低压配电系统的工厂供电课程设计

1、 2009级 工厂供电课程设计 低压配电系统的工厂供电课程设计姓 名学 号 院、系、部班 号 完成时间 电气工程系 2012年6月18日设计任务书一、设计内容：(1)由总降压变电所的配出电压和用电设备的电压要求，参考国际规定的标准电压等级确定车间变电所的电压级别。(2)计算负荷采用需用的系数法，计算出单台设备支线、用电设备组干线和车间变电所低压母线和进线的计算负荷。(3)由计算负荷结果，确定补偿方式，计算出补偿容量，选择电容器个数和电容柜个数。(4)按对负荷可靠性要求，确定车间变电所电气主接线。(5)按车间变电所低压母线的计算负荷，确定变电器的容量和台数。(6)导线截面积的选择，支线和干线按发

2、热条件选择，进线电缆按经济电缆密度选择，按允许发热，电压损耗进行校验。(7)短路电流计算，绘制计算电路和等值电路图，确定短路点，计算出各短路点短路电流值及短路容量。(8)车间变电所低压母线按发热条件选择，按短路的热合力校验。(9)按国家规定的标准符号和图符，用CAD画出车间变电所的电气主接线图、车间配电系统和配电平面图。二、设计条件：(1)机加车间符合全部为三级负荷，对供电可靠性要求不高。I(2)车间平面布置图如下图所示（3）车间电气设备各细表如下表所示设备代号 13 4 5，16 6 79 11，12 1315 17，18 19 20，21 22 23 24设备名称 普通车床C630-1 内

3、圆磨床M2120 砂轮机S3SL-300 平面磨床M7130 牛头刨床B6050 普通车床C6140 普通车床C616 单臂龙门刨床B1012 龙门刨床B2016 普通车床C630 立式钻床Z535 立式车床C534J1 摇臂钻床Z35台数 3 1 2 1 3 2 3 2 1 2 1 1 1单台容量（kW）7.6 7.25 1.5 7.6 4 6.125 4.6 67.8 66.8 10.125 4.625 80 8.5效率 0.88 0.88 0.92 0.88 0.87 0.89 0.90 0.86 0.86 0.88 0.90 0.86 0.87功率因数 0.81 0.83 0.82 0

4、.82 0.82 0.81 0.81 0.81 0.81 0.81 0.80 0.80 0.82启动倍数6 6 6.5 6 6 6 6 2.5 2.5 6 6 3 5.5备注II2629 3034镗床T68 插床B50324 59.8 40.86 0.870.65 0.85.5 6(4)机加车间转供负荷名细表如下表所示。转供负荷名称计算负荷回路1金工车间回路2 回路3 合计 回路1 回路2 回路3 合计 回路1 回路2 回路3 合计 回路1 回路2 回路3 合计 回路1 回路2 回路3 合计P30(kW) 30 30 40 100 30 22 30 82 28 19 35 82 23 17 1

5、5 55 17 12 16 45Q30(kvar) 20 34 44 98 25 25 36 86 30 25 40 95 30 20 30 80 0 0 0 0S（kV.A）36 45.3 59.5 40 39.1 33.3 46.9 119 41 31.4 53.2 125 37.8 26.2 33.5 97.1 17 12 16 45I30(A) 54.9 68.9 90.3 213 59.3 50.6 71.2 181 62.3 47.7 80.8 189 57.4 39.9 50.96 147.5 25.8 18.2 24.3 68.4Cos 0.83 0.66 0.67 0.71

6、0.77 0.67 0.65 0.69 0.68 0.60 0.66 0.61 0.65 0.45 0.57 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0250 转供距离汽车修理车间100备品车间 150锅炉房 200照明回路（3相）200三、基本要求:(1)说明书要简明扼要，计算要有公式依据，结果要列表记入，必要的数据及资料要注明出处。提倡用计算机绘图和打印设计说明书。(2)设计图样要符合国家标准，采用新标准电气图形符号和文字符号，图样上的字必须用仿宋体。(3)按教学大纲要求，必要设计应包括和设计内容相关的英文资料翻译一份。 (4)要列出参考书目（文献）。 (5)要有设计结论（或总结或体会）。II

