小型钢铁厂企业供电设计

/某小型钢铁厂企业供电设计文摘本文依据钢铁厂供电系统对供电牢靠性、经济性的要求，依据钢铁厂的负荷性质、负荷大小和负荷的分布状况对本厂供电系统做了全面综合的分析，详细阐述了工厂总降压变电所实现的理论依据。通过对整个供电系统的分析和对钢铁厂的电力负荷,功率补偿,短路电流的计算，合理的选择电力变压器、断路器等各种电气设备；对工厂总降压变电所不同的主接线方案进行比较,选择牢靠性高,经济性好的主接线方案,实现了工厂供电系统平安、牢靠、优质、经济地运行。关键词供电系统；电力负荷；功率补偿；短路电流；电气设备；主接线工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和支配，亦称工厂配电。众所周知，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换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送和支配既简洁经济，又便于限制、调整和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。例如在机械工业中，电费开支仅占产品成本的5%左右。从投资额来看，一般机械工厂在供电设备上的投资，也仅占总投资的5%左右。因此电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，假如工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严峻的后果。例如某些对供电牢靠性要求很高的工厂，即使是极短时间的停电，也会引起重大设备损坏，或引起大量产品报废，甚至可能发生重大的人生事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。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，具有特别重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设有特别重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的须要，并做好节能工作，就必需达到以下基本要求：（1）平安在电能的供应、支配和运用中，不应发生人身事故和设备事故。（2）牢靠应满足电能用户对供电牢靠性的要求。（3）优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。（4）经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和削减有色金属消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照看局部和当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。工厂供电设计的一般设计原则（1）遵守规程，执行政策必需遵循国家的有关规程和标准，执行国家的有关方针，包括节约电能，节约有色金属等技术经济政策。（2）平安牢靠，先进合理应做到保障人身和设备的平安，供电牢靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，应接受效率高，能耗低，性能较先进的电气产品。（3）近期为主，考虑发展应依据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设和远期发展的关系，做到远、近期结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。（4）全局动身，统筹兼顾必需做到全局动身，统筹兼顾，按负荷性质，用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。1工厂的电力负荷及其计算1.1工厂的电力负荷1.1.1工厂电力负荷的分级及其对供电的要求（1）电力负荷的概念电力负荷又称为电力负载。它有两重含义：一是指耗用电能的用电设备或用电单位（用户），如说重要负荷、不重要负荷、动力负荷、照明负荷等。另一是指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小，如说轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。电力负荷的详细含义视详细状况而定。（2）工厂电力负荷的分级工厂的电力负荷，按GB50052—95规定，依据其对供电牢靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级：1）一级负荷一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者；或者中断供电将在政治、经济上造成重大损失者，如重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱须要长时间才能复原等。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等状况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。2）二级负荷二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能复原、重点企业大量减产等。3）三级负荷三级负荷为一般电力负荷，全部不属于上述一、二级负荷者。（3）各级电力负荷对供电电源的要求1）一级负荷对供电电源的要求由于一级负荷属重要负荷，如中断供电造成的后果特别严峻，因此要求由两个电源供电，当其中一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必需增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其它负荷接入应急供电系统。常用的应急电源可运用下列几种电源：=1\*GB3①独立于正常电源的发电机组。②供电网络中独立于正常电源的特地馈电线路。③蓄电池。④干电池。2）二级负荷对供电电源的要求二级负荷，要求由两回路供电，供电变压器也应有两台（这两台变压器不愿定在同一个变电所）。在其中一回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应不致中断供电，或中断后能快速复原供电。只有当负荷较小或者当地供电条件困难时，二级负荷可由一回路6kV及以上的专用架空线路供电。这是考虑架空线路发生故障时，较之电缆线路发生故障时易于发觉且易于检查和修复。当接受电缆线路时，必需接受两根电缆并列供电，每根电缆应能担当全部二级负荷。3）三级负荷对供电电源的要求由于三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对供电电源无特别要求。1.1.2工厂用电设备的工作制工厂的用电设备，按其工作制分以下三类：（1）连续工作制这类工作制的设备在恒定负荷下运行，且运行时间长到足以使之达到热平衡状态，如通风机、水泵、空气压缩机、电机发电机组、电炉和照明灯等。机床电动机的负荷，一般变动较大，但其主电动机一般也是连续运行的。（2）短时工作制这类工作制的设备在恒定负荷下运行的时间短（短于达到热平衡所需的时间），而停留时间长（长到足以使设备温度冷却到四周介质的温度），如机床上的某些帮助电动机（例如进给电动机）、限制闸门的电动机等。