【《小型工厂供配电系统的电气部分设计》16000字（论文）】

小型工厂供配电系统的电气部分设计摘要本论文主要是对小型工厂供配电系统的电气部分进行设计。工厂由户外引入10kV的高压电源，经过工厂变电所降为220/380V的低压电，直接供给工厂车间的动力系统和照明系统。在选择电气设备之前，先对工厂负荷进行计算，确定工厂总的负荷容量，同时在低压母线侧进行无功功率的补偿，以提高功率因数。根据补偿后的负荷容量，选择工厂变电所变压器的容量和台数，然后确定工厂采用的供电系统，选择合适的车间配电方案，画出供配电系统主接线图。高压一次设备、低压一次设备和导线截面积选择时，都必须满足电路正常条件下和短路故障条件下工作的要求。电气设备不仅要满足在短路故障条件下的工作要求，还必须按最大可能的短路故障时的动稳态度和热稳态度进行校验，以判断设备是否满足工作要求。电路发生三相短路时的短路电流电流最大，计算三相短路电流，以进行设备的校验。最后，进行继电保护和防雷接地，来提高系统的安全性和可靠性。关键词：负荷计算，三相短路，主接线，继电保护目录TOC\o"1-3"\h\u302341前言 前言电力资源是支撑国民经济发展不可缺少的一种宝贵能源，其生产、传输及储存比一般能源更加高效和洁净，如今在社会各个领域包括现代工农业生产和人们日常生活中，它已获得了广泛应用。对于工业工厂来说，整个工厂生产的动力源泉的命脉是供配电系统，它能否正常运行会直接影响着全厂能否安全生产。本所配件城是一所中小型工厂。在工厂中，工业生产的主要能源和动力虽然是电能，但汽车配件在工厂里生产要求连续性强，生产机械集中，所以对供电质量的要求较高。因此设计出合理科学的配电系统对工厂的流水线以及它的产品产量非常重要。对供电可靠性要求很高的某些工厂即使是极短时间的停电，也会引起大量产品报废，或引起重大设备的损坏，因此在设计配电系统时进行工厂负荷计算；确定补偿容量，确定车间变电所的型式、数量；确定车间变压器的数量、容量；进行短路电流计算和电气设备选择，画出该工厂的电气接线图是及其重要的必不可少的。同时做好工厂供电系统的的设计工作对于工厂加快发展工业生产具有非常重要的意义。通过论文设计，加深对工厂供电的认识，能独立设计工厂的电气主接线，会选择和校验电气设备，熟悉运用电气CAD进行电气图的绘制。1.1工程概况1.1.1、设计基础资料该汽车配件城是较大规模的汽车配件城，拟设立总降压变电所1座，楼栋变电所5个。工厂实行三班制生产，年最大负荷利用小时数为4200h，属二级负荷。各车间的负荷如下表：编号车间名称设备容量/kW需要系数功率因数11号楼7200．500．6522号楼15800．350．6035号楼9800．300．7544号楼8200．560．705办公楼、生活区8800．500．751.1.2、供电电源情况按照工厂与当地电业部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近两个地区变电站取得工作电源。其中甲站为110/35变电站，距厂约为8km；乙站为110/10kV变电站，距厂约为5km。变电站其他相关数据如下表：变电站及母线备注甲站35kV母线500300继电保护整定时间要求不大于2.0s乙站10kV母线3002001.1.3、供用电协议要求（1）以35kV向工厂供电时，工厂的功率因数不应小于0.9；（2）按两部电价制交纳电费,基本电价20元/千伏·安/月，电度电价0.5元/度。1.1.4．工厂自然条件年最高气温39℃，年平均气温23℃，年最低气温-5℃,年最热月平均最高气温33℃，年最热月平均气温26℃，年最热月地下0.8m处平均温度25℃．主导风向为南风，年雷暴日数52。平均海拔22m，地层以砂粘土为主。1.2设计依据[01]《供配电系统设计规范》GB50052-2009[02]《电力工程电缆设计规范》GB50217-2010[03]《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010[04]《低压配电设计规范》GB50054-951.3本设计所作工作设计内容包括：变配电所的负荷计算及无功功率的补偿计算，变配电所所址的选择，变压器台数和容量、型式的确定，变配电所主接线方案的选择与绘制，高低压配电线路及导线截面选择，短路计算和开关设备的选择，继电保护的整定计算，防雷保护与接地装置设计等。

