学校工厂供电课程设计.doc

青岛大学09级电气工程及其自动化专业课程设计 青 岛 大 学课程设计题 目： 图书馆供电系统设计 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 09级 学生姓名： 王保栋 学 号： 200932902038 指导教师： 袁喜国 2011年12月目录摘要2引言3设计任务4第一章 负荷计算51、负荷计算的目的及方法52、各楼层用电负荷统计63、图书楼楼总负荷计算7第二章 图书楼结线方案比较和选择71、方案选择8第三章 导线型号及截面的选择121、导体材料的选择122、导线的计算选择123、中性线的选择14第四章 低压设备的选择141、开关和互感器的选择142、图书馆二次接地装置的设计16第五章 图书楼的防雷保护181、避雷带182、引下线193、接地极20第六章 课程设计心得体会21参考文献22摘要根据图书楼的负荷性质、负荷大小和负荷的分部情况，确定对楼座安全、可靠、经济的配电问题的解决方案。在分析几种接线方式优缺点的基础上，提出了采用树干型的接线方案，并通过设计和配盘，解决了图书楼负荷小但负荷可靠性要求高的问题；并根据学校供电时间较集中供电可靠性要求较高的特点，需在设计过程中妥善解决问题。针对我校图书楼所处的位置为雷击多发区的特殊情况，需要妥善处理防雷和接地的问题。关键词：工厂供电 负荷计算 防雷 供电箱（盘）及线路引言电是最基本的能源，不仅人民生活需要电，企业生产需要电，整个人类社会的进步更需要电；今天，我国经济高速发展，我们整个生活、生产乃至社会将进入电气化的新时代，电能已成为工业、农业、交通运输、国防科技及人民生活等各方面不可缺少的能源；电力工业的发展水平，是一个国家经济发达程度的重要标志。电力工业必须优先于其它工业的发展而发展，其建设和发展的速度必须高于国民经济生产总值的增长速度，只有这样，国民经济各部门才能够快速而稳定地发展。我国的电力工业已居世界前列，但与发达国家相比还是有一定的差距，我们人均电量水平还很低，电力工业分布也不均匀，还不能满足国民经济发展的需要。电力市场还未完善，管理水平、技术水平都有待提高。 为了使我国电力工业赶上世界电力技术的发展水平，丛21世纪一开始，我国就进一步加强在电网安全、稳定、经济运行、电力系统的自动化调度与管理、电力通信、网络技术、继电保护等领域开展研究，尤其注意完善电力市场，研究电力市场的技术支持系统，促进我们的电力工业不断前进。工厂供电就是指工厂所需电能的供应和分配。我们知道,电能是现代工业生产的主要能源和动力，工业生产应用电能和实现电气化以后,能大大增加产量,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,改善工人的劳动条件,有利于实现生产过程自动化。但是,工厂的电能供应如果突然中断,则将对工业生产造成严重的后果,甚至可能发生重大的设备损坏事故或人身伤亡事故；由此可见,搞好工厂供电工作对于工业生产的正常进行和实现工业现代化,具有十分重大的意义。工业企业生产所需电能，经企业内各级变电所变电压后，分配到各用电设备。工业企业变电所是企业电力供应的纽约，所处地位十分重要，所以正确计算选择各级变电站的变压器容量及其他设备是实现安全可靠供电的前提。进行企业电力负荷计算的目的就是为正确选择企业各级变电站的变压器容量，各种电气设备的型号，规格以及供电网络所用导线型号等提供科学的依据。设计任务设计要求 根据本学区各楼座供电电源及用电负荷的实际情况，适当考虑学校今后的发展，按照安全可靠、优质经济、先进合理的基本要求，确定各楼座的供电型式，设计各配电盘（箱），选择各楼座与变电所主结线方案及高低压设备与进出线，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计样图。（一）设计内容1、负荷计算及功率补偿，列出负荷计算表、表达计算成果。