（3）断续周期工作制这类工作制的设备周期性地时而工作，时而停留，如此反复运行，而工作周期一般不超过10min，无论工作或停留，均不足以使设备达到热平衡，如电焊机和吊车电动机等。1.1.3工厂的负荷曲线负荷曲线是表征电力负荷随时间变动状况的一种图形。它绘在直角坐标纸上，纵坐标表示负荷（有功功率或无功功率）值，横坐标表示对应的时间（一般以小时为单位）。负荷曲线按负荷对象分，有工厂的、车间的或某类设备的负荷曲线。按负荷的功率性质分，有有功和无功负荷曲线。按所表示的负荷变动的时间分，有年的、月的、日的或工作班的负荷曲线。1.1.4和负荷曲线和负荷计算有关的物理量（1）年最大负荷和年最大负荷利用小时1）年最大负荷年最大负荷Pmax，就是全年中负荷最大的工作班内（这一工作班的最大负荷不是偶然出现的，而是全年至少出现过2～3次）消耗电能最大的半小时的平均功率，因此年最大符合也称为半小时最大负荷P30。2）年最大负荷利用小时年最大负荷利用小时又称为年最大负荷运用时间Tmax，它是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax（或P30）持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。年最大负荷利用小时是反映电力负荷特征的一个重要参数，它和工厂的生产班制有明显的关系。例如一班制工厂，Tmax≈1800～3000h；两班制工厂，Tmax≈3500～4800h；三班制工厂，Tmax≈5000～7000h。（2）平均负荷和负荷系数1）平均负荷平均负荷Pav，就是电力负荷在确定时间t内平均消耗的功率，也就是电力负荷在该时间t内消耗的电能Wt除以时间t的值。2）负荷系数负荷系数又称为负荷率，它是用电负荷的平均负荷Pav和其最大负荷Pmax的比值，即（1）对负荷曲线来说，负荷系数亦称负荷曲线填充系数，它表征负荷曲线不平坦的程度，即表征负荷起伏变动的程度。从充分发挥供电设备的实力、提高供电效率来说，希望此系数越高越趋近于1越好。从发挥整个电力系统的效能来说，应尽量使工厂的不平坦的负荷曲线“削峰填谷”，提高负荷系数。对用电设备来说，就是设备的输出功率P和设备额定容量PN的比值，即（2）1.2三相用电设备组计算负荷的确定1.2.1概述供电系统要能够在正常条件下牢靠地运行，则其中各个元件（包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等）都必需选择得当，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷。依据计算负荷选择的电气设备和导线电缆，如以计算负荷连续运行，其发热温度不会超过允许值。由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约为（3～4）τ，τ为发热时间常数。截面在16mm2及以上的导体，其τ≥10min，因此载流导体大约经30min（即半小时）后可达到稳定温升值。由此可见，计算负荷事实上和从负荷曲线上查得的半小时最大负荷P30（亦年最大负荷Pmax）是基本相当的。所以计算负荷也可认为就是半小时最大负荷。原来有功计算负荷可表示为Pc，无功计算负荷可表示为QC，计算电流可表示为Ic，但考虑到其“计算”c易和“电容”C混淆，因此本文借用半小时最大负荷P30来表示其有功计算负荷，而无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流则分别表示为Q30、S30和I30计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷确定得是否正确合理，干脆影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线电缆选的过大，造成投资和有色金属的奢侈。如计算负荷确定过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至烧毁，同样要造成损失。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。但由于负荷状况困难，影响计算负荷的因素很多，虽然各类负荷的变更有确定的规律可循，但仍难精确确定计算负荷的大小。事实上，负荷也不是一成不变的，它和设备的性能、生产的组织、生产者的技能及能源供应的状况等多种因素有关。因此负荷计算只实力求接近实际。1.2.2按须要系数法确定计算负荷（1）基本公式用电设备组的计算负荷，是指用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷P30。用电设备组的设备容量Pe，是指用电设备组全部设备（不含备用设备）的额定容量PN之和，即Pe=∑PN。而设备的额定容量，是设备在额定条件下的最大输出功率。但是用电设备组的设备事实上不愿定都同时运行，运行的设备也不太可能都满负荷运行，同时设备本身有功率损耗，配电线路也有功率损耗，因此用电设备组的有功计算负荷应为（3）式中，K∑设备组的同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量和全部设备容量之比；KL为设备组的负荷系数，即设备组在最大负荷时的输出功率和运行的设备容量之比；ηe为设备组的平均效率，即设备组在最大负荷时的输出功率和取用功率之比；ηWL为配电线路的平均效率，即配电线路在最大负荷时的末端功率（亦即设备组的取用功率）和首端功率（亦即计算负荷）之比。令上式中的K∑KL/（ηe、ηWL）=Kd，这里的Kd称为须要系数（4）即用电设备组的须要系数，是用电设备组在最大负荷时须要的有功功率和其设备容量的比值。由此可得按须要系数法确定三相用电设备组有功计算负荷的基本公式为（5）在求出有功计算负荷P30后，可按下列各式分别求出其余的计算负荷。无功计算负荷为（6）式中，tan为对应于用电设备组cos的正切值。视在计算负荷为（7）式中，cos为用电设备组的平均功率因数。计算电流为=（8）式中，UN为用电设备组的额定电压。负荷计算中常用的单位：有功功率为“千瓦”（kW），无功功率为“千乏”（kvar），视在计算负荷为“千伏安”（kV·A），电流为“安”（A），电压为“千伏”（kV）。（2）多组用电设备计算负荷的确定确定拥有多组用电设备的干线上和车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。因此在确定多组用电设备的计算负荷时，应结合详细状况对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数（又称为参差系数或综合系数）K∑p和K∑q：对车间干线取0.85～0.950.90～0.97对低压母线1）由用电设备组计算负荷干脆相加来计算时取0.80～0.900.85～0.952）由车间干线计算负荷干脆相加来计算时取0.90～0.950.93～0.97总的有功计算负荷为（9）总的无功计算负荷为（10）以上两式中的∑P30,i和∑Q30,i分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和。总的视在计算负荷为（11）总的计算电流为 （12）1.3变压器功率损耗的计算对于双绕组变压器，有功功率损耗和无功功率损耗分别为（13）（14）式中，P0—变压器器空载有功损耗；I0%—变压器空载电流百分数；SN—变压器的额定容量；P—通过变压器的有功负荷；Q—通过变压器的无功负荷；V—变压器运行线电压；RT—变压器每相电阻；XT—变压器每相电抗。