7、I摘 要低压供配电系统设计的目的，就是通过采用恰当的技术手段，满足各种用电设备在正常使用状况下的不同用电需求，并采取必要的措施，防止电气部分与建筑的其他部分在检修情况下相互影响，确保电气设计的合理性及系统的安全运行，从而达到供电的安全、可靠、优质和经济的指标。本文通过对目前供配电问题进行探讨，做好供配电是保证建筑设施正常运行的关键。首先，对工厂用电设备进行负荷计算，并对工厂进行无功补偿，使功率因数达到0.9。对整个工厂进行电气概预算，得到整个工厂设计所需的费用，继而得到主接线图。其次，对每个短路点进行短路计算，通过计算出的电流值对设备进行选择，并对所选出的设备进行校验。然后，对工厂线路、变压器

8、等设备进行防雷保护设计。关键词： 负荷计算 无功补偿 短路计算 主接线图IV目 录设计任务书. I 摘 要 . IV第1章 绪 论 . 1第2章 负荷计算 . 22.1 单组用电设备计算负荷的计算公式 . 22.2 多组用电设备计算负荷的计算公式 . 2第3章 无功功率补偿 . 63.1 低压母线计算负荷 . 63.2 无功功率补偿 . 73.3 计算变电所变压器一次侧计算负荷 . 7第4章 确定车间变电所变压器形式、容量和数量及主结线方案 . 74.1 根据负荷性质和电源情况选择变压器台数和容量 . 74.2 主接线方案的技术经济比较 . 94.3 车间进线架空线的选择 . 94.4 低压配

9、电系统主接线图 . 9第5章 短路计算 . 105.1 绘制计算电路 . 105.2 短路电流计算 . 105.2.1计算电路图5-1所示 . 105.2.2等值电路图5-2所示 . 105.2.3计算各元器件基准电抗标幺值 . 105.2.4计算K1点和K2点短路电流 . 11第6章 选择车间变电所高低压进出线 . 126.1 选择母线截面积 . 126.2 进线电缆热稳定校验 . 136.3 车间变电所高压电气设备的选择 . 136.4 车间低压侧电气设备的选择 . 146.5 低压配电屏的选择 . 15第8章 设计总结 . 16参考文献. 17附录：车间供电平面图 . 18低压配电系统的

10、设计第1章 绪 论当今社会，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转化而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用，电能的输送和分配简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于生产自动化小型化变电所的建设方案，是在总结国内外变电所设计运行经验的基础上提出的，与过去建设的常规变电所和简陋变电所有明显区别。无论是主接线方式、设备配置及选型、总体布置还是保护方式，都形成了一种新的格局，从而使小型化变电所无法按已有规程进行设计。机修厂的电力系统由变电，输电，配电三个环节组成，由此也决定了此电力系统的特殊性，在确保供电正常的前提下，这三个环节环环相扣。其次，还电力系统一次设备较为简单，二

11、次系统相对复杂。本设计对整个系统作了详细的分析，各参数计算，以及电网方案的可靠性作了初步的确定。全厂总降压变电所（或总配电所）及配电系统的设计，是根据各个车间的负荷数量，性质及生产工艺对对用电负荷的要求，以及负荷布局，结合电网的供电情况，解决对全厂可靠，经济的分配电能。车间供电设计是整个工厂设计的重要组成部分，车间供电设计的质量直接影响到的产品生产及公司的发展。1低压配电系统的设计第2章 负荷计算2.1 单组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为KW）P30=KdPe ， Kd为系数b)无功计算负荷（单位为kvar）Q30= P30tanjc)视在计算负荷（单位为kvA）P30 c

12、osjS30=d)计算电流（单位为A）I30=S30UN, UN为用电设备的额定电压（单位为KV）2.2 多组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为KW） P30=Kå×påP30×i 式中åP30×i是所有设备组有功计算负荷P30之和，Kå×p是有功负荷同时系数，可取0.900.95b)无功计算负荷（单位为kvar）Q30=Kå×qåQ30×i，åQ30×i是所有设备无功Q30之和；Kå×q是无功负荷同时系数，可取0.90