2、供、配电系统短路电流计算3、导线型号及截面的选择4、继电保护及二次结线设计5、楼座的防雷装置设计（二）设计图样1、图书楼照明及接地平面图（中性点接地PEN）2、 配电箱或配电盘设计图3、总线路示意图和其中一层的配电线路图（三）主要设备元器件及材料明细表1、参考文献 2、结束语第一章 负荷计算1、负荷计算的目的及方法1.1、目的 负荷计算的目的是为了掌握用电情况，合理选择配电系统的设备和元件，如导线、电缆、变压器、开关等。负荷计算过小，则依此选用的设备和载流部分有过热危险，轻者使线路和配电设备寿命降低，重者影响供电系统的安全运行。负荷计算偏大，则造成设备的浪费和投资的增大。为此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。1.2、方法目前，我国设计部门在进行企业供电设计时, 经常采用的电力负荷计算方法有:需要系数法、二项式系数法、利用系数法、单位电耗法和单位面积功率法等.需要系数法计算简便, 对于任何性质的企业负荷均适用, 且计算结果 上符合实际, 因此, 这种计算方法采用最广泛. 尤其对各用电设备容量相差较小, 且用电设备数量较多的用电设备组, 这种计算最适宜. 二项式系数法则主要适用于各种设备容量相差大的场所, 如机械加工企业、煤矿综合采工作面等。利用系数法是平均负荷作为计算依据,利用概率论分析出最大负荷与平均负荷的关系。这种计算方法虽理论依据较充分, 但由于目前积累的实用数据不多, 且计算步骤较繁琐, 精确度也并不比前两种方法强多少, 所以, 目前以逐渐不被采用. 最后两种方法常用于方案估算。主要计算公式有： 有功功率： = 无功功率: = tg 视在功率: = /Cos 计算电流: = /2、各楼层用电负荷统计图书楼各楼层负荷明细表一楼编号名称/kw/kw1插座4.80.74.852多媒体20.32.023教室照明2.20.52.264走廊照明1015备用2006备用200二楼编号名称/kw/kw1插座2.80.72.892多媒体30.53.043教室照明3.20.53.244走廊照明1015备用2006备用200三楼编号名称/kw/kw1插座2.80.72.892多媒体30.53.043教室照明3.20.53.244走廊照明1015备用2006备用200各楼层总的负载编号名称/kw/kw1一楼101.510.112二楼101.710.143三楼101.710.143、图书楼楼总负荷计算取 = 0.9; = 0.95根据上表可算出： =30kW; = 4.9kvar则 = = 0.930kW = 27kW = = 0.954.9kvar = 4.655kvar = (+)27.4KVA = / 41.63ACOS = / = 27/27.4 0.98第二章 图书楼结线方案比较和选择对于电源进线电压为0.4KV的常见普通供电场所，通常是先经一个主配电盘，然后经各个楼层或其他低一级的配电盘将电力送到用电器。总配电盘主结线图表示该楼座接受和分配电能的路径，由各种电力输电设备（避雷器、断路器、互感器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。主结线对输电线路设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。1、方案选择低压配电线路的接线方式主要有以下几种：（1）放射式接线：如图4 图4 放射式接线1）配电线路互不影响，供电可靠性较高，但配电设备和导线材料耗用较多，且运行不够灵活。2）主要用于容量大、负荷集中或重要的用电设备，或者需要集中联锁启动。（2）树干式接线：如图5图5 树干式接线1）配电设备和导线材料耗用较少，运行灵活性好，特别是采用封闭式母线槽时；但干线故障时影响范围大，供电可靠性较低。2）一般用于用电设备容量不很大、布置较均匀的场合，例如对普通民用建筑中的小型用电器照明灯具供电等，均采用树干式接线。