净水厂反冲洗泵房低压配电系统设计

=168.35kvar=A第3章配电方案和电机主接线电路设计3.1供配电系统的可靠性电力负荷按其对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响程度分为三级:一级负荷、二级负荷、三级负荷。各级负荷对供电电源的要求:(1)一级负荷由两个电源供电。一级负荷应由两个电源供电,当一个电源发生故障时,另一个电源不应同时受到损坏。两个电源与应急电源供电。对一级负荷中特别重要的负荷,除由两个电源供电外,尚应增设应急电源,并严禁将其它负荷接入应急供电系统。应急电源是与电网在电气上独立的各式电源。(2)二级负荷二级负荷的供配电系统,宜采用两回线路供电。供电变压器亦应有两台(两台变压器不一定在同一变电所)。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,或中断后能迅速恢复供电。只有当负荷较小或地区供电条件困难时,才允许由一回6kV及以上的专用架空线供电。这主要考虑电缆发生故障后,有时检查故障点和修复需时较长,而一般架空线路修复方便。当线路自配电所引出采用电缆线路时,必须要采用两根电缆组成的电缆线路,其每根电缆应能承受的二级负荷为100%,且互为热备用,即同时处于运行状态。(3)三级负荷三级负荷供电可靠性要求较低,对供电电源无特殊要求[4]。该净水厂为二级供电负荷,按照二级负荷的供电要求,由总配电所经过两根电缆引至反冲洗泵房,两路电源一用一备,每根电缆应能承受的二级负荷为100%。3.2低压配电系统的接线形式低压配电系统的接线形式有放射式、树干式和环式。(1)放射式这种接线方式是由变配电所的低压配电屏引出若干条线,直接供电给低压用电设备或配电箱。其优点是引出线发生故障时互不影响,供电可靠性较高;缺点是所用开关设备和配电线较多。这种接线方式多用于用电设备容量大、或负荷重要、或特殊环境的车间供电。(2)树干式低压树干式接线有放射树干式、干式树干式和链式几种。在正常的用电环境中,当大部分用电设备为中小容量,且用电设备无特殊要求时,宜采用树干式配电方式。当部分用电设备距供电点较远,而彼此相距很近、容量很小的次要用电设备,可采用链式配电方式,但每一回路环链设备不宜超过5台,其总容量不宜超过10kW。(3)环式接线环形接线是树干式接线的改进,两路树干式接线连接起来就构成了环形接线。环形接线运行灵活供电可靠性高,任一段线路故障或检修,一般只是暂时停电或不停电,经切换操作后就可恢复供电。它可使电能损耗和电压损耗减小,但保护装置及其整定配合比较复杂,因此一般也多采用开环运行。上述三种高、低压线路的基本接线方式各有其优缺点,实用中选择接线方式时,应当综合分析,根据具体情况进行选择,选用时往往不是单纯地采用哪一种,而是上述几种接线方式的组合,总的来说,力求接线简单。3.3配电方案的设计和比较(1)配电方案的设计图3-2配电设计方案2图3-1配电设计方案1配电设计方案1:如图3-1所示图3-2配电设计方案2图3-1配电设计方案1配电设计方案2:如图3-2所示。(2)方案比较及选择方案1和方案2对反冲洗泵房的配电都是可行且能达到目的。方案1和方案2中,对功率较大的靠近低压配电柜的设备采用放射式方式供电,放射式线路间互不影响,因此供电可靠性高。方案1中的各组用电设备均采用放射式供电,电能损耗多,金属损耗多,投资较大,但安全可靠。方案2中的同类设备采用树干式供电,金属消耗量少,采用的开关较少,能减少线路的投资,但若有一台设备出现故障,则同一干线上的其它设备均不能使用,供电可靠性较差。方案1虽然耗材较多,但考虑到用电设备很少,用电设备距配电柜都比较近,设备性质都比较重要,方案1投资也不会很大且配电可靠性高。结论:经以上比较,从经济性和供电可靠性两方面考虑,方案1比喻案2好。因此采用方案1对反冲洗泵房配电。(3)低压配电系统图配电系统图3-3中,低压配电电源由0.4kV电缆引入低压配电柜,经低压母线,以放射式方式配电,出线柜用两个,出线回路共10条。配电柜中有隔离开关和低压断路器等保护电气。图3-3低压配电系统图图3-3低压配电系统图3.4电机主接线电路设计(1)电动机启动方式选择三相鼠笼式电动机在额定电压下的启动电流Iq=(6～7)IN,电动机的定子绕组正常情况下能够承受在额定电压下的启动电流。三相鼠笼式电动机在启动时对电机结构本身没有损坏。三相鼠笼式电动机的启动主要考虑启动时对电网的影响。单级双吸卧式离心泵中两台75kW水泵采用软启动,三叶罗茨鼓风机经过变频器调节鼓风量,其它设备等均为直接启动。(2)低压电动机保护装置①短路保护短路保护的作用在于防止电动机突然流过短路电流而引起电动机绕组、导线绝缘及机械上的严重损坏,或防止电源损坏。此时,保护装置应立即可靠地使电动机与电源断开。常见的短路保护元件有熔断器、过电流继电器、自动开关等。设计中采用自动空气断路器(自动开关)作短路保护。这种电器的接触系统与接触器的接触系统相似,它具有熔断器能直接断开主回路的特点,又具有过电流继电器动作准确性高、容易复位、不会造成单向运行等优点。它不但具有作为短路保护的过电流脱扣器,而且具有作为长期过载保护的热脱扣器,还有失压保护。但它价格较高,故在自动化程度和工作特性要求高的系统中,它是一种很好的保护电器。自动空气断路器的工作原理如图3-4所示[3]。图3-4自动空气断路器主触头2—图3-4自动空气断路器主触头2—弹簧A3—锁钩4—过流脱扣器5—失压脱扣器6—弹簧B7—辅助触头8—弹簧C所谓长期过载,是指电动机带有比额定负载稍高一点((115%～125%))的负载长期运行,这样会使电动机等电气设备因发热而导致温度升高,甚至会超过设备所允许的温升而是电动机等电气设备的绝损坏,因此必须给与保护。当前使用得最多的长期过载保护装置是热继电器FR。热继电器FR的发热元件串在电动机的主回路中,而其触电则串在控制电路接触器线圈的回路中。当电动机过载时,热继电器的热元件就发热,将其在控制电路的动断触点断开,接触器线圈失电,触点断开,电动机停转。使其触点断开。热继电器还能够保护电动机单向运行。第4章电气设备的选型4.1用电设备选型用电设备选型如表4-1所示[4]。电动机的技术参数如表4-2所示[5]。表4-1用电设备选型序号名称型号规格功率/kW1单级双吸卧式离心泵14sh-28Q=1440mH=13.4752单级双吸卧式离心泵10sh-19Q=486m3H=14303三叶罗茨鼓风机(带隔音罩)3L63WDQ=34.2m风压49KPa454螺杆式空气压缩机(带隔音罩)BLT-15AQ=1.25风压1.0MPa115潜水排污泵QW45-15-5.5Q=45H=155.56MD1型电动葫芦MD型起重量3吨,轨长154.57电焊机ZX7-400=0.93(60%)178电动蝶阀D941X-10DN6000.59电动蝶阀D941X-10DN4000.5序号型号额定功率/kW满载时堵转电流/额定电流转速/(r/min)电流/A效率/%功率因数1Y2-280S-475148014093.80.877.52Y2-200L-430147057.692.00.867.23Y280M-84574093.291.70.8064Y2-160M1-211293021.388.00.897.855.5286011.781.50.876ZD32-4138010表4-2电动机的技术参数4.2电气设备选择的一般原则供配电系统中的电气设备是在一定的电压、电流、频率和工作环境条件下工作的,除了应满足在正常工作中能安全可靠运行,适应所处的位置、环境温度、海拔高度,以及防尘、防火、防爆、防腐等要求,还应满足在短路故障是不至损坏的条件,开关电器还应具有足够的断流能力。