13、.9722c)视在计算负荷（单位为KVA） S30=P30 +Q30d)计算电流（单位为A） I30=S303UN1.采用需要系数法对车间用电设备进行负荷计算（1）各支线负荷计算及导线截面积选择 以设备序号1为例说明计算过程：2低压配电系统的设计序号1设备单位容量7.6kw，效率=0.88，启动倍数Kst=6由于是低压工厂供电，所以变压器一次侧电压10KV，二次侧电压为0.4KV。 计算电流：I30=Pe3UNcosj·h=7.6´0.38´0.81´0.88=16.4(A)启动电流：Ist=Kst´I30=6´16.4=97.2(A

14、)选支线截面积。按允许载流量选择，根据Ial >I30 ，查工厂供电附录表19-3，根据实际环境温度，选3根单芯塑料导线穿钢管Sc=15mm埋地敷设。当截面积A=2.5mm2 ，=25o 时，Ial=18A>I30= 16.4A，选择结果为BLV-3´2.5-18A-SC15mm(钢管管径)。以设备序号18为例说明计算过程：序号18设备单位容量67.8kw，效率=0.86，启动倍数Kst=2.5由于是低压工厂供电，所以变压器一次侧电压10KV，二次侧电压为0.4KV。 计算电流：I30=Pe3UNcosj·h=67.8´0.38´0.86&#

15、180;0.88=148.02(A)启动电流：Ist=Kst´I30=2.5´148.02=369.69(A)按允许载流量，选择直线截面积，根据Ial >I30 ，查附录表19-3，根据实际环境温度，选3根单芯塑料导线穿钢管Sc=50mm埋地敷设。当截面积A=95mm2 ，=25o 时，Ial=170A.>I30= 147.88A，选择结果为BLV-3´95-170A-SC50mm(钢管管径)。以设备序号21为例说明计算过程：序号21设备单位容量10.125kw，效率=0.88，启动倍数Kst=6由于是低压工厂供电，所以变压器一次侧电压10KV，二次侧

16、电压为0.4KV。 计算电流：I30=Pe3UNcosj·h=10.125´0.38´0.81´0.88=21.58(A)启动电流：Ist=Kst´I30=6´21.58=97.2(A)按允许载流量，选择直线截面积，根据Ial >I30 ，查附录表19-3，根据实际环境温度，选3根单芯塑料导线穿钢管Sc=15mm埋地敷设。当截面积A=4mm2 ，=25o 时，Ial=24A.>I30= 21.58A，选择结果为BLV-3´4-24A-SC15mm(钢管管径)。3低压配电系统的设计以设备序号23为例说明计算过程：序

17、号23设备单位容量80kw，效率=0.86，启动倍数Kst=3由于是低压工厂供电，所以变压器一次侧电压10KV，二次侧电压为0.4KV。 计算电流：I30=Pe3UNcosj·h=803´0.38´0.80´0.86=176.67(A)启动电流：Ist=Kst´I30=3´176.67=530.01(A)按允许载流量，选择直线截面积，根据Ial >I30 ，查附录表19-3，根据实际环境温度，选3根单芯塑料导线穿钢管Sc=50mm埋地敷设。当截面积A=120mm2 ，=25o 时，Ial=195.>I30= 176.67A

18、，选择结果为BLV-3´50-195A-SC50mm(钢管管径)。表2-1 各支线负荷、导线截面积选择结果设备代号设备名称计算电流单台容量（kW）启动电流导线截面积允许载流量穿钢管管径13普通车床C630-14 5，16 6 79内圆磨床M2120砂轮机S3SL-300 平面磨床M7130 牛头刨床B605016.5 8.57.6 40.48*96 0.4*512.5 2.518 1815 1514.9 3.37.25 1.50.4*90.6 0.4*19.52.5 2.518 1815 1516.47.60.4*97.22.51815备注温度25o 25o 25o 25o25o 2

19、5o 25o 25o 25o 25o 25o1012 普通车床C6140 12.9 6.125 0.4*77.4 2.5 18 151315 17，18普通车床C616 单臂龙门刨床B10129.58 148.024.6 67.80.4*57.48 0.4*369.72.5 9518 17015 5019 20，21龙门刨床B2016 普通车床C630146.3 21.5866.8 10.1250.4*364.25 0.4*129.4895 4170 2450 1522 立式钻床Z535 9.76 4.625 0.4*58.56 2.5 18 154低压配电系统的设计23 24立式车床C534

