某廠10KV供配電系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院：電氣工程學(xué)院目錄摘要31設(shè)計任務(wù)41.1設(shè)計題目41.2設(shè)計要求41.3設(shè)計依據(jù)4工廠總平面圖4工廠負荷情況4供電電源情況52負荷計算和無功功率補償52.1負荷計算52.2無功功率補償93變電所主變壓器臺數(shù)和容量及主接線方案的選擇93.1年耗電量的估算93.2變電所主變壓器臺數(shù)的選擇103.3變電所主變壓器容量的選擇103.4變電所主接線方案的選擇114變電所高、低壓線路的選擇114.1高壓線路導(dǎo)線的選擇124.2低壓線路導(dǎo)線的選擇125電氣設(shè)備的選擇135.1設(shè)備的選擇與校驗原那么13按工作電壓選擇13按工作電流選擇13按斷流能力選擇13隔離開關(guān)、負荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗145.2高壓側(cè)一次設(shè)備的選擇145.3低壓側(cè)一次設(shè)備的選擇145.4繼電保護及二次接線設(shè)計146防雷與接地裝置的設(shè)置146.1直接防雷保護156.2雷電侵入波的防護156.3接地裝置的設(shè)計15結(jié)束語16參考文獻16摘要：眾所周知，電能是生產(chǎn)的主要能源和動力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供；電能的輸送的分配既簡單，又便于控制、調(diào)節(jié)和測量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個國民經(jīng)濟生活中應(yīng)用極為廣泛。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)本錢，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。假設(shè)工廠的電能供給突然中斷，那么對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴重的后果。因此，做好工廠供電工作對于工業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。當(dāng)下供配電系統(tǒng)的開展趨勢是：提高供電電壓：以解決大型城市配電距離長，配電功率大的問題，這在我國城市已經(jīng)有先例。逐步淘汰等級:因為過細的電壓分級不利于電氣設(shè)備制造的開展。降低功率損耗:擴大異步電動機的制造容量，只是由于我國在設(shè)備上還不能全面配套而尚未推廣。供配電系統(tǒng)自動化：借助計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，對配電網(wǎng)進行離線和在線的智能化監(jiān)控管理。做到保護、運行、管理的自動化，提高工作效率，增強供配電系統(tǒng)的可靠性。關(guān)鍵詞：電能、供配電系統(tǒng)、生產(chǎn)過程自動化1.設(shè)計任務(wù)1.1設(shè)計題目：某廠10KV供配電系統(tǒng)設(shè)計(以某一冶金機械廠為例)1.2設(shè)計要求：要求有兩臺變壓器〔有BZT〕,先設(shè)配電所，再到各車間降壓為380V/220V。1.3設(shè)計依據(jù)：工廠總平面圖：1.3.2工廠負荷情況：該廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負荷小時數(shù)為4600h，日最大負荷持續(xù)時間為6h。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬二級負荷外，其余為三級負荷。該廠的負荷統(tǒng)計資料如下：廠房編號廠房名稱負荷類別設(shè)備容量〔kw〕需要系數(shù)Kx功率因數(shù)cosφtanφ1鑄造車間動力5200.40.71.02照明100.91.002鍛壓車間動力2400.30.651.17照明100.91.003金工車間動力3900.320.651.12照明100.91.004工具車間動力2900.350.651.33照明100.91.005電鍍車間動力4500.60.80.75照明100.91.006熱處理車間動力2600.620.820.82照明100.91.007裝配車間動力1700.40.751.02照明100.91.008機修車間動力1000.30.71.17照明50.91.009鍋爐房動力1150.80.81.05照明30.91.0010倉庫動力500.40.90.75照明20.91.0011生活區(qū)照明4000.81.00.481.3.3供電電源情況：按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T登定的供電用電協(xié)議規(guī)定，本廠由附近一條10KV的公用電源干線取得工作電源。