工厂供电课程设计1

1、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业1 概述 通过这个供配电系统的设计，能对工厂供电的知识有一个系统的认识和更深入的了解，对书中的很多理论知识能更深入了解，能将书中的知识都系统化。本次课程设计是对南阳防爆厂降压变电所的电气设计，设计的主要内容包括： （1）负荷计算与负荷等级确定；（2）变压器选择与主接线设计；（3）短路电流计算；（4）电气设备选择；工厂负荷统计资料 表（1）厂房编号用电单位名称负荷性质设备容量kW需要系数功率因数动力3000.40.71铸造车间照明60.71.0动力5000.30.652锻压车间照明80.71.05000.30.653金工车间照明90.71.0动力3000

2、.30.64工具车间照明70.71.0动力3000.60.85电镀车间照明70.71.0动力2000.60.86热处理车间照明80.71.0动力1000.40.77装配车间照明70.71.0动力2000.30.658焊接车间照明40.71.0动力800.60.659锅炉房照明20.71.0生活区照明2000.71.0精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业2 负荷计算与负荷等级确定 2.1 各车间负荷计算 在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明计算，主要涉及的计算公式如下： 有功功率计算：deKPP30 无功功率计算: tan30

3、30 PQ 视在功率计算:cos3030 PS 计算电流： NUSI33030下面以铸造车间为例计算： 动力部分的计算：kWP1204 . 030030 kvar4 .12202. 112030Q kVAS4 .1714 .1221202230 4 .26038. 034 .17130I 照明部分的计算：kWP2 . 47 . 0630 030Q kVAS2 . 430 AI381. 638. 032 . 430 小计： kWP2 .1242 . 412030 var4 .12230kQ kVAS4 .1744 .1222 .1242230 KAI0 .26538. 034 .17430精选优

4、质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 计算各车间的动力和照明计算负荷如表 2-1 所示。 表 2-1 各车间参数和计算负荷计算负荷厂房编号编号名称负荷性质设备容量kW需要系数功率因数TanP30(kw)Q30(kvar)S30(KVA)I30（A)动力3000.40.71.02120122.4171.4260.41铸造车间照明60.71.004.204.26.381动力5000.30.651.17150175.4230.8350.72车间锻压照明80.71.005.605.68.508动力5000.30.651.17150175.4230.8350.73金工车间照明90.71.006.306.

5、39.572动力3000.30.61.3390120150227.94工具车间照明70.71.004.904.97.445动力3000.60.80.75180135225341.95电镀车间照明70.71.004.904.97.445动力2000.60.80.7512090150227.96热处理车间照明80.71.006.406.49.724动力1000.40.71.024040.8157.1486.827装配车间照明70.71.004.904.97.44精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业5动力2000.30.651.176070.1592.31140.38焊接车间照明40.71.0

6、02.802.84.254动力800.60.651.174856.1273.85112.29锅炉房照明20.71.001.401.42.127生活区照明2000.71.001400140212.72.2 全厂负荷计算用需要系数法计算全厂负荷。取同时系数=0.90。PK动力部分：120+150+150+90+180+120+40+60+48=958KW )(30iP照明部分：4.2+5.6+6.3+4.9+4.9+5.6+4.9+2.8+1.4+140=180.6KW照明P 全厂有功功率： =0.9(958+180.6)=1024.74KW)()(3030照明PPKPi 全厂无功功率： =0.9

7、5x(122.4+175.4+175.4+120+135+90+40.81+70.15+56.12)(3030iQKQq =936.02KVAR kVAS88.1387)02.93674.1024(2230 无功补偿计算：由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为： KVAS88.138730 这时低压侧的功率因数为:7384. 088.138774.10242COS 为使高压侧的功率因数，则低压侧补偿后的功率因数应高于 0.92，92. 01 COS取：,要使低压侧的功率因数由 0.769 提高到 0.95，则低压侧需装设的95. 02COS并联电容器容量为： var33.499)92. 0