20、J1 摇臂钻床Z3517.968.50.4*99.5542415176.67800.4*5301201955025o 25o 25o 25o2629 3034镗床T68 插床B503227.03 8.739.8 40.4*146.465 0.4*52.386 2.532 1815 15（2）干线负荷计算及截面积选择机加车间用电设备从低压配电屏引出三个回路WL1、WL2、WL3负荷计算结果和各回路所接配电箱及用电设备如下表：表2-2 电源屏三回路计算负荷电源屏引出回路号计算负荷P30Q30配电箱WL1 WL2 WL316.32 60.94 24.1421.37 80.2 32.1DYX(R)型多

21、用途配电箱 DYX(R)型多用途配电箱 DYX(R)型多用途配电箱车间的转供负荷计算结果如下表：表2-3 车间的转供负荷计算结果转供负荷名称 金工车间 汽车修理车间 备品车间 锅炉房 照明回路 （三相）车间回路号P30WL4 WL5 WL6 WL7 WL8100 82 82 55 45计算负荷 Q30 98 86 95 80 0S30 140 118.8 125.5 97.1 45I30 212.7 180.5 190.7 147.5 68.4cos 0.90 0.88 0.87 0.85 1按允许发热条件选择车间干线截面积计算如下表所示。各干线选择YJLV型交联聚乙烯绝缘电缆，埋地辐射。5低

22、压配电系统的设计表2-4 车间干线计算电流及导线截面积选择结果（YJLV铝芯电缆）回路编号WLI WL2 WL3 WL4 WL5 WL6 WL7 WL8干线计算电流I30(A)40.24 150.9 61.02 212.7 180.5 190.7 147.5 68.4导线允许载流量Ial（A）94 180 94 218 218 218 180 94导线截面积A(mm2)3*16+1*16 3*50+1*25 3*16+1*16 3*70+1*35 3*70+1*35 3*70+1*35 3*50+1*25 3*16+1*16第3章 无功功率补偿无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和串联电抗

23、器两种。由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。3.1 低压母线计算负荷低压母线的计算负荷为各回路干线负荷之和，应计及同时系数（或称为参差系数或称为综合系数）。P30M=KpåP30i=0.9*（16.32+60.94+24.14+100+82+82+55+45）= 417.6(KW)1818Q30M=KpåQ30i=0.95*（21.37+80.2+32.1+98+86+95+80+0）=467.28(Kvar)S30M=417.62+467.282=626.69(KV·A)6低压

24、配电系统的设计由于车间负荷功率因数小于0.92，因此应在变压器低压母线上进行集中无功补偿。集中补偿便于维护和管理，采用电力电容器进行补偿。3.2 无功功率补偿1）补偿容量的确定QC=P20（tan1-tan2）=417.6*(1.1-0.426)=284(Kvar)补偿后变电所变压器一次侧计算负荷P'30MS'30M=P30M=417.6KW Q'30M=Q30M-QC=467.28-300=167.28Kvar =449.56KVA COSj=417.6=0.93>0.92 故满足要求 449.563.3 计算变电所变压器一次侧计算负荷（1）估算变压器功率损耗：

25、¢M=0.012´449.56=5.39(kw),DPT=0.012S30 ¢M=0.06´449.56=26.97(kvar)DQT=0.06S30(2)估算进线负荷：¢M=5.39+417.6=422.99(kw),Q301=DQT+Q30¢M=26.97+167.28=194.25(kvar),P301=DPT+P30S301=P301+Q301=465.46(kV·A),I301=I302=465.463´0.4=671.83(A),cosj301=22S3013´UN1=465.463´

26、;10=26.87(A)422.99=0.908465.46第4章 确定车间变电所变压器形式、容量和数量及主结线方案4.1 根据负荷性质和电源情况选择变压器台数和容量有下列两种方案：a)装设一台主变压器型号为S9型，而容量根据式SN×T³S30，SN×T为主变压器容量，S30为总的计算负荷。选SN×T=500VA>S30=465.46KVA，查表5即选一台7低压配电系统的设计S9-500/10/0.4-Yyn0型低损耗配电变压器。b)装设两台变压器型号为S9型，而每台变压器容量根据式（4-1）、（4-2）选择，即SN×T»(0.