該干線的走向參看工廠總平面圖。從干線中取得工作電源后，送往配電所對各個車間進行電能分配。分配好的電能經(jīng)過變壓器降壓到380V/220V，再送往各車間。2.負荷計算和無功功率補償2.1負荷計算：負荷計算的目的是：〔1〕計算變配電所內(nèi)變壓器的負荷電流及視在功率，作為選擇變壓器容量的依據(jù)。〔2〕計算流過各主要電氣設(shè)備(斷路器、隔離開關(guān)、母線、熔斷器等)的負荷電流，作為選擇這些設(shè)備的依據(jù)。〔3〕計算流過各條線路(電源進線、上下壓配電線路等)的負荷電流，作為選擇這些線路電纜或?qū)Ь€截面的依據(jù)?！?〕為電氣設(shè)計提供技術(shù)依據(jù)。采用需要系數(shù)法對各個車間進行計算，并將照明和動力局部分開計算，照明局部最后和宿舍區(qū)照明一起計算。具體步驟如下:計算公式：有功功率無功功率視在功率計算電流式中，為需要系數(shù)；為功率因數(shù)；為功率因數(shù)角的正切值；UN為用電設(shè)備組的額定電壓；＝1.732。鑄造車間動力局部:；；照明局部：；鍛壓車間動力局部:；照明局部:；金工車間動力局部:；照明局部:；工具車間動力局部:；照明局部:；電鍍車間動力局部:；照明局部:；熱處理車間動力局部:；照明局部:；裝配車間動力局部:；照明局部:；機修車間動力局部；照明局部:；鍋爐房動力局部:；照明局部:；10.倉庫動力局部：；照明局部：；生活區(qū)照明廠房名稱負荷類別設(shè)備容量〔kw〕需要系數(shù)Kd工作電壓〔KV〕功率因數(shù)cosφ有功功率(kw)無功功率〔kvar〕視在功率〔KVA〕計算電流〔A〕鑄造車間動力5200.40.380.7468477.36668.51015.71照明100.90.381.090913.67鍛壓車間動力2400.30.380.657284.24110.82168.37照明100.90.381.090913.67金工車間動力3900.320.380.65124.8139.78187.38284.71照明100.90.381.090913.67工具車間動力2900.350.380.65101.5135168.9256.62照明100.90.381.090913.67電鍍車間動力4500.60.380.8270202.5337.5512.79照明100.90.381.090913.67熱處理車間動力2600.620.380.82161.2132.18208.47316.74照明100.90.381.090913.67裝配車間動力1700.40.380.75127.5130.05182.12276.72照明100.90.381.090913.67機修車間動力1000.30.380.73035.146.1770.1照明50.90.381.04.504.56.84鍋爐房動力1150.80.380.89296.6133.4202.69照明30.90.381.02.702.74.1倉庫動力500.40.380.920152537.98照明20.90.381.01.801.82.73生活區(qū)照明4000.80.381.03200320486.2取全廠的同時系數(shù)為：，，那么全廠的計算負荷為：；2.2無功功率補償：由以上計算可得變壓器低壓側(cè)的視在計算負荷為：這時低壓側(cè)的功率因數(shù)為：，為使高壓側(cè)的功率因數(shù)0.90，那么低壓側(cè)補償后的功率因數(shù)應(yīng)高于0.90，取。要使低壓側(cè)的功率因數(shù)由0.78提高到0.95，那么低壓側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量為：取:=700那么補償后變電所低壓側(cè)的視在計算負荷為：計算電流：變壓器的功率損耗為：高壓側(cè)的計算負荷為：補償后的功率因數(shù)為：滿足〔大于0.90〕的要求。3.變電所主變壓器臺數(shù)和容量及主接線方案的選擇3.1年耗電量的估算年有功電能消耗量及年無功電能耗電量可由下式計算得到：年有功電能消耗量：年無功電能耗電量：結(jié)合本廠的情況，年負荷利用小時數(shù)為4600h，取年平均有功負荷系數(shù)，年平均無功負荷系數(shù)。