车间低压配电系统设计.doc

前言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。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。本说明书为某机械制造厂电修低配系统及车间变电所设计说明，该车间的主变压器容量为630kva，各电压等级分别为10kv和0.4kv，车间的负荷均属三类负荷，根据设计任务书的要求，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，车间变电所的主纬线方案，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。由于本人初步设计，设计资料欠周全，电气设备的参数一般引用现有产品，个别参数在指导老师指导下，选用较新数据，计算所用方法依照工厂供电设计指导规定进行计算的，在保证可靠性的前提下，经计算和校验，本人水平有限和不完善之处，错漏难免，请指导老师指正，本人不胜感激。prefaceelectrical energy is the main motivate part of the industrial production. factories supply power design duty to obtain power source from the electrical power system, pass through the reasonable transmission, transformation, and assigns to the factory workshop in on each current collector. along with the industry electricity automation technology development, factories with the electric quantity rapid growth, to the electrical energy quality, the power supply reliability as well as the technology economic indicator and so on the request also day by day enhances .the power supply designs whether consummates, not only affects the factory the capital investment, the operating cost and the non-ferrous metal consumption, moreover also reflected to the factory power supply reliability and in the factory safety in production ,it and enterprises economic efficiency ,the equipment and so on is the close correlation .now has besides the individual major industry integrated enterprise supplies for oneself the power plant, the majority factory all is obtains the electrical energy from the country electrical power system. therefore, the factory industry load is the electrical power system main user, the factory power supply system also is an electrical power system constituent, guarantees the safe power supply and the economical movement, not only relates the enterprise the benefit, also relates the electrical power system the security and the economical movement as well as the reasonable use energy .the factory power supply design must follow nation each general and specific policies, the design proposal must conform to in the nation standard related stipulation ,simultaneously must satisfy following several basic requests:1、securities-in the electrical energy supply ,assignment and should not have the accident causing personal injury and the equipment accident .2、reliable-should satisfy the electrical energy user to the power supply reliable request . 