8、arccostan7384. 0arccos(tan74.1024kQC 取:=600则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：CQvark精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 kVAS64.1113)50002.936(74.1024230)2( AI29.229628. 0364.1113)2(30 变压器的功率损耗为： kWSPT14.1164.111301. 001. 0)2(30 var68.5564.111305. 005. 0)2(30kSPT 补偿后高压侧的计算负荷为： kWP88.103514.1174.1024)1(30 var7 .49168.5550002.936)1

9、(30kQ kVAS65.11467 .49188.10352230)1( AI91.1835365.1146)1(30 补偿后高压侧的功率因数为 ，满足要求。9034. 065.114688.1035cos12.3 年耗电量的估算年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到：年有功电能消耗量： 30pWP T年无功电能耗电量： 30qWQ T结合本厂的情况，年负荷利用小时数为 4000h，取年平均有功负荷系数，年T75. 0平均无功负荷系数。由此可得本厂：82. 0年有功耗电量：kWhWap3107640400088.103575. 0.年无功耗电量：kWhWaq16127764000

10、7 .49182. 0.精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业2.4 负荷等级确定根据用电设备在工艺生产中的作用，以及供电中断对人身和设备安全的影响，电力负荷通常可分为三个等级：一级负荷：为中断供电将造成人身伤亡，或重大设备损坏难以修复带来极大的政治经济损失者。一级负荷要求有两个独立电源供电。本矿属于国有能源部门，其中断供电将有可能造成人员伤亡及重大经济损失，属于一级负荷。 二级负荷：为中断供电将造成设备局部破坏或生产流程紊乱且需较长时间才能恢复或大量产品报废，重要产品大量减产造成较大经济损失者。二级负荷应由两回线路供电，但当两回线路有困难时（如边远地区）允许由一回架空线路供电。 三级负荷

11、：不属于一级和二级负荷的一般电力负荷，三级负荷对供电无特殊要求，允许长时间停电，可用单回线路供电。 该厂的铸造车间、锻压车间和锅炉房属于二级负荷，其余的均为三级负荷。 二级负荷的计算：kWP3 .2964 . 1486 . 51502 . 41209 . 0）（二级 var3 .33512.564 .1754 .12295. 0kQ）（二级 kVAS5 .4473 .3353 .29622二级可见二级负荷所占的比例较大。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业3 变压器选择及主接线设计3.1 变电所主变压器台数的选择变压器台数的选择应考虑一下原则：1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有

12、大量一、二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便当一台变压器法伤故障或者检修时，另一台变压器能对一二级负荷继续供电。对职业二级而无一级负荷的变电所，也可以采用一台别有情趣，但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源，或另有自备电源。2）对季节货昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可以考虑采用两台变压器。3）除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中且容量相对较大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器。4）在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。结合本厂的情况，经过上面的计算可知，二级负荷所占的比例较大，考虑到二

13、级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。3.2 变电所主变压器容量选择每台变压器的容量应同时满足以下两个条件：N TS（1）任一台变压器单独运行时，宜满足：30(0.6 0.7)N TSS（2）任一台变压器单独运行时，应满足：，即满足全部一、二级负荷需求。30(1 11)N TSS所以，kVASTN66.80265.11467 . 0.该厂的铸造车间、锻压车间和锅炉房属于二级负荷，其余的均为三级负荷，经计算，该厂的二级负荷为 447.5KVA故，满足全部一、二级负荷。）ITNSS(30.所以变压器的时机容量取最大，为满足使用要求，同时又考虑到未来kVASTN66.802.510 年的负荷