电气设备的选择应具备以下4个原则[3]。按工作要求和环境条件选择电气设备的型号。按正常工作条件选择电气设备的额定电压和额定电流。(1)按工作电压选取电气设备的额定电压。电气设备的额定电压应不低于其所在电路的额定电压,即(4-1)(2)按最大负荷电流选择电气设备的额定定电流。电气设备的额定电流应不小于实际经过它的最大负荷电流(或计算电流),即或(4-2)(3)按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定为了保证电气设备在短路故障时不至于损坏,就必须按最大短路电流校验电气设备的动稳定和热稳定。动稳定是指电气设备在冲击短路电流所产生的点动力作用下,电气设备布不至损坏。热稳定是指电气设备载流导体在稳态短路电流作用下,其发热温度不超过载流导体短时的允许发热温度。(4)开关电器断流能力校验断路器和熔断器等设备担负着切断短路电流的任务,必须可靠的切断经过的最大短路电流,因此,开关电器还必须校验器断流能力,其断流容量并不小于安装地点最大三相短路容量。4.3配电装置电气设备的选型4.3.1隔离开关的选型干线1开关的选型。干线1所接设备是离心泵。在确定分支干线的计算负荷时,采用二项式法。对水泵电动机组,查表[2],b=0.65,c=0.25,x=5,=0.8,=0.75,因n=2<2x,取x=1。则最大容量电动机的设备容量=75kW,平均负荷为kWA选用低压刀开关作配电隔离开关。低压刀开关分类方法较多。按其操作方式分为单投和双投两种;低压刀开关按其极数分为单极、双极和三极三种;按其灭弧结构分为不带灭弧罩的和带灭弧罩的两种。不带灭弧罩的刀开关一般只能在无负荷下操作,作隔离开关使用。带有灭弧罩的刀开关能通断一定的负荷电流,其钢栅片灭弧罩能使负荷电流产生的电弧有效地熄灭。开关选用HD型隔离开关开关[6]。型号意义查表,隔离开关型号为HD13B-200/31第一位数字为级数(3表示3级,2表示2级);第二位数字表示有无灭弧室(1表示带有灭弧室,0表示不带灭弧室)额定工作电流值(分100、200、400、600、1000、1500A)缩型设计序号(13表示中央正面杠杆式操作机构)刀开关HD13第一位数字为级数(3表示3级,2表示2级);第二位数字表示有无灭弧室(1表示带有灭弧室,0表示不带灭弧室)额定工作电流值(分100、200、400、600、1000、1500A)缩型设计序号(13表示中央正面杠杆式操作机构)刀开关HD13BK31其余各干线隔离开关选型见表4-3表4-3隔离开关选型序号计算电流/A型号额定电压/V额定通断电流/A干线1165.23HD13B-200/31380200干线290.50HD13B-100/31380100干线378.15HD13B-100/31380100干线46.0HD13B-100/31380100总干线255.79HD13B-400/313804004.3.2空气断路器选型馈出线3-1断路器选型(1)负荷计算配电柜1有4条出线,3-1线路上接有单级双吸卧式离心泵2台,一用一备。额定功率kW,额定电流I=140A,效率,功率因数,堵转电流/额定电流=7.6对单台电动机=75/0.938=79.96kW计算电流A尖锋电流,由于采用软启动器启动启动电流按计算,则=4140=560A(2)断路器型号选取配电用低压断路器按结构型式分为塑料外壳式和框架式两大类。塑料外壳式低压断路器塑料外壳式低压断路器,其全部结构和导电部分都装设在一个塑料外壳内,仅在壳盖中央露出操作手柄,供手动操作之间,它一般装设在低压配电装置中。选用DZ20系列塑料外壳式低压断路器[7]。用途代号(配电断路器无代号,保护电动机的断路器用2表示)脱扣器方式及附件代号级数操作方式代号壳架等级额定电流(A)额定极限短路分段能力级别代号(Y为一般型,J为较高型,G为最高型,C为经济型,S为四级)设计序号塑料外壳式断路器DZ20DZ20系列塑壳式断路器,适用于交流频率为50～60Hz,额定绝缘电压为500V,额定工用途代号(配电断路器无代号,保护电动机的断路器用2表示)脱扣器方式及附件代号级数操作方式代号壳架等级额定电流(A)额定极限短路分段能力级别代号(Y为一般型,J为较高型,G为最高型,C为经济型,S为四级)设计序号塑料外壳式断路器DZ20型号意义(3)选择断路器规格①过流脱扣器的额定电流应大于或等于线路的计算电流,即=140A②瞬时过流脱扣器的动作电流应躲过(大于)线路的尖峰电流,即式中,为可靠系数。对动作时间在0.02s以下的DZ系列断路器宜取2～2.5。取=2,则A查表4-34,DZ20Y-200型断路器,脱扣器额定电流可初选=225A>。过流脱扣器的动作电流可整定为5倍的脱扣器额定电流,即A>1120A满足躲过尖峰电流的要求。故选择DZ20Y-200型断路器,断路器额定电流为200A,脱扣器额定电流160A,额定极限短路分断能力25kA,额定运行短路分段能力18kA。其它各线路断路器选型见表4-4序号计算电流/A型号断路器额定电流/A脱扣器额定电流/A瞬时脱扣器整定电流/A2-1140DZ20Y-40040022552-257.6DZ20Y-10010080102-393.2DZ20Y-100100100102-421.3DZ20Y-10010032103-116.18DZ20Y-10010020103-210DZ20Y-10010016103-328DZ20Y-10010032103-40.63DZ20Y-10010016104-66.0DZ20Y-1001001610总干线255.79DZ20Y-4004003155表4-4各线路断路器选型4.3.3电流互感器选型(1)电流互感器的构造和工作原理电流互感器也是按电磁感应原理工作的。它的构造与普通变压器相似,主要由铁芯、一次绕组和二次绕组等几个主要部分组成,如图4-1所示。所不同的是电流互感器的一次绕组匝数很少,使用时一次绕组串联在被测线路里。而二次绕组匝数较多,与测量仪表和继电器等电流线圈串联使用。运行中电流互感器一次绕组内的电流取决于线路的负荷电流,与二次负荷无关(与普通变压器正好相反),由于接在电流互感器二次绕组内的测量仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小,因此电流互感器在正常运行时,接近于短路状态,相当于一个短路运行的变压器,这是电流互感器与变压器的主要区别。图4-1电流互感器构造理(2)电流互感器的选择原则图4-1电流互感器构造理电流互感器形式的选择:在10kV及以下配电装置中,首先应选择环氧树脂浇注式全封闭的电流互感器。测高压时只能用高压电流互感器,测低压时只能用低压电流互感器。两者不能混用。额定电压的选择:电流互感器的额定电压等于被测电路的额定电压。10kV高压电流互感器的额定绝缘电压为12kV,0.4kV低压电流互感器的额定绝缘电压为0.66kV。额定电流的选择:电流互感器的额定电流应大于被测电路的最大持续工作电流。电流互感器一次额定电流为10～3000A。电流互感器得到电流比选择:根据被测电流的大小选择电流比。电流互感器电流比的一次部分表示其一次额定电流,分母部分表示其二次额定电流。电流互感器准确级的选择:配电变压器的额定容量为kVA、2500kVA时,准确级选0,2S级;配电变压器的额定容量在kVA以下时选0.5S级。电压互感器额定二次容量的选择:低压电流互感器的额定二次容量20VA,10kV电流互感器的额定二次容量60VA。(3)电流互感器型号的选择[7]LMZ1系列电流互感器适用于交流50Hz、额定工作电压500V及以下的线路中,作为电流、功率测量及继电保护装置使用。