27、60.7)´465.46 KVA=（279.3-325.8）KVA（4-1）一台工作时ST >SN×T=325.8KVA 故要选择容量为400MVA的变压器（4-2） 因此选两台S9-400/10/0.4-Yyn0型低损耗配电变压器。技术数据如下表：表4-1 型电力变压器技术数据型额定容量 号空载损耗 负载损耗 空载电源STN(KV·A) DP0(KW)DPk(KW)I0%5000.965.11.04 短路阻抗连接组 别标号参考价（元/台）UK%Yyn081100S9-500 S9-4004000.84.31.04Yyn0 533008低压配电系统的设计4.

28、2 主接线方案的技术经济比较装设一台主变压器的方案能满足供电安全性的要求，供电的可靠性能基本满足。一台主变压器电压损耗较大，灵活性小，留有扩建的余地较小。装设两台主变压器的方案既能满足供电安全性的要求也能基本满足供电可靠性的要求。装设两台主变压器电压损耗较小灵活性较好，扩建适应性好。但是选择一台主变压器加上连接变压器的断路器及隔离开关和维护的费用远远的比装设两台变压器低许多，因此选择一台主变压器较为经济。4.3 车间进线架空线的选择根据设计任务要求选择总降压变电所到车间变电所的进线为架空线，按发热条件选择截面积。已知I301 =26.87A，查工厂供电附录表16选择LJ-10铝绞线，25

29、76;屋外载流量为75A，故满足要求。4.4 低压配电系统主接线图9低压配电系统的设计第5章 短路计算5.1 绘制计算电路10kV 0.4kVXt图5-1 短路计算电路 Xs Xl k-1图5-2 短路计算等效电路5.2 短路电流计算短路电流计算目的是为了选择和校验车间变电所高、低压电气设备及提供继电保护整定计算所需要的技术数据。因此应计算在最大运行方式下和最小运行方式下的短路电流值。5.2.1计算电路图5-1所示5.2.2等值电路图5-2所示5.2.3计算各元器件基准电抗标幺值选区基准容量Sd=100MVA，基准电压：Ud1=10.5kV，Ud2=0.4kV， 基准电流：Id1=SdUd1=

30、100100=5.5kA,Id2=144.3kA 3´10.53´0.4=Sd100100=0.5,Xs·min=0.29 200Sk·max350电源内阻：Xs·max=SdSk·min10低压配电系统的设计RWL=R1L线路：XWLSd100=0.64´1.5´=0.870722Ud110.5 S100=X1L2d=0.323´1.5´=0.4395Ud210.52Uk%Sd4100´103变压器：XT=´=´=8 100SNT1005005.2.4计算K1点和

31、K2点短路电流Xk1·max=Xs·max+XWL=0.5+0.4395=0.9395Xk1·min=Xs·max+XWL=0.29+0.4395=0.7295Rk1=RWL=0.870722 Zk1·min=Rk1+Xk1·min=1.1359,Zk1·max=R2k1+X2k1·max=1.2809Xk2·max=Xk1·max+XT=8.9359Xk2·min=Xk1·min+XT=8.7295Ik1·max=Ik2·max=Id1Zk1·

32、minId2Xk2·min=Id15.55.5=4.842(KA),Ik1min=4.294(kA) 1.1359Zk1·max1.2809Id2144.3144.3=16.53(kA),Ik2·min=16.14(kA)8.7295Xk2·max8.9395=短路电流计算结果如表所示高压冲击系数Ksh=1.8，则ish=2KshIk1·max=2.55´4.842=12.35(kA)。 低压冲击系数Ksh=1.6，则ish=2KshIk2·max=2.26´16.53=37.36(kA) 短路容量为：Sk1