14、发展，初步取考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为kVASN1000SC9 系列树脂浇注干式变压器。型号：S9-1000/35 ，其主要技术指标如下表所示：精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业额定电压/kV损耗/kW变压器型号额定容量/kV A高压低压联结组型号空载负载空载电流I%短路阻抗 U%S9-1000/351000350.4Yyn01.4512.151.46.53.3 变电所主接线设计方案一单母线不分段接线如图 3-1 所示。 图 3-1 电气主接线方案一精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业方案二单母线分段接线如图 3-2 所示 图 3-2 电气主接线方案二方案一种采用单

15、母线不分段接线，虽然简单，但其可靠性不高。当母线需要检修或者发生故障时，会导致所有用电设备停电。且变电所的负荷大部分均为类、类负荷，因此方案一中的单母线不分段接线不能满足类、类负荷供电可靠性的要求。方案二中采用单母线分段接线的两段母线可看成是两个独立的电源，提高了供电的可靠性。可以保证当任一母线发生故障或检修时，都不会中断对类负荷的供电。综合比较本矿的35kv 侧采取全桥形式的主接线，全桥型接线灵活可靠。380V 侧则选用单母线分段接线。3.4 变电所位置的选择 变电所的位置选择应根据选择原则，经技术、经济比较后确定。1、变电所位置的选择原则： 精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业(1)

16、 尽可能接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量；(2) 考虑电源的进线方向，偏向电源侧；(3) 进出线方便；(4) 不应妨碍企业的发展，考虑扩建的可能性；(5) 设备运输方便；(6) 尽量避开有腐蚀气体和污秽的地段；(7) 变电所屋外配电装置与其他建筑物之间的防火间距符合规定；(8) 变电所建筑物、变压器及屋外配电装置应与附近的冷却塔或喷水池之间的距离负荷规定。2、负荷中心的确定用负荷功率矩法确定负荷中心。如图 3-1 所示为铜冶炼厂平面图选直角坐标系如图所示，假设各车间负荷分布均匀，则各车间的负荷中心即为车间平面几何中心，在所选直角坐标系中确定各车间负荷中心坐标，计

17、算总厂负荷中心。 各车间的总的有功功率及负荷中心坐标则负荷中心坐标为： 6 . 56 .113831.6396iiiPxPx7 . 56 .113807.6524iiiPyPy12345功率Pi/w124.2155.6156.394.9184.9坐标(x,y)(2.3,3.5)(2.7,5.8)(4.8,8.2)(7.2,2.4)(7.7,4.5)678910(生活区)功率Pi/w125.644.962.849.4140坐标(x,y)(8.1,6.5)(8.6,8.4)(11.4,2.7)(11.9,4.5)(0.9,9)精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业4 短路电流计算供电系统应该正

18、常地不间断地可靠供电，以保证生产和生活的正常进行。但供电系统的正常运行常常因为发生短路故障而遭到破坏。短路就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。短路电流通过电气设备时，设备温度急剧上升，过热会使绝缘加速老化或损坏，同时产生很大的点动力，使设备的载流部分变形或损坏，因此选择设备时要考虑它们对短路电流的稳定性，所以我们以最严重的短路三相短路为例，计算短路电流。本厂的供电系统简图如图 4-1 所示。本厂采用两路电源进线供电，一路由附近一条35kV 的公用电源干线取得工作电源。该干线的导线牌号为 LGJ120 导线为等边三角形排列，线距为 1m；干线首端（即电力系统的

19、馈电变电电站）距离本厂约 20km，该干线首端所装高压断路器 1000MVA，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，其定精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业时限过电流保护整定的动作时间为 1.5s；另一路为与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度达 100km，电缆线路总长度达 80km。下面计算本厂变电所高压 10kV 母线上 k-1 点短路和低压 380V 母线上 k-2 点短路的三相短路电流和短路容量。G系统QF 架空线L=20KM邻厂高压联络线380VS9-1000/35K-1K-2Yyn035KV 图 4-1 供电系统简图下面采用标幺值法进行短路电流计算。4.1.确定基准

