工厂供电课程设计--某锅炉房的配电设计.doc

第一章 设计意义和方案论证 本次课程设计是对某锅炉房的配电设计，共分为锅炉房的动力工程、照明工程及防雷、接地工程的设计,课程设计是学习过程中的重要环节，课程设计可以巩固所学理论知识，掌握配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力及建筑行业的有关政策、方针、技术规范有了一定了解，在计算、绘图等方面也得到了训练，为今后更好的工作奠定基础。锅炉房电气设计强电部分的设计主要包括低压配电系统、动力照明干线系统、配电箱系统和导线电缆的敷设等，这一部分设计的基本要求是可靠性、灵活性、安全性。通常在设计中只要满足规范的要求就基本上能满足上述三点要求，但经济性同样是设计电气各系统的重要原则。考虑经济问题时，必需从整个建筑的全局出发，根据建筑本身的特点，经济合理地设计电气的各系统，然而可靠性与经济性二者之间既有矛盾的一面也有统一的一面，如果过分强调可靠性，以配电系统为例，大部分设备由变配电所低压母线放射式供电，势必造成设备增多，投资增大，导致不必要的浪费，使经济性下降；如果过分强调经济性，减少设备，简化结线，就必然会影响可靠性，当发生事故时会造成较大面积的停电，从而又会带来损失，可见这样的结果是不但降低了可靠性，同时经济性也降低。因此在处理这些矛盾时，应当先满足可靠性的同时再提高经济性。为了降低设计电气设备的成本下面两个方面分析：1）减少低压柜的出线回路当我们做一个工程的电气设计时，首先将负荷的种类和位置确定，将同一区域内相同性质的负荷，由低压母线馈出的一个回路供电，这里的同一区域可以是同一层内，也可以是不同楼层但轴线位置相同的区域，这样做可以减少低压柜的出线回路，减少低压柜的台数，降低设备成本，缺点是当出线端故障或馈电回路检修时会造成大范围的断电。然而此种情况在现实中发生的可能性非常低。 2）正确选择需要系数，同时系数以及功率因数需要系数直接影响到电气设备的投资。功率因数选用是否准确直接影响到计算电流，从而影响电缆（导线）、保护开关的大小；需要系数选用是否准确亦直接影响到计算电流，从而影响电缆（导线）、保护开关的大小；同时系数取值还直接影响变压器大小的选择，若取值偏大而选择大容量变压器时，会造成将来变压器运行时损耗的增大。因此在实际的设计中一定要调查研究在实际中同类设备运行时的情况，合理选用计算系数。第二章 负荷计算与电缆的选择第一节 负荷计算按需用系数法确定计算负荷：本设计共15台设备，其名称及容量如表1-1所示表2-1 设备一览表设备序号设备名称设备容量/KW1M1#循环水泵372M2#循环水泵373M3#循环水泵374M1#盐泵45M2#盐泵46M1#炉引风机757M1#炉鼓风机5.58M2#炉引风机759M2#炉鼓风机5.510M给煤机5.511M给煤机5.512M1#除渣机1.513M1#除渣机1.514M1#炉排机5.515M1#炉排机5.5由于在实际工作中配电线路上的用电设备组的多台设备不可能都同时运转，而且即使运行的设备又不可能都是满负荷，因此对工业用电设备组负荷计算，可采用需要系数法计算。见表2-1所示。将全厂用电设备的总容量（不计备用设备容量）乘上一个需用系数就得到全厂的计算负荷，按需用系数法确定三相用电设备的有功计算负荷时，就是将三相用电设备的总容量乘以一个需用系数，即： （2-1）式中 设备总容量（不计备用的容量），KW； 需用系数，它与用电设备的工作性能、设备台数、设备效率和线路损耗等因素有关。当设备台数较多时，需用系数值一般比较低；如果设备台数较少时，则需用系数值就应该适当地取大。如果只有一两台设备，则需用系数可取1，即有功计算负荷可认为等于设备容量。相应地，在设备台数较少时，功率因数也应该适当地取大。利用公式（2-1）确定了三相用电设备组有功计算负荷以后，必要时可按下式确定无功计算负荷： 按下式确定视在计算负荷： 按下式确定计算电流： 式中 三相用电设备的额定电压（KV）；和用电设备组的平均功率因数及对应的正切值。