供电系统毕业论文

1、摘 要随着科学技术的不断发展和社会的全面进步，人民生活水平不断提高，电能已经深入到我们的日常生活和工作中，对相关问题的研究电力工业的发展层出不穷。我国电力行业在当前飞速发展的现状基础上，独创设计，结合新型工厂发展的实际需求，倡导“安全、高效、节能”的方针。 - 节能”，集开关站、配电、照明、自动控制和调节、建筑物防雷、保护、计算机设备控制和提供一体化现代化工厂用电系统。本设计在充分考察工厂符合设备的情况下，采用系数法计算全厂用电负荷，据此与电力工业部门签订协议，确定供电等级。根据工厂的实际需求进行工作补偿，确定明显的负荷计算系统，不同的电力负荷根据他们的全厂工作要求分为不同的负荷等级，根据工厂

2、开发和要求，选择两个平台工厂采用主变压器进行规划，既作为备用方式，又满足供电可靠性的保证。绘制系统主接线图，优化寻找厂用电气设备，并根据发热的稳定性要求进行校验，最后确定防雷保护和接地措施，保证提高电源的可靠性和经济运行消耗。关键词：电力系统、负荷计算、短路计算、变压器、防雷设计目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc106619189 摘要 PAGEREF _Toc106619189 h 我 HYPERLINK l _Toc106619190 摘要 PAGEREF _Toc106619190 h 二 HYPERLINK l _Toc106619191 1简介 P

3、AGEREF _Toc106619191 h 1 HYPERLINK l _Toc106619192 1.1中国电力行业的发展历程、现状与未来 PAGEREF _Toc106619192 h 1 HYPERLINK l _Toc106619193 1.2工厂供电系统设计的意义 PAGEREF _Toc106619193 h 2 HYPERLINK l _Toc106619194 2载荷计算 PAGEREF _Toc106619194 h 3 HYPERLINK l _Toc106619195 2.1工厂负荷统计 PAGEREF _Toc106619195 h 3 HYPERLINK l _To

4、c106619196 2.2系统设计框图 PAGEREF _Toc106619196 h 3 HYPERLINK l _Toc106619197 2.3计算方法 PAGEREF _Toc106619197 h 4 HYPERLINK l _Toc106619198 2.4绘制最大载荷计算图 PAGEREF _Toc106619198 h 4 HYPERLINK l _Toc106619199 2.5载荷计算 PAGEREF _Toc106619199 h 5 HYPERLINK l _Toc106619200 2.5.1载荷计算 PAGEREF _Toc106619200 h 5 HYPERL

5、INK l _Toc106619201 2.5.2全厂用电负荷分类 PAGEREF _Toc106619201 h 6 HYPERLINK l _Toc106619202 2.5.3绘制负荷等级指示 图 PAGEREF _Toc106619202 h 6 HYPERLINK l _Toc106619203 2.6确定工厂供电电压等级 PAGEREF _Toc106619203 h 6 HYPERLINK l _Toc106619204 2.7无功补偿 PAGEREF _Toc106619204 h 6 HYPERLINK l _Toc106619205 2.7.1无功补偿方法 PAGEREF

6、_Toc106619205 h 6 HYPERLINK l _Toc106619206 2.7.2无功补偿容量计算 PAGEREF _Toc106619206 h 7 HYPERLINK l _Toc106619207 3电线电缆的选择 PAGEREF _Toc106619207 h 9 HYPERLINK l _Toc106619208 3.1根据载流量选择 PAGEREF _Toc106619208 h 9 HYPERLINK l _Toc106619209 3.2根据电压损耗选择 PAGEREF _Toc106619209 h 9 HYPERLINK l _Toc106619210 3.

7、3配合线路保护设备选择 PAGEREF _Toc106619210 h 9 HYPERLINK l _Toc106619211 3.4热稳定性 PAGEREF _Toc106619211 h 检查9 HYPERLINK l _Toc106619212 4变压器选项 PAGEREF _Toc106619212 h 11 HYPERLINK l _Toc106619213 4.1 11型变压器的确定 PAGEREF _Toc106619213 h HYPERLINK l _Toc106619214 4.2变压器的过载能力 PAGEREF _Toc106619214 h 11 HYPERLINK l

8、 _Toc106619215 4.2.1正常过载能力 PAGEREF _Toc106619215 h 11 HYPERLINK l _Toc106619216 4.3变压器数量的确定 PAGEREF _Toc106619216 h 12 HYPERLINK l _Toc106619217 4.3.1 变压器12应根据负载等级选择 PAGEREF _Toc106619217 h HYPERLINK l _Toc106619218 4.3.2变压器容量的确定 PAGEREF _Toc106619218 h 12 HYPERLINK l _Toc106619219 5电气主接线 PAGEREF _T

9、oc106619219 h 15 HYPERLINK l _Toc106619220 5.1电气主接线要求及设计依据 PAGEREF _Toc106619220 h 15 HYPERLINK l _Toc106619221 5.2常用工厂电气接线图比较 PAGEREF _Toc106619221 h 15 HYPERLINK l _Toc106619222 6短路计算 PAGEREF _Toc106619222 h 18 HYPERLINK l _Toc106619223 6.1短路原因 PAGEREF _Toc106619223 h 18 HYPERLINK l _Toc106619224