20、值取，MVASd100kVUC37120.4cUkV所以有：kAkVAMVAUSIcdd560. 1373100311 kAkVMVAUSIcdd3 .1444 . 031003224.2 计算短路电路中各主要元件的电抗标么值（忽略架空线至变电所的电缆电抗）1) 电力系统的电抗标么值： 1 . 01000100*1MVAMVAX2) 架空线路的电抗标么值：查手册得，因此：kmX/40. 005844. 0)37(10020)/(40. 022*kVMVAkmkmX3）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得.5，因此：%6kU 5 . 6.k1000100.1005 . 6*4*3A

21、VAMVXX精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业可绘得短路等效电路图如图 4-2 所示。1/0.12/0.58443/6.54/6.5K-1K-2图 4-2 短路等效电路图1.计算 k-1 点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量1) 总电抗标么值：6844. 05844. 01 . 0*21)1(XXXk2) 三相短路电流周期分量有效值： kAXIIkdk279. 26844. 056. 1*)1(1)3(13) 其他三相短路电流：kAIIIk279. 2)3(1)3()3( kAish811. 5279. 255. 2)3( kAIsh441. 3279. 251. 1)3(

22、4) 三相短路容量：MVAMVAXSSkdk1 .1466844. 0100*)1()3(12.计算 k-2 点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量1) 总电抗标么值; 9344. 325 . 65844. 01 . 0)/(*4*3*2*1*)2(XXXXXK2) 三相短路电流周期分量有效值：kAAXI68.369344. 3k3 .144 *)2-k(2d32-kI）（3) 其他三相短路电流：kAIII68.363)2-k()3()3( ）（ 67.49kA36.681.84 i(3)sh kAIsh98.3962.3409. 1)3(4) 三相短路容量：MVAAMVXSkd42.

23、259344. 3.100 *)2(3)2-KS精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业短路计算结果三相短路电流/KA三相短路容量/MVA短路计算点 3331/2kIII 3shi 3shI 31/2kSk-12.2795.8113.441146.1k-236.6867.4939.9825.42 5 电气设备选择 5.1 一次设备选择的原则供配电系统中的一次设备是在一定的电压、电流、频率和工作环境条件下工作的，一次设备的选择，除了应满足在正常工作时能安全可靠运行之外，还应满足在短路故障时不至损坏的条件，开关电器还必须具有足够的断流能力，并能适应所处的位置、环境温度、海拔高度。以及防尘、防火、

24、防腐、防爆等环境条件。一次设备的选择应遵循以下 3 个原则。(1) 按工作环境及正常工作条件选择电气设备；精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业(2) 按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定；(3) 开关电器断流能力校验。5.2 变电所高压一次设备的选择 5.2.1 高压母线 1）选择母线型号：TMY-3 （50 4） 2）高压母线热稳定性校验校验条件： A=查产品资料，得铜母线的 C=171，取。minA(3)imatIC2sAmm0.75imats母线的截面： A=50 4=2002mm2mm允许的最小截面： 22min54.1117175. 0279. 2mmmmsAskAA从而，该

25、母线满足热稳定性要求 。minAA5.2.2 高压电缆1）选择电缆型号：YJV-3 50 2) 高压电缆的热稳定性校验校验条件： A=minA(3)imatIC允许的最小截面： 22min54.1117175. 0279. 2mmmmsAskAA所选电缆 YJV-3 50 的截面 A=50从而，该电缆满足热稳定性要求 。2mmminAA5.2.3 高压断路器高压侧计算电流=18.91A，户内变电所，故选择户内少油型断路器ZN12-30I35/1250 型，其有关技术参数及装设地点的电气条件和计算结果列于表 5-1 中，从中可精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业以看出断路器的参数均大于装设