2负荷计算及无功功率补偿2.1概述2.1.1负荷计算的目的

(1)、为选择变压器容量需计算变配电所内变压器的视在功率及负荷电流。

(2)、为选择主要电气设备(断路器、隔离开关、熔断器、母线等)需计算流过各主要电气设备的负荷电流。

(3)、为选择导线或线路电缆截面需计算流过各条线路(如电源进线、高低压配电线路等)的负荷电流。

(4)、保护电气的整定计算和校验电动机的启动条件需计算尖峰负荷。

(5)、为电气设计提供技术依据。

目前，电力负荷计算主要采用三种方法：二项式法、需要系数法、利用系数法。①二项式法在取得设备组容量之和同时考虑若干容量最大设备的影响，采用加权求和法利用经验系数求出计算负荷。②需要系数法将设备功率与需要系数进行相乘，直接求出计算负荷。此方法简便且应用广泛，尤其适用于配变电所的负荷计算。③利用系数法此方法理论根据运用概率论和数理统计。具体操作为求出最大负荷班的平均负荷，再考虑到设备的台数和功率不同的影响，与有效台数有关的最大系数的计算负荷相乘。这种方法计算结果与实际结果比较接近，但因利用系数的实测与统计较困难，在电气设计中一般不采用此方法。在本设计中根据所给条件采用需要系数法来进行负荷计算。2.1.2无功补偿的目的现实中，有大量工业与民用用电设备的工作需通过向系统吸收感性的无功功率来建立交变的磁场，这便导致增加了系统输送的电能容量中无功功率，在系统变配电设备及输送线路规格一定的前提下，有功功率的输送会被影响。电网中的电力负荷大部分属于感性负荷，如电动机、变压器等，在运行过程中这些设备需提供相应的无功功率。如果电网中安装了并联电容器等无功补偿设备，就可以提供感性负载所消耗的无功功率，从而减少电网电源由线路输送向感性负荷提供的无功功率，由于无功功率在电网中的流动减少，从而线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗降低，这就是无功补偿。在交流电路中，由电源供给负载的电功率分为两种；有功功率和无功功率。根据在工厂供电系统中电容器的装设位置，分别有高压集中补偿，低压集中补偿和分散就地补偿三种补偿方式。1、低压个别补偿:以个别用电设备对无功的需要量为根据，将单台或者多台低压电容器组分散地并接用电设备，且与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。对补偿容量大且连续运行的无功消耗(如大中型异步电动机)适用，以补励磁无功为主。此补偿方式特点为不会造成无功倒送，因为：当用电设备运行，无功补偿投入；当用电设备停止运行，补偿设备也退出。优点有投资少、占位小、易安装、配置方便灵活、事故率低、维护简单等。2、低压集中补偿：通过低压开关将低压电容器接在配电变压器低压母线侧，让无功补偿投切装置成为控制保护装置，以低压母线上的无功负荷为根据直接控制电容器的投切。电容器的投切整组进行，无法做到平滑的调节。此补偿方式优点有接线简单、运行维护所需工作量小，使无功就地平衡，从而提高了配变利用率，降低网损，经济性较高，是目前无功补偿中常用的手段之一。3、高压集中补偿：直接将并联电容器组与变电所的6～10kV高压母线相接。此补偿方式适用于用户处于供电线路的末端或远离变电所，本身具有一定的高压负荷的用户可以减少对系统无功的消耗，并且可以起到一定的补偿作用；补偿装置会根据负荷的大小从而自动投切，进而合理地使降低会导致电费增加的用户的功率因数提高。此补偿方式优点有便于运行维护，补偿效益高。综合考虑在这里采用并联电容器进行低压集中补偿。2.2各车间变电所负荷计算2.2.1基本公式在工厂中，进行负荷计算的目的是防止电气设备资源的浪费，以及保证电气设备安全运行。负荷计算的方法有需要系数法，利用系数法，单位指标法等。本设计采用需要系数法，最基本的负荷计算公式为：（2-1）其中为全厂的有功计算负荷，为全厂用电设备的总容量，为需要系数。无功计算负荷（2-2）视在计算负荷（2-3）计算电流（2-4）多组用电设备计算负荷的确定有功计算负荷（2-5）无功计算负荷（2-6）以上两式中的为各组用电设备的有功计算负荷之和、为各组用电设备的无功计算负荷之和，、分别为同时系数。视在计算负荷（2-7）计算电流（2-8）2.2.2各车间负荷计算以1号楼车间为例：表2-1各车间电力负荷计算结果表序号车间名称设备容量/kW需要系数/Kd功率因数/cosφtanφ计算负荷Pc/kWQc/kvarSc/kv·AIc/A11号楼7200.500.651.17360421.2553.85841.4922号楼15800.350.601.33553735.49921.671400.3335号楼9800.300.750.88294258.72392595.5844号楼8200.560.701.02459.2468.38656996.695办公楼、生活区8800.500.750.88440387.2586.67891.352.2.3各车间变电所低压侧负荷计算表2-2各车间变电所计算负荷计算值序号车间变电所车间名称Pc/kWQc/kvarSc/kv·A功率因数11号1号楼360421.2553.850.6522号2号楼553735.49921.670.6033号5号楼734645.9210480.75办公楼、生活区44号4号楼459.2468.386560.702.2.4各车间变电所无功功率补偿计算WZ系列无功补偿柜的结构特点有以下几点：（1）补偿柜中包含了电容器、接触器、刀熔开关、熔断器以及控制器等基本元器件，WZ系列补偿柜可以根据用户要求进行相应的模块化设计，以此可以做到结构紧凑、布局新颖等特点。（2）为方便用户实时观测以及手动/自动投切转换，柜体面板上有电压表、电流表、功率因数表和转换开关。（3）柜体外部主要材料由优质冷轧钢板制成，同时喷塑处理外表面，既提高了平整性又增强了防腐能力；内部为确保良好的导电性则采用了镀锌钢板。（4）保护功能有短路、过载、过压和欠压及缺相等保护，非常齐全。综合以上结构特点，因此电容补偿方案：采用WZ系列无功补偿柜：根据其补偿柜的规格要求,初选WZ0.4-100-J,每组容量,则需要安装的电容组数为表2-3电容器柜选择序号车间变电所计算补偿容量/kvar电容器型号电容器组数实际补偿容量/kvar11号142.92WZ0.4-100-J110022号309.68WZ0.4-100-J330033号80.74WZ0.4-100-J110044号114.8WZ0.4-100-J1100以1号车间变电所为例,计算它的功率补偿取补偿后的功率因数为0.93，则补偿电容：装设的无功补偿装置（并联电容器），其容量为（2-9）要使功率因数由0.65提高到0.93，低压侧需装设的并联电容器容量为则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为实际补偿量为补偿后机械厂的功率因数为表2-4各车间变电所补偿后计算负荷（变压器低压侧）车间变电所补偿前补偿后有功计算负荷Pc/kW无功计算负荷Qc/kvar功率因数cosφ实际补偿量Qc/kvar视在计算负荷Sc/kv·A计算电流Ic/A功率因数cosφ1号360421.20.65142.92387.3322.370.932号553735.490.60309.68633.8136.590.903号734645.920.7580.74738.4342.630.994号459.2468.380.70114.8473.3327.330.972.3全厂（公司、变电站）总计算负荷取全厂的同时系数、均为0.9，则全厂总的计算负荷分别为2.3.1各车间变电所高压侧负荷计算又考虑到变压器的功率损耗为： (3-1) (3-2)简化公式有： ， (3-3)变电所高压侧的计算负荷为补偿后机械厂的功率因数为表2-5各车间变电所高压侧计算负荷计算结果表车间变电所有功计算负荷Pc/kW无功计算负荷Qc/kvar视在计算负荷Sc/kV·A计算电流Ic/A功率因数cosφ1号364161.92398.39230.912号557325.68645.2337.250.903号73899.74744.7142.990.994号463.2133.8482.1427.840.96