10、6.2设备和系统短路的危险 PAGEREF _Toc106619224 h 18 HYPERLINK l _Toc106619225 6.3短路电流计算的目的 PAGEREF _Toc106619225 h 18 HYPERLINK l _Toc106619226 6.4短路类型 PAGEREF _Toc106619226 h 18 HYPERLINK l _Toc106619227 6.5本系统设计的一般规定和假设 PAGEREF _Toc106619227 h 18 HYPERLINK l _Toc106619228 6.6本系统的短路计算 PAGEREF _Toc106619228 h

11、19 HYPERLINK l _Toc106619229 6.6.1 图19短路计算 PAGEREF _Toc106619229 h HYPERLINK l _Toc106619230 6.6.2三相短路计算 PAGEREF _Toc106619230 h 19 HYPERLINK l _Toc106619231 6.6.3单相短路电流计算 PAGEREF _Toc106619231 h 20 HYPERLINK l _Toc106619232 6.6.4短路电流的电动效应 PAGEREF _Toc106619232 h 20 HYPERLINK l _Toc106619233 6.6.5短路

12、电流的热效应 PAGEREF _Toc106619233 h 20 HYPERLINK l _Toc106619234 7电气设备的选择 PAGEREF _Toc106619234 h 22 HYPERLINK l _Toc106619235 7.1正常工作条件的选择 PAGEREF _Toc106619235 h 22 HYPERLINK l _Toc106619236 7.1.1根据环境温度选择 PAGEREF _Toc106619236 h 22 HYPERLINK l _Toc106619237 7.1.2按额定电压选择 PAGEREF _Toc106619237 h 22 HYPER

13、LINK l _Toc106619238 7.1.3按额定电流选择， PAGEREF _Toc106619238 h 22 HYPERLINK l _Toc106619240 7.2低压电气设备 PAGEREF _Toc106619240 h 的选择22 HYPERLINK l _Toc106619241 7.2.1低压熔断器的选择与计算 PAGEREF _Toc106619241 h 23 HYPERLINK l _Toc106619242 7.2.2自动空气断路器的选择 PAGEREF _Toc106619242 h 24 HYPERLINK l _Toc106619243 8保护措施和保

14、护装置的选择 PAGEREF _Toc106619243 h 28 HYPERLINK l _Toc106619244 8.1变压器保护 PAGEREF _Toc106619244 h 28 HYPERLINK l _Toc106619245 8.1.1变压器气体保护装置 PAGEREF _Toc106619245 h 29 HYPERLINK l _Toc106619246 8.1.2变压器差动保护装置 PAGEREF _Toc106619246 h 29 HYPERLINK l _Toc106619247 8.2电机保护 PAGEREF _Toc106619247 h 30 HYPERLI

15、NK l _Toc106619248 9接地措施 PAGEREF _Toc106619248 h 31 HYPERLINK l _Toc106619249 9.1低压配电系统的接地 PAGEREF _Toc106619249 h 31 HYPERLINK l _Toc106619250 9.2电气装置的接地 PAGEREF _Toc106619250 h 31 HYPERLINK l _Toc106619251 9.3防静电接地 PAGEREF _Toc106619251 h 31 HYPERLINK l _Toc106619252 9.4接地装置 PAGEREF _Toc106619252

16、h 32 HYPERLINK l _Toc106619253 10防雷措施 PAGEREF _Toc106619253 h 33 HYPERLINK l _Toc106619254 10.1一般原则 PAGEREF _Toc106619254 h 33 HYPERLINK l _Toc106619255 常用建筑物 PAGEREF _Toc106619255 h 的防雷措施33 HYPERLINK l _Toc106619256 10.2.1防止直接雷击的措施 PAGEREF _Toc106619256 h 33 HYPERLINK l _Toc106619257 10.2.2防止雷电感应的措

17、施 PAGEREF _Toc106619257 h 34 HYPERLINK l _Toc106619258 11总结与展望 PAGEREF _Toc106619258 h 35 HYPERLINK l _Toc106619259 至 PAGEREF _Toc106619259 h 36 HYPERLINK l _Toc106619260 参考文献 PAGEREF _Toc106619260 h 37 HYPERLINK l _Toc106619261 附录 PAGEREF _Toc106619261 h 381 简介1.1 我国电力工业发展历程、现状与未来电力行业是以生产和销售电能、服务电力

18、客户为主的行业。它通过供电设备，通过发电、输电、变电、配电等过程为电力用户供电。电能是由一次能源转化而来的二次能源，已成为国民经济和人民生活的必需品，各行各业，包括重工业、轻工业、交通运输、商业和服务业，以及信息产业都使用电能作为能量。电力工业最早出现于1882年，当时使用直流发电机供电。几年后，发明了交流发电机和变压器，然后发明了交流感应电动机，产生交流电。它由五个环节组成：变电站、配电和用电。随着电力生产规模的不断扩大和自动化程度的不断提高，电力生产经营发生了深刻变化。起初，建在市区的单个电厂向部分市区供电，然后同城的几座电厂并联起来。运行，城市电网初步形成，再形成更大的电网。1982年，