变流比电压等级变流比电压等级(kV)树脂浇注母线贯穿式电流互感器LMZ1该电流互感器测量的是0.4kV电缆进线处的电流,计算电流为244.62A。查表,选用LMZ1-0.5型电流互感器,主要技术参数为 :额定一次电流300A,额定二次电流5A,穿孔尺寸35mm。4.3.4低压配电屏选型低压配电屏是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种低压成套配电装置,在低压配电系统中作动力和照明配电用。低压配电屏有固定式和抽屉式两大类。固定式低压配电屏又有单面操作和双面操作两种,双面操作式为离墙安装,屏前屏后均可维修,占地面积较大,在盘数较多或二次接线较复杂需经常维修时,可选用此种型式。单面操作式为靠墙安装,屏前维护,占地面积小,在配电室面积小的地方宜选用,这种屏当前较少生产。抽屉式低压配电屏的特点是馈电回路多、体积小、检修方便、恢复供电迅速,但价格较贵。一般中小型企业多采用固定式低压配电屏。固定式低压配电屏主要有PGL型GGD型。PGL型为室内安装的开启式双面维护的低压配电屏。PGL屏具有更完善的保护接地系统,提高了防触电的安全性。其线路方案也更为合理,除了有主电路外,对应每一主电路方案还有一个型低或几个辅助电路方案,便于用户选用。GGD型交流低压配电柜可广泛地适用于发电厂、变电站、工矿企业等电力用户作为交流50Hz、额定工作电压380V、额定工作电流最高至3150A的配电系统中作为动力、照明及配电设备的电能转换、分配与控制之用。产品型号及含义GGDGGD辅助电路方案代号主电路方案代号设计序号(1-分段能力为15KA;2-分段能力为30KA;3-分段能力为50KA)交流低压配电柜电器元件固定安装、固定接线电力用柜电气参数及安装参考尺寸见表4-5和表4-6表4-5电气参数型号额定电压(V)额定电流(A)额定短路开断电流(KA)额定短时耐受电流(IS)(KA)额定峰值耐受电流(KA)GGD1380400151530表4-6安装参数型号高度(H)宽度(W)深度(D)GGD12200600,800,10006004.4电机主接线电路电气设备的选型4.4.1空气断路器选型低压配电配电线路采用的上下级保护电器,其动作应具有选择性;各级之间应能协调配合。断路器选型见表4-7。表4-7空气断路器选型序号计算电流/A型号断路器额定电流/A脱扣器额定电流/A瞬时脱扣器整定电流/A2-1140DZ20Y-20020022582-257.6DZ20Y-10010080122-393.2DZ20Y-100100100122-421.3DZ20Y-10010032123-111.7DZ20Y-10010020123-210DZ20Y-10010016123-328DZ20Y-10010032123-40.63DZ20Y-10010016123-66.0DZ20Y-10010010124.4.2交流接触器选型选用CJ10J系列节电交流接触器[7]。CJ10J系列节电交流接触器,适用于交流频率50Hz,额定工作电压380V,额定工作电流为150A及以下的电力系统中,作为远距离接通和分断电路使用,亦可作为频繁的启动控制电动机使用。CJ10J额定工作电流(A)CJ10J额定工作电流(A)节电型设计序号交流接触器查表,各交流接触器选型见表4-8表4-8交流接触器选型序号计算电流/A型号额定工作电压/V额定工作电流/A控制电压/V2-1140CJ10J-1503801502202-257.6CJ10J-1003801002202-393.2CJ10J-1003801002202-421.3CJ10J-60380602203-111.7CJ10J-60380602203-20.63CJ10J-60380602204.4.3热继电器选型选用JR20系列热继电器[7]。JR20热带产品派生代号,用字母”TH”表示特征代号,D:断相保护;L:独立安装式;Z:与交流接触器组合接线安装方式JR20热带产品派生代号,用字母”TH”表示特征代号,D:断相保护;L:独立安装式;Z:与交流接触器组合接线安装方式基本规格代号,以热过载继电器额定工作的电流表示设计序号热过载继电器型号意义查表,各热继电器选型见表4-9表4-9热继电器选型序号计算电流/A型号额定工作电压/V额定工作电流/A热元件代号及整定电流范围2-1140JR20-1603801608W:130～150～1702-257.6JR20-63380636U:55～63～712-393.2JR20-1603801605W:85～100～1152-421.3JR20-25380254T:21～25～293-111.7JR20-16380164S:10～12～14续表5-3序号计算电流/A型号额定工作电压/V额定工作电流/A热元件代号及整定电流范围3-210JR20-16380164S:10～12～143-328JR20-63380632U:24～30～363-40.63JR20-10380106R:0.8～1～1.24.4.4软启动器选型(1)软启动器简介异步电机在接入电网启动的瞬时,会引起很大的启动电流,一般启动电流可达额定电流的5～7倍,而启动转矩却不大。对电网而言,它会引起较大的线路降压,影响到同一电源上的其它设备,过大的启动电流还会加速电动机绕组绝缘老化,且在大电流冲击下,容易造成短路事故。软启动器的主要目的是降低起动电压与电流。软启动器的工作原理:控制其内部晶闸管的导通角,使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升,直至起动结束,赋予电机全电压,即为软起动,在软起动过程中,电机起动转矩逐渐增加,转速也逐渐增加。软起动结束,旁路接触器闭合,使软起动器退出运行,直至停车时,再次投入,这样即延长了软起动器的寿命,又使电网避免了谐波污染,还可减少软起动器中的晶闸管发热损耗。软起动与传统减压起动方式的不同之处是:①无冲击电流。软起动器在起动电机时,经过逐渐增大晶闸管导通角,使电机起动电流从零线性上升至设定值。②恒流起动。软起动器能够引入电流闭环控制,使电机在起动过程中保持恒流,确保电机平稳起动。③根据负载情况及电网继电保护特性选择,可自由地无级调整至最佳的起动电流。软启动的功能同样也可应用于制动,以实现软停车。软起动器适用于的场合:原则上,笼型异步电动机凡不需要调速的各种应用场合都可适用。软起动器特别适用于各种泵类负载或风机类负载,需要软起动与软停车的场合。同样对于变负载工况、电动机长期处于轻载运行,只有短时或瞬间处于重载场合,应用软起动器(不带旁路接触器)则具有轻载节能的效果。(2)软启动器型号选择该软启动器控制的设备是75kW的单级双叶卧式离心泵。选用施耐德ATS48软启动器。ATS48软起动-软停止单元是一种有6个晶闸管的控制器,它们用于电流范围在17至1200A范围内的三相鼠笼式异步电机的力矩控制软起动和软停机。它提供带有机器和电机保护功能的软起动和减速功能,同时还具备与控制系统通讯的功能。这些功能是设计用于离心机、泵、风机、压缩机以及输送机等应用场合,这些机器大多数用于建筑、食品饮料及化学工业中。ATS48高性能的算法对提高设备的可用性、安全性和设置易用性起了显著作用。ATS48软起动-软停止单元的电气特性:电流设定:额定电机电流In能够在起动器额定电流的0.4至1.3倍范围内调整。最大起动电流在电机In的1.5至7倍范围内调整,限于起动器额定电流5倍以内。启动模式:经过转矩控制,起动器电流限制在5倍In最大值以内。