3、high qualityshould satisfy the electrical energy user to quality the and so on voltage and frequency request .4、economies-power supply system investment must be few, low operating cost ,and saves the electrical energy and the reduced non-ferrous metal consumption as far as possible .in addition, in the power supply work, should reasonably process the bureau and the overall situation, current and is long term and so on the relations, both must consider partial and the current benefit, and must have the total view, can take the entire situation into account, adaptation development. this instruction booklet repairs a vehicle the low electrical power distribution systems for some mechanical factory electricity and the workshop transformer substation design explanation. this workshop main transformer capacity is 630kva,various voltages rank respectively is 10kv and 0.4kv, the workshop load is three kinds of loads. according to designs the project description the request, this design main content includes: the workshop load computation and the idle work compensate; definite workshop transformer substation institute site and pattern; workshop transformer substation host electric coil plan; short-circuit current computation; mainly current collector choice and verification; workshop transformer substation setup ups and anti-radar protection and grounding design and so on .this is my preliminary design, plus all my design data and sources may incomplete, therefore, i instructed by my professors to help me to select some innovative/ newer material, such as the electrical equipment parameter general quotation existing product, the individual parameter. the computation methods are according to “factory power supply design instruction” to stipulate carries on the computation. after those verification and computation from those resources, it can be guarantee to be ore reliable. it is appreciate and grateful that if you (professor) can point out my mistakes, errors, omissions or misunderstand concepts, based on this is my beginner level of energy design that may not be exactly the perfect concept. 目录1、车间的负荷计算及无功补偿2、确定车间变电所的所址和型式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（要求从两个比较合理的方案中优选）4、短路计算，并选择一次设备（尽量列表）5、选择车间变电所高低进出线截面（包括母线）6、选择电源进线的二次回路及整定继电保护7、车间变电所的防雷保护及接地装置的设计8、确定车间低压配电系统布线方案9、选择低压配电系统的导线及控制保护设备10、设计说明书11、车间变电所主结线电路图12、车间变电所平、剖面图13、车间低压配电系统和平面布线图14、结论设计题目及设计依据基础资料一、 设计题目：某机修厂机械加工车间低压配电系统设计二、 设计依据：（见附件）三、 设计内容1、 车间的负荷计算及无功补偿1.1机二车间设备明细统计表设备代号设备名称台数单台容量（kw）功率因数cos效率1220v插座110.80.82220v插座10.60.750.753220v插座10.60.750.754车床11.70.80.85车床13.660.80.86车床11.740.80.87车床15.2250.80.88铣床13.1250.80.89铣床12.9250.80.810铣床11.6250.80.811铣床11.70.80.812车床13.660.80.813车床12.20.80.814车床15.2250.80.815铣床13.1250.80.816铣床12.3250.80.817铣床19.130.850.8518插齿机14.6250.850.8519车床14.6250.850.8520车床14.6250.850.8521车床14.6250.850.8522车床14.6250.850.8523车床14.6250.850.8524车床14.6250.850.8525车床14.6250.850.8526工具磨床11.6250.80.827工具磨床11.6250.80.828小冲床11.50.80.829小冲床11.50.80.830磨床11.50.80.831磨床14.6250.850.8532冲床14.6250.850.8533钻床14.6250.850.8534钻床14.6250.750.7535钻床14.6250.750.7536钻床14.6250.750.7537磨床14.6250.750.7538钻床14.6250.750.7539钻床11.6250.80.840钻床11.6250.80.841钻床11.50.80.842钻床11.50.80.843钻床11.50.80.844钻床14.6250.80.845钻床130.80.846变压器120.80.947变压器120.80.948变压器120.80.949变压器120.80.91.2 