19、我国第一台发电机组投产，标志着我国电力工业的开端。从1882年到1949年，67年后，全国发电装机容量仅达到185.5万千瓦，年发电量43亿千瓦时，位居世界第一。 25、21、1949年新中国成立后的半个世纪里，我国电力工业以年均10%以上的速度高速发展。年发电量13685万千瓦时，全国220KV以上输电线路16.4万公里，其中500KV以上输电线路2.7万公里，220KV以上变电容量4.1万千伏安，其中500KV变电容量9400万公里千伏安。我国已初步形成华北、东北、华中、西北、川渝、华南7个省际电网，与山东、福建、海南、华南5个独立电网互联互通.随着电力规模的不断发展，技术和机组、调试和移

20、交水平有了很大提高，各大电网计算机监控调度系统进入实用化阶段。可靠性、稳定性和经济性显着提高，全国主要电网频率合格率达到99.9%以上。电力体制改革取得一定成效。根据社会关注市场经济体制改革的总体要求，从电力行业实际出发，国家采取了一系列措施，有力地促进了电力行业的发展。电力行业转变运行机制，建立现代企业制度工作稳步推进。电力行业政企分开，农电系统厂网分开，三改取得一定成效。他们为进一步深化电力体制改革积累了经验，创造了条件。基础。电力企业呼唤现代化管理。随着中国加入WTO，电力体制将进一步深化。电力企业建设要转变质量“以人为本”，加强质量意识教育和人力资源开发，切实引导电力企业走质量效益发展

21、之路。 ，正确处理ISO9000系列标准与TQM的关系，实现三标合一，建立一体化管理体系，坚持科技创新，推动科技进步和信息化建设。总之，电力行业的未来发展是质量世纪的到来。只有实现自主超越和创新，才能不断进步和发展，才能跟上信息时代发展的步伐，为国民经济和社会主义事业发展作出更大贡献1 。1.2 工厂供电系统设计的意义工厂供电是指工厂所需电能的供应和分配。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能易于从其他形式的能源转换，也易于转换为其他形式的能源使用，其输配电简单、经济。并且易于控制、调整和测量。有利于生产过程的自动化。因此，电能被广泛应用于现代工业生产和整个国民经济生活。在工厂中，

22、虽然电能是工业生产的主要能源和动力，但一般在产品成本中所占比例很小。例如在机械行业。电费仅占产品成本的5%左右。因此，电能在工业生产中的重要性，不在于它在产品成本中的比重，也不在于在总投资中的比重，而在于工业生产电气化后，可以大幅度提高产量，提高产品质量，提高劳动力。生产力，降低生产成本，减轻工人劳动强度，改善工人劳动条件，有利于实现生产过程的自动化2 。另一方面，如果工厂的电力供应突然中断，则会对工业生产造成严重后果。例如，在一些对供电可靠性要求较高的工厂中，即使是很短的停电，也会造成重大设备损坏，或造成大量产品报废，甚至可能造成重大人身事故，给企业带来经济效益。国家和人民。甚至是重大的政治

23、损失。因此，做好工厂供电工作，对于发展工业生产、实现工业现代化具有重要意义。节能减排是一项对国民经济建设具有战略意义的工作，也是工厂供电工作的一项重要任务。因此，做好工厂供电工作，对节约能源、支持国民经济建设也有重要作用。2 载荷计算2.1 工厂负荷统计eq oac(,1)拉伸电机5台，每台容量54.6KW；eq oac(,2)风机电机25台，容量21.85KW；eq oac(,3)14台泵电机，每台容量10.66KW；eq oac(,4)驱动电机6台，每台容量4.6KW；eq oac(,5)放卷、放卷电机7台，每台容量4.06KW；eq oac(,6)布架电机2台，每台10KW；eq oac

24、(,7)7台吸煤排渣电机，每台容量1.66KW；eq oac(,8)电加热设备4台，每台容量4.75KW；eq oac(,9)该厂总发电量为20KW。工厂总容量计算为1095.44KW。2.2 系统设计框图图 2.1 系统设计图2.3 计算方法电厂负荷的计算方法有很多，如按负荷曲线计算、按二项式系数法计算等。本系统设计采用需量系数法确定计算负荷，简单方便是确定全厂用电负荷的主要方法3 。(1) 单台电气设备的计算负荷就单台电机而言，设备容量就是电机的额定容量。计算负载：各种电气设备的工作系统不同，规定的额定功率也不同。例如，用电设备是按连续运行工作制规定的“额定功率”，等于设备的额定功率，有的

25、是按反复短时规定的“额定功率”。工作系统不能与铭牌上规定的额定功率混淆，计算时不能简单添加。将功率换算成同一机构的额定功率，再相加即可，起重设备(2) 电气设备组计算负荷组内电气设备不同时工作，参与工作的设备可能未满载。同时考虑供电线路效率、用电设备本身效率等因素，计算得到的负荷表达式为：2.4 画出最大载荷计算图图 2.2 最大载荷计算图2.5 载荷计算2.5.1载荷计算4eq oac(,1)拉伸电机：eq oac(,2)风扇电动机：eq oac(,3)泵电机：eq oac(,4)驱动电机eq oac(,5)放卷和放卷电机：eq oac(,6)镶框电机：eq oac(,7)吸煤排渣电机：eq