表2-2用电设备组的需要系数及功率因数值用电设备组名称需用系数Kx最大容量设备台数n通风机、水泵、空压机及电动发电机组电动机0.750.8550.80.75锅炉房和机修、机加、装配等类车间的吊车（）0.10.1530.51.73电弧熔炉0.9-0.870.57自动弧焊变压器0.5-0.42.29生产厂房及办公室、实验室照明0.81-10变电所、仓库照明0.50.1-10宿舍（生活区）照明0.60.8-10室外照明1-10利用以上公式具体计算过程如下： 此处3台循环水泵，2台补水泵。查附录得 取 又 可得 下面进行分组负荷计算：以下设备需用系数均取1，即有功计算负荷可以认为等于设备容量，此处是经过补偿后的功率因数，具体见无功功率的补偿，以下均同。1、2、3、循环水泵 =97% 1、2补水机 =98% 1、2鼓风机 =97% 1、2引风机 =97% 1、2给煤机 =97% 1、2除渣机 =95% 1、2炉排机 =98% 第二节 无功功率的补偿一般工业电气设备，由于采用大量感应电动机及变压器，电源除供给有功功率外尚需要供给大量的无功功率。由于无功电流通过线路系统，导致配电设备未能得到充分利用，为保证降低电网中的无功功率，提高功率因数，保证有功功率的充分利用，提高系统的供电效率和电压质量，减少线路损耗，降低配电线路的 成本，节约电能，通常在低压供配电系统中装设电容器无功补偿装置。一、补偿设备放置设电容器的位置时，需综合考虑开关装置、建设投资、功率因数、控制、管理等因素。并联接在电动机端子侧的电容器，应采取与电动机同时启动与停止的控制方式，当电容器容量较大时，对电动机控制具有发电过电压作用，对再次投入时的发生过渡扭矩应充分注意。二、平均功率因数的计算设计中的或刚投产不久的工厂，由于无法得知其有功功率和无功功率电能消耗量，因此只有按工厂的计算负荷来估算。因 故 式中 和 工厂的有功功率计算负荷（kw）和无功计算负荷（KVar） 和 有功和无功负荷系数（平均负荷与计算负荷之比值），一般按负荷情况选取： 0.70.8；0.750.85 具体计算过程如下：取 ，则 三、并联电容器的选取 在算出出工厂的平均功率因数以后，就可确定是否要人工补偿。则按供电规则规定采取人工补偿措施。要使功率因数由提高到时所需的补偿电容器为：式中 所需电容器组的总电容量，Kvar； 平均负荷率，计算时取0.70.85； 计算有用功负荷（最大有用负荷），KW； 补偿前、后功率因数的正切值。在三相系统中，当单个电容器的额定电压与电网电压相同时，电容器应按三角形接法；当低于电网电压时，应将若干单个电容器串联接成三角形3。按三角形联接时，单相电容器总台数为每相电容器的台数为式中 三相所需总电容器的容量,KVar； 单个电容器的容量,KVar； 电网工作电压，V； 电容额定电压，V。按照功率因数由0.75提高到0.92时得需要电容器的容量可求得 式中，。按照电网电压，查电气建筑设备手册选额定电压0.4KV，额定容量11KvarYYTH型单相油浸移相电容器。每相电容器的台数为第三节 导线和电缆的选择一、选择导线材质电线、电缆一般采用铝线芯。濒临海边及有严重盐雾地区的架空线路可采用防腐型钢铝敷线。下面场合易采用铜芯电线及电缆。重要的操作回路及二次回路；移动设备的线路及剧烈震动场合的线路；对铝有严重腐蚀而对铜腐蚀轻微的场合；爆炸危险场所有特殊要求者。二、导线线芯导电线芯通常是采用高导电率的铜或铝制成的，按照电缆线芯的芯数，有单芯、双芯、三芯和四芯等几种。单芯电缆一般用来输送直流电，单相交流电引出线。双芯电缆用于输送直流电和单相交流电。三芯电缆用于三相交流电网中，是应用最广的一。四芯电缆的第四芯（称中性线芯），主要通过不平衡电流，因此截面仅为一根主线芯的40%60%。三、电缆截面选择的原则在生产中，为了供电系统的安全可靠，经济合理的运行，应以安全，经济，质量和动态作为选择导体截面的一般的指导原则，并应满足下列条件：1）发热条件：导线和电缆长期通过最大恒定电流（计算电流）使导体工作的温度不应超过产品标准中规定的允许最高工作温度。2）电压损失：导线和电缆长期通过最大恒定电流时线路中的电压损失不应超过有关规定的正常运行时的电压损失。3）经济运行：对于高电压线路和特大电流的低压线路应按规定的经济电流密度选择导线截面，以使电能损耗最小。4）机械强度：导线和电网的截面不应小于某一敷设条件下规定的最小截面，以满足机械强度的要求。5）热稳定性，电缆发生故障时按热稳定性校验选择的截面应大于热稳定性最小截面。本设计中由于工作条件及其特殊的工作环境，需要用到比较特殊的电缆绝缘。