出厂设置:用于标准运行,在15s转矩斜坡上4倍In。使用ATS48停机:电机自由停车;减速停机,这类停机适用于泵类,能够用来有效地减小压力波动。ATS48的转矩控制,即使在负载升高的情况下也能够降低液压瞬态变化。此类控制使调整得以简化;制动停机,此类停机由于能够减少停车时间而适用于高惯性的应用场合。按标准应用场合选择软启动器型号。查施耐德软启动器产品目录软启动器型号ATS48C14Q,电机功率75kW,额定电压400V,额定电流140A,额定负载下的耗散功率391W。满足使用要求。4.4.5变频器选型(1)变频调速概况[8]众所周知,由于直流调速系统具有较好的静、动态性能指标,长期以来,调速传动领域本上被直流电动机调速系统所垄断。但这种系统也有其自身的缺点,如容量、电压、电流和转速的上限制,均受到换向条件的制约,控制系统结构复杂,在一些大容量、特大容量的调速领域无法应用,同时维护工作量大,故障率高等。而交流电动机有一些固定的有优点:①好结构简单、造价低;②坚固耐用,事故率低,容易维护;③容量、电压、电流和转速的上限,不像直流电动机那样受限制。随着交流电动机调速的零的突破和变频性能的不断完善,采用晶闸管的同步电动机自控式变频调速系统,采用电压型或电流型晶闸管变频器的笼型异步电动机等调速系统先后实现了实用化,从而使变频调速开始成为交流调速的主流。当前,交流调速系统的性能已经能够和直流调速系统相匹敌,有些甚至超过直流调速,特别是自20世纪90年代以来,变频调速动技术以惊人的速度向前发展。(2)变频调速原理变频调速是经过变频器把工频交流电变成频率、电压按比例可调的交流电作为步电动机的电源。根据交流异步电动机输出转速公式n=60f(1-S)/P,在转差率不变时调节频率就能够调节电动机的转速。又根据交流电动机转矩公式:,则。要满足电动机的输出转矩不变,就要维持为一定值。根据、的不同比例关系,变频器有以下几种控制方式:①恒比例控制方式;②恒磁通控制方式;③恒功率控制方式;④恒电流控制方式。(3)变频器的分类通用变频器按不同角度可进行不同分类①按直流电源的性质分类电流型变频器。这种变频器采用大电感作为储能元件,电动机的电流波形为方波或梯形波,电压波形接近于正弦波。其突出优点是,当电动机处于再生发电状态时,回馈到直流侧的再生电能能够方便的回馈到交流电网,不需在主回路内附加任何设备,只要利用网侧的不可逆变流器改变其输出电压极性即可。电压型变频器。这种变频器大多数情况下采用6脉冲运行方式,晶闸管在一周期内导通180°,中间直流环节的储能元件采用大电容,电动极端的电压为方波或阶梯波。对负载电动机而言,变频器是一个交流电压源,在不超过容量限度的情况下,能够驱动多台电动机并联运行,具有较好的通用性。②按输出电压调节方式分类变频调速时,需要同时调节逆变器的输出电压和频率,以确保电机主磁通的恒定。输出电压的调节主要有PAM和PWM两种方式。PAM是一种经过改变电压源的电压或电流源的电流幅值来进行输出控制的方式。因此,在逆变器只控制频率,在整流器侧控制输出的电压或电流。在中小容量的变频器中,这种方式很少应用。PWM又称脉冲宽度调制方式。这种方式的基本原理是经过成比例的高变脉冲波的宽度,控制逆变器输出的交流基波电压的幅值;经过改变脉冲波宽度变化的周期,控制器输出频率,从而在同一逆变器上实现输出电压大小及频率的控制。控制过程的参考信号为正弦波,输出电压平均值近似为正弦波的PWM方式,成为正弦PWM调制,简称SPWM方式。通用变频器中,采用SPWM方式调压,是一种最常见的方案。③按控制方式分类U/f恒定控制。保持U/f恒定控制是异步电动机变频调速最基本控制方式,它在控制电动机电源频率的同时,控制变频器的输出电压,并使两者之比为恒定,从而使电动机的磁通基本保持恒定。转差频率控制。转差频率是施加于电动机的交流电压频率与电动机速度(电气角频率)的差,在电动机转子上安装测速发电机等速度检测器,能够检测出电动机的速度,这个速度加上转差频率(与要求的转矩相对应)就是逆变器的输出频率。矢量控制。采用矢量控制的目的,主要是为了提高变频调速的动态性能。该方式根据交流电动机动态数学模型,利用坐标变换的手段,将交流电动机的定子电流分解成磁场分量电流和转矩分量电流,并分别加以控制,以获得类似于直流调速系统的动态性能。对于轧钢、造纸设备等对动态性能要求较高的应用场合,能够采用矢量控制变频器。(4)变频器类型的选择变频器的类型是根据负载要求来选择的。对于风机,泵类负载,其转矩与转速的平方成正比,低速时负载转矩较小,一般能够选择普通功能型。对于恒转矩负载,如挤压机、搅拌机、传送带等,则分两种情况。如采用普通功能型变频器,要实现恒转矩调速,常常采用加大电动机和变频器容量的办法,以提供高低速转矩;如果采用具有转矩控制功能的高功能型变频器,实现恒转矩负载的调速运行,则更理想。罗茨鼓风机是恒转矩负载,宜采用具有转矩控制功能的高功能型变频器。(5)变频器容量的计算[8]实际应用中一般根据电动机的额定电流和额定功率来决定变频器的容量。变频的选择原则是:变频器的额定容量所适用用的电动机功率实际使用的电动机的额定功率;变频器的额定输出电流电动机的额定电流;变频器的额定输出电压电动机的额定电压。连续运转时,变频器的容量应同时满足以下三个条件:(kVA)(A)(kVA)式中,—负载所要求的电动机的轴输出功率;—电动机的效率,一般=0.85;—电动机的功率因数,一般=0.75;—电动机的电压(V);—电动机电流(A),是工频电源时的电流;k—电流波形的修正系数(PWM方式时,取1.05～1.0);—变频器的额定容量(kVA);—变频器的额定电流(A)。所控制的电动机是鼓风机,额定功率=45kW,额定定电流=93.2A。取=0.85,=0.75,k=1.02,则kVAAkVA(6)变频器型号的选取选用西门子变频器,查西门子变频器手册,选用MM440型变频器。电源电压380至480V,额定输出功率75kW,额定输入电流139A,额定输出电流145A。满足使用要求。变频器主要端子见图4图4-2变频器端子简图图4-2变频器端子简图4.5电缆和母线的选型4.5.1电缆的选择供配电系统中,载流导体主要有三类,即母线、导线、电缆。母线起汇聚及分配电能的作用,导线及电缆起输送电能的作用。母线一般都是裸导体,导线则分为裸导线及绝缘导线,绝缘导线一般用在低压线路中,电缆则有高压、低压之分。低压配电线路大多采用绝缘导线或电缆,当负荷电流很大时可采用封闭式母线槽(内藏母排),配电干线则采用裸导线。绝缘导线按芯线材料分,有铝芯和铜芯两种,按绝缘材料分,常见有橡胶绝缘和塑料绝缘两种。电缆是一种特殊的导线,电缆的结构主要有导体、绝缘层和保护层三部分组成。导体一般采用多股铜绞线或铝线,按电缆中导体数目的不同可分为单芯、三芯、四芯和五芯电缆。单芯电缆的导体截面是圆形的,而三芯和四芯电缆导体的截面一般是扇形的。绝缘层的作用是使电缆中导体之间、导体与保护层之间保持绝缘。绝缘材料的种类很多,一般有橡胶、沥青、绝缘油、气体、聚氯乙烯、交联聚乙烯、绦麻、纸片,常见的多采用油浸纸绝缘。保护层用来保护绝缘层,使其在运输、敷设过程中免受机械损伤、防止水分侵入,绝缘油外流,可分为铅包和铝包。外层还包有钢带铠甲和黄麻保护层。根据设计经验,一般10kV及以下高压线路和低压动力线路,因其负荷电流较大,因此一般先按发热条件来选择截面,再校验其电压损耗和机械强度。低压照明线路,因其对电压水平要求较高,因此一般先按允许电压损耗条件来选择截面,然后校验其发热条件和机械强度。(1)按发热条件选择导线和电缆截面选择电流经过导线(或电缆、包括母线)时,要产生损耗,使导线发热。