（3）链式接线：如图6所示 220/380V 图6 链式接线它实质上是一种树干式接线，适用范围与树干式相似，但链式相连的用电设备一般不宜多于5台，链式相连的配电箱不宜多于3台，且总容量不宜超过10kW。以上介绍了低压配电系统的三种基本接线方案，各有优缺点；总的来说，树干式系统投资较省，但负荷支接点多，检修和事故时停电面大，一般适用于对三级负荷供电。放射式系统投资大，但线路没有分支接点。因此，应根据情况具体对待，但对于本图书楼而言，按可靠性和本楼座的供电特点，所以采用放射式供电。如图7形式图7 放射式供电接线图图书楼配电用电从低压380V/220V母线取得电源,经过电缆埋地敷设进入一层总配电室，然后将电能采用各种元件(如开关、导线)及设备(如配电箱)分配到三个楼层的小配电盘，再由小配电盘将电送至各个教室，即组成了图书楼的配电系统。1、该建筑属于三类负荷，电源由附近低压配电室埋地引来。电源采用三相四线制，380/220V，在入户处做重复接地。2、线路均采用暗敷，穿PVC管，配电箱暗敷于墙上，一层有主配电箱，各层有分配电箱。教室内需要安装黑板照明灯，设计室内照明回路。图书楼内经实地考察无动力回路，教室全部按照度计算。负荷分配中考虑到持续稳定供电的需要，每个楼层预留2KW的备用电。3、走廊楼道照明采用声光控制的天棚灯，还需安装安全指示灯、应急探照灯。为了保证供电的可靠性和稳定性以及将来可能安装新设备的需要我们在每层都预留了一定额度的备用功率。4、从性质和负荷等级来看，属于三级负荷。不属于对供电可靠性要求较高的用户。本设计中为了节省经济开支和安全性的需要，故采用单母线主接线。 综合以上条件的需要我们最终选定以下总接线方案：图书楼照明配电系统图第三章 导线型号及截面的选择1、导体材料的选择从节能角度，为了减少电能传输时引起的线路上电能损耗，要求减少导体的电流阻抗则使用铜比铝好。故，本设计中所有导线全部选用带绝缘保护层的铜芯导线。2、导线的计算选择（1）、导线的选择电流通过导线时，要产生电能损耗，使导线发热，若绝缘导线和电缆的温度过高时，可使绝缘损坏，甚至引起火灾。当导线的温度过高时，会使其绝缘层烧毁，甚至可发展到断线。因此规定了不同材料和绝缘导线的允许载流量。在这个允许载流量范围内运行，导线的升温不会超过允许值。选择导线截面使通过相线的电流Ic应不超过导线正常运行时的允许载流量Ial。选择导线截面的原则：1）、要有承受最低机械强度的要求。导线中的计算负荷电流不大于其长期连续负荷允许载流量； 2）、导线应能满足负载长时间通过正常工作的最大电流的需要；3）、导线上的电压损失不超过规定的允许电压降。一般公用电网电压降不得超过额定电压的5%；4）、导线应能满足负载长时间通过正常工作的最大电流的需要，既按导线的安全电流选择：导线必须能够承受负载电流长时间通过所引起的温升，不能因过热而损坏绝缘。导线所允许长时间通过的最大电流称为该截面的安全载流量。同一截面的导线在不同敷设条件下的安全载流量是不一样的。5）、各种导线的安全载流量是可以查手册，通过计算负载的实际电流，再通过查手册就可以得出导线截面：（2）、电流计算电流计算公式Kx-需要系数，因为许多负载不一定同时使用，也不一定同时满载，所以要打个折扣；UL-线电压（380V）,指三相配电时；-各负载总和；-负载平均功率因数。 我们所设计的图书楼照明配电系统是单相配电，公式为1）、照明配电平均每层功率为10KW则按照每相3.6KW负荷的导线选择，额定电压220V，功率因数COS=0.98，则： 据查手册可以选择BV-0.5,截面积为2.5m的导线，此导线还可以用于负荷为2.7KW教室照明及1KW的走廊照明线路。2）、各教室的插座预留容量为2*1KW，考虑到用TN-C-S系统供电，单相负荷最大为6KW ，则：据查手册可以选择BV-0.5,截面积为4m的导线。3）、各层进入各教室配电箱导线，据各配电箱预留的输出功率6KW，则：据查手册可以选择BV-0.5,截面积为6m的导线。