在设计中需要用到电缆的场合只有启动设备，而橡胶绝缘及对应的护套完全能够满足本设计的要求，所以本设计选用聚氯乙烯作为本设计中电缆的护套或外护层，根据实际需要本设计电缆芯均采用铜芯，采用四芯进行供电，所以所采用的都是BV0.4KV。四、电线及电缆的载流量根据2.1节计算的电流值，查建筑电气手册如附录所示可以找到相应的主芯和中性线的截面积。表2-3聚氯乙烯绝缘电线明敷设的载流量（A） 主线芯截面/mm2中性线截面/mm2 0.4KV(四芯)25303540铜芯1.01.0191716151.51.0242220182.51.03229272541.54239363362.55551474310475706459166105989083251013812911910935161701581471345025215201185170照明电源的计算电流半小时最大值是26.2A，所以选BV34+11.5；1、2、3循环水泵的计算电流是63A，所以选BV316+16；1、2补水泵的计算电流是6.9A，所以选BV31+11；1、2炉鼓风机的计算电流是9.5A，所以选BV31+11；1、2炉引风机的计算电流是130A，所以选BV335+116；1、2给煤机的计算电流是9.5A，所以选BV31+11；1、2除渣机的计算电流是2.73A，所以选BV31+11；1、2炉排机计算电流是9.5A，所以选BV31+11；五、影响载流量的因素1）绝缘材料的最高运行温度表2-4各类绝缘最高运行温度绝 缘 类 型温度限值（）聚氯乙烯（PVC）70（导体）交联聚乙烯（XLPE）90（导体）乙丙橡胶（EPR）90（导体）矿物绝缘（PVC护套或可触及的裸护套）电缆70（护套）矿物绝缘（不允许触及和不与可燃物相接触的裸护套电缆）105（护套）表2-3列出的是额定电压不超过交流1KV或直流1.5KV无铠装电缆和绝缘导线的最高运行温度。对电线的最高运行温度，是指导体的温度，不是绝缘材料表面的温度，绝缘材料表面的温度低于导体的温度，而且和通风条件有关，通风越好，绝缘材料表面的温度越低。2）电缆敷设方式校正系数电缆敷设方式非常多，以桥架为例，可敷设在无孔托盘内、有孔托盘内、托架上、梯架上，有盖或无盖。敷设方式不同，校正系数也不同，这里不再列举。工程中发现大量采用有盖无孔托盘式桥架，这对电缆散热是不利的。在不需要电磁屏蔽、不需要防小动物的场所，建议采用无盖有孔托盘式桥架；当电缆垂直敷设时，则应采用梯架式桥架。第四节 电缆的敷设电缆桥架配线是配线的新型构件，广泛应用于炼油、化工、轻工、纺织、机械、冶金、电力等单位，而且为广播、电视、国防、医学、船舶等单位普遍使用。为了进一步满足国家建设需要和根据设计部门的要求还供有关设计、科研部门和工厂的选用。桥架是由托盘、梯架的直线段、弯通、附件以及支、吊架等构成，用以支撑电缆具有连续的刚性结构系统的总称。本设计选用托盘式直通桥架XQJP01，托盘式水平弯通XQJP02和托盘式水平三通XQJP03.在本次设计中，照明部分大部分是室内照明。室内照明线路按布线方式又分为：明敷导线直接或穿管（或其他保护体）敷设于墙壁、顶棚的表面、支架等处；暗敷导线穿管敷设于墙壁，顶棚，地坪等处的内部，或在混凝土板孔敷线等。此外，照明线路的回路、分支干线和干线敷设方式也有不同。第三章 配电柜设计 第一节 低压配电柜概述利用隔离开关、接触器、继电器电机的运作进行控制，达到简便快捷的效果。方案适应工厂机台操作需求，方便工人进行手动与自动操作。设计说明： 该锅炉房相关低压配电系统属三级负荷，采用由厂方提供的380/220V三相四线制电源TN-C系统配电。考虑到启动锅炉的负荷较大,故设置专用低压配电室。采用动力设备与照明系统共用母线的接线方式。锅炉辅助设备放射式配电，其他如照明系统树干式配电。配电柜选用XL-21非标低压配电柜，锅炉辅助设备按照功能类别及功率大小由不同的配电柜配电，采用落地安装。第二节 电器设计的规格选择一、隔离开关 在电路中隔离开关起着断开电源与负载的作用，其规格选择主要是能承电路中的短路电流，在设计中配电柜的短路电流为 所以有隔离开关的规格选择为HR3-500/34熔断式隔离开关“-500”-为约定发热电流(A)；“/3”中的3为3极，4为带灭弧室。二、塑壳断路器电动机在起动瞬间有一个1020s的启动尖峰电流是额定电流的47倍。