26、 oac(,8)电加热设备：eq oac(,9)厂房功率：总负载为：在工厂的设计中，考虑了同时率，那么总的计算负载为：此时功率因数为2.5.2全厂用电负荷分类(1) 1类负载：一旦发生瞬时短时停电，可能会涉及人身和设备安全、停产或造成大量损失。自动切换。（2）II类负载：这类负载允许短期停电，但时间过长可能会损坏设备或影响正常生产。这种类型的负载也应该有备用设备，或者使用双电源。(3)三类负载：一般与生产过程没有直接关系，即使长时间停电也不会影响全厂的生产状态，这类负载的供电可靠性略低, 并且只允许一个电源。(4)交流不间断电源负载(UPS)，设计中定位0I类负载，该类负载对供电可靠性要求较高

27、。(5)安全电源：该类负载由工厂低压系统供电。2.5.3绘制负载水平指示器5表 2.1 负载等级示意图加载名称负载类别是否容易超载是否有连锁需求操作模式拉伸马达一种简单的有经常连续风扇电动机一种简单的有经常连续驱动电机二级简单的有短期连续放卷和收卷电机二级简单的没有任何短期连续嵌框电机三类不容易没有任何短期连续吸煤除渣电机三类不容易没有任何短期连续电加热设备三类不容易没有任何短期连续工厂电源三类不容易没有任何短期连续2.6 确定工厂电源电压电平根据以上负荷计算，得出全厂电力负荷及负荷分配方案。根据电力部门的要求，厂区的供电设计是采用接10KV的线路作为厂区进线的电压等级。2.7 无功补偿2.7

28、.1无功补偿方式补偿方式分为集中补偿、分组补偿和个体补偿。集中补偿是指在变电站kV侧母线上集中安装电容器组；分组补偿是指安装在低功率因数车间变电站的电容器组。在高压侧母线上，减少电容器的投资；单独补偿多用于大容量感应电动机进行单独补偿。企业应在提高功率因数的基础上，合理安装无功补偿设备。企业电源的功率因数值应达到0.85以上。由于大部分负载为电机、电焊机、照明等感性负载，造成网络的功率因数。该值较低，通常小于 0.8。因此，负载所需的无功功率不能仅靠电站发电机的无功补偿来平衡。结果，机加工车间的功率因数值在正常负载下只有0.6左右，远远达不到供电部门的要求。因此，为了增加无功功率，提高功率因数

29、值，必须使用电容器来解决这个问题。控制方式一般有手动和自动两种。但是，由于这些是电子分离元件，产品质量较差。使用一段时间后，分离电子元件会老化，导致控制器经常出现故障。即使对部件进行维修更换，仍难以维持控制器的正常运行。应选择一套无功补偿控制器。稳定可靠，控制器能随车间机床负载自动补偿无功功率。与电容器配合，可自动检测输电线路上的负载功率因数值，并根据需要进行自动补偿，从而提高供电网络质量，降低电能损耗62.7.2无功补偿容量计算如果企业供电系统的所有功率因数为COS 1并增加到COS 2 ，则静电电容器的补偿容量为a 是平均负载系数，一般在 0.7 到 0.8 之间。补偿前的功率因数为：根据

30、工厂的发展要求和性质，采用的功率因数为补偿后的功率因数为：有功功率计算如下：补偿视在功率为计算电流为：无功补偿容量为低压群补，将电容器安装在车间变配电室母线上，可提高电容器的利用率，减少高压线路和配电变压器的无功损耗，减少视在主变压器的功率。主变容量选小，但不能降低低压线路的无功潮流。如果就地单补和群补并用，无功补偿设备大多位于低压电气设备和配电箱附近，补偿效果更好。高压集中补偿，电容器出厂时安装在总降压变压器母线上。在这种运行方式下，电容器安装方便，运行可靠，利用率高。降压变电站前通过电力系统的无功功率，增加了整个降压变电站的负载能力，提高了变电站的电压质量。3 电线电缆的选择3.1 根据载

31、流量选择即根据导线的允许温升来选择。在最大允许连续负载电流的情况下，导线的发热不超过线芯的允许温度，导线不会因过热而造成绝缘损坏或加速老化。选择时，导线的允许载流能力必须大于等于线路中计算出的电流值，即必须大于等于37.3A3.2 根据电压损耗选择导线上的电压损耗应低于最大允许值，以保证供电质量。对于电力线，电压损耗一般不能超过额定电压的百分之十。对于照明线路一般不能超过5%。电压损耗是指线路的起始电压与终端电压有效值的代数差，即U=U1-U2。由于用电设备的端电压偏移有一定的允许范围，因此要求线路的电压损耗也有一定的允许值。为了保证电压损耗在允许值范围内（5%），可以通过增加电线或电缆的横截

32、面来解决7 。线路额定电压10KV，允许电压损耗U%=5%，3.3 带线路保护设备的选择由于电线的高温升高，沿电线流动的过大电流可能会损坏其绝缘层、接头、端子或导体周围的材料。当温升过高或线路短路时，也可能引起火灾，因此电路必须设置过载和短路保护。为了使保护装置在线路短路或过载时保护导线，两者之间必须有适当的配合。3.4 热稳定性检查由于电缆结构紧凑，散热条件差，为防止短路电流通过时导线温升超过允许值而损坏电缆，必须对其热稳定性进行验证。所选择的导体和电缆截面必须同时满足上述要求，先按允许载流能力选择，再按其他条件校核。如果不能满足要求，应增加横截面。低压中性点接地系统中性线 N (PEN)