精确计算时，P、Q、V为同一点的功率和电压。近似计算中，可用变压器额定电压代替实际运行电压。在V≈VN的条件下，将RT及XT的公式代入上式，就可得到用变压器试验数据干脆求其功率损耗的表达式了，即（15）（16）式中，n—变压器台数；PS—变压器短路损耗；S—通过变压器的负荷视在计算功率；VS%—变压器短路电压百分数。当有n台同型号同容量的变压器并联对功率为S的负荷供电时，其总功率损耗为（17）（18）在负荷计算中，SL7、S7、S9等型低损耗电力变压器的功率损耗可按下列简化公式近似计算。（19）（20）1.4工厂的计算负荷和年电能消耗量1.4.1工厂计算负荷的确定工厂计算负荷是选择工厂电源进线一、二次设备（包括导线，电缆）的基本依据，也是计算工厂的功率因数和工厂需电量的基本依据。（1）按逐级计算法确定工厂计算负荷如图1所示，工厂的计算负荷（这里举有功负荷为例）P30。1，应当是高压母线上全部高压配电线计算负荷之和，在乘上一个同时系数。高压配电线的计算负荷P30。2，应当是该线所供车间变电所低压侧的计算负荷P30。3，加上变压器的功率损耗PT和高压配电线的功率损耗PWL1……如此逐级计算。但对一般工厂供电系统来说，由于线路一般不是很长，因此在计算负荷时往往省略不计。工厂及变电所低压侧总的计算负荷P30、Q30、S30和I30的计算公式，分别如前面式（9）～（12）所示，其0.8～0.95，0.85～0.97。（2）按须要系数法确定工厂计算负荷将全厂用电设备的总容量Pe（不含备用设备容量）乘上一个须要系数Kd，即得到全厂的有功计算负荷，即（21）全厂的无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流按式（6）～（8）计算。（3）按年产量估算工厂计算负荷将工厂年产量A乘上单位产品耗电量a，就得到工厂全年的需电量（22）各类工厂的单位产品耗电量a可由有关设计单位依据实测统计资料确定，亦可查有关设计手册。在求出年需电量Wa后，除以工厂的年最大负荷利用小时Tmax，就可求出工厂的有功计算负荷（23）其他计算负荷Q30、S30、I30的计算，和上述须要系数法相同。（4）工厂的功率因数、无功补偿及补偿后的工厂计算负荷1）工厂的功率因数=1\*GB3①瞬时功率因数瞬时功率因数可由功率因数表（相位表）干脆测量，亦可以由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出（间接测量）（24）式中，P为功率表测出的三相功率读数（kW）；I为电流表测出的线电流读数（A）；U为电压表测出的线电压读数（kV）.瞬时功率因数只用来了解和分析工厂或设备在生产过程中无功功率的变更状况，以便实行适当的补偿措施。=2\*GB3②平均功率因数平均功率因数亦称加权平均功率因数，按下式计算（25）式中，Wp为某一时间内消耗的有功电能，由有功电度表读出；WQ为某一时间内消耗的无功电能，由无功电度表读出。我国电业部门每月向工业用户收取电费，就规定电费要按月平均功率因数的凹凸来调整。=3\*GB3③最大负荷时的功率因数最大负荷时的功率因数指在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数，按下式计算（26）我国电力工业部于1996年制定的《供电营业规则》规定：用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数应达到下列规定：100kV·A及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上，其他电力用户和大、中型电力排灌站、泵购转售电企业，功率因数为0.85以上。并规定，凡功率因数为达到上述规定的，应增加无功补偿装置。这里所指的功率因数，即为最大负荷时的功率因数。2）无功功率补偿工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感应负荷，从而使功率因数降低。如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的状况下，尚达不到规定的工厂功率因数要求时，则需考虑人工补偿。要使功率因数由提高到，必需装设的无功功率补偿装置容量为（27）或（28）式中，，称为无功补偿率，或比补偿容量。这无功补偿率，是表示要使1kW的有功功率由提高到所须要的无功补偿容量kvar值。在确定了总的补偿容量后，即可依据所选并联电容器的单个容量qC来确定电容器的个数，即（29）由上式计算所得的电容器个数n,对于单相电容器来说，因取3的倍数，以便三相均衡支配。3）无功补偿后的工厂计算负荷工厂装设了无功补偿装置后，则在确定补偿装置装设地点以前的的总计算负荷时，应扣除无功补偿的容量，即总的无功计算负荷（30）补偿后总的视在计算负荷（31）由上式可以看出，在变电所低压侧装设了无功补偿装置以后，由于低压侧总的视在计算负荷减小，从而可使变电所主变压器的容量选得小一些。着不仅降低了变电所的初投资，而且可削减工厂的电费开支。因为我国电业部门对工业用户是实行的“两部电费制”：一部分叫基本电费，是按所装用的主变压器容量来计费的，规定每月按kV·A容量要交多少钱，容量越大，交的基本电费就多，容量减小了，交的基本电费就少了。另一部分电费叫电度电费，是按每月实际耗用的电能kW·h数来计算电费，并且要依据月平均功率因数的凹凸乘上一个调整系数。凡月平均功率因数高于规定值的，可按确定比例减收电费；而低于规定值时，则要按确定比例加收电费。由此可见，提高功率因数不仅对整个电力系统大有好处，而且对工厂本上也是有确定经济实惠的。1.4.2工厂年电能消耗量的计算工厂年电能消耗量的较精确的计算，可用工厂的有功和无功计算负荷P30和Q30，即年有功电能消耗量Wp·a=P30Tmax（32）年无功电能消耗量Wq·a=Q30Tmax（33）式中，α为年平均有功负荷系数，一般取0.7～0.75；β为年平均无功负荷系数，一般取0.76～0.82；Ta为年实际工作小时数。1.5钢铁厂的负荷计算1.5.1各车间的计算负荷（1）高炉车间cos=0.8，tan=0.75有功计算负荷P30=KdPe=0.42000=800kW无功计算负荷Q30=P30tan=8000.75=600kvar视在计算负荷S30==800/0.8=1000kV·A（2）炼钢车间cos=0.8，tan=0.75有功计算负荷P30=KdPe=0.61170=702kW无功计算负荷Q30=P30tan=7020.75=526.5kvar视在计算负荷S30==702/0.8=877.5kV·A（3）轧钢车间1）高压侧用电设备cos=0.82，tan=0.698有功计算负荷P30=KdPe=0.52000=1000kW无功计算负荷Q30=P30tan=10000.698=526.5kvar视在计算负荷S30==1000/0.82=1219.512kV·A2）低压侧用电设备cos=0.81，tan=0.724有功计算负荷P30=KdPe=0.5800=400kW无功计算负荷Q30=P30tan=4000.724=289.6kvar视在计算负荷S30==400/0.81=493.8kV·A（4）线材车间cos=0.83，tan=0.672有功计算负荷P30=KdPe=0.651200=780kW无功计算负荷Q30=P30tan=7800.672=524.2kvar视在计算负荷S30==780/0.83=939.8kV·A（5）机电修车间（引用刘华友的计算数据）P30=100.1kWQ30=76kvarS30=125.7kV·A（6）水泵站cos=0.8，tan=0.75有功计算负荷P30=KdPe=0.65500=325kW无功计算负荷Q30=P30tan=3250.75=243.75kvar视在计算负荷S30==325/0.8=406.25kV·A（7）氧气站cos=0.8，tan=0.75有功计算负荷P30=KdPe=0.65300=195kW无功计算负荷Q30=P30tan=1950.75=146.25kvar视在计算负荷S30==195/0.8=243.75kV·A表1各车间低压侧的计算负荷序号用电单位名称设备容量(kW)Kd计算负荷P30(kW)Q30(kvar)S30(kV·A)1高炉车间20000.40.80.7580060010002炼钢车间11700.60.80.75702526.5877.53轧钢车间8000.50.810.72400289.6493.84线材车间12000.650.830.67780524.2939.85机电修车间引用刘华友的数据100.176125.76水泵站5000.650.80.75325243.75406.257氧气站3000.650.80.75195146.25243.751.5.2各车间电力变压器的功率损耗（1）高炉车间PT=0.015S30=0.0151000=15kWQT=0.06S30=0.061000=60kvar（2）炼钢车间PT=0.015S30=0.015877.5=13.2kWQT=0.06S30=0.06877.5=52.7kvar（3）轧钢车间和机电修车间PT=0.015S30=0.015(493.8+125.7)=9.3kWQT=0.06S30=0.06(493.8+125.7)=37.2kvar由于轧钢车间和机电修车间均接受一台电力变压器，并在低压侧敷设低压联络线互为备用，所以两个车间的变压器功率损耗相同。（4）线材车间PT=0.015S30=0.015939.8=14.1kWQT=0.06S30=0.06939.8=56.4kvar（5）水泵站PT=0.015S30=0.015406.3=6.1kWQT=0.06S30=0.06406.3=24.4kvar（6）氧气站PT=0.015S30=0.015243.8=3.7kWQT=0.06S30=0.06243.8=14.6kvar1.5.3各车间高压侧的计算负荷（1）高炉车间P30(1)=P30+PT=800+15=815kWQ30(1)=Q30+QT=600+60=660kvarS30(1)===1048.73kV·A===100.9A（2）炼钢车间P30(1)=P30+PT=702+13.2=715.2kWQ30(1)=Q30+QT=526.5+52.7=579.2kvarS30(1)===920.32kV·A===88.6A（3）轧钢车间P30(1)=0.95(400+1000+100.1+9.3)=1433.9kWQ30(1)=0.97(289.6+698+76+37.2)=1067.8kvarS30(1)===1787.81kV·A===172A（4）线材车间P30(1)=P30+PT=780+14.1=794.1kWQ30(1)=Q30+QT=524.2+56.4=580.6kvarS30(1)===983.71kV·A===94.7A（5）机电修车间P30(1)=P30+PT=100.1+9.3+400=509.4kWQ30(1)=Q30+QT=76+37.2+289.6=402.8kvarS30(1)===649.41kV·A===62.5A（6）水泵站P30(1)=P30+PT=325+6.1=331.1kWQ30(1)=Q30+QT=243.8+24.4=268.2kvarS30(1)===426.034kV·A===41A（7）氧气站P30(1)=P30+PT=195+3.7=198.7kWQ30(1)=Q30+QT=146.3+14.6=160.9kvarS30(1)===255.68kV·A===24.6A1.5.4全厂总的计算负荷P30=K∑p∑P30(1)=0.95(815+715.2+1433.9+794.1+509.4+331.1+198.7)=4557.5kWQ30=K∑q∑Q30(1)=0.97(660+579.2+1067.8+580.6+402.8+268.2+160.9)=3607.9kvarS30===5812.7kV·A===559.3A表2各车间高压侧及全厂的计算负荷序号用电单位名称变压器功率损耗计算负荷PT(kW)QT(kvar)P30(kW)Q30(kvar)S30(kV·A)I30(A)1高炉车间15608156601048.73100.92炼钢车间13.252.7715.2579.2920.3188.6续表23轧钢车间9.337.21433.91067.81787.811724线材车间14.156.4794.1580.6983.7194.75机电修车间9.337.2509.4402.8649.4162.56水泵站6.124.4331.1268.2426.03417氧气站3.714.6198.7160.9255.6824.68全厂合计K∑p=0.95K∑q=0.974557.53607.95812.7559.31.5.5总降压变电所的功率补偿（1）补偿前的变压器容量和功率因素：依据工厂的一、二级负荷状况，选择2台主电力变压器，因此，主电力变压器的容量选择为SN·T≈0.7S30=0.75812.7=4068.9kV·A因此未进行无功补偿时，主变压器容量应选为5000kV·A，型号为SJL1—5000/35这时变电所低压侧的功率因数为cos(2)=P30/S30=4557.5/5812.7=0.78（2）无功补偿容量按设计要求，变电所高压侧的cos=0.90。考虑到变压器的无功功率损耗QT远大于有功功率损耗PT，因此在变压器低压侧补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.90,这里取cos=0.92。要使低压侧功率因数由0.78提高到0.92，低压侧须要装设的并联电容器的容量为QC=P30(tanarccos0.78-tanarccos0.92)=4557.5(0.802-0.426)=1713.62kvar在确定了总的补偿容量后，就可依据选定的并联电容器的单个容量qc来确定电容器的个数由上式计算所得的电容器个数n，对于单相电容器来说，应取3的倍数，以便三相均衡支配。在确定了并联电容器的容量后，依据产品书目，就可以选择并联电容器的单台容量（这里选50kvar），并确定并联电容器的数量：=（个）取n=36式中—单个电容器的额定容量（kvar）。则实际补偿容量为=36×50kvar=1800kvar选择两台电容器柜，单台的容量为900kvar，型号为TBB36-900/50。（3）补偿后的变压器容量和功率因数变电所低压侧的视在计算负荷为S30(2)==kV·AA因此无功补偿后主变压器容量SN·T≈0.7S30=0.74902.99=3432.1kV·A变压器容量应选为4000kV·A，型号为SJL1—4000/35。变压器的功率损耗为=n+==11.8+29.30=41.1kW=n+==88+210.26=298.26kvar变电所高压侧的计算负荷为kWkvarkV·AA无功补偿后，工厂的功率因数为这一功率因数满足规定要求。