4）、从总配电箱到各层配电箱之间的导线按最大电流为100A计算，全部用BV-0.5,截面积为10m的导线。母线选择由于母线长度在变电所中，长度很短，所以可不必效验。 3、中性线的选择：三相四线制系统的中性线，要通过系统的不平衡电流和零序电流，因此中性线的允许载流量不应小于三项系统中的最大不平衡电流，同时应考虑谐波电流的影响一般三项四线制线路的中性线截面不应小于相线截面 的50%，即0.5 因为该系统中低压母线选择为BV-0.5,截面积为10m的导线按照上述标准，低压侧中心性线也选择为BV-0.5,截面积为10m的导线。第四章 低压设备的选择选择低压电器设备是指380V/220V电路的中的设备，其选择原则是应满足安全用电的要求，保证其可靠的运行，并且在通过最大可能的短路电流是不至于受到损坏，有时还要按短路电流产生的热效应进行校验。1、开关和互感器的选择(1)、保护开关的选择照明供电系统应具备一定的保护功能（如电气设备的过载及短路保护），所以还应选择特定型号的断路器。断路器广泛应用于低压配电系统中，是一种保护电器元件。在设计低压配电系统时，应注意断路器的选择性，对断路器过流脱扣器额定电流进行选择和整定，确保充分发挥过电流脱扣器的作用；当环境温度大于或小于校准温度值时，应根据制造商提供的温度与载流能力修正系数来调整低压断路器的额定电流值。我们根据图书楼对安全防火要求较高的特点只按照计算电流来选择（额定工作电流选择）。 选择断路器的大小，一般选择额定电流的2倍：总配电箱设备选择低压断路器低压刀开关电流互感器-200/5一楼总配电箱内设备的选择校验选择效验项目装置地点数据设备的型号规格参数数据参数低压断路器低压刀开关电流互感器 -200/5电 流178.7A200A400A200A电 压380V380V380V500V选择效验项目装置地点数据设备的型号规格参数数据参数低压断路器低压刀开关电流互感器 -200/5断流能力16.8kA40kA20kA动稳定18.3kA40kA40kA热稳定*0.75=211.7kA*1=1600kA*1=400kA结 论合 格合 格合 格（1）、灯控开关的选择1）、各教室照明采用18盏双管莹光灯，单管功率40W，链吊安装，安装高度2.8m，用一只暗装单极开关控制，双极开关距地1.4 m。2）、一层大厅照明采用1盏单管莹光灯，功率为40W，吸顶式安装，用一只暗装单极开关控制，开关距地1.4 m。3）、办公室照明采用1盏双管莹光灯，单管功率40W，链吊安装，安装高度2.8m，用一只暗装单极开关控制，双极开关距地1.4 m。4）、卫生间照明用吸顶式安装，1盏防水防尘灯，功率为60W，用一只暗装单极开关控制，开关要求防水防尘。（2）、开关的安装开关的作用是接通或断开照明灯具电源。根据安装形式分为明装式和暗装式两种。明装式有拉线开关、扳把开关等；暗装式多采用扳把开关(跷板式开关)。 插座的作用是为移动式电器和设备提供电源。有单相三极三孔插座、三相四极四孔插座等种类。开关、插座安装必须牢固、接线要正确，容量要合适。它们是电路的重要设备，直接关系到安全用电和供电。 教室的灯具开关布置，考虑到控制方便，所以将其安装在门边顺手侧，采用暗装形式，距地1.3m。每极开关控制三盏灯，即一个两极开关，一个单极开关。插座的布置，考虑多媒体教学的需要，所以在黑板两侧各装一个2+3孔单联插座，暗装且距地高度0.2m。插座与灯具分设各自的回路但同一教室内都在同一相火线上受电。考虑到教室的整体美观效果、电气的安全性能，所有的配电导线采用暗敷设；暗敷设线路应走捷径。2、图书馆二次接地装置的设计(1)接地电阻的要求按工厂供电设计指导表9-6。此边点所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件： 且 其中,A 因此公共接地装置接地电阻 。(2)接地装置的设计 采用长2.5m、50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置，管距5 m，垂直打入地下，管顶离地面0.6 m。