3电气主接线设计及变压器选择3.1车间变压器的选择原则3.1.1选择变电所主变压器台数的原则一般根据多方面条件综合考虑来确定变压器的台数，如负荷等级、用电容量和经济运行等。当符合下列条件之一时，应装设两台及以上变压器:(1)当在变压器出现大量一级或二级负荷故障或检修情况时，装设多台变压器可保证一、二级负荷的供电可靠性。当仅有少量的二级负荷时，也可考虑装设一台变压器，但在变电所低压侧必须具有足够容量的联络电源作为备用。(2)由于季节性负荷变化较大，根据实际负荷的大小来相应投入变压器的台数，可做到节约电能、经济运行。(3)集中负荷虽为三级负荷但容量较大，所以一台变压器供电容量不够，应装设两台及以上变压器。当备用电源容量受限制时，应将重要负荷集中，同时分别用不同的变压器对重要负荷与非重要负荷供电，从而方便备用电源的切换。在一般情况下，为降低投资保证经济运行，动力与照明宜共用变压器。但出现下列情况之时，可设置专用变压器:1)当照明负荷容量较大时，或动力和照明共用变压器供电时会严重影响照明质量及灯泡寿命时，可设置专用变压器。2)当单台单相负荷容量较大时，宜设置单相变压器。3)当大型电焊设备、短路试验设备等冲击性负荷较大，严重影响到供电系统的电压质量时，可设置冲击负荷专用变压器。3.1.2选择变电所主变压器容量的原则根据变电所主变压器所带设备的计算负荷，以及所带负荷的种类和特点来确定变压器容量的选择。所以计算负荷是供电设计计算的基本依据，应先准确求出。目前最常用的确定计算负荷方法是需要系数法，按需要系数法确定三相用电设备组计算负荷的基本公式为：有功计算负荷（kW）:无功计算负荷（kvar）:视在计算负荷（kVA）:计算电流（A）:式中——用电设备所在电网的额定电压（kV）;——需要系数；(1)只装一台主变压器的变电所主变压器的容量应满足全部用电设备总计算负荷的需要，即(2)装有两台主变压器的变电所每台变压器的容量应同时满足以下两个条件：①任一台单独运行时，每台变压器的容量满足总计算负荷70%的需要，即：此条件是考虑到当两台变压器运行时，每台变压器各会承受总计算负荷的50%,负荷率约为0.7。此时变压器效率较高。而在事故情况下，一台变压器承受总计算负荷时，只过载40%，可继续运行一段时间。从而完全有可能调整生产切除三级负荷。②任一台单独运行时，每台变压器的容量满足全部一、二级负荷的需要，即。：此条件是考虑在事故情况下，一台变压器仍能保证一、二级负荷的供电。当选用不同容量的两台变压器时，每台容量可按下列条件选择:且3.2选择车间变压器的台数、容量和类型3.2.1根据要求选择由于铸造车间要求较高，故设置两台变压器，负荷率为70%。另考虑到综合楼设备的使用安全，特单独设置一变压器。3.2.2根据工厂其自然条件选择本厂所在地区年最高气温39℃，年平均气温23℃，年最低气温-5℃,年最热月平均最高气温33℃，年最热月平均气温26℃，年最热月地下0.8m处平均温度25℃．主导风向为南风，年雷暴日数52。平均海拔22m，地层以砂粘土为主。综上所述S11系列变压器符合自然条件要求。初步选定变压器的容量型号如下表：车间名称变压器台数及容量变压器型号车间变电所1号楼387.33630kVA*1S11-M-630/101号2号楼633.811000kVA*2S11-M-1000/102号5号楼738.431600kVA*1S11-M-1600/103号办公楼、生活区4号楼473.33630kVA*1S11-M-630/104号表4-1车间变电所变压器的台数、容量和型号3.3电气主接线方案选择3.3.1电气主接线的意义及重要性电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中,为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。在电厂设计时根据机组容量、电厂规模及电厂在电力系统中的地位等,从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的可能性等方面,经综合比较后确定电气主接线。它的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。3.3.2电气主接线的基本设计变配电所的电气主接线是一电源进线和引出线为基本环节，以母线为中间环节的电能输配电路。3.3.3电气主接线的基本要求电气主接线应满足以下几点要求：(1）安全性：必须保证在任何可能的运行方式和检修状态下人员及设备的安全。(2）可靠性：主接线系统应保证对用户供电的可靠性，特别是保证对重要负荷的供电。