1.5.6工厂的年电能消耗量Tmax=6500h，取，则工厂年有功电能消耗量Wp·a=P30Tmax=0.74598.66500=2.092107kW·h工厂年无功电能消耗量Wq·a=Q30Tmax=0.82106.166500=1.095107kvar·h2工厂变配电所2.1变配电所的任务变电所担负着从电力系统受电，经过变压，然后配电的任务。配电所担负着从电力系统受电，然后干脆配电的任务。变配电所是工厂供电系统的枢纽，在工厂中占有特别重要的地位。2.2车间变电所的型式及位置选择工厂变电所分总降压变电所和车间变电所。车间变电所按其主变压器的安装位置来分,有下列类型：（1）车间附设变电所变压器室的一面墙或几面墙和车间的墙共用，变压器室的大门朝车间外开。假如按变压器室位于车间的墙内还是墙外，还可以进一步分为内附式和外附式。（2）车间内变电所变压器室位于车间内的单独房间内，变压器室的大门朝车间内开。（3）露天变电所变压器安装在室外抬高的地面上。假如变压器的上方设有顶板或挑檐的，则称为半露天变电所。（4）独立变电所整个变电所设在和车间建筑物有确定距离的单独建筑物内。（5）杆上变电台变压器安装在室外的电杆上，又称柱上变电所。（6）地下变电所整个变电所设置在地下。（7）楼上变电所整个变电所设置在楼上。（8）移动式变电所整个变电所装设在可移动的车上。（9）成套变电所由电器制造厂按确定接线方案成套制造、现场装配的变电所。上述的车间附设变电所、车间内变电所、独立变电所、地下变电所和楼上变电所，均属室内型（户内式）变电所。露天、半露天变电所和杆上变电台，则属室外型（户外式）变电所。移动式变电所和成套变电所，则有室内和室外两种类型。在负荷较大的多跨厂房、负荷中心在厂房中部且环境许可时，可接受车间内变电所。这种车间内变电所，位于车间的负荷中心，可以缩短低压配电的距离，降低电能损耗和电压损耗，削减有色金属的消耗量，因此这种变电所的技术经济指标比较好。但是变电所建在车间内部，要占确定的生产面积，因此对一些生产面积比较紧凑和生产流程要经常调整、设备也要相应变动的生产车间不太合适；而且其变压器门朝车间内开，对生产的平安有确定的威逼。这种变电所在大型冶金企业中较多。生产面积比较紧凑和生产流程要经常调整、设备也要相应变动的生产车间，宜接受附设变电所的型式。至于是接受内附式还是外附式，要依详细状况而定。内附式要占确定的生产面积，但离负荷中心比外附式稍近一些，而从建筑艺术来看，内附式一般也比外附式好。外附式不占或少占生产面积，而且变压器室处于车间的墙外，比内附式更平安一些。因此，内附式和外附式各有所长。这两种型式的车间变电所，在机械类工厂中比较普遍。露天或半露天变电所的型式，比较简洁经济，通风散热好，因此只要四周环境调教正常；无腐蚀性气体和粉尘，可以接受。这种型式的变电所在小厂中较为常见。但这种型式的变电所平安牢靠性差，早靠近易燃易爆的厂房旁边及大气中含有腐蚀性物质的场所，不能接受。独立变电所，建筑费用较高，因此除非各车间的负荷相当小而分散，或需远离易燃、易爆和有腐蚀性物质的场所可以接受外，一般不宜接受。杆上变电台最为简洁经济。一般用于容量在315kV·A及以下的变压器，而且多用于生活区供电。地下变电所的通风散热条件差，湿度也较大，建筑费用也较高，但相当平安，且不碍观瞻。这种型式变电所在国外比较多见，而在国内较少，有些地下工程和矿井接受。楼上变电所，适于30层以上的高层建筑。这种变电所要求结构尽可能轻型、平安，其主变压器通常接受无油的干式变压器，不少接受成套变电所。移动式变电所主要用于坑道作业及临时施工现场供电。工厂的高压配电所，尽可能和邻近的车间变电所和建，以节约建筑费用。工厂的总降压变电所和高压配电所多接受独立的室内式。依据上述原则，车间变电所的类型均接受车间附设变电所，如表3。表3车间变电所的类型序号用电单位名称变电所类型1高炉车间车间附设变电所2炼钢车间车间附设变电所续表33轧钢车间车间附设变电所4线材车间车间附设变电所5机电修车间车间附设变电所6水泵站车间附设变电所7氧气站车间附设变电所2.3总降压变电所所址的选择变电所所址选择的一般原则：（1）尽量靠近负荷中心，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）尽量靠近电源侧。（3）进出线便利。（4）尽量避开污源或设在污源的上风侧。（5）尽量避开振动，潮湿，高温及有易燃易爆紧急场所。（6）设备运行便利。（7）有扩建和发展的余地。（8）高压配电所宜和邻近的车间变电所合建。说明：尽量靠近负荷中心是选择变配电所所址的一条很重要的原则，但不是唯一的原则；最终确定所址应从实际动身，全面考虑，除尽量靠近负荷中心外，还应兼顾其它原则。对于工厂的总变、配电所所址选择，应将靠近电源侧也作为一条重要的原则。依据以上原则，总降压变电所的位置如附录A所示。3变电所主变压器的台数、容量及型号的选择3.1变电所主变压器台数的选择选择主变压器台数时应考虑下列原则：（1）应满足用电负荷对供电牢靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所，宜接受两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷接着供电。对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只用一台变压器，但必需在低压侧敷设和其它变电所相联的联络线作为备用电源。（2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜接受经济运行方式的变电所，也可考虑接受两台变压器。（3）除上述状况外，一般车间变电所宜接受一台变压器。但是负荷集中而容量相当大的变电所，随为三级负荷，也可以接受两台或以上变压器。（4）在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有确定的余地。依据上述原则及工厂的实际状况，厂总变电所主变压器的台数选择2台。3.2电力变压器的并列运行条件两台或多台变压器并列运行时，必需满足三个基本条件：（1）全部并列变压器的额定一次电压及二次电压必需对应相等这也就是全部并列变压器的电压比必需相同，允许差值不得超过±5%。假如并列变压器的电压比不同，则并列变压器二次绕组的回路内将出现环流，即二次电压较高的绕组向二次电压较低的绕组供应电流，引起电能损耗，导致绕组过热或烧毁。（2）全部并列变压器的阻抗电压（即短路电压）必需相等由于并列运行变压器的负荷是按其阻抗电压值成反比支配的，所以其阻抗电压必需相等，允许差值不得超过±10%。假如阻抗电压值过大，可能导致阻抗电压值较小的变压器发生过负荷现象。（3）全部并列变压器的联结组别必需相同这也就是全部并列变压器的一次电压和而次电压的相序和相位都应分别对应地相同，否则不能并列运行。此外，并列运行的变压器容量应尽量相同或相近，其最大容量和最小容量之比，一般不能超过3:1。假如容量相差悬殊，不仅运行和不便利，而且在变压器特性稍有差异时，变压器间的环流往往相当显著，特别是很简洁造成容量小的变压器过负荷。3.3变电所主变压器容量的选择（1）只装一台主变压器的变电所主变压器容量ST（设计中，一般可概略地当作其额定容量SN.T）应满足全部用电设备总计算负荷S30须要，即ST≥S30（34）（2）装有两台主变压器的变电所每台变压器的容量ST（一般可概略地当作SN.T）应同时满足以下两个条件：1）任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷S30的大约60%～70%的须要，即ST=(0.6～0.7)S30（35）2）当1台主变退出运行时，其余变压器应能保证全部一级负荷及大部分二级负荷用电，此时允许变压器过负荷40％运行。