裸导线步氧化,如此恶性循环,的温度过高时,会使接头处的氧化加剧,增大接触电阻,使之进最后可发展到断线。而绝缘导线和电缆的温度过高时,可使绝缘加速老化甚至烧毁,因此导线的正常发热温度不得超过额定负荷时的最高允许温度。按发热条件选择导线截面时,应使其允许在流量大于或等于线路正常工作时最大负荷电流即计算电流,即当导线敷设地点的环境温度与导线允许载流量所采用的环境温度不同时,则导线的允许载流量应乘以温度校正系数式中,—导线额定负荷时的最高允许温度;—导线允许载流量所采用的环境温度;—导线敷设地点实际的环境温度。环境温度在一年四季之中是随时在变化的,而且各年也不相同。所用的环境温度应是一年之中较高的温度。一般,在室外用当地最热月份每天最高温度的平均值作为环境温度。在室内,应在室外环境温度的基础上再加5℃以石家庄为例,根据气象资料,最热月平均值为平均最高气温为32.2℃,则环境温度为32.2+5=选用YJY型四芯电缆[9],以2-1线路电缆选型为例,线路的计算电流为140A,查表,工作温度90℃,环境温度40℃时,电缆的允许载流量:截面mm2电缆的允许载流量为=271A校正后的载流量为=271×1.028=278.59满足使用要求。(2)过流脱扣器与被保护线路的配合。绝缘导线或电缆允许短时过负荷,过负荷越严重,允许运行的时间越短。反之,过电流保护的动作时间越短,过电流保护的动作电流允许整定的越大;动作时间越长,动作电流必须整定的越小。只有这样,当线路过负荷或短路时,才能避免绝缘导线或电缆因过热烧毁而低压断路器尚未或不会跳闸的事故发生,因此要求式中为绝缘导线或电缆的允许短时过负荷系数。对瞬时和短延时过流脱扣器取4.5;对长延时过流脱扣器取1。=1125A查表,各电缆选择见表4-10表4-10电缆选择序号计算电流/A相线截面/中性线截面/2-114095502-257.650252-393.270352-421.310103-116.18663-210443-32810103-40.63443-66.0444.5.2母线的选择低压配电柜母线的选择[10]为提高低压配电柜母线动热稳定性和改进接触面的温升,装置全部采用TMY-T2系列硬铜,铜母线的连接部分必须搪锡。也可选用全厂镀银母线。在0.4kV配电柜中,水平安装时,选用铜母线的规格如表4-11。表4-11水平安装时铜母线的规格额定电流/A规格/条数(mm)63012502(505)16002(606)2(6010)中性线接地母线采用硬铜母线,贯穿水平中性接地线(PEN)或接地+中性线(PE+N)的规格见表4-12。相导线截面积/选用PE(N)母线尺寸/mm500～7204051200606>12006010表4-12中性线和接地线的规格装置内垂直PEN线或PE+N线的规格全部采用40mm5mm。母线上的计算电流为244.62A,故选用2(505)规格母线。中性线和接地线选用40mm5mm规格母线。第5章接地系统的设计5.1接地概述[11]5.1.1接地和接地装置电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接称接地。埋入地中并直接与土壤相接触的金属导体,称接地体或接地极。如埋地的钢管、角铁等。电气设备应接地部分与接地体(极)相连接的金属导体(线)成为接地线。接地体与接地线构成接地装置。由若干接地体在大地中用接地线相互连接起来的一个整体,成为接地网。其中接地线又分接地干线和接地支线。接地干线一般应不少于两根导体,在不同地点与接地网连接。5.1.2接地类型(1)工作接地为了保证电网的正常运行,或为了实现电气装置的固有功能,提高其可靠性而进行的接地。例如电力系统正常运行需要的接地(如电源中性点接地)。(2)保护接地为了保证电网故障时人身和设备的安全而进行的接地。电气设备外露导电部分和设备外导电部分在故障情况下可能带电压,为了降低此电压,减少对人身的危害,应将其接地。例如电气装置的金属外壳的接地、母线的金属支架的接地等。低压配电部分的保护接地按接地形式,分为TN系统、TT系统和IT系统3种。①TN系统。TN系统的电源中性点直接接地,并引出有中性线(N线)、保护线(PE线)或保护中性线(PEN线),属于三相四线制或五线制系统。TN系统又可分为TN-S、TN-C及TN-C-S系统。TN-S接地系统的工作零线N与接地线PE线在供配电系统中不公用。供配电系统为三相五线制,工作零线N接设备的工作零线,接地线PE线接设备正常工作时不带电的金属外壳,TN-S接地系统的安全性在TN系统最好,但系统的投资较高。接线形式如图5-1所示。图5-1TN-S系统图图5-1TN-S系统图5-2TN-C系统TN-C-S接地系统的工作零线N与接地线PE线在供配电系统中有时公用,有时不公用。一般在供配电系统的前段公用,在供配电系统的后段不公用。供配电系统为三相五线制和三相四线制混合供电。在供配电系统的前段为三相四线制,第四根线既接设备的工作零线又接设备正常工作时不带电的金属外壳。在供配电系统的后段为三相五线制,工作零线N接设备的工作零线,接地线PE线接设备正常工作时不带电的金属外壳。接线形式如图5-3所示。图5-3TN-C-S系统图5-3TN-C-S系统②TT系统。电力系统有一点直接接地,受电设备的外露可导电部分经过保护线接至与电力系统接地点无直接关联的接地极。变压器的零线N与接地线PE线不共用接地极。PE线在用电设备处做接地极,共用同一接地保护装置的所有外露可导电部分,必须用保护线与这些部分共用的接地极连在一起。TT系统的接线如图5-4所示。图5-4TT系统图5-4TT系统③IT系统电源中性点不接地或经阻抗接地,且一般不引出N线,而电气设备的外露导电部分经各自的PE线直接接地的系统。它又被称为三相三线制系统。(3)防雷接地为了防止雷电过电压对电气设备和人身安全的危害而进行的接地。例如避雷针、避雷器等的接地。(4)防静电接地为了消除静电对电气设备和人身安全的危害而进行的接地。例如输送某些液体或气体的金属管道的接地。(5)屏蔽接地将功能性与保护性接地结合在一起的接地。这种接地应首先满足保护性接地的要求。5.1.3重复接地TN系统中,为确保公共PE线或PEN线安全可靠,除了中性点进行工作接地外,还必须在PE线或PEN线的一些地方进行多次接地,这就是重复接地。在架空线路终端及沿线每1km处、电缆或架空线引入建筑物处都要重复接地。当未重复接地时,在PE线或PEN线发生断线并有一相与断线后面的某一电气设备外壳相碰时,则接在断线后面的所有电气设备外壳上,都存在着近于相线的对地电压,如图5-5(a)所示,这是很危险的。如果实施了重复接地,如图5-5(b)所示,则在发生同样故障时,断线后面的PE线对地电压。(a)未重复接地(b)重复接地(a)未重复接地(b)重复接地图5-5重复接地作用等电位连接是接地故障保护的一项基本措施。它是使电气装置外露导电部分和装置外可导电部分电位基本相等的一种电气连接。其作用方面能够在发生接地故障时,显著降低电气装置外露导电部分的预期接触电压,减少保护电器动作不可靠的危险性;另一方面能够消除或降低从建筑物外部窜入电气装置外露导电部分上的危险电压的影响。总等电位连接等电位连接干线是用于总等电位连接的导线。每个建筑物中的等电位连接干线,就是在建筑物电源进线处经过连接保护干线和接地线的总接地端子(用作总等电位连接端子),与建筑物内的装置外导电部分,如给排水干管、煤气干管、集中采暖和空调管以及建筑物金属结构等导电体互相连接的导线。一般在进线配电箱近旁设置总接地端子,将上述连接干线汇接于该端子上。局部等电位连接局部等电位连接线又称辅助等电位连接在远离总等电位连接处,对非常潮湿、触电危险性大(如浴室)的局部进行的等电位连接。