33、部分的选择(1) 对于负载接近平衡的供电线路，N(PEN)线的截面积取相线截面积的1/2。当大部分负载为单相负载时，如照明电源电路，N（PEN）线的截面积应与相线的截面积相同。(2)对于采用晶闸管调光的配电电路，或采用电子整流器的大面积荧光灯供电电路，由于三次和谐波增加较大，N线截面积应为2倍。相线的横截面积，否则为中性线。线路会过热，导致供电电路的故障增加8 。PE线截面的选择(1)在TN系统中，PE线通过短路电流。为了使保护装置具有足够的灵敏度，应降低N线的阻抗，因此PE线的横截面不宜过小。该面积应等于相应的 N 线横截面积。(2)如果使用单芯线作为固定装置的PE主干线，其截面为铜芯时不小

34、于10mm 2 ，铝芯时不小于16mm 2 。核心；多股电缆芯线作为PE线并联使用时，最小截面积为4mm 2 。当PE线所用材料与相线相同时，其截面应根据热稳定性的要求不小于规定值。4 变压器选型变压器是车间变电所的重要关键设备之一。变压器的正确选用对于车间变电所的可靠运行和节约建设资金具有重要意义。因此，正确选择变压器对于车间变电站的建设至关重要。的重要组成部分。4.1 变压器型号的确定变压器一般分为电力变压器和特种变压器。电力变压器按用途可分为升压变压器、降压变压器、配电变压器、联络变压器和厂用变压器。如单相变压器、三相变压器、油浸式变压器、干式变压器、双线圈变压器、三线圈变压器、铝线圈变

35、压器等。车间变电站一般采用降压型电力变压器进行配电，并根据其应用环境和负荷条件确定其线圈的材质和冷却方式。4.2 变压器的过载能力电力变压器的额定容量是指在设计标准环境温度和使用寿命下所能输出的最大视在功率。但在实际运行中，由于负载不断变化，而我国大部分地区的环境温度低于设计标准规定的环境温度，变压器存在过载的可能，应单独使用选择变压器时。 9 。4.2.1正常过载能力这是指变压器在正常运行期间保持规定的使用寿命时所考虑的变压器的允许过载能力。 (1) 昼夜负荷不均所允许的过载倍数，可按典型日负荷曲线填充。最大负荷系数和持续时间 (2) 如果变压器在夏季欠载，冬季可以考虑变压器过载运行。如果在

36、夏季，平均日负荷曲线中的最大负荷比变压器的额定容量低1%，但这种增加的冬季最大负荷不超过15%。上述两种负载可同时考虑，但后者的总过载量，室外变压器不超过额定负载的30%，家用变压器不超过额定负载的20%。4.2.2事故超载当工厂的供电系统出现故障时，首先要尽量保证不间断供电，即在短时间内，让变压器多带一些负载来供电，以防万一发生事故，所以叫事故超载。意外过载具有较大的过载，导致绝缘老化的速度比正常工作条件下要快得多，但根据下表所列的条件，可以短时间过载10 。4.3 变压器数量的确定变压器的数量主要根据负载的大小、供电的可靠性和负载的质量要求来确定，并兼顾节能、降低成本和操作方便。4.3.1

37、变压器需要根据负载等级选择(1)对于有一次、二次负荷的变电站，当一次、二次负荷较多时，应安装两台以上的变压器；当一、二次负荷只有少数时，可从相邻变电站获得低压后备供电时，可使用变压器；（2）三级负荷变电站，负荷较小时使用一台变压器；当负载较大，一台变压器不能满足需要时，可使用两台或多台变压器； when the load is day and night or seasonal When the load changes greatly, it is appropriate to use two transformers when the selection of one transforme

38、r is unreasonable in terms of technology and economy.(3)如果单相负载导致变压器三相负载的不平衡度超过25%，应安装单相变压器。电力和照明一般都是用一个公用变压器供电，但如果公用变压器严重影响照明质量和灯泡寿命，可以考虑设置一个专用于照明的变压器。(4)如果冲击负荷较大，严重影响电能质量，应设置专用变压器为冲击负荷供电。4.3.2变压器容量的确定变压器的容量应根据计算负载选择。对于平衡供电的单台变压器，负载率一般在85%左右；对于昼夜或季节性波动较大的负电源变压器，应考虑变压器的容量和数量合理运行，方可使用。高峰时段适当超负荷运行；对及时失

39、电的变压器，充分发挥其过载能力。(1)对于两台或多台变压器，当其中一台变压器断电时，其余变压器应保证所有一次负荷和大部分二次负荷的用电。(2)变压器的容量应根据电动机的启动电流或其他负载冲击情况检查。变压器容量的选择应考虑低压电器的短路工作条件。单台变压器容量不宜大于1000KVA。如果负载大且集中，允许使用低压电器元件，且运行合理，也可以使用容量更大的变压器10 。根据本设计要求，总视在功率为645.4KVA，可选用两台630KVA变压器，一台工作，一台备用，满足厂区供电可靠性要求。但由于工厂总容量为1095.44KW，1200KVA以上的变压器也可选择两台，现对这两种方案进行演示。变压器运

