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；目录1车间配电与线路敷设方式的确定111车间概况112车间配电方式的确定113车间配电线路敷设方式确定与导体的选择2131配电线路敷设方式确定2132导体的选择22负荷计算321电气设备分组与支干线、干线回路数确定3211电气设备分组3212支干线、干线回路数确定322分组、干线负荷计算3221单台用电设备负荷计算3222分组用电设备负荷计算6223干线负荷计算723车间配电室总负荷计算9231其他车间负荷计算9232总负荷计算103主要电气设备与线路截面选择1131导线截面选择11311支线导线截面积选择11312干线导线截面积选择1232变压器选择1333开关电器与保护元件选择13331低压熔断器的选择13332低压配电箱的选择14333低压开关柜的选择154校核1641线路电压损失校核1642线路热稳定校核17421阻抗的计算17422短路电流的计算17423校核1743保护接零可靠性校核18431变压器各序阻抗确定18432各段导线的阻抗计算18总结19参考文献201车间配电与线路敷设方式的确定11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05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110米；车间环境特征，正常干燥环境。12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602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。13车间配电线路敷设方式确定与导体的选择131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05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110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。132导体的选择根据低压配电设计规范GB5005495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21电气设备分组与支干线、干线回路数确定211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。212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。22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。221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QJSQJSPJSTG（式21）式中QJS为无功计算负荷（KVAR）；TG为用电设备的平均功率因数COS06对应的正切值PJS为有功计算负荷（KW）。视在负荷SJSSJS（式22）JSJJSJQP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23）EJSUS3式中IJS为计算电流（A）；SJS为视在负荷（KVA）；UE为电压380V。按式21,22,23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21。表21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）COSQJS（KVAR）SJS（KWA）IJS（A）110125112506149618722844220752310630738458337625847061127141021424762584706112714102142576258470611271410214265625625068311040158074625514066848561301846255140668485613019462551406684856130110462551406684856130111462551406684856130112462551406684856130113312534706462578878141012511250614961872284415762584706112714102142168594406125615712387173125347064625788781831253470646257887819175194062583234912033330644355484221333306443554842221314440619212403365123912510140613491688256524414560660675811522544440659173911232617189062513144772706067060891111692820单相220伏60095198063189599292424095792252738393045450951485473972003131935440647145898896132357396706527666011002933101111061478184928093470777806103451294319665222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22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）1339745195653858923431456657118677325634426647497471296416219246425777810345129431966563610480360089128786011441431217482914387648497367912942571358420639223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24）2BACDKPLC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。LK21AKLL系数A按公式22计算（式25）MIIN1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IKDPKJNIJN五入的原则取整数；第I种功率设备的台数。IN系数B按照公式23计算（式26）MIIKNB12系数C按照公式24计算（式27）5LC在采用“ABC”对设备进行功率计算时，一般要求设备台数大于35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23表23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C6301101251012515管螺纹车床Q11917625762516摇臂钻床Z351858517圆柱立式钻床Z504013125312518圆柱立式钻床Z504013125312519立式砂轮S35L350117517520牛头刨床B66513321牛头刨床B66513322万能升降台铣床X63WT1131323立式升降台铣床X52K19125912524滚齿机Y381414125插床B503214428电极式盐浴电阻炉120单相220伏20RYD201329井式回炎电阻炉12424RJJ246A30箱式加热电阻炉14545RJX459表24NO3供电回路负荷计算参数表编号PI（千瓦）NIKINIKI21I1101251333276251333385133343125111053125111061751110731110831110913144610912513331141111012411101320单相220伏12020190142418828152518828由式22得2331A由式23得64122B经计算042LK由式24得314205C460TANTANTAN211LLKA由式21得KWPJS18233WQJSJS54608TA1利用ABC法，相同步骤可以分别求出其他回路的负荷，如表25所示。表25机械加工车间一计算负荷表组号P（千瓦）JSQ（千瓦）JSSJS千瓦IJSA备注NO供电回O供电回路2168176243314047注1NO供电回路311854129719706325282注1NO2供电回路大设备居多，在选择利用系数时选择，数据由工厂051TAN,7COS,40LK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。