由此可得本廠：年有功耗電量：年無功耗電量：3.2變電所主變壓器臺數(shù)的選擇變壓器臺數(shù)應(yīng)根據(jù)負荷特點和經(jīng)濟運行進行選擇。當(dāng)符合以下條件之一時，宜裝設(shè)兩臺及以上變壓器：有大量一級或二級負荷；季節(jié)性負荷變化較大；集中負荷較大。結(jié)合本廠的情況，考慮到二級重要負荷的供電平安可靠，應(yīng)選擇兩臺主變壓器，且兩臺變壓器帶有備用電源自動投入裝置〔BZT〕。裝有備用電源自動投入裝置的主接線〔內(nèi)橋〕3.3變電所主變壓器容量選擇每臺變壓器的容量應(yīng)同時滿足以下兩個條件：暗備用條件：任一臺變壓器單獨運行時，宜滿足：明備用條件：任一臺變壓器單獨運行時，應(yīng)滿足：，即滿足全部一、二級負荷需求。代入數(shù)據(jù)可得：=〔0.6~0.7〕×=〔1173.54~1369.13〕?？紤]到未來5~10年的負荷開展，初步取=2000?？紤]到平安性和可靠性的問題，確定變壓器為SC9系列箱型干式變壓器。型號：SC9-2000/10，其主要技術(shù)指標(biāo)如下表所示：變壓器型號額定容量/額定電壓/kV聯(lián)結(jié)組型號損耗/kW空載電流%短路阻抗%高壓低壓空載負載SC9-2000/10200010.50.4Dyn112.713.30.86〔附：參考尺寸〔mm〕：長：1670寬：1200高：1740重量〔kg〕：4500〕3.4變電所主接線方案的選擇采用內(nèi)橋接線：優(yōu)點：當(dāng)檢修任一回電源進線或線路斷路器時，另一線路和兩臺變壓器仍可繼續(xù)供電。當(dāng)任一回線路故障時，僅斷開該故障線路，而其他回路繼續(xù)正常工作。缺點：當(dāng)任一臺變壓器檢修或發(fā)生故障時，那么需先斷開一回線路，經(jīng)道閘操作后才能恢復(fù)供電。4.變電所高、低壓線路的選擇為了保證供電系統(tǒng)平安、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟的運行，進行導(dǎo)線和電纜截面時必須滿足一些條件:〔1〕發(fā)熱條件導(dǎo)線和電纜在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時的發(fā)熱溫度，不應(yīng)超過其正常運行時的最高允許溫度?！?〕電壓損耗條件導(dǎo)線和電纜在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產(chǎn)生的電壓損耗，不應(yīng)超過其正常運行時允許的電壓損耗。對于工廠內(nèi)較短的高壓線路，可不進行電壓損耗檢驗?！?〕機械強度導(dǎo)線〔包括裸線和絕緣導(dǎo)線〕截面不應(yīng)小于其最小允許截面。對于電纜，不必校驗其機械強度，但需要檢驗其短路熱穩(wěn)定性。母線也應(yīng)檢驗短路時的穩(wěn)定度。對于絕緣導(dǎo)線和電纜，還應(yīng)滿足工作電壓的要求。根據(jù)設(shè)計要求和有關(guān)資料的考證，10kv電路，通常先按發(fā)熱條件來選擇截面，在校驗電壓損耗和機械強度。低壓照明線路，因為其對電壓水平要求較高，因此通常先按允許電壓損耗進行選擇，再校驗發(fā)熱條件和機械強度。4.1高壓線路導(dǎo)線的選擇：10kv高壓進線的選擇LGJ-25,因高壓側(cè)計算電流，所選電纜的允許載流量：，滿足發(fā)熱條件。4.2低壓線路導(dǎo)線的選擇由于沒有設(shè)單獨的車間變電所，進入各個車間的導(dǎo)線接線采用TN-C-S系統(tǒng)；從變電所到各個車間及宿舍區(qū)用埋地電纜供電，電纜采用LGJ-185型鋼芯鋁線電纜，根據(jù)不同的車間負荷采用不同的截面。其中導(dǎo)線和電纜的截面選擇滿足條件：相線截面的選擇以滿足發(fā)熱條件即，；中性線〔N線〕截面選擇，這里采用的為一般三相四線，滿足；保護線〔PE線〕的截面選擇時，；時，時，保護中性線〔PEN〕的選擇，取〔N線〕與〔PE〕的最大截面。結(jié)合計算負荷，可得到由變電所到各個車間的低壓電纜的型號為：鑄造車間：LGJ-240兩根并聯(lián)鍛壓車間：LGJ-50金工車間：LGJ-95(1)工具車間：LGJ-95(1)電鍍車間：LGJ-240熱處理車間:LGJ-120(1)裝配車間：LGJ-95(1)機修車間：LGJ-16鍋爐房：LGJ-70倉庫：LGJ-16生活區(qū)：LGJ-185另外，送至各車間的照明線路采用：銅芯聚氯乙烯絕緣導(dǎo)線BV型號。5.電氣設(shè)備的選擇5.1設(shè)備