26、地点的电气条件，故所选断路器合格。表 7-1 高压断路器选择校验表SN10-10I/630装设地点电气条件序号项目数据选择要求项目数据结论1NU35KV.W NU35KV合格2NI1250AI3018.91A合格3ocI31.5KA 31kI2.279KA合格4maxi63KA 3shi5.811KA合格52tIt336945 .3122imaIt31. 81 . 05 . 1279. 22）（合格5.2.4 高压熔断器熔断器没有触头，而且分断短路电流后熔体熔断，故不必校验动稳定和热稳定。仅需校验其断流能力。高压侧需要保护电力变压器和保护电压互感器的熔断器。 保护电力变压器的熔断器选择考虑到变

27、压器的正常过负荷能力（20%左右） 、变压器低压侧尖峰电流及变压器空载合闸时的励磁涌流，熔断器熔体额定电流应满足.1.1.52.0N FEN TII:=16.50A11./3N TN TNISU3531000所以可取 100A，又熔断器额定电流应不小于熔体的额定电流，所以选 RW5-.N FEI35/100400 型高压熔断器。校验：最大断开电流=12KA=2.279KAocI 31kI 保护电压互感器的熔断器选择因为电压互感器二次侧电流很小，故选择 RN2-10/0.5 型专用熔断器做电压互感器短路保护。其熔体额定电流为 0.5A，可作为电流互感器的短路和过负荷保护设备使用。校验：最大断开电

28、流=85KA=2.279KAocI 31kI精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业5.2.5 高压隔离开关由于隔离开关主要是用于电气隔离而不能分断正常负荷电流和短路电流，因此，只需要选择额定电压和额定电流，校验动稳定和热稳定。查附表选择 GN2-35T/400 2文献型高压隔离开关。其有关技术参数及装设地点的电气条件和计算结果列于表 5-2 中，从中可以看出高压隔离开关的参数均大于装设地点的电气条件，故所选高压隔离开关合格。表 5-2 高压隔离开关选择校验表GN2-35T/400装设地点电气条件序号项目数据选择要求项目数据结论1NU35KV.W NU35kV合格2NI400AI3018.9

29、1A合格3ocI14KA)3(1kI2.279KA合格4maxi52KA 3shi5.811KA合格52tIt98051422imaIt31. 81 . 05 . 1279. 22）（合格5.2.6 电流互感器根据安装地点和工作要求选择 LCW-35-50/5 型电流互感器。=160。有关技术参数esK及装设地点的电气条件和计算结果列于表 5-3 中，从中可以看出电流互感器的参数均大于装设地点的电气条件，故所选电流互感器合格。表 5-3 电流互感器选择校验表LCW-35-50/5装设地点电气条件序号项目数据选择要求项目数据结论精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业1NU35KV.W NU3

30、5KV合格2NI50/5AI3018.91A合格3maxi=11.3KesK12NIA 3shi5.811KA合格42tIt25.20)05. 090(22imaIt31. 81 . 05 . 1279. 22）（合格5.2.7 电压互感器电压互感器的一、二次侧均有熔断器保护，所以不需要校验短路动稳定和热稳定。按装设地点环境及工作要求选择 JSJW-35 型电压互感器。5.2.8 高压开关柜高压开关柜是成套设备柜内有断路器、隔离开关、互感器设备等。高压开关柜主要选择开关柜的型号和回路方案号。因厂区有二级负荷，选择 KYN-35 型移开式开关柜。其额定电压、额定电流等均满足要求。5.2.9 变压

31、器型号在第 3 章已选，型号为 SC9-1000/35。5.2.10 避雷器型号由高压开关柜决定，避雷器型号为 FCD3-35。5.3 变电所低压一次设备的选择5.3.1 低压熔断器低压熔断器通常接在被保护的设备前或接在电源引出线上。当被保护区出线短路故障或过电流时，熔断器熔体熔断，使设备与电源隔离，免受过电流损坏。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业以铸造车间为例选择动力和照明干线的低压熔断器。动力线路选择 RT0-400/300 型低压熔断器。校验：额定工作电压 380V线路电压 380V；额定工作电流 300A线路计算电流 260.4A；最大分段电流 50KA。照明线路选择 RM1