90TKVASJS387541762186392IJS588AEJU23车间配电室总负荷计算231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26所示表26机加二、铸造、铆焊、电修等车间计算负荷计算负荷序号车间名称容量（千瓦）P30（千瓦）Q30（千乏）S30（千伏安）计算电流（安培）1机加工二车间NO1供电回路NO2供电回路1551204653654442121271842铸造车间NO1供电回路NO2供电回路NO3供电回路160140180645672653571273442753973铆焊车间NO1供电回路NO2供电回路1501704551891100982133084电修车间NO1供电回路NO2供电回路1501462454385798977851812624593556031计算转供车间的负荷，应将表中的总负荷再乘以，90TKVASJS6529031564922232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。KVASJS103693560283459223主要电气设备与线路截面选择31导线截面选择311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31所示（式31）NJSUS3式中计算电流；JSI视在计算负荷；JSS设备额定电压。NU由公式25可以求出通过各个设备导线的计算电流，如表24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10MM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15MM）表31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）128443862583151532142284421422845214228461580222571301151581301151591301151510130115151113011515121301151513878151514284438615214228416238728417878151518878151519491151520842151521842151522365138623256528424115215152511231515264771515271691515289599107352938395310307200882531896110735321002910735332809386341966521095综上所述2，7，8，9，10，11，12，13，17，18，19，20，21，24，25，26，27选择BV151515；3，4，5，6，15，16选择BV3252215；23选择BV42815；1，14，22，33选择BV63815；29选择BV105320；30选择BV258832；28，31，32选择BV3510732；34选择BV9521050312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05M，地中最热月份平均温度为25。表32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659911535NO2供电回路243369340185NO3供电回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BV3511532NO2供电回路导线型号为BV18534070NO3供电回路导线型号为BV952259532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。KVASJS10369356028345922对总变压器选型时要考虑变压器余量，所以KVAJS1068总IJS1968A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SL71600/10型变压器，阻抗电压55,空载电流15。33开关电器与保护元件选择331低压熔断器的选择熔断器选择的计算公式如公式（式32）JSR32105根据公式32，根据，计算出熔断器的熔体电流，从而选择熔断器的型号。JSI设备电流熔断器型号选择如表33所示表33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128445688RT0100/6025831166RL115L160/50421424284RL160/50521424284RL160/50615803016RL160/35713012602RL160/30813012602RL160/30913012602RL160/301013012602RL160/301113012602RL160/301213012602RL160/30138781756RL160/201428445688RL160/601521424284RL160/501623874774RL160/50178781756RL160/20188781756RL160/2019491981RT050/10208421884RT050/20218421684RT050/202236517302RT0100/80232565513RT0100/602411522304RT0100/302511232246RT0100/3026477954RT050/1027169338RT050/528959919198RT0200/2002938397678RT0100/80307200142RT0200/15031896117922RT0200/200321002920058RT0400/2503328095618RT0100/6034196653933RT0400/400332低压配电箱的选择XL21系列动力配电箱适合工业和民用建筑中作交流频率为50HZ，电压500V及以下，三相四线电力系统的动力配电和照明配电用，各支干线配电箱的具体选择如下表。表34各支干线的配电箱选择组号配电箱型号方案编号1XL21RL160112XL21RL160113XL21RT050454XL21RT0400415XL21RT0400276XL21RL160117XL21RT050458XL21RT0100449XL21RT020042333低压开关柜的选择根据表32各干线的计算电流和和转供回路的计算电流选择所需要的低压配电箱的型号如表36所示。表36各车间的开关柜型号序号车间名称方案编号额定电流（安培）主要电器设备1机加工二车间BFC20E12200DW5200型自动空气开关LMZJ105型电流互感器2铸造车间BFC20E14400DW5400型自动空气开关LMZJ105型电流互感器3铆焊车间BFC20E14400DW5400型自动空气开关LMZJ105型电流互感器4电修车间BFC20E14400DW5400型自动空气开关LMZJ105型电流互感器5NO1供电回路BFC20E13100DW5100型自动空气开关LMZJ105型电流互感器6NO2供电回路BFC20E14400DW5400型自动空气开关LMZJ105型电流互感器7机加工一车间NO3供电回路BFC20E12200DW5200型自动空气开关LMZJ105型电流互感器4校核41线路电压损失校核在电流的输送过程中，由于导线的阻抗和各开关等电气设备的原因为带来电压损失，这是不可避免的，为了保证正常的供电，以下多电压进行校核。一条主回路中有很多组用电设备，以回路1为例进行电压损失校核。P1、Q1、P2、Q2、P3、Q3表示线路的上各组的有功功率和无功功率，P1、Q1、P2、Q2、P3、Q3表示各组负荷的有功功率和无功功率，R1、X1、R2、X2、R3、X3表示各段线路的电阻和电抗。离主线最远的依次是第三组设备P3P3Q3Q3第二组设备P2P2P3Q2Q2Q3第一组设备P3P1P2P3Q3Q1Q2Q3各段线路的电压损失分别为NUXR11P22NXQR33线路总的电压损失为NIINUXQRPRQXR321321电压损失百分值为210NIIUXRP式中PI各段线路的有功功率，KWQI各段线路的无功功率，KWRI各段线路的电阻，；XI各段线路的电抗，；UN线路的额定电压，KV；根据表22中数据的P1P1P2P317913KW，P2P3P217266KW，P3P38589,Q1Q1Q2Q323824KW，Q2Q2Q322964，Q3Q31143KW,根据了李友文工厂供电附录10中查得，R0061，X00092。带入计算得到575。同样计算得到回路2中，U125，回路3中2295,对于回路1不符合要求的原因事导线过细造U成的，所以应选择粗点的导线BV5013640，此时445，符合要求。42线路热稳定校核421阻抗的计算支干线的最危险点的阻抗包括电源阻抗（SD200MVA）、架空线路阻抗（架空线路长度L300M,K04/KM）及变压器阻抗（变压器型号为SJL11600（KVA）,额定容量SB1600KVA，阻抗电压U55）。E线阻ZL变压器ZB设备ZF图31三相短路电流等效图电源阻抗ZN0866DSU23架空线路阻抗ZL012K变压器阻抗ZB000496SPU2式中U为380V。设备的阻抗包括开关的触头阻抗R1、自动空气开关过电流线圈的电抗R2和X2电抗、电流互感