工具、机修车间设备负荷计算表设备代号车间名称供电回路代号设备容量（kw）计算负荷p30/kwq30/kvarq30/kvai30/a1工具车间no.14714.10 16.50 21.70 32.98 no.25616.80 19.70 25.89 39.34 no.34212.60 14.70 19.36 29.42 no.43510.50 12.30 16.17 24.57 2机修车间no.515037.50 43.90 57.74 87.72 1.3 装机容量、计算负荷、无功负荷、视在负荷的计算机修厂拟设8个供电主干线，分别为1号干线冷加工机床，2号干线金属加工机床，3号干线插座、220v变压器，4号干线工具间1号，5号干线工具间2号，6号干线工具间3号，7号干线工具间4号，8号干线检修车间。各干线设备装机容量、计算负荷与无功功率等统计如下表：表1-3 负荷计算单元设备编号名称额定容量功率因数效率备注（kw）1号干线4车床1.70.80.85车床3.660.80.86车床1.740.80.87铣床5.2250.80.88铣床3.1250.80.89铣床2.9250.80.810铣床1.6250.80.811车床1.70.80.812车床3.660.80.813车床2.20.80.814铣床5.2250.80.815铣床3.1250.80.816铣床2.3250.80.817插齿机9.130.850.851号干线装机容量pe47.37kw1号干线5台最大设备容量pm26.90kw1号干线计算负荷 p300.14pe + 0.5pm20.08kw1号干线无功计算负荷 q30p30tgp30tg(arccos0.8)15.06 kvar1号干线视在计算负荷 s30(p302+ q302)25.10kva1号干线计算电流 i30s30/(3un)47.67a2号干线18车床4.6250.850.8519车床4.6250.850.8520车床4.6250.850.8521车床4.6250.850.8522车床4.6250.850.8523车床4.6250.850.8524车床4.6250.850.8525车床4.6250.850.8526工具磨床1.6250.80.827工具磨床1.6250.80.828小冲床1.50.80.829小冲床1.50.80.82号干线30小冲床1.50.80.831磨床4.6250.850.8532磨床30.850.8533冲床1.50.850.8534钻床0.60.750.7535钻床0.60.750.7536钻床0.60.750.7537钻床0.60.750.7538磨床2.250.750.7539钻床1.6250.80.840钻床1.6250.80.841钻床1.6250.80.842钻床1.6250.80.843钻床1.6250.80.844钻床1.6250.80.845钻床1.6250.80.82号干线装机容量pe69.90kw2号干线5台最大设备容量pm6.98kw2号干线计算负荷 p300.14pe + 0.5pm21.35kw2号干线无功计算负荷 q30p30tgp30tg(arccos0.8)15.06 kvar2号干线视在计算负荷 s30(p302+ q302)26.69kva2号干线计算电流 i30s30/(3un)50.68a3号干线1220v插座10.80.82220v插座0.60.750.753220v插座0.60.750.7546220v变压器20.80.947220v变压器20.80.948220v变压器20.80.949220v变压器20.80.93号干线装机容量pe10.20kw3号干线5台最大设备容量pm7.85kw3号干线计算负荷 p300.14pe + 0.5pm5.93kw3号干线无功计算负荷 q30p30tgp30tg(arccos0.8)4.45 kvar3号干线视在计算负荷 s30(p302+ q302)7.41kva3号干线c相（略大于a、b相）计算电流 i30s30/(3un)25.25a4号干线1#回路工具车间474号干线装机容量pe47kw4号干线计算负荷 p3014.1kw4号干线无功计算负荷 q3016.5 kvar4号干线视在计算负荷 s30(p302+ q302)21.70kva4号干线计算电流 i30s30/(3un)41.22a5号干线2#回路工具车间565号干线装机容量pe56kw5号干线计算负荷 p3016.8kw5号干线无功计算负荷 q3019.7 kvar5号干线视在计算负荷 s30(p302+ q302)25.89kva5号干线计算电流 i30s30/(3un)49.17a6号干线3#回路工具车间426号干线装机容量pe42kw6号干线计算负荷 p3012.6kw6号干线无功计算负荷 q3014.7 kvar6号干线视在计算负荷 s30(p302+ q302)19.310kva6号干线计算电流 i30s30/(3un)36.77a7号干线4#回路工具车间357号干线装机容量pe35kw7号干线计算负荷 p3010.5kw7号干线无功计算负荷 q3012.3 kvar7号干线视在计算负荷 s30(p302+ q302)16.17kva7号干线计算电流 i30s30/(3un )30.71a8号干线机修车间1508号干线装机容量pe150kw8号干线计算负荷 p3037.5kw8号干线无功计算负荷 q3043.9 kvar8号干线视在计算负荷 s30(p302+ q302)57.74kva8号干线计算电流 i30s30/(3un)109.65a2、 确定车间变电所的所址和形式选择变电所位置就根据下列要求进行技术、经济比较后确定：1、 接近负荷中心，进出线方便。