（3）车间变电所主变压器的单台容量上限车间变电所主变压器的单台容量，一般不宜大于1000kV·A（或1250kV·A）。这一方面是受以往低压开关电器断流实力和短路稳定度要求的限制；另一方面也是考虑到可以使变压器更接近于车间负荷中心，以削减低压配电线路的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。现在我国已能生产一些断流实力更大和短路稳定度更好的新型低压开关电器如DW15、ME等型低压断路器及其它电器，因此如车间负荷容量较大、负荷集中且运行合理时，也可以选用单台容量为1250～2000kV·A的配电变压器，这样能削减主变压器台数及高压开关电器和电缆等。对装设在二层以上的电力变压器，应考虑垂直和水平运输对通道及楼板荷载的影响。如接受干式变压器时，其容量不宜大于630kV·A。对居住小区变电所内的油浸式变压器单台容量，不宜大于630kV·A。这是因为油浸式变压器容量大于630kV·A时，按规定应装设瓦斯爱惜，而该变压器电源侧的断路器往往不在变压器旁边，因此瓦斯爱惜很难实施，而且假如变压器容量增大，供电半径相应增大，势必造成供电末端的电压偏低，给居民生活带来不便，例如日光灯启动困难、电冰箱不能启动等。（4）适当考虑符合的发展应适当考虑今后5～10年电力负荷的增长，留有确定的余地，同时要考虑变压器的正常过负荷实力。依据上述原则及工厂的实际状况，厂总变电所主变压器的台数选择2台。2台变压器并列运行，单台变压器的容量为4000kV·A，型号为SJL1-4000/35。变压器容量及型号的选择详见功率补偿部分。4电气主接线4.1概述主接线又称一次接线或主电路。电气主接线是由各种主要电气设备（如发电机、变压器、开关电气、互感器、电抗器及连接线路等设备），按确定依次连接而成的一个接受和支配电能的总电路。由于沟通供电系统通常是三相对称的，故在主接线图中，一般用一根线来表示三相电路，仅在个别三相设备不对称或需进一步说明的地方，部分地用三条线表示，这样就将三相电路图绘成了单线图。为使看图简洁起见，图上只绘出系统的主要元件及相互间的连接。电气主接线单线图应按行业标准规定的图形符号和文字符号绘制，通常还在图上标明主要电气设备的型号和技术参数，以便利阅读。主接线代表了发电厂和变电站电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。4.2对主接线的基本要求概括地说，对主接线的基本要求包括平安、牢靠、灵敏、经济四个方面。平安包括人身平安和设备平安。要满足这一点，必需依据国家标准和规范的规定，正确选择电气设备及正常状况下的监视系统和故障状况下的爱惜系统，考虑各种人身平安的技术措施。牢靠就是主接线应能满足对不同负荷的不中断供电，且爱惜装置在正常运行是不误动、发生事故时不拒动，能尽可能地缩小停电范围。为了满足牢靠性要求，主接线应力求简洁清晰。电器是电力系统中最薄弱的元件，所以不应当不适当地增加电器的数目，以免引起事故。灵敏是用最少的切换，能适应不同的运行方式，适应调度的要求，并能灵敏、简便、快速地倒换运行方式，使发生故障时停电时间最短，影响范围最小。因此，电气主接线必需满足调度灵敏、操作便利的基本要求。经济是在满足了以上要求的条件下，保证须要的设计投资最少。在主接线设计时，主要冲突往往发生在牢靠性和经济性之间。欲使主接线牢靠、灵敏，必需要选用高质量的现代化的自动装置，从而导致投资费用的增加。因此，主接线的设计应在满足牢靠性和灵敏性的前提下，做到经济合理。主要应从投资省、占地面积少、电能损耗小、运行费用低和节约有色金属等几个方面综合考虑。4.3主接线的基本接线形式主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种连接方式，概括为有母线的接线形式和无母线的接线形式两大类。4.3.1具有母线的电气主接线（1）单母线接线单母线接线是一种最原始、最简洁的接线，如图2所示，全部电源及出线均接在同一母线上。其优点是简洁明显，接受设备少，操作简便，便于扩建，造价低。缺点是供电牢靠性低。母线及母线隔离开关等任一元件发生故障或检修时，均需使整个配电装置停电。因此，单母线接线方式一般只在发电厂或变电所建设初期无重要用户或出线回路数不多的单电源小容量的厂（所）中接受。在主接线中，断路器是电力系统的主开关；隔离开关的功能主要是隔离高压电源，以保证其它设备和线路的平安检修。例如，固定式开关柜中的断路器工作一段时间须要检修时，在断路器断开电路的状况下，拉开隔离开关；复原供电时，应先合隔离开关，然后合断路器。这就是隔离开关和断路器协作操作的原则。由于隔离开关无灭弧装置，断流实力差，所以不能带负荷操作。（2）单母线分段接线单母线分段接线是接受断路器（或隔离开关）将母线分段，通常是分成两段，如图3所示。母线分段后可进行分段检修，对于重要用户，可以从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障时，由于分段断路器QF1在继电爱惜作用下自动将故障段快速切除，从而保证了正常母线段不间断供电和不致使重要用户停电。两段母线同时故障的几率很小，可以不予考虑。在供电牢靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段（QS1），任一段母线发生故障时，将造成两段母线同时停电，在推断故障后，拉开分段隔离开关QS1，完好段即可复原供电。单母线分段接线即具有单母线接线简洁明显、便利经济的优点，又在确定程度上提高了供电牢靠性。但它的缺点是当一段母线隔离开关发生故障检修时该段母线上的全部回路都要长时间停电。单母线分段接线连接的回路数一般可比单母线增加一倍。（3）双母线及双母线分段前已述及，单母线及单母线分段接线的主要缺点是在母线或母线隔离开关发生故障或检修时，连接在该母线上的回路都要在发生故障或检修期间长时间停电，而双母线接线则可以克服这一弊端。如图4所示，这种接线，每一回路都通过一台断路器和两组隔离开关（也有接受两台断路器和两组隔离开关）连接到两组母线上，母线W1和W2都是工作母线。两组母线可同时工作，并通过母线联络短路器并联运行。电源和引出线适当地支配在两组母线上。双母线分段接线如图5所示。双母线接线和单母线分段接线比较，有如下优点：可轮换检修母线或母线隔离开关而不致供电中断；检修任一回路的母线或母线隔离开关时，只停该回路；母线发生故障后，能快速复原供电；各电源和回路的负荷可随意支配到某一组母线上，可灵敏调度以适应系统各种运行方式和潮流的变更；便于向母线左右随意一个方向顺延扩建。但双母线也有如下缺点：造价高；当母线发生故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，简洁误操作。但可加装断路器的连锁装置或防误操作装置加以克服。当进出线回路数或母线上电源较多时，输送和穿越功率较大，母线发生事故后要求尽快复原供电，母线和母线设备检修时不允许影响对用户的供电，系统运行调度对接线的灵敏性有确定的要求时接受双母线接线。4.3.2无母线的电气主接线没有母线的接线，其最大特点是运用断路器数量较少，一般接受断路器数都等于或小于出线回路数，从而结构简洁，投资较少。一般在6～220kV电压级电气主接线中广泛接受。桥形接线当具有两台变压器和两条线路时，在变压器-线路接线的基础上，在其中间架一连接桥，则成为桥形接线。如图6所示。依据连接桥断路器的位置，可分为内桥（图6(a)）和外桥（图6（b））两种接线。