32、0-15/10 型低压熔断器。校验：额定工作电压 380V线路电压 220V；额定工作电流 10A线路计算电流 6.381A；最大分段电流 1.2KA。各车间选择原则同上，低压熔断器型号见表 5-4。表 5-4 各车间低压熔断器型号额定电流（A）编号名称类别I30(A)熔断器熔体低压熔断器型号动力260.4400300RT0-400/3001铸造车间照明6.3811510RM10-15/10动力350.7600400RT0-600/4002锻压车间照明8.5081515RM10-15/15动力350.7600400RT0-600/4003金工车间照明9.5721515RM10-15/15动力2

33、27.9400300RT0-400/3004工具车间照明7.4451515RM10-15/15动力341.9400400RT0-400/4005电镀车间照明7.4451515RM10-15/15动力227.9300250RT0-300/2506热处理车间照明9.7241515RM10-15/15动力86.82200100RT0-200/1007装配车间照明7.4451515RM10-15/15动力140.3200150RT0-200/1508机修照明4.2541510RM10-15/10精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业车间动力112.2200150RT0-200/1509锅炉车间照明

34、2.127156RM10-15/6生活区照明212.7400250RM10-400/2505.3.2 低压断路器低压断路器选择的一般原则：低压断路器的型号及操作机构形式应符合工作环境、保护性能等方面的要求；低压断路器的额定电压应不低于装设地点线路的额定电压；低压断路器的额定电流应不小于它所能安装的最大脱扣器的额定电流。下面以铸造车间为例选择动力和照明干线的低压断路器。动力线路选择 DW15-400/300 型低压断路器。校验：额定工作电压 380V线路电压 380V；脱扣器额定电流电流 300A线路计算电流 260.4A；低压断路器额定电流 400A脱扣器额定电流 300A额定运行断路分断能力

35、 25KA。照明线路选择 DZ20-100/20Y 型低压断路器。校验：额定工作电压 380V线路电压 220V；脱扣器额定电流电流 20A线路计算电流 6.381A；低压断路器额定电流 100A脱扣器额定电流 20A额定运行断路分断能力 14KA。各车间选择原则同上，低压断路器型号见表 5-5。表 5-5 各车间低压断路器的型号额定电流（A）编号名称类别CI(A)断路器脱扣器低压熔断器型号动力260.4400300DW15-400/3001铸造车间照明6.38110020DZ20-100/20Y动力350.7600400DW15-600/4002锻压车间照明8.50810020DZ20-10

36、0/20Y动力350.7600400DW15-600/4003金工照明9.57210020DZ20-100/20Y精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业车间动力227.9400300DW15-400/3004工具车间照明7.44510020DZ20-100/20Y动力341.9600400DW15-600/4005电镀车间照明7.44510020DZ20-100/20Y动力227.9400300DW15-400/3006热处理车间照明9.72410020DZ20-100/20Y动力86.82200100DW15-200/1007装配车间照明7.44510020DZ20-100/20Y动力1

37、40.3200150DW15-200/1508机修车间照明4.25410020DZ20-100/20Y动力112.2200150DW15-200/1509锅炉车间照明2.12710020DZ20-100/20Y生活区照明212.7400300DW15-400/3005.3.3 低压刀开关刀开关主要用于接通和切断长期工作设备的电源及不经常启动及制动、容量小于7.5kw 的异步电动机。刀开关选择时，应使其额定电压等于或大于电路的额定电压，电流应等于或大于电路的额定电流。经查询 HD11-200/38 型低压刀开关可在额定电压交流至 380V，直流至 220V，额定电流至 1500A 的成套配电装置中，作为不频繁地接通和分断交、直流电路或作隔离开关用。所以我们可以在所有的车间干线上安装此种型号的低压刀开关。5.3.4 电流互感器根据安装地点和工作要求所有线