(3）灵活性：主接线系统应能灵活地适应各种工作情况，特别是当一部分设备检修或工作情况发生变化时，能够通过倒换开关的运行方式，做到调度灵活，不中断向用户的供电。在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线。

(4）主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下，做到经济合理，尽量减少占地面积，节省投资。3.3.4主接线方案的比较其基本形式按有母线接线和无母线接线。母线又称汇流排，起着汇集电能的作用。在拥护的变配电所中，有母线的主接线按母线的设置不同，又有单母线接线，单母线分段接线，双母线接线。（1）单母线接线所有电源进线和引出线都连接于同一组母线上。单母线接线适于出线回路少的小型变配电所，一般供三级负荷，两路电源进线的单母线可供二级负荷。典型的单母线接线形式如图5-1，图a为一路电源进线的情况，图b为两路电源进线一用一备的情况。单母线接线优点是简单、清晰、设备少、运行操作方便且有利于扩建。图a图b图5-1单母线接线单母线分段接线①两路电源一用一备时，分段断路器接通运行。②两路电源同时工作互为备用时，分段断路器则断开运行。单母线分段接线保留了单母线接线的优点，又在一定程度上克服了它的缺点，如缩小了母线故障的影响范围、分别从两段母线上引出两路出现可保证对一级负荷的供电等。接线方式如图5-2.图5-2单母线分段接线（3）双母线接线双母线接线是针对单母线分段接线母线故障会造成部分出线停电的缺点而提出的，其特点是每个回路经断路器和两组隔离开关分别接到两组母线上。一般仅用于有大量一、二级负荷的大型变配电所。接线方案如图5-3.图5-3双母线接线3.3.5主接线方案的选择综合考虑主接线方案的技术指标和经济指标及以上接线方案后，最终确定接线方案如下：