局部等电位连接应包括该范围内所有能同时触及的装置的外露导电部分和装置外导电部分,如能做到,还宜包括钢筋混凝土结构的主钢筋等。局部等电位连接线还应与所有设备的保护线,包括插座的保护线相连接,能够互相就近连接,也可设置局部等电位连接端子汇接。5.2泵房的接地装置该净水厂高低压变电所变电等级为10/0.4kV,选择TN-C-S接地系统。反冲洗泵房的电缆由净水厂总变配电所引来,在泵房电源进线之前N线和PE线是合一的,电源进线进入构筑物后即分为N线和PE线。TN-C-S接地系统仅在电气装置电源进线点前,这样共模电压几乎为零,不会干扰仪表及自控设备的运行比较可靠。而共用导线因三相电流不平衡引起的电压升高完全能够经过总等电位联结来解决,使电气装置内所有对地电位都一起升高,互相之间无电位差。而且TN-C-S接地系统供电配线比TN-S接地系统配线少一个PE线,TN-C-S接地系统节约有色金属和成本很显著。因此污水处理厂接地应该更为合理。为确保公共PE线或PEN线安全可靠,在泵房的电缆进线处应做重复接地。接地体分自然接地体和人工接地体。利用自然接地体,必须保证良好的电气连接。自然接地体不能满足接地要求或无自然接地体时,应装设人工接地体。人工接地体大多采用钢管、角钢、圆钢和扁钢制作。一般情况下,人工接地体都采取垂直敷设,特殊情况如多岩石地区,可采取水平敷设。垂直敷设的接地体的材料,常见直径为40～50mm、壁厚为3.5mm的钢管,或者40mm40mm4mm～50mm50mm6mm的角钢,长度宜取2.5m。第6章电气照明系统设计6.1照明光源和灯具的选择[12](1)照明光源热辐射光源有白炽灯、卤钨灯(碘钨灯、溴钨灯)等。气体放电光源。包括辉光放电光源和弧光放电光源两类。辉光放电光源有氖灯、霓虹灯。弧光放电光源又分低压气体放电灯和高压气体放电灯两类:低压气体放电灯有荧光灯高压钠灯,高压气体放电灯也称高强气体放电灯,有高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯。(2)灯具类型灯具按配光曲线分正弦分布型、广照型、漫射型、配照型、深照型。泵房面积较大,高度较高,故采用高压汞灯作照明光源。采用配照型灯具。选用型配照灯(装220V,100W荧光高压汞灯)。走廊照度要求不高采用GLS型灯。6.2灯具的布置灯具的布置与房间的结构及照明的要求有关,既要满足照明质量、经济性要求,又要尽可能协调、美观,维护方便、安全。灯具的布置包括灯具布置方案和灯具悬挂高度。(1)布置方案。一般照明的布置一般有两种,即均匀布置(灯具布置与设备位置无关)和选择布置(灯具布置与设备位置有关)。其中均匀布置比较美观均匀,因此一般照明用得较多。均匀布置的灯具可排列成正方形或矩形或菱形。(2)灯具的悬挂高度。灯具宜于悬挂在桁架上。泵房的高度为5～6m,若灯具下吊1m,较高泵房下吊2m,则灯具距地面高度为4～灯具在泵房和配电室内均匀分布,其布置与设备的位置无关。灯具间的距离,应依据灯具的光强分布、悬挂高度、房屋结构及照度要求等多种因素而定。为了使工作面上获得较均匀的照度,较合理的距高比一般不要超过各类灯具所规定的最大距高比。配照灯的最有利距高比为1.8～2.5。有反射罩的荧光灯1.4～1.5。6.3照度计算采用单位容量法,其特点是计算简便,但较粗略,且只计算水平照度。只适用于方案比较和初步设计的近似计算,且只计算均匀布置灯具的水平照度。计算步骤(1)确定照明方案及水平作业面的平均照度标准。查表,泵房、风机房的照度标准值为50lx,走道、楼梯间照度标准值为20lx。(2)根据灯具型式与受照房间面积及平均照度标准查出单位容量。房间面积=4.68.7=40.02()=12.958.7=112.665()=8.716.1=140.07()泵房面积A=++=292.755()走道8.71.5+219.35+51.29.15+116.1=122.75()灯具高度h取6～8m,查表,泵房=6.5W/,走道高度h取2～3m,=6.7W/。(3)根据每盏灯的容量确定灯的盏数泵房取n=26走道取n=33根据建筑结构特点,实际共安装80W高压汞灯31盏,25W白炽灯40盏。6.4照明配电系统设计(1)确定照明供电方式和线路布置方式照明总电源进线来自配电室,采用380V/220V三相四线制供电。照明供配电系统由馈电线、干线和分支线组成。馈电线是将电能从变电所低压配电屏送至总配电箱(盘)的线路;干线是将电能从总照明配电箱(盘)送至各个分照明配电箱的线路;分支线是将电能从各个分照明配电箱送至各个灯具的线路。照明供电图见图6-1所示。图6-1照明供电图(2)计算照明负荷WL1线:照明支路包括12盏80W荧光高压汞灯,需要系数K取1,功率因数取,由式2-6,设备容量==1050WWAWL2线:照明支路包括15盏80W荧光高压汞灯,需要系数K取1,功率因数取由式2-6,设备容量==1320WWAWL3线:照明支路包括36盏25W白炽灯,4盏80W高压汞灯。==900WWWA(3)照明线路导线和开关的选择照明线路对电压水平要求较高,因此一般先按允许电压降进行选择,再校验机械强度和发热条件。但由于线路不长,故可按允许温升条件选择导线截面,一般也能满足导线机械强度和允许电压损失要求。现以最大支路计算电流A为依据,查2-16,选用两根截面mm2的BV型聚氯乙烯绝缘电线,在40℃时A,满足要求。其余照明线路均采用BV-mm2铜芯导线。按照各相负荷均匀分配的原则(在10%以内均算满足要求)A相:WL1支路kWB相:WL2支路kWC相:WL1支路kW三相总安装容量按照最大负荷相A相所接容量的三倍考虑,需要系数K取0.9kW=3.56kWA开关的选择。当前广泛采用小型塑壳低压断路器作为照明供电的电源开关,它兼有过载、低电压和短路保护之功用。支线可选用C45N(DZ-47-10/1P)型塑壳式断路器,=10A;总电源进线可选用C45N(DZ-47-10/4P)型塑壳式断路器,=10A。电气照明的平面图见附图C。第7章结论及展望本毕业设计的内容是关于净水厂供配电方面的设计。设计中对用电设备负荷计算,配电设计方案,元器件选型,电气装置设计等进行了详细叙述。设计中首先采用需要系数的方法对每项用电设备进行负荷计算,计算出总的负荷大小。根据设备特点及相关要求设计配电方案。然后采用二项式法对各干线及其分支线的负荷进行计算,以此为基本根据选择电气设备,完成相关设计。该毕业设计的完成是有一定难度的,电气方面的知识虽然在以前的课程中有所涉及,但内容都不够全面和深入,特别是供配电方面懂得的较少。为此,在此过程中,查阅了大量资料,并向指导老师及同学请教了很多问题。这次毕业设计的过程使我巩固和加深以及扩大了专业知识面,锻炼了综合及灵活运用所学知识的能力,学会了正确使用技术资料,提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。本设计是对工厂供电的一个工程实际问题进行研究,理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,才能完成一项工程,才能真正为社会服务。为改进日益突出的水污染问题,全国各地会兴建更多更大的的水处理工程,为保障供水系统的正常运行,现代化的净水厂对供配电系统提出了更高的要求,研究这一课题,不断改进和完善供配电系统对经济发展及社会生活具有重要意义。由于设计时间及本人能力水平有限,设计中难免有疏漏和错误之处,敬请各位老师批评指正。参考文献[1]陈化钢主编.企业供配电[M].北京:中国水利水电出版社,[2]唐志平主编.供配电技术[M].北京:电子工业出版社,[3]邓星钟编.