40、行特性对比：经过负载调查，变压器低压主输入开关处的电流为550-650A，负载曲线如图4.1所示选用1250KVA变压器的实际负载率图 4.1 负载曲线图 4.2变压器效率和初级功率因数随负载率的变化曲线可以看出，在变压器长期轻载运行时，变压器效率和原边功率因数均较低。图4.2为变压器效率和初级功率因数对负载因数=36%时的变化曲线，次级功率因数= 78%时， .如果选用额定容量为630KVA的变压器，负载率此时， =97%, ，正好在变压器的经济运行区，效率和功率因数都很高。显然，从运行特性来看，变压器容量选择1250LVA是不合理的。比较是从技术和经济角度进行的，如下表所示：表 4.1 变

41、压器价格比较变压器比较项目计划一选择1250LNA方案 2选择630KNA变压器价格2*252902*17100有功功率损耗4.235.74无功损耗18.5433.36年耗电量5969254533年度折旧和维护费用2925290*11.6%=58672*17100*11.6%=3967从上表可以看出，1250KVA变压器的采购成本比630KVA变压器多16380元，年运行成本也更高。综合以上对比，选择1250KVA的变压器是不合理的，应该选用630KVA的变压器。5 电气主接线5.1 电气主接线要求及设计依据电气主接线的设计原则是：根据工厂开发的需要和功能，满足电力系统可靠运行和经济调度的要求

42、，保证供需平衡，满足要求可靠性、灵活性和经济性。常见的电气主接线类型；有：单母线接线、单母线段边界、单母线段带旁路、双母线接线、一个半断路器接线、三分之四断路器接线、发电机-变压器-线路单元接线、发电机-变压器组接线等11 。5.2 常见工厂电气接线图比较图 5.1 蛋层径向接线图单层径向布线，工厂负载自用母线或径向布线，布线可靠性高，任何电路不影响其他电路工作，一般供应离主配电板较近的工厂负载。图 5.2 双层径向接线图双层放射状接线，由工厂母线或放射状至配电盘，再放射状供应至工厂用电负荷；供电可靠性稍差；布线在远离主配电板、负载集中时使用。干式电源接线使用一条回线为多个电源负载供电；供电可

43、靠性差；这种接线适用于补充重要的电力负载。图 5.3 屏幕之间的待机接线屏为互为备用接线方式。两个配电盘由不同的母线供电。两块配电盘通过电缆连接，互为备份。工厂母线两段中的每一段均通过双极开关向配电盘供电；供电可靠性高；接线主要用于一类负载12 。低压接线设计原则：1.根据负载和人的重要性选择可靠性接线2、根据电气设备的不同，选用能满足选择性和灵活性要求的电气设备3.尽可能靠近负载以节省电缆。本设计采用双变压器互为备份，采用双层辐射布线方案。6 短路计算6.1 短路原因1. 电气设备和载流导体因绝缘老化、机械损伤或雷击、过电压引起的绝缘损坏而损坏；2. 架空线路因大风或结冰导体坍塌，或裸露的导

44、体被鸟兽搭桥；3、电气设备设计、安全、维修不良造成的设备缺陷造成的短路；4. 操作人员违反安全操作规程，误操作，如操作人员带负载拉动隔离开关，在线路或设备修好后不拆地线就加电压13 。6.2 短路对设备和系统的危害电力系统短路造成的危害程度一般与短路的类型、部位和时间有关。三相短路比其他类型的短路具有更严重的后果。靠近电源侧的短路短路时间最长，容易烧毁设备。造成电力系统失稳的短路后果会造成设备损坏、电压严重下降，破坏电力系统的稳定性。6.3 短路电流计算的目的通过计算短路电流的大小和变化规律，选择合适的电气设备，配置合理的继电保护装置，使发生短路时的损耗降到最低，保证电力系统的正常运行。6.4

45、 短路类型短路的种类有：三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。当发生三相短路时，被短路的三相阻抗相等，所以三相电流和电压仍然是对称的，称为对称短路，其他类型的短路电路被称为不对称短路，因为系统的三相对称结构被破坏，网络中的三相电压和电流不再对称。运行经验表明，在电力系统的各种短路故障中，单相短路占多数，约占短路故障总数的65%，三相短路仅占5%-10%。三相短路的概率比较小，但是故障的后果是最严重的，必须引起足够的重视。6.5 本系统设计的一般规定和假设1、如果工厂变压器容量不超过供电电源的3%，可以认为低压侧发生短路时，高压侧母线电压保持不变，可以被视为无限电源。2、低压网络的阻值

46、大，不容忽视。应与网络中的电抗一起纳入计算，否则会造成较大的误差。3、网络中的低压元件，如断路器、刀闸等，都有接触电阻，因为它们的值与变压器和电缆的阻抗相比非常小，为了简化计算，可将忽略。4、低压电源基本标准中规定，低压电器的短路电流检定，无论是开断电流还是动热稳定性，均采用短路电流的有效值循环组件14 。6.6 本系统短路计算6.6.1短路计算图图 6.1 短路计算图6.6.2三相短路计算如图：查表，变压器阻抗：R=3.27 X=10.92电缆阻抗：R=0.314*20=6.28 X=0.078*20=1.56R=1.08*30=32.42 X=0.075*30=2.25电路电流值为： KA