避开电动机起动时所引起的这个尖峰电流，保护单台电动机的断路器，要有个7倍额定电流下的可返回时间电动机实际起动时间的考核指标。对于接有几台电动机的配电线路上的断路器，要考虑3倍额定电流下的可返回时间线路中最大起动电流的电动机的起动时间。可返回时间一般有l15s数档，在设计时可按电动机实际起动时间选用其中的一档。作为支线上使用的断路器，可以仅满足额定极限短路分断能力即可。现在出现的较普遍的偏颇是宁取大，不取正合适，认为取大保险。但取得过大，会造成不必要的浪费（同类型断路器，其高分断型，比普通型的价格要贵出许多)。因此支线上的断路器没有必要一味追求它的运行短路分断能力指标。三、交流接触器交流接触器： 380V 额定电流：铭牌额定电流是指主触点的额定电流持续运行的设备，接触器按67-75%算.即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流是67-75A以下的设备。当接触器安装在箱柜内，由于冷却条件差，电流要降低1020%使用。 综合以上所述得，三相交流接触器的选择如下：额定电压：380V额定电流：循环泵电机：63A；补水机电机：6.9A;鼓风机电机：9.5A；引风 机电机：130A；给煤机电机：9.5A；除渣机电机：2.73A；炉排机电机：9.5A。.线圈的额定电压:220V操作频率：最大600次/h辅助触头的工作电流 ：0.5mA对应型号：B105;B16;B16;B150;B16;B16;B16。四、热继电器额定电流：循环泵电机：63A；补水机电机：6.9A;鼓风机电机：9.5A；引风 机电机：130A；给煤机电机：9.5A；除渣机电机：2.73A；炉排机电机：9.5A。对应热继电器为：T105;T16;T16;T150;T16;T16;T16。第四章 避雷保护及保护接地第一节 防雷设计的基本原则雷电电磁脉冲(Lightning Electromagnetic Pulse)，简称LEMP，是天空打雷时产生的作为干扰源的强大闪电流及其电磁场。它的感应范围很大，对建筑物、人身和各种电气设备及管线都会有不同程度的危害。这种危害就是雷电电磁脉冲所产生的干扰。外部防雷装置（即传统的常规避雷装置）由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。接闪器有（也叫接闪装置）三种形式：避雷针、引下线和避雷网，它位于建筑物的顶部，其作用是引雷或截获闪电，即把雷电流引下。引下线，上与接闪器连接，下与接地装置连接，它的作用是把接闪器截获的雷电流引至接地装置。接地装置位于地下一定深度之处，它的作用是使雷电流顺利流散到大地中去。内部防雷装置的作用是减少建筑物内的雷电流和所产生的电磁效应以及防止反击、接触电压、跨步电压的二次危害。和外部防雷装置外，所有未达到此目的所采用的设施、手段和措施均为内部防雷装置，它包括等电位连接设施、屏蔽设施、加装的避雷器以及合理布线和良好接地等措施。第二节 避雷针保护范围的计算避雷针一般用镀锌圆钢或镀锌焊接钢管制成。针长lm以下时，圆钢直径不得小于12mm .钢管直径不得小于20mm;针长在12m时，圆钢直径不得小于16mm ,钢管直径不得小于25mm;针长2m以上时，可用粗细不同的几节钢管焊接起来。 根据工厂的设计要求，本设计选用避针作为避雷装置。.图4-1 单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围计算：1） 避雷针在地面上的保护半径为：r=1.5h式中r保护半径（m）；h避雷针的高度（m）。2） 在被保护物高度水平面上保护的半径应按下式确定：当时 (4-1)当时， (4-2)式中避雷针在h水平面上的保护半径（m）被保护物的高度（m）；避雷针的有效高度（m）；p高度影响系数， h30m，p1；当30h120m时，（高度及半径均以m计）。本设计中最高建筑物烟囱为35m，因此需在烟囱上安装避雷针，已知烟囱的直径为2m，取保护半径为15m。由式(4-1) 其中 代入数据可得： 计算得h=40，经折线法计算所有建筑都在保护范围内，同时在烟囱顶部环绕一圈避雷带。第五章 电气照明设计电气照明设计有照明设计和电气设计两部分组成。电气设计应满足照明设计得恶要求而照明设计则应与建筑设计紧密配合。