管间用40mm4mm的镀锌扁钢焊接相接。变电所的变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地干线与室外公共接地装置焊接相连，接地干线均采用25 mm 4 mm的镀锌扁钢。变电所接地装置平面布置图如图9-1所示。接地电阻的验算： 满足的接地电阻要求。图91图书馆一楼设备及二次接地装置平面布置第五章 图书楼的防雷保护民用建筑物的防雷分类为一类防雷建筑物、二级防雷建筑物和三类防雷建筑物，居于该图书楼所在的地理位置，属三级防雷建筑物。1、避雷带防雷用的接闪器有避雷针、避雷线和避雷带，无需特殊保护的建筑物一般用避雷带。通过试验发现，不论屋顶坡度多大，都是屋角和檐角的雷击率最高。屋顶坡度愈大。则屋脊的雷击率也大。通过对不同屋顶坡度建筑物的雷击分布情况调查发现，对于图书楼这样屋顶平整，又没有突出结构（如烟囱等）的建筑物，雷击部位是有一定规律性的。避雷带就是对建筑物雷击率高的部位，进行重点保护的一种接闪装置。 避雷带的安装支架安装 支架安装要根据明装避雷带敷设部位的不同，支持件一般可分为女儿墙上支架安装，屋面预制混凝土制作安装及屋脊上支架安装。 1）、女儿墙上支架安装 避雷带沿女儿墙安装时，其支架尽可能随结构施工预埋，亦可预埋铁件，把支架直接焊到铁件上。 当施工条件受到限制或为施工方便，可采用后固定法，即用手锤、錾子进行踢洞，洞的大小不小于100100 100mm。埋设支架前，先用清水或素水泥浆湿润，再用配合比不低于1：2水泥砂浆注到洞内，要求灰浆饱满，支持卡子横平竖直。支架位置要严格控制，把握“先定两端，后定中间”的施工要点。支架固定时，首先用墨线沿女儿墙中心线弹线，其交点即为直线段端点，凡距端点300mm处为第一支架固定点，并做好标记。其次测量每一直线段第一支架固定点间的距离，并等分，其工艺标准要求间距1000mm，计算好等分段间距后，在墨线上做下标记。按标记先埋注第一支架，其高度要求顶端距女儿墙表面距离100mm。第一支架间再拉直线埋设中间支架，并保证其垂直度和高度。 2）、屋脊上支架安装避雷带在屋脊上安装时，用支架固定，主要参考女儿墙上支架安装方法，只不过在此需用电钻将脊瓦钻孔，支架插入孔内，用水泥砂浆埋注于建筑物结构上，施工中应注意与土建密切配合，做好支架的敷设工作。支架间距及距拐角处中心距离与女儿墙上支设支架一致，重要一点是支架应与坡形屋面垂直，高度100mm。2、引下线 引下线可分明装和暗装两种，明装时一般采用直径8mm的圆钢或截面l2x4mm2的扁钢。在易受腐蚀部位，截面适当加大。建筑物的金属构件。引下线应沿建筑物外墙敷设。 敷设时应保持一定的松紧度。从接闪器到接地装置;引下线的敷设应尽量短而直。若必需弯曲时，弯角应大于90。引下线应敷设于人们不易触及之处。由地下0.3到地上1.7m的一段引下线应加保护设施，以避免机械损坏。暗装引下线利用钢筋混凝土中的钢筋作引下线时，最少应利用四根柱子，每柱中至少用到两根主筋。据于经济的要求及美观，选择暗装引下线 。引下线利用建筑物钢筋混凝土柱子或剪力墙内两根16以上主筋通长（焊接、绑扎）作为引下线，间距不大于18m，引下线上端与避雷带焊接，下端与建筑物基础底梁及基础底板轴线上的上下两层钢筋内的两根主筋焊接。外墙引下线在室外地面下1m处引出与室外接地线焊接。3、接地极接地极为建筑物桩基、基础底板轴线上的上下两层主筋中的两根通长（焊接、绑扎）形成的基础接地网并连接室外人工接地装置（护坡桩）组成。室外接地极距建筑物大于3m，距室外地面1m。用40*4镀锌扁钢连接成水平接地装置，垂直接地极为50，长2.5m，每5m设一根。本工程接地型式采用TN-S系统，其专用接地线（即PE线）的截面规定为：当相线截面16mm2 时 PE线与相线相同。当相线截面为1635mm2时 PE线为16mm2 。当相线截面35mm2 时 PE线为相线截面的一半第六章 课程设计心得体会通过