47、6.6.3单相短路电流计算变压器单相接地计算电抗：R=5.6*3.27=18.3 X=3.8*10.92=41.5电缆单相接地阻抗：R=3.14 X=1.05零线R=1.08*20=21.6 X=0.168*20=3.36R=1.08*30=32.4 X=0.115*30=3.4576.63K A6.6.4短路电流的电动效应在发生短路时，特别是当冲击电流通过电器或载流导体时，电动势可能达到最大值，甚至损坏电器。因此，电气设备中的电源或载流导体必须具有足够的机械强度来承受短路。短路电流越大，相互作用越大。当两相短路时，流向短路点的故障相电流大小相等，方向相反15 。电功率为：当发生三相短路时，假

48、设三根导体放置在同一水平面上，由于短路冲击电流只发生在一相，所以中间相接收的最大电动势为：6.6.5短路电流的热效应当用电设备和载流导体流过短路电流时，虽然由于继电保护的作用，短路被切断，流过用电设备的短路电流很短，但由于短路电流是正常电流的很多倍，温升还是很高的。 .必须满足电气设备的最高温度不能超过短路电流流过时短时发热的允许温度。短路电流产生时间等于继电保护动作时间加上故障的断路器断开时间。短路浪涌电流的计算：电力系统在短路时产生的浪涌电流大约在短路发生后出现，短路电流的瞬时值会在半个周期内出现。频率为50HZ时，0.01秒后出现，浪涌电流会产生很大的电动势，在计算浪涌电流的大小时，由于

49、周期分量的衰减比非周期分量慢得多，浪涌电流计算公式为：7 电气设备的选择7.1 正常工作条件的选择7.1.1根据使用环境温度选择电气设备的选择应考虑安装位置，室外配电装置的电器比室内配电装置差很多。因此，电气设备有室内和室外两种，电气设备分为普通型、湿热型、高空型、防污型和封闭型等。7.1.2按额定电压选择电气设备的最高工作电压不低于设备所在电路的最高工作电压。电气设备的最大允许工作电压按厂家规定为设备额定电压的1.11.5倍，回路工作电压在电网上下波动，其值一般不超过额定电压的1.15倍电网电压。7.1.3根据额定电流选择，电气设备长期发热的允许电流不应小于其所在电路的最大连续工作电流。电气

50、设备的额定电流是指电气设备在基准环境温度下允许长时间通过的最大工作电流。此时电气设备的长期加热温升不超过其允许温度。在实际运行过程中，环境温度直接影响用电设备的发热温度，所以用电设备的额定电流必须通过温度进行修正。环境温度低于40但不高于60时，每降低1允许电流增加0.5%，但总增加量不得大于额定电流的20%。该设备，但实际上它通常是未校正的；每升高 1C，允许电流降低 1.8%。为使电器设备适应该地区的温度变化，一般规定按标准生产的电器，适应温度为-40+40（变压器和电压互感器为-30+ 40）。但它不能在高于+60C的环境温度下工作。7.2 低压电气设备的选择低压开关设备是指380/22

51、0伏电路中的开关设备。这些低压开关设备主要是指刀开关、自动空气开关和熔断器。本节主要介绍自动保护用熔断器、自动空气开关等低压开关设备的选型和计算。当熔断器和自动空气开关在低压电源电路中用作自动保护开关时，它们用于保护电网免受故障情况（过载或短路）的影响。当电网处于故障状态时，熔断器或自动开关能自动断开电路，从而防止电路中的各种电气设备因故障电流超过正常工作状态而损坏。7.2.1低压熔断器的选型计算熔断器是电路中价格便宜、结构简单、使用方便、体积小的保护元件，所以常用于电源。熔断器在供电线路中用作保护器件时，当电路电流增大到一定值时，熔断器的熔体被加热到熔点而熔化（通常称为熔断），电路断开，而受

52、保护的组件（导体、电缆、电机或变压器）受到过载或短路电流的保护。通过熔体的电流越大，熔体熔化越快，电路断开。当电路中的故障排除后，更换另一个完好的熔体，恢复电路的供电。低压熔断器的选择包括选择熔体的额定电流、熔断器的电流和电压。最后，应验证熔断器在短路时的分断能力17 。熔体的选择除了被保护线路的正常工作电流外，还应考虑线路启动条件下正常启动电流不会熔断熔体，与上、下额定电流的配合。还应考虑较低的熔体。具体步骤如下。1、根据电路正常工作选择熔体电流：应保证在正常工作电流下熔体不熔断，所以熔体的额定电流应满足：我er 我js式中I er熔体的额定电流， A；I js 计算出的线路电流，A；即 I

53、 er 23.84A2、根据线路正常启动电流选择熔体电流：应保证在电机启动线路时，熔体不被吹出。当线路给单台电机供电时，考虑到电机的正常启动电流，熔体的额定电流必须满足：I er (I qd /)式中 I qd 电动机的启动电流，安培取决于电动机的启动条件和熔断器特性的计算系数。本系统由多台电机供电（这种线路为主线），应考虑有一台电机启动能力最大，其余电机运行正常，峰值电流I jf出现在行中。此时熔体的额定电流必须满足I er (I jf /) = (I js + (K q, max -1) I e, max )/式中 I jf 配电线路的峰值电流，按此计算，即启动电流最大的电机启动时，配电线

54、路的峰值电流，A；I js 计算得到的所有电机电流，A；K q, max 启动电流最大的电机的启动电流倍数；I e, max 启动电流最大的电动机的额定电流，单位为安。3、保护硅整流器的快速熔断器可按以下公式选择I r = /2 I ze式中，I ze硅整流管的额定电流，单位为安培。根据上式计算的熔体电流I r从产品样品中选择熔断器的额定电流，其值应大于或等于熔体的额定电流。熔断器额定电压的选择应根据其安装处的线路电压。1、熔断器分断能力的验证选择保险丝和熔体后。然后根据回路的短路电流检查：应保证熔断器的最大分断电流大于回路中三相短路冲击电流的有效值。当保险丝受到短路冲击电流时，保险丝将在0.