33、83;max=Sk2·max=SdZk1·minSdZk2·min=100=88.04(MV·A)1.1359100=11.46(MV·A)8.729511低压配电系统的设计表5-1最大运行方式短路电流（KA） 最小运行方式短路电流（KA） 冲击电流（KA） 最大短路容量（MV·A）4.842 4.294 12.32 88.0416.53 16.14 37.36 11.46第6章 选择车间变电所高低压进出线6.1 选择母线截面积车间低压母线，可以选择LMY型矩形铝母线，按经济电流密度选择。一直母线计算电流I30M=799.8A，查表5

34、-4，根据年最大负荷小时数Tmax=5500h，'I30799.8差的经济电流密度，Jec=1.54，因此经济截面积为Aec=M=519.35Jec1.54（mm2）。查表17选LMY型硬铝母线63´10。在环境温度为35°时竖放Ial=952A，平放减少8%，Ial=952´0.92=875.84A。可见，母线允许载流量大于母线计算电流I30M=799.8。6.1.1 对母线作热稳定校验，假想时间为，则热效应允许最小截面积为 tk=top+toc=1.3+0.2=1.5（s）(3)I¥10316.53´103At=eq=.5=232.

35、71（mm2）C87式中 C热稳定系数。查表7得铝母线热稳定系数C=87.因为实选母线截面积A=63´10=630mm2>At=232.71mm2,所以热稳定合格。 6.1.2对母线作动稳定校验。母线采用平行放置，根据低压配电屏结构尺寸确定a=0.25m，l=0.9m。12低压配电系统的设计计算应力为 a=0.25 b=0.1 h=0.0082lish()´10-7×l=10b2h/6(37.36)´(2sc=0.9)´10-7´0.9=5.87(MPa)210´0.1´0.008/6sc<sa1=70

36、MPa (硬铝母线)合格6.2 进线电缆热稳定校验Amin(3)I¥´10316.53´103=k=.4=142.76mm2C137()查表7，10kV交联聚乙烯绝缘电缆热稳定系数为137铜线。按热稳定要求重选交联聚乙烯电缆YJL22-10000-3´150,允许载流量347A.Ial=347A>I301=26.87A.电缆不作动稳定校验。6.3 车间变电所高压电气设备的选择车间变电所变压器进线侧计算数据如表6-1所示。表6-1进线侧计算数据和高压开关技术数据计算数据 UNW（kv） I30(A) Ik(kA) Sk(MVA) ish(kA) I2

37、¥teq10 26.87 4.84 88.04 12.35 30.45真空断路器ZN-12-40.5 UN（kV） IN(A) I(kA) S(MVA) imax(kA) It2tt13高压熔断器 UN（kV） IN(A) I(kA) S(MVA) imax(kA)10 0.5 100 500 16010 400 17.3 150 22 302低压配电系统的设计表6-2 普通阀型避雷器技术数据型号 额定电灭弧电工频放冲击放压（kV） 压（kV） 电电压 电电压不不FSFZ小大不不于 于 大大于 于冲击残压（kV） FSFU3(kA) 5(kA) 50(kA) 10(kA)FS-101

38、01226 31 50 4515（1）选择避雷器FS-10或FZ-10，如表6-2所示 (2) 选择电压互感器：JSJW-10/0.1/0.1/3(3) 高压电流互感器选择：查表5-11选LAJ-10或LQJ-105045506.4车间低压侧电气设备的选择低压侧计算数据如表6-3所示：表6-3 车间低压侧计算数据UNW(V)'I30m(A)380799.8 16.53 11.46 37.36Ik''(kA)A) Sk''(MV·imax(kA)2s) I¥teq(KA2·16.532´1.5=409.9各低压干线低

39、压断路器及低压刀开关的选择如表6-4所示：14低压配电系统的设计表6-4 车间低压干线断路器及低压刀开关选择表车间回路号 WL1 WL2 WL3 WL4 WL5 WL6 WL7 WL8计算电流(A)40.24 150.9 61.02 212.7 180.5 190.7 147.5 68.4低压断路器型号 低压刀开关型号 DW15-200 DW15-400 DW15-200 DW15-400 DW15-400 DW15-200 DW15-400 DW15-200HR5-100 HR5-400 HR5-200 HR5-400 HR5-400 HR5-200 HR5-400 HR5-1006.5 低压配电屏的选择查工厂常用电气设备手册，低压