前者桥连断路器设置在变压器侧；而后者，桥连断路器则设置在线路侧。桥形接线中，四个回路只有三台断路器，是须要断路器最少也是最节约的一种接线。但其牢靠性和灵敏性较差，只能应用于小型变电所、发电厂。内桥式适宜输电线路较长，故障几率较多，而变压器又不须要经常切换时；外桥式则在出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换时，就更为适宜。有时为了检修出线和在变压器回路中的断路器时不中断线路和变压器正常运行，再在桥形接线中附加一个正常工作时断开的带隔离开关的跨条。在跨条上装设两台隔离开关的目的是可以轮换停电检修任何一组隔离开关。4.4主接线的绘制变电所主接线图应说明：（1）电源电压、电源进线回路数和线路结构；（2）变电所的接线方式和运行方式；（3）高压开关柜和低压配电屏的类型和电路方案；（4）凹凸压电器设备的型号及规格；（5）各条馈出线的回路编号、名称及容量。4.5工厂总降压变电所的主接线方案选择工厂电源进线电压为35KV及以上的工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为6~10KV的高压配电电压，然后经过车间变电所，降为一般低压用电设备所需的电压如220/380V。方案1一次侧接受内桥式接线，二次侧接受单母线分段的总降压变电所主接线图（如图7）所示。这种主接线，其一次侧的高压断路器QF10跨在两路电源进线之间，犹如一座桥梁，而且处在线路断路器QF11和QF12的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式接线。这种主接线的运行灵敏性较好，供电牢靠性较高，适用于一、二级负荷的工厂。假如某路电源例如WL1线路停电检修或发生故障时，则断开QF11，投入QF10（其两侧QS先合），即可由WL2复原对变压器T1的供电。这种内桥式接线多用于电源线路较长因而发生故障和停电的机会较多、并且变电所的变压器不需经常切换的总降压变电所。方案2一次侧接受外桥式接线，二次侧接受单母线分段的总降压变电所主接线图（如图8）所示。这种主接线，其一次侧的高压断路器QF10也跨接在两路电源进线之间，但处在线路断路器QF11和QF12的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式接线。这种主接线的运行灵敏性也较好，供电牢靠性同样较高，适用于一、二级负荷的工厂。但和内桥式接线的适用场合有所不同。假如某台变压器例如T1停电检修或发生故障时，则断开QF11，投入QF10（其两侧QS先合），运用两路电源进线又复原并列运行。这种外桥式接线适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适于经济运行需经常切换的总降压变电所。方案3一、二次侧均接受单母线分段的总降压变电所主接线图（如图9）这种主接线兼有上述两种桥式接线的运行灵敏性的优点，但所用高压开关设备较多，可供一、二级负荷，适用于一、二侧进出线较多的总降压变电所。依据本厂的实际状况，工厂总降压变电所距该城镇220/35KV变电所（地区变电所）5公里，距离较远；而变电所负荷变动不大，故接受方案1（一次侧接受内桥式接线，二次侧接受单母线分段的总降压变电所主接线）。方案2更适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大,适于经济运行需经常切换的总降压变电所；而方案3所用的高压设备较多，增加了初期投资，故不接受方案2和方案3。接受桥式接线，最大的特点就是运用断路器数量较少，运用断路器数量较少，一般接受断路器数都等于或少于出线回路数，从而结构简洁，投资较少。5工厂电力线路5.1工厂电力线路及其接线方式5.1.1电力线路的任务和类别电力线路是电力系统的重要组成部分，担负着输送和支配电能的作用电力线路按电压凹凸分，有高压线路即1kv以上线路和低压线路即1kv以下线路。电力线路按结构分，有架空线路、电缆和车间（室内）线路等。5.1.2高压线路的接线方式工厂的高压线路有放射式、树干式和环形等基本接线方式。（1）高压放射式接线图10为放射式结构，放射式线路之间相互不影响，因此供电牢靠性较高，而且便于装设自动装置，但是高压设备用的较多，且每台高压断路器须装设一个高压柜，从而使投资增加，而这种放射式线路发生故障或检修时，该线路全部供电的负荷都要停电，要提高其供电牢靠性，可在低压变电所高压侧之间或低压侧之间敷设联络线，要近一步提高其供电牢靠性，还可接受来自两个电源的两路高压进线，然后经分段母线，由两段母线用双回路对用户交叉供电。（2）高压树干式接线图11是高压树干式线路的电路图。树干式结线和放射式结线相比，具有以下优点：多数状况下，能削减线路的有色金属消耗量；接受高压开关数量少，投资较省。但有下列缺点：供电牢靠性较低，当高压配电干线发生故障或检修时，接于干线的全部变电所都要停电，且在实现自动化方面，适应性较差。（3）高压环行接线图12是环形接线的电路图。环行接线，实质上就是两端供电的树干式结构，这种接线在现代化城市电网中应用很广。事实上，工厂的高压配电系统往往是几种接线方案相结合，依据详细状况而定，不过一般来说，高压配电系统宜先优先考虑接受放射式，因为放射式的供电牢靠性高，且便于运行管理。本厂由于车间一、二级负荷较多，须要较高的供电牢靠性故接受放射式接线。5.2工厂电力线路的结构和敷设5.2.1架空线路的结构和敷设由于架空和电缆线路相比有较多的优点，如成本低、投资少，安装简洁，维护和检修便利易于发觉和解除故障等，所以架空线路在一般工厂中应用相当广泛。架空线路由导线、电杆、绝缘子和线路金具等主要元件组成，为了避雷，有的架空线路上还装设避雷线（架空地线）。为了加强电杆的稳固性，有的电杆还装设有拉线和板桩。（1）架空线路的导线导线是线路的主体，担负着输送电能的功能。它架设在电杆的上边，要承受自身重量和各种外力的作用，并要承受大气中各种有害物质的侵蚀，因此导线必需要有良好的导电性，同时要具有确定的机械强度和耐腐蚀性，尽可能地质轻而价廉。导线材质有铜、铝和钢。铜的导电性最好（导电率为53MS/m），机械强度也相当高(抗拉强度约为380MPa),然而铜是宝贵金属，应尽量节约。铝的机械强度较差(抗拉强度约为160MPa)，但导电性较好（导电率为32MS/m），且具有质轻、价廉的优点。依据我国资源状况，能以铝代替铜的场合，尽量接受铝导线。钢的机械强度很高，而且价廉，但导电性差（导电率为7.52MS/m），功率损耗较大，并且简洁锈蚀，因此钢线在工厂的架空线上一般不用。架空线一般接受裸导线。裸导线按其结构分，有单股线和多股绞线。工厂供点电系统中一般接受多股绞线。架空线路一般状况下接受铝绞线。但在机械强度要求较高和35kV及以上的架空线路上，则多接受钢芯铝绞线。这种导线的线芯是钢线，用以增加导线的抗拉强度，弥补铝线机械强度较差的缺点，而其外围用铝线，取其导电性较好的优点，由于沟通电流在导线中的集肤效应，沟通电流实际只从铝线通过，从而克服了钢线导电性差的缺点。（2）电杆、横担、拉线电杆主要是支持导线的支柱，是架空线路中重要的部分，对电杆的要求，主要是要有足够的机械强度，同时尽可能经久耐用，价廉，便于搬运和安装。横担安装在电杆的上部，用来安装绝缘子以架设导线。现在一般用瓷横担。拉线是了平衡电杆各方面的作用力，并抗拒风压以防止电杆倾倒用的。（3）线路绝缘子和金具绝缘子又称瓷瓶。线路的绝缘子是用来将导线固定在电杆上，并使导线和电杆绝缘。因此对绝缘子既要求具有确定的电气绝缘强度，又要求有足够的机械强度。线路的绝缘子分按电压凹凸分低压绝缘子和高压绝缘子两大类。