55、01秒内熔断。计算公式可表示为：I cd, r I cd 2.87 KA式中，I cd, r熔断器的极限分断电流容量，kA；I cd 电路中三相短路冲击电流（全电流）的有效值，kA。制造商提供的熔断器的极限分断能力因产品型号而异，给定的极限分断电流用短路电流循环分量的有效值I zq, r表示。为此，式 = 5 * GB3 左侧的数据可计算如下：I cd, r = c K I zq, r kA式中，I zq ， r制造商保证的熔断器的极限分断能力，单位为千安；K 与回路中功率因数有关的短路电流校正系数；c 计算系数，c = 1.21.25。7.2.2自动空气断路器的选择自动空气断路器简称自动开关

56、。该开关具有良好的灭弧性能，既能在正常工作状态下切断负载电流，又能在故障状态下自动切断短路电流或过载电流。因此，这种开关广泛用于低压配电装置中。既可作为低压配电的主电源开关，又可用于配电支线和电动机支线中作为短路、过载、欠压保护的开关。自动开关的主要电气数据包括额定电流、额定电压、分断容量等，自动开关的选型主要是进行这些方面的计算，现介绍如下。额定电压和额定电流的测定自动开关主要用于交流380伏和直流220伏的供电系统，所以其额定电压多为交流380伏和直流220伏。按线路额定电压选择时，应满足以下条件U e.zd U eL 400V式中 U e.zd自动开关的额定电压，伏特；U eL - 线路

57、额定电压，伏特。我国生产的框架式自动开关额定电流有200、400、600、1000、1500、2500、4000安等，而塑壳式自动开关的额定电流有6、10、20、 50、100、200（250）、600A等。根据电路计算电流选择时，应满足：i e.zd i js式中 I e.zd 自动开关的额定电流，A；I js 线路计算电流或实际工作电流，安培。长延时过电流脱扣器整定电流的确定由于长延时过电流脱扣器主要用于线路过载保护，脱扣器的整定电流应大于线路中的计算电流，并应满足下式：I g.zd K kl I js式中，I g.zd过电流脱扣器的长延时动作整定电流值，A；I js 电路计算电流，对于单

58、台电机，为电机额定电流，A；K kl 可靠性系数，等于 1.1。经过上面的计算，还要检查两个方面。首先应检查长时间过电流脱扣器在配电线路过载时能否可靠动作。采用自动开关保护电机时，应在电机过载20%时启动保护装置。其次，检查长延时过电流脱扣器在配电线路出现峰值负载或电机启动时不应动作。这个问题与脱扣器整定值的3倍可恢复时间有关，这取决于线路中峰值电流的持续时间，即最大容量鼠笼式异步电动机直接启动的持续时间。线。一般情况下，轻载电机启动时间不超过2.5-4秒，重载电机启动时间不超过6-8秒，个别重载电机启动时间可达15 秒。例如，在配电线路中，峰值电流相当于长延时过电流脱扣器整定值的3倍。如果大

59、容量电机启动时产生峰值电流，且为轻载启动，则选择返回时间8。秒能满足要求；如果是重载启动，可以选择返回时间为15秒满足要求。可恢复时间小，说明线路电流大于长延时脱扣器的一定倍数后，保护装置迅速动作。从保护线路的角度来看，这是有利的，因此应选择尽可能小的回程时间。瞬时（或短延时）过电流脱扣器整定电流瞬时动作过电流脱扣器的整定电流应避开线路峰值电流。在具体的设置计算中，对于配电线路或单台电机的电路有不同的考虑。对于单电机电路，需要进行以下设置：I s.zd K k2 I qd式中，I s.zd瞬时过电流脱扣器整定电流值，A；I qd 电动机的启动电流，A；K k2 考虑整定误差和起动电流允许变化的

60、可靠性系数，对于动作时间在一个周期内的自动切换，还需要考虑非周期成分的影响。对于动作时间大于0.02秒的自动开关，K k2为1.35，对于动作时间小于0.02秒的自动开关，K k2 为1.72.0。当配电线路不考虑电机启动时，采用如下公式设置：I s.zd K k3 I jf在考虑配电线路中电机的启动时，采用如下公式设定：I s.zd K k3 I q.dz式中 I jf 配电线路的峰值电流，A；I q.dz正常工作电流与启动电流之和，A；K k3 可靠性系数，取 1.35。对于本级自动切换的短延时过电流脱扣器动作电流的整定，还应考虑下一级开关整定电流的选择性。本阶段动作整定电流I s.zd应