2、 接近电源侧。3、 设备运输方便。4、 不应设在剧烈振动或高温，应远离多尘有腐蚀气体的场所。5、 应远离易燃、爆的场所。本车间变电所供电负荷的性质为三级负荷，年最大有功负荷利用小时数为4500小时。本车间变电所从本厂35/10kv总降压变电所用电缆线路引进10kv电源，电缆线路长度为200m。车间变电所设在机二车间东北角，为机二车间、工具车间、机修车间供电。设高压配电室、变压器室、低压配电室。补偿后的功率因素要求不得低于0.9。短路容量工厂总降压变电所10kv母线上的短路容量为200mva。 保护整定 工厂总降压变电所10kv配电出线定时限过流保护装置的整定时间iop=1.5s。3、车间变电所无功补偿，主变型式、容量和台数及主结线选择方案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。正常工作时，由车间变电所变压器供给本车间用电设备，备用电源可由其他车间变电所提供。根据表1-3负荷计算的数据，无功补偿与变压器容量选择如下表所示：表3-1 无功补偿与变压器容量选择设备编号设备名称装机容量p功率因数计算负荷p30无功负荷q30视在负荷s30计算电流备注（kw）（kw）（kvar）kvaa1号干线冷加工机床47.37 0.820.08 15.06 25.10 38.14 2号干线金属加工机床69.90 0.821.35 16.01 26.69 40.54 3号干线插座、变压器10.20 0.85.93 4.45 7.41 11.26 4号干线工具间1号47.00 0.814.10 16.50 21.70 32.98 5号干线工具间2号56.00 0.816.80 19.70 25.89 39.34 6号干线工具间3号42.00 0.812.60 14.70 19.36 29.42 7号干线工具间4号35.00 0.810.50 12.30 16.17 24.57 8号干线检修车间150.00 0.837.50 43.90 57.74 87.72 各车间总装机容量p457.47kw各车间总计算负荷p30138.86kw各车间总无功计算负荷q30142.62 kvar各车间总视在计算负荷s30200.01kva补偿前的功率因数p30/s300.7电容器容量计算 qc=pjs(tg1-tg2)138.86(tgarccos0.7tgarccos0.9)89.51 kvar选择型号bkmj0.4-15-3并联电容器6只（在图中如何体现？已乘以6）补偿后无功功率q3090142.62-90=52.62 kvar补偿后视在功率sjs=(138.86)2+(52.62)2=148.49kva变压器容量选择(kva) 200kva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：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.ts30=148.49kva,即选一台s9200/10型低损耗变压器，由于车间所有的设备都属于三级负荷，所以一台主变即可。变压器容量为200kva，额定电压10kv，联结组别y，yn0，阻抗电压为4.5%，空载损耗为0.55kw，短路损耗为3.7kw，变压器带外壳。变压器外壳内高压側考虑设置固定电缆用的支架；低压側设置固定母线用的支柱绝缘子，并满足短路时的动热稳定的要求，同时考虑安装零序ct的位置。低压变压器采用环氧树脂浇铸的干式变压器（s-10型），变压器安装在0.4kv配电装置的室内，不设变压器小间。变压器工作环境的最高温度按45考虑。变压器采用低损耗铜芯变压器，其在使用环境条件下能满负荷长期运行，并有一定的过负荷能力。变压器符合gb、dl、iec最新标准的要求，特别是针对干式变压器的iec726和iec551标准对噪声测试的要求。干式变压器正常运行的冷却方式为自然风冷，并提供冷却风扇满足强迫风冷条件下150%的过负荷要求。变压器装设带报警及跳闸的温控设施。变压器外壳中带有防潮加热器。变压器的绝缘等级为f级。低压側中性点直接接地。本车间动力照明均采用三相四线制，车间环境正常，用电设备属于第三类负荷，设备配置较稳定，台数不多，且容量也不大。综合上述因素，采用动力箱向各用电设备配电，低压配电室到各动力配电箱的连线见车间配电系统布线图附图x(是指哪一个图？)。方案比较：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s9200单价7.47万元，变压器综合投资约为单价的2倍，因此其综合投资为27.4714.9万元一样高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查表410得gg1a（f）型按每台3.5万元计，而由表41查得其综合投资按设备价1.5倍，因此其综合投资为21.53.510.5万元一样电力变压器和高压开关柜的年运行费参照表42计算，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）一样交供电部门的一次性供电贴费按800元/ kva,贴费为6300.08万元50.4万元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。ggd2的技术参数额定电压（v）380额定电流a630b630c630额定短路开断电流（ka）35is额定短路时耐受电流（ka）35额定峰值耐受电流（ka）65外壳防护等级ip304、短路计算与一次设备选择4.1配电系统短路计算电路图（如下图示）10kv母线sd(3)=200mva9300.4kv母线0.4kv低压配电室电缆线路200米0.08欧/kmk2点本厂车间配变电所4.2计算低压380kv母线上k2点的三相短路电流和短路容量计算短路电路中各无件的电抗。