4短路电流计算4.1短路电流的危害电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10～15倍。大容量电力系统中，短路电流可达数万安。这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。发生的短路有4种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。电力系统中出现短路故障时，系统功率分布的忽然变化和电压的严重下降，可能破坏各发电厂并联运行的稳定性，使整个系统解列。4.2短路电流计算的目的及方法短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电器元件有最大可能的短路电流通过。接着，按照选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需要将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需要采用阻抗串，并联的方法可将电路化简，求出等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法和标幺法。4.3短路电流点的计算本设计采用标幺值法进行短路计算，1.在最大运行方式下：以乙站变电站为例(1)确定基准值单位取，，而（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值①电力系统：②架空线路：③电力变压器：绘制等效电路如图6-1，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。图6-1等效电路(3)求k-1点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流1）总电抗标幺值:三相短路电流周期分量有效值:其他三相短路电流:三相短路容量:（4）求k-2点的短路总电抗标幺值及短路电流1）总电抗标幺值:三相短路电流周期分量有效值:其他三相短路电流:三相短路容量:短路计算结果见表4-1表4.1最大运行方式下短路计算结果短路计算点总标幺值三相短路电流三相短路容量k-1点1.922.862.862.867.294.3252.08k-2点4.1734.6134.6134.6178.2245.3423.982.最小方式运行情况下:以乙站变电站为例计算计算过程与最大运行模式相同。确定基准值单位取，，而（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值①电力系统：②架空线路：③电力变压器：(3)求k-1点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流1）总电抗标幺值:2）三相短路电流周期分量有效值:3）其他三相短路电流:4）三相短路容量:（4）求k-2点的短路总电抗标幺值及短路电流1）总电抗标幺值:2）三相短路电流周期分量有效值:3）其他三相短路电流:4）三相短路容量：其短路计算结果见表6-2表4.2最小运行方式下短路计算结果短路计算点总标幺值三相短路电流三相短路容量k-1点2.092.632.632.636.713.9747.85k-2点4.3433.2633.2633.2675.1743.5723.04

5电气设备的选择和校验5.1概述电力在我们的生活和生产中所发挥的重要作用不容忽视，其带给我们极大的便利，成为我们生产生活中的重要能源。电厂中能够让电力正常运行和输送的最为关键的因素便是电气设备。电气设备的选择是供配电系统设计的主要内容之一，是保证电网安全、经济运行的重要条件。工厂供电系统的安全运行对工业企业来说至关重要，特别是对于大型企业，企业供电的可靠性、连续性和安全性要求很高。供电系统的电气设备主要有断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、电抗器、互感器、母线装置及成套配电设备等。供配电系统中的电气设备总是在一定的电压、电流、频率（一般为50Hz）和工作环境条件下工作的。电气设备选择的一般要求必须满足以下条件：1)正常工作条件下安全可靠运行。2)短路故障条件下不损坏。开关电器还必须具有足够的断流能力。3)适应所处的位置（户内或户外）、环境温度、海拔高度以及防尘、防火、防腐、防爆等环境条件。4)同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。5)对一些断流电器如开关、熔断器等，应考虑其断流能力。5.2高、低压电气设备的选择与校验选择高、低压电气设备应遵循以下四项原则：按照环境条件和工作要求选择电气设备型号。按正常工作条件选择额定电流和额定电压。按短路条件校验电气设备的热稳定和动稳定。快关电器断流能力校验。在进行高、低压电气设备选择校验时，按额定电压进行选择时，有（为额定电压，为电气设备安装地系统的额定电压）；按额定电流进行选择时有（为额定电流，为电气设备所允许长期通过的电流值）。5.2.1高压设备的选择与校验1、高压断路器由短路计算可得：查常用高压断路器的主要技术数据可知，选择SN10-10I/630型少油户内断路器。高压断路器的选择校验表如表5-1所示。表5-1高压断路器的选择校验表序号装设地点的电气条件SN10-10I/630型少油户内断路器项目数据项目数据结论110kV10kV合格243.79A630A合格32.86kA16kA合格47.92kA40kA合格校验结果，说明所选SN10-10I/630型少油户内断路器是合格的。2、高压电流互感器电流互感器主要用于变换电流，把大电流变为小电流，一般把大电流变为5A或1A。由条件可知变压器一次侧高压额定电压10kV，额定电流43.79A，选择LQJ-10型电流互感器,变比为50/5A。查LQJ-10型电流互感器的主要技术数据可知，1s热稳定倍数，动稳定倍数，t=1s，则动稳定度校验：，故满足其动稳定度校验条件。热稳定度校验，，因为，所以满足热稳定度校验条件。校验结果，说明所选LQJ-10型电流互感器是合格的。3、高压电压互感器电压互感器主要用于变换电压，即把大电压变换为小电压，一般把大电压变换为100V。由条件可知变压器一次侧高压V，则选择型电压互感器，由于它的一次、二次侧均有熔断器保护，故不需要进行短路稳定度的校验。4、高压熔断器由条件可知变压器一次侧高压额定电压10kV，额定电流43.79A，故选择XRNT-10KV/63A型高压熔断器。5、高压隔离开关在变电所中经常用到的电气设备之一就是隔离开关，它一般需要和断路器一起使用，隔离开关的选择和校验与断路器相同，隔离开关的选择校验表如表5-2所示。表5-2高压隔离开关的选择校验表序号装设地点的电气条件GW4-35D型户外高压隔离开关项目数据项目数据结论110kV35kV合格243.79A1250A合格37.29kA50kA合格校验结果，说明所选GW4-35D型户外高压隔离开关是合格的。避雷器本次设计的是某汽车配件城的供配电系统，因为该厂为中小型的变配电所，故选用FS型阀式避雷器，型号为FS4-10型阀式避雷器。5.2.2低压设备的选择与校验1、低压熔断器根据短路电流计算，故选择RT0-1000型低压熔断器。2、低压断路器根据短路电流计算，故选择DW15-1500型低压断路器。5.3电线电缆选择的条件（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（线路计算电流）时其发热温度不应超过其正常运行的最高允许温度。（2）电压损失条件：导线和电缆在通过正常最大的负荷电流（线路计算电流）时其电压损耗不应超过正常运行时允许的电压损耗。对于较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。（3）经济电流密度条件(可查表)：35kV及以上的高压线路以及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，所选截面称为“经济截面”。用户10kV及以下线路，通常不按此原则选择（4）机械强度条件：导线的截面应不小于最小允许截面。由于电缆的机械强度很好，因此电缆不校验机械强度，但需校验短路热稳定度。（5）短路时的热稳定度：导体的截面应满足短路时的动稳定度和热稳定度，以保证短路时不至损坏。具体校验条件如下：（1）发热条件：按发热条件选择导线和电缆截面按发热条件选择三相系统中的相线截面时，应使其允许载流量Ial大于通过相线的计算电流Ic，即Ial＞Ic所谓导线和电缆的允许载流量，就是在规定的环境温度条件下，导线能够连续承受而不致使其稳定温度超过允许值的最大电流。影响导线和电缆的允许载流量的主要因素：导线和电缆的导体材料与绝缘材料、导线和电缆的环境温度、导线和电缆的敷设方式、导线和电缆的并列根数。按发热条件选择导体截面后，再校验电压损失、机械强度、短路热稳定等条件。（2）电压损失条件：按电压损失条件选择导线和电缆截面。当先按电压损失条件选择导线(或电缆，下同)截面时，由于截面未知，故有两个未知数，即导线的电阻和电抗。可先假定一个单位长度的电抗值QUOTEx0QUOTEx0,然后再进行选择计算。110UN2(r0≤1i=1npiLi(10UN2A≥ρr0(7-3)式中ρ是导线材料电阻率的计算值，铜取18.8，单位Ω·m×10－9。（3）经济电流密度条件：35kV以上高压线路考虑经济截面，用户的10kV及以下线路通常不按此条件选择。（4）机械强度条件：导线截面应不小于其最小允许截面（5）短路时的热稳定度：对绝缘导线电缆和母线应校验其短路热稳定性校验公式如下：A≥I∞×103Ct5.3.1母线的选择考虑到电气装置所处的环境条件，选择矩形硬铝母线，根据LMY型矩形硬铝母线的允许载流量，选择，其允许电流为。热稳定校验：mm2故满足校验条件。上式(mm2)（母线热稳定系数），（假想时间）。动稳定校验：上式，为三相短路时在中间相产生的最大电动力，为绝缘子档距，为母线轴线间距离，，。矩形硬铝母线的最大允许应力，因此动稳定性要求能够得到满足。5.3.2导线的选择考虑到架设线路的长度，计算负荷值以及年最大有功负荷利用小时，选择导线为LJ-50型钢芯铝线。1）选择经济截面查导线和电缆的经济电流密度知A/mm2，所以有经济截面：mm2故选择LJ-50型钢芯铝线。2）校验发热条件本机械厂工作环境为30摄氏度，查LJ型铝绞线的允许载流量可知，LJ-50型钢芯铝线的允许载流量为202A，大于54.5A，故LJ-50型钢芯铝线满足发热条件。校验机械强度查架空裸导线的最小截面可知，10kV架空钢芯铝线的最小截面为16mm2,小于50mm2,故LJ-50型钢芯铝线满足机械强度条件。