线路金具是用来连接导线、安装横担和绝缘子等的金属附件。（4）架空线路的敷设敷设架空线路，要严格遵守有关技术规程的规定，在整个施工中，要留意平安教化，实行有效的平安措施，特别是立杆、组装和架线时，更加要留意人身平安，防止发生事故。竣工以后，要按规定的手续和要求进行检查和验收，确保工程质量。选择架空线的路径时，应考虑以下原则：1）路径要短，转角要少；2）交通便利运输便利，便于施工架设和维护；3）尽量避开河洼和雨水冲刷地带及易撞、易燃、易爆等紧急场所；4）不应引起机耕、交通和人行困难；5）应和建筑物保持确定的平安距离；6）应和工厂和城镇的建设规划协调协作，并适当考虑今后的发展5.2.2电缆线路电缆线路和架空线路相比，具有成本高，投资大，修理不便等缺点，但是它具有运行牢靠、不易受外界影响、不需架设电杆、不占地面、不碍观瞻等优点，特别是在有腐蚀性气体和易燃、易爆场所，不宜架设架空线路时，只有敷设电缆线路。5.2.3高压供电线路结构选择由于架空和电缆线路相比有较多的优点，如成本低、投资少，安装简洁，维护和检修便利，易于发觉和解除故障等，所以架空线路在一般工厂中应用相当广泛。由于本厂的地形不困难，按经济性及可操作性来选择，故高压供电线路选择为架空线。5.3高压供电线路导线截面及型号的选择5.3.1导线截面选择的条件为了保证供电系统平安、牢靠、优质、经济地运行，选择导线和电缆截面时必需满足下列条件：（1）发热条件导线和电缆（包括母线）在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。（2）电压损耗条件导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。（3）经济电流密度35kV及以上的高压线路及电压在35kV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。工厂内的10kV及以下线路，通常不按此原则选择。（4）机械强度导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线也应校验短路时的稳定度。表4架空导线最小截面积架空线路电压等级钢芯铝线（mm2）铝及铝合金（mm2）铜（mm2）35kV2535－――6~10kV2535（居民区）25（非居民区）16≤1kV16正式685.3.2按经济电流密度选择导线截面导线（或电缆，下同）的截面越大，电能损耗就越小，但是线路投资、修理管理费用和有色金属消耗量却要增加。因此从经济方面考虑，导线应选择一个比较合理的截面，既使电能损耗小，又不致过分增加线路投资、修理管理费用和有色金属消耗量。各国依据其详细国情特别是有色金属资源的状况，规定了导线和电缆的经济电流密度。我国现行的经济电流密度规定如表5所列。表5导线和电缆的经济电流密度（A/mm2）线路类别导线材质年最大负荷利用小时3000h以下3000～5000h5000h以上架空线路铝1.651.150.90铜3.002.251.75电缆线路铝1.921.731.54铜2.502.252.00按经济电流密度jec计算经济截面Aec的公式为（36）式中，I30为线路的计算电流。按上式计算出Aec后，应选最接近的标准截面（可取较小的标准截面），然后校验其它条件。5.3.3导线截面及型号的选择（1）总降压变电所高压侧导线（35kV架空线）按经济电流密度选择1）选择经济截面按已知条件，查表得jec=0.90/mm2,因此Aec=I30/jec=83.43A/(0.90A/mm2)=选择标准截面95mm22）校验发热条件查表得LGJ-95的允许载流量（室外25℃时）Ial=335A>I30=83.43A3）校验机械强度查表得35kV架空钢芯铝绞线的最小截面Amin=35mm2<A=95mm2,因此所选LGJ-95型钢芯铝绞线满足机械强度要求。4）线路电压损耗几何均距为1.5m,A=95mm2，查表得R0=0.33Ω/km，X0=0.353Ω/km。故线路的电压损耗为线路的电压损耗百分值为它小于，因此所选LGJ-95型钢芯铝绞线满足电压损耗要求。（2）车间高压侧导线(6kV架空线)选择原则及校验同35kV架空线的选择一样,各车间高压侧导线的型号见表6。表6各装设地点导线型号序号装设地点导线型号1总降压变电所高压侧LGJ-952总降压变电所低压侧LGJ-4003高炉车间变电所高压侧LGJ-954炼钢车间变电所高压侧LGJ-955轧钢车间变电所高压侧LGJ-1856线材车间变电所高压侧LGJ-957机电修车间变电所高压侧LGJ-508水泵站变电所高压侧LGJ-359氧气站变电所高压侧LGJ-355.4母线的选择常用的母线材料是铜、铝和钢。目前，变电所的母线除因大电流接受铜以外，一般尽量接受铝母线，而电流不大的支干线或低压系统的零线则有时用钢母线。（1）动稳定校验（37）式中─母线的最大允许应力，铝母线为69M；─母线通过时受到的最大计算应力（M）；M─母线在通过时产生的最大弯矩（N.m）；W─母线的截面系数（）；而（38）式中─通过时产生的最大作用力（N）；─档矩（m）；a─母线间距离（m）。（2）热稳定校验（39）式中─短路假想时间；而，（40）式中─实际短路时间（S）；─短路爱惜装置实际动作时间（S）；─断路器断路时间（S）；C─导体短路热稳定系数（）。这里按环境温度为30℃选择，选用硬铝母线，放置方式为平放，相线截面50×5，允许载流量为625A＞471.79A，母线型号为LMY-3（50×5）。如表7所示。由校验结果可知，所选LMY-3（50×5）型母线是满足表7母线动热稳定校验表序号LMY-3（50×5）选择要求安装地点电气条件结论项目数据项目数据1（动稳定）69M≥由式（37）和式（38）求出37M合格续表72A（热稳定）250≥由式（39）和式（40）求出100合格6短路电流计算6.1短路的缘由工厂供电系统要求正常地不简短地对用电负荷供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。但是由于各种缘由，也难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。系统中最常见的故障就是短路。所谓短路，就是指一切不正常的相和相之间或相和地之间发生通路的状况。产生短路的缘由很多，主要有以下几个方面：（1）元件损坏，例如绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良带来的设备缺陷发展成短路等；（2）气象条件恶化，例如雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等；（3）人为事故，例如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后为拆除接地线就加上电压等；（4）其它，例如挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在袒露的载流部分等。6.2短路的后果短路后，短路电流比正常电流大得多；在大电力系统中，短路电流可达几万甚至几十万安。如此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害，即（1）短路是要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其他元件损坏；（2）短路时电压要骤降，严峻影响电气设备的正常运行；（3）短路可造成停电，而且越靠近电源，停电范围越大，给国民经济造成