机电传动控制(第四版)[M].武汉:华中科技大学出版社,[4]杭世珺,张大群主编.净水厂、污水厂工艺与设备手册[M].北京:化学工业出版社,[5]朱孝录主编.中国工程学会,中国机械设计大典编委会编.中国机械设计大典第4卷机械传动设计[M].南昌:江西科学技术出版社,.01[6]刘介才主编.实用供配电技术手册[M].北京:机械工业出版社,[7]王子午,徐泽植主编.常见供配电设计选型手册第一分册:低压电器[M].北京:煤炭工业出版社,1997[8]刘美俊编.通用变频器应用技术[M].福州市:福建科学技术出版社,.01[9]翁双安主编.供配电工程设计指导[M].北京:机械工业出版社,[10]狄富清,狄晓渊编.配电实用技术[M].北京:机械工业出版社,[11]王晓丽主编.供配电系统[M].北京:机械工业出版社,.01[12]郭福雁,黄民德编.电气照明[M].天津:天津大学出版社,[13]英莹,李博通.污水处理厂供配电系统设计[J].建筑电气,(5):229-232.[14]戴立平.变频调速技术在水厂滤池气水反冲洗系统运行中的应[J].自动化技术与应用.(08):125-127.[15]S.G.Pavel,V.Maier.CriterionfortheLowVoltageDistributionNetworkOrganisation[J].ActaEl-ectrotehnica..2:242-245.[16]Bird,A.C.;Bloomquist,W.C.Low-voltagepowerdistribution[J].ElectricalEngineering.1997.10.998-1004.致谢本次毕业设计是在李申山老师的悉心指导下完成的。从开始的选题、资料收集、设计过程、论文撰写及细节之处的重复修改,倾注了李老师大量的心血。自始至终,李老师认真负责地给予我深刻而细致地指导,不厌其烦的为我讲解疑难问题,帮助我开拓研究思路,精心点拨、热忱鼓励。李老师严谨的学术态度和温和的为人处世原则,默默浸润着我的学习和生活。正是李老师的无私帮助与热忱鼓励,我的毕业论文才能够得以顺利完成,在此谢谢李在此次毕业设计过程中还要非常感谢关心和帮助我的同学和朋友。设计过程中,很多同学给我搜集了参考资料,并为我提出了宝贵意见。还要感谢同我一起做毕业设计的同窗好友们。在这段时间正是她们给了我学习和生活上很的帮助和鼓励,使我能以积极的心态应对遇到的各种困难和问题,最终顺利完成毕业设计。附录A外文翻译外文资料Low-VoltagePowerDistributionA.C.BIRDW.C.BLOOMQUISTASSOCIATEAIEEMEMBERAIEEPriortoabout1941,therehadbeennomajoradvanceinpowerdistributionsystemsforindustrialplantsexceptfortheintroductionofmetal-cladswitchgearandnoninflammableliquid-insulatedtransform-ers.Powersystemswerestudiedindividually,andinmostcaseswithoutproperevaluationofallcomponents,andtherewereveryfewattemptstostudybasicpatterns.Therewerenogeneralguidesavailabletoshowthebestwayofdoingthemajorityofthejobswhichhadsimilarover-allrequirements.About1941anewapproachwastakeninstudyingindustrialpowersystemswhichresultedintheso-calledloadcenterprincipleofdistribution.Therearetwofundamentalsassociatedwiththeloadcenterprincipleofdistribution;powerisdistributedathighvoltagetotheloadcenterwhereitissteppeddowntoutilizationvoltageanddistributedtotheloadbyshortlow-voltagefeeders;andwherethetotalloadexceedsabout500to1,500kva,severalunitsubstationsareusedratherthanasinglelargesubstationwitheachsubstationlocatednearthecenterofitsloadarea.Theoldmethod,whichisreferredtohereonlybywayofcontrast,employsalargesubstationinwhichlargeblocksofpoweraretransformedfromhighvoltagetolowvoltageinoneareaandthenthepowerdistributedtotheloadareasbylongheavy-conductorfeeders.Incomparingtheover-alleconomicsoftheloadcenterandtheoldmethodofpowerdistribution,theonlytruecomparisonisonaninstalledbasisandinclud-ingallcomponents,suchastheprimaryswitchgear,primarycable,transformers,low-voltageswitchgear,andlow-voltagecable.Unlessalloftheseareevaluatedproperly,erroneouscomparisonswillresult,forexample:1.Transformercosts,indollarsperkilovolt-ampere,decreaseasthetransformerratingincreases,therebytendingtofavorlargetransformerunits.2.However,asthetransformerratingincreases,thefaultdutyonthelow-voltagebusincreases,requiringlargerandmorecostlybreakers.Therefore,thecostoflow-voltageswitchingofequipmentfavorssmalltransformerunits.Theoptimumsizeofsubstation,consideringalloftheafore-mentionedvariablesandcontradictorytrends,isshowninFigure1.Itshouldbenotedthatfor460-voltsystemstheoptimumsizeofsubstationrangesfrom500to1,500kilovolt-amperes,whichismuchsmallerthanwasconsideredeconomicalpreviously.Althoughthesedataarebasedonaloaddensityof10volt-amperespersquarefootofplantfloorarea,theoptimumsizesubstationforotherloaddensitiesrangingfrom3to30volt-amperespersquarefootstillcomeswithinthissamegeneralrange.Thesedataalsoapplyto575-voltsystems.The460-voltsystemiscommonintheUnitedStatesandthe575-voltsysteminCanada.Eventhoughthe575-voltsystemisslightlymoreeconomicalthanthe460-voltsystem,thereareverygoodreasonsforretainingthe460-voltsystemforUnitedStatespractice;themainreasonisthegreateravailabilityof440-voltutilizationequipment.Thereareveryfewnew575-voltinstalla-tionsexceptasanextensionofexistingsystemsandthenmainlyforinterchangeabilityofequipment.Also,somemillsarechangingfrom575-voltto460-voltsystems,wheneverpractical,becauseofthegreateravailabilityof440-voltutilizationequipment.Costdatafromreliablecontractorsandplantengineersshowthattheinstalledcostoftheentiredistributionfacilitieswiththeloadcentersystemincludingunit-typesubstationequipmentis15to30percentlessthanfortheoldmethodofdistribution.Theloadoentersystemisapplicabletoallsizesofpapermillswhereatransformationofvoltageisrequired.UNITSUBSTATIONLOCATIONInordertoobtaintheminimuminvestmentforthesecondarydistributionsystem,theunitsubstationsshouldbelocatedasneartheloadcenteraspossible.Therefore,itisimportantwhenplanningnewmillsorexpansionstoallowspacefortheunitsubstationsintheloadareas,andthisspacerequirementisrelativelysmall.Unitsubstationsdonotnecessarilyhavetobeonthemainfloorarea;theymaybeinabasementoronabalcony.Insulphiteandsulphatemillshavingcorrosiveatmosphericconditions,itisverydesirabletolocatesubstations,motorcontrols,smallmotorgeneratorsets,andotherelectricequipmentinenclosedandventilatedrooms.Thetrendinmilldesign,andespeciallyforbleachingplants,istoprovideseparateroomsfortheelectricequipment.Thispermitstheuseofstandardequipmentandalsoreducesmaintenancecosts.Whenequipmentisexposeddirectlytoacidandalkali,iteterizedbyasingleprimarychannelandsubstation,isforgeneralservicewhereapoweroutageisnotespeciallydetrimental.Themeritsoftheradialsystemarelowcostandsimplicity.Thisisthemostcommonpowerdistributionsystem.Thesecondary-selectivesystem(Figures2Band2C)isespeciallysuitableforcontinuousprocessloads,boilerhouseauxiliarysupply,andwhenevertheservicereliabilityandoperatingflexibilityrequiresmorethanthatofferedbyastraightradialsys-tem.Basically,thisconsistsoftwoindependentradialsystemsinterconnectedonthelow-voltagebusthroughanormallyopentiecircuitbreaker.Thisarrangementretainstheoperatingsimplicityoftheradialsystemyetprovidesanexcellentdegreeofservicereliabilityeconomically.Thesecondary-selectivearrangementmaybecomposedoftwoindependentsubstations,withanexternaltiecircuitbetweensubstations,or,wherespaceisimportant,itmayconsistofa"double-ended"unit.Itshouldbenotedthatwiththesecondary-selectivearrangement,servicereliabilityistheresultofthesystearrangementincontrasttosomemethodswhereservicreliabilityisdependentuponthereliabilityofthetypeofequipment.Someadvantagesofthesecondary-selectivearrangementare:1.Duplicationofsupplytothelow-voltagebus,thusprovidingcontinuousservicefortheentireloadarea.Theprimarycircuitsusuallyareseparatedphysicallythroughouttheirentirelength,makingitimprobablethatafaultononecircuitwillbetransferredtotheothercircuit.2.Retainsthesimplicityof