6主变压器的继电保护6.1继电保护的整定与计算供电系统对保护装置有下要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性。继电保护的主要任务：（1）设备或线路发生故障时，保护装置有选择性，并尽快地动作，将故障部分分开，切除故障，供电系统的其他部分仍然正常工作，防止事故蔓延。（2）运行出现问题时，保护装置发出信号，引起工作人员的注意，及时采取措施防止事故发生。6.1.1高压线路的继电保护为了增大保护动作的灵敏度，在本次设计中选取型的感应式电流继电器，接线方式为两相两继电器式。过电流保护装置的动作电流整定：上式，，可靠系数，返回系数。故动作电流整定为449A。保护装置之间动作有时间间隔，一般情况下。对本线路末端进行校验：灵敏度,不符合要求。由上式可知，灵敏度校验满足不了要求，因此过电流保护应带上低压闭锁。过电流保护(带有低压闭锁）：即（躲过线路计算电流）灵敏度校验：即（变压器低压侧母线）满足要求。6.1.2电力变压器的继电保护变电所内装有两台的变压器，接线方式为两相两继电器式。过电流保护装置的动作电流整定：上式，，可靠系数，返回系数。故动作电流整定为14A。保护装置之间动作有时间间隔，一般情况下对本线路末端进行校验：灵敏度,符合要求。

