=0.4kv）
4.2.1计算短路电路中各无件的电抗
1）电力系统的等效电抗
X1’‘=UC22/Sd=（0.4kV）2/500MVA=3.2×10-4Ω
2）架空线路电抗X0=0.35Ω/km
X2’=X0L（UC2’/UC1）2=0.35Ω/km×5km（0.4’/10）2=2.8×10-3Ω
3）电力变压器的电抗：
XT＝UK%×UC22
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