电力系统的等效电抗xl=uc2/sd=(0.4kv)2/200mva=810-4（电阻不计）电缆的电抗x0=0.08x2=x0l=0.08/km0.2km=0.016 等效电抗为：x2= x2（uc/ uc）2 =6.410-6（电缆等效电抗较小不计）电力变压器的电抗： xtuk%uc2/100.sn=4.5(0.4kv)2/1000.2mva=0.036电力变压器的电阻： rtpk (uc/sn) 2=3700(0.4/200) 2=0.0074（电阻较小不计）0.4kv母线k2点短路时，电抗为xk2=x1 +xt=810-4+7.410-3=8.210-3计算三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有效值：ik2(3)=uc/3xk 20.4kv/38.210-328.16ka三相短路次暂态电流和稳定电流：i(3)i(3)ik2(3)28.16ka三相短路冲击电流及第一个短路全电流有效值。ish(3) 1.84i(3) 1.8428.16ka51.81 kaish(3) 1.09i(3) 1.0928.16ka30.70 ka三相短路容量：sk2(3)3ucik2(3)30.4kv28.16 ka19.51mva短路计算结果如下表： 表41短路计算点三相短路电流（ka）三相短路容量ik2(3)i(3)i（3)ish(3)ish(3)0.4kv侧k2点28.1628.1628.1651.8130.7019.514.3一次设备的选择根据车间动力及照明干线回路及车间负荷性质为三级负荷，因此确定采用型号为ggd配电屏4面，编号p1p4。具体用途如下：p1-进线、备用总柜，设两台框架式断路器，一台负责正常运行时变压器供电给本车间变电所pc配电柜。另一台负责变压器检修或故障时由其他车间变电所引来的低压备用电源供电给本车间用电设备。p2、p3车间配电出线屏，共设3个备用开关。p2p3配备国产优质塑壳断路器，分别为本车间、工具、机修车间动力主干线7路及插座、变压器、照明主干线1路供电，所有断路器的分断能力均大于30ka。车间变电所动力主干线的编号为12，48；插座、变压器、照明主干线编号为3。p4-电容补偿屏。车间结线方式详见车间变电所配电系统主结线图（即系统配置接线图）。（所对应的哪一个图）？ 第 33 页 共 33 页动力配电箱的选择 表4-2 配电箱编号配电箱内编号设备编号名称额定容量计算参数（安）熔断器电流（安）电缆截面mm2电缆型号管径（mm）备注i30iqd/aie.r（kw）1号干线014车床1.74.04 11.30 152.50 vv15025车床3.668.69 24.33 302.50 vv15036车床1.744.13 11.57 152.50 vv15047铣床5.22512.40 34.73 402.50 vv15058铣床3.1257.42 20.77 302.50 vv15069铣床2.9256.94 19.44 202.50 vv150710铣床1.6253.86 10.80 152.50 vv150811车床1.74.04 11.30 152.50 vv150912车床3.668.69 24.33 302.50 vv151013车床2.25.22 14.62 152.50 vv151114铣床5.22512.40 34.73 402.50 vv151215铣床3.1257.42 20.77 302.50 vv151316铣床2.3255.52 15.45 202.50 vv151417插齿机9.1319.20 53.76 604.00 vv152号干线0118车床4.6259.73 27.23 302.50vv150219车床4.6259.73 27.23 302.50vv150320车床4.6259.73 27.23 302.50vv150421车床4.6259.73 27.23 302.50vv150522车床4.6259.73 27.23 302.50vv150623车床4.6259.73 27.23 302.50vv150724车床4.6259.73 27.23 302.50vv150825车床4.6259.73 27.23 302.50vv150926工具磨床1.6253.86 10.80 152.50vv151027工具磨床1.6253.86 10.80 152.50vv151128小冲床1.53.56 9.97 102.50vv151229小冲床1.53.56 9.97 102.50vv151330小冲床1.53.56 9.97 102.50vv151431磨床4.6259.73 27.23 302.50vv151532磨床36.31 17.66 202.50vv151633冲床1.53.15 8.83 102.50vv151734钻床0.61.62 4.54 52.50vv151835钻床0.61.62 4.54 52.50vv151936钻床0.61.62 4.54 52.50vv152037钻床0.61.62 4.54 52.50vv152138磨床2.256.08 17.02 202.50vv152239钻床1.6253.86 10.80 152.50vv152340钻床1.6253.86 10.80 152.50vv152441钻床1.6253.86 10.80 152.50vv152542钻床1.6253.86 10.80 152.50vv152643钻床1.6253.86 10.80 152.50vv152744钻床1.6253.86 10.80 152.50vv152845钻床1.6253.86 10.80 152.50vv153号干线011220v插座0.817.1019.89202.50vv150246变压器0.8212.6335.35404.00vv15032220v插座0.750.64.8513.58152.50vv15043220v插座0.750.64.8513.58152.50vv150547变压器0.8212.6335.35404.002.50vv150648变压器0.8212.6335.35404.00vv150749变压器0.8212.6335.35404.002.50vv15毕4动力配电箱参数选择计算举例1（以1号干线17#设备插齿机为例） (1)设备的计算负荷 17号设备容量pe9.13kw。