7防雷和接地装置7.1防雷接地的理论基础在工厂中，为了使设备正常的运行，保证供电的可靠性，保护变电所不受外界破坏，其重要设施就是防雷，这对保护工作人员的安全以及用电设备的安全至关重要。因此，应结合本厂所在地及年平均雷暴日数以及厂区内的综合因素来确定本机械厂的防雷措施。7.1.1雷电的形成雷电是带有电荷的雷云之间或雷云对大地(或物体)之间产生急剧放电的一种自然现象。雷电的特点是：时间短、电流强、频率高、感应或冲击电压大。雷电出现的地方可能对电气设备、建筑物造成破坏，对人畜造成伤害，甚至可能造成爆炸、火灾事故。雷击时，雷电流很大，其幅值可达数十到数百kA；雷电的放电时间很短，通常只有50～100µs；放电陡度甚高，每µs达50kA；雷电压极高，感应雷一般可达300～400kV，直击雷电压更高。雷电有很大的破坏力，它会造成设备或设施的损坏，造成大面积停电或生命财产的损失。电性质的破坏作用表现如下：在数十万至数百万伏的冲击电压可能毁坏发电机、电力变压器、断路器、绝缘子等电器设备的绝缘，烧断电线或劈裂电杆，造成大面积停电；绝缘损坏可能引起短路、导致火灾或爆炸事故；还会造成高压窜入低压，引起严重触电事故；巨大的雷电流流入地下时，会在雷击点及其连接的金属部分产生很高的接触电压或跨步电压，造成触电危险。7.1.2过电压的分类过电压是指在电气线路或电气设备上出现的超过正常工作要求的电压。在电力系统中，按过电压产生的不同原因，可分为内部过电压和雷电过电压两大类。内部过电压是由于电力系统本身的开关操作发生故障或其它原因，使系统的工作状态突然改变，从而在系统内部出现电磁能振荡而引起的过电压。内部过电压又分为操作过电压和谐振过电压等形式。操作过电压是由于系统中的开关操作、负荷骤变故障而出现断续性电弧引起的过电压。谐振过电压是由于系统中的电路参数(R、L、C)在不利组合时发生谐振而引起的过电压，包括电力变压器铁心饱和而引起的铁磁谐振过电压。运行经验证明，内部过电压一般不会超过系统正常运行时相对地(即单相)额定电压的3～4倍，因此对电力线路和电气设备的威胁不是很大。雷电过电压又称大气过电压或外部过电压，它是由于电力系统内的设备或建筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。雷电过电压极高，对供电系统危害极大，必须加以防护。7.2雷电过电压的基本形式7.2.1直接雷击它是雷电直接击中电气设备、线路或建筑物，其过电压引起强大的雷电流通过这些物体放电入地，从而产生破坏性极大的热效应和机械效应，相伴的还有电磁波效应和闪络放电。另外，雷电流通过导体时，在拐角处及平行导体间也会产生很大的作用力，这也有很大的破坏作用。这种雷电压称为直击雷。线路或设备直接受到雷击，其产生的过电压对电气设备危害最大。架空线路遭到雷击，不仅危害线路本身，而且雷电还会沿导线传播到发、变、配电所，从而危害正常运行，严重时还会引起火灾、房屋倒塌或损坏电气设备。7.2.2间接雷击它是雷电未直接击中电力系统中的任何部分而由雷电对设备、线路或其它物体的静电感应所产生的过电压，即雷电流产生的电磁效应和静电效应。主要在雷电流的电场剧烈变化或静电电荷在金属上和电气线路上产生很高的电压，危及设备和运行人员的安全。这种雷电过电压称为感应过电压或感应雷。当建筑物、构筑物或架空线路上有雷云时，在建筑物、构筑物或架空线路上便会感应出与雷云所带电荷性质相反的电荷。雷云在其它地方放电后，云与大地之间的电场消失了，但聚集在建筑物、构筑物的顶部或线路上的电荷不能立刻散去，而向地面流散或向线路两端流动，此时建筑物、构筑物的顶部或线路对地面便有很高的电位，形成感应过电压。它往往造成屋内电线、金属管道和大型金属设备放电，引起火灾、爆炸，危及人身安全或对供电系统造成危害。过电压保护的目的是为了防止电气设备绝缘遭受过电压的破坏。在过电压作用下如不采取措施，电气设备的绝缘将会被击穿而造成设备损坏和停电等事故。对于大气电压，要设法防止它侵入电气设备，并采取相应措施将它尽可能降低到不致造成损坏的程度。对于内部过电压，则要了解它产生的原因及其特性，然后针对性的采取相应措施，以防止其危害。7.3变配电所的防雷保护7.3.1装设避雷针保护整个变配电所建筑物以免直接雷击避雷针是利用尖端放电原理，避免设置处所遭受直接雷击。同时变压器、其它电气设备或建筑物均在其保护范围内，以防止遭到直击雷的破坏。避雷针可单独立杆，也可利用户外配电装置的构架或投光灯的杆塔。但变压器的门型构架不能用来装设避雷针，以防止雷击产生的过电压对变压器发生闪络放电。选择独立避雷针的安装地点时，避雷针及其接地装置与配电装置之间应保持以下距离：在地上，由独立避雷针到配电装置的导电部分之间，以及到变电所电气设备与构架接地部分之间的空气隙一般不小于5m；在地下，由独立避雷针本身的接地装置与变配电所接地网间最近的地中距离一般不小于3m。7.3.2装设架空避雷线及其它避雷装置作为变电所进出线段的防雷保护这主要是用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所损坏了主变电所的这一关键设备。为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。35kV电力线路一般不采用全线装设架空避雷线的方法来防直击雷，但为防止变电所附近线路上受到雷击时雷电沿线路侵入变电所破坏设备，需在变电所进出线1～2km段内装设架空避雷线作为保护，使该段线路免遭直接雷击。为使保护段以外的线路受雷击时侵入变电所内的过电压有所限制，一般可在架空避雷线的两端装设管型避雷器，其接地电阻不得大于10Ω。对于电压35kV、容量3200kVA以下的一般负荷变电所，可采用简化的进出线段保护接线方式。对于10kV以下的高压配电线路进出线段的防雷保护，可以只装设FZ型或FS型阀型避雷器，以保护线路断路器及隔离开关。7.3.3装设阀型避雷器对沿线路侵入变电所的雷电波进行防护变配电所的进出线段虽已采取防雷措施，但雷电波在传播过程中也会逐渐衰减，沿线路传入变电所内的部分，其过电压对内设备仍有一定危害，特别是对价值最高、绝缘相对薄弱的主变压器更是如此。故在变压器母线上，还应装设一组阀型避雷器进行保护。6～10kV变电所中，阀型避雷器与被保护的变压器间的电气距离，一般不应大于5m。为使任何运行条件下，变电所内的变压器都能够得到保护，当采用分段母线时，其每段母线上都应装设阀型避雷器。7.3.4低压侧装设避雷器这主要用在多雷区，防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。当变压器的低压侧中性点不接地时(如IT系统)，其中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护间隙。需要注意的是，防雷系统的各种钢材必须采用镀锌防锈钢材，连接方法要用焊接。圆钢搭接长度不小于6倍直径，扁钢搭接长度不小于2倍宽度。在装设避雷针时，应注意:(1)为防止雷击避雷针时雷电波沿导线传入室内，危及人身安全，所以照明线或电话线不要架设在独立的避雷针上;(2)独立避雷针及其接地装置，不要装设在人们经常通行的地方，并距离道路大于或等于3m，否则应采取均压措施，或铺设厚度为50～80mm的沥青加碎石层。7.4变配电所的进线保护7.4.1一般变配电所的进线保护除了直击雷和感应雷外，当线路上受雷击时，雷电进行波就会沿着线路向变配电所袭来，由于线路的绝缘水平较高，侵入变配电所的雷电进行波的幅值往往很高，就有可能使主变压器和其它电气设备发生绝缘损坏事故。此外，由于变配电所和线路直接相连，线路分布广，长度较长，遭受雷击的机会也较多，所以对变配电所的进线线段必须有完善的保护措施，这是能否保证设备安全运行的关键。对于未沿全线装设避雷线的35～110kV的线路，为了保证变配电所的安全，在变配电所的进线段1～2km长度内应采用避雷线保护。当变配电所上有了避雷线保护以后，就可以防止在变电所附近的线路导线上落雷。如果雷落在了保护线的首段，雷电波就会沿着线路侵入变配电所。如果进线端采用钢筋混凝土杆木横担或磁横担等电路，为了限制从进线端以外沿导线侵入的雷电波的幅值，应在进线端的首端装设一组管型避雷器，保护段内的杆塔工频接地电阻不应大于10Ω。钢塔和钢筋混凝土杆铁横担线路以及全线有避雷线的线路，其进线段的首端可不装设管型避雷器。7.4.235kV及以上电缆段的变配电所的进线保护变配电所的进出线35～100kV均有采用电缆，有三芯电缆，也有单心电缆，其保护线也应不同。在电缆和架空线的连接处应装设阀型避雷器保护，其接地必须与电缆的金属外皮线连接。当电缆长度不超过50m或根据经验算法装设一组避雷器即能满足保护要求时，可只装设一组阀型避雷器；当电缆长度超过50m，而且断路器在雨季可能经常短路运行，应在电缆末端装设管型避雷器或阀型避雷器。此外，靠近电缆段的1km架空线路上还应架设避雷线保护。7.4.3小容量变配电所的简化保护对于35kV负荷不很重要且容量较小的变配电所，采取简化的防雷保护方式，对绝缘正常的变压器绝大部分还是可以保证安全运行的，特别在雷电不太强烈的地区采取简化的防雷保护方式是可行的。7.4.46～10