照明设计的目的是根据具体场合的要求，正确地选择光源和灯具，确定合理的照明形式和布灯方案，在节约能源和建筑资金的条件下，来获得一个良好的学习工作环境。照明设计可以烘托建筑造型，可以美化环境，发挥建筑的功能，体现建筑艺术美学，是建筑中不可缺少的一部分。第一节 照明方式的选择1）当不适合装设局部照明或采用混合照明不合理时，宜采用一般照明。2）当某一工作区需要高于一般照明照度时，可采用分区一般照明。3）对于照度要求较高，工作为值密度不大，且单独装设一般照明不合理使宜采用混合照明。4）在设置局部照明的场所，仍要有一般照明，否则会影响视觉功能。第二节 照明器的选择与布置1）照明器选择光源选择照明器，首先要选择照明器所配用的电光源。光源的种类应按照照明的要求，使用环境条件和光源特点来选用。按使用环境条件选择在正常环境中，宜采用开启型照明器。在潮湿和特别潮湿的场所，宜选用密闭型防水防尘灯和带防水灯头的开启型照明器。在有腐蚀性气体和登记的场所，应选用耐腐蚀性材料制成的密闭型照明器。在有爆炸和火灾危险的场所，应按其危险场所的等级选择相应的照明器；含有大量粉尘但非爆炸和火灾危险的场所，应采用防尘照明器。本设计配电间、休息室选用YG2型荧光灯链吊式安装，泵间、锅炉房选用广照型防水防尘灯安装，雨篷选用吸顶灯。2）照明器的布置照明器布置是确定照明器的空间位置，它包括高度布置和水平布置两部分。照明器的布置不但与光的投射方向、工作面的照度、照度的均匀性、眩光的限制以及阴影等都有直接关系，而且它的合理性还影响到照明安装容量和初投资费用，以及维护检修方便与安全。照明器的悬挂高度主要考虑防止眩光，还要注意防止碰撞和触电危险。为防止眩光，保证照明质量。建筑电气设计技术规程（JGJ16-83）规定了照明灯具距地面最低悬挂高度，见附录表。 第三节 电光源的选择和安装功率电光源的选择：1）满足使用场所对显色指数要求，并考虑色表。2）考虑节能，力求选择高效光源。3）考虑限制眩光，开关频率程度等因素。电光源的安装：本次设计中的照度计算是平均照度计算，常用的方法是比功率法，它适用于均匀一般照明的照度计算。对一般民用建筑和生活福利设施及环境而反射条件较差的小型生产厂房，可采用此方法进行照度计算；此外，还广泛应用于方案设计中。当计算房间内的最低照度时，必须引入最低照度系数Z。最低照度系数是指：工作面上的平均照度与最低照度之比，其公式为: （5-1）Z 最低照度系数； 工作面上的平均照度（lx）； 工作面上的最低照度（lx）；比功率法又称单位容量法，所谓比功率（单位容量）是指每单位被照面积上所需的光源安装功率，其计算公式为： （5-2）比功率取决于照明器的型号、最低照度、计算高度h、房间面积以及顶棚、墙壁、地面的反射系数等因素。已知工厂的厂房的面积如下：休息室房间面积15平方米、雨蓬面积2平方米、配电室面积15平方米、泵间的面积56平方米、锅炉间的面积94平方米。最低照度系数由工程手册查得为1.28。表5-1部分照明器的最大允许距离比照明器 型号 光源种类及容量/W 最大允许值 最低照度系数 L/h A-A B-B Z值配照型 B150 1.261.33照明器G125 1.411.29广照型G125 0.981.32照明器B200，150 1.021.33深照型B300 1.401.29照明器G250 1.451.32B300，5001.401.31简式荧光灯YG1-1 140 1.621.22 1.29YG2-1 1.461.28 1.28吸顶式YG6-2 240 1.481.22 1.29荧光灯YG6-3 340 1.5 1.26 1.30嵌入式YG15-2240 1.251.20 荧光灯 YG15-3 340 1.071.05 1.30搪瓷罩DD3-1000 1000 1.25 1.40 卤钨吊灯DD1-1000 1.081.33简式双层DD6-1000 0.621.33房间软低关且反向条件较好灯排数3 1.151.2灯排数31.10其它白炽灯（B）布置合理时 1.11.2 由上表得知计算高度为h=2.5-0.75=1.75m用比功率计算收发室所用照明器数量：在休息室照明器均选用的双管荧光灯240W, 通过附录选用工作面上的平均照度为75lx。由式（5-1）得工作面上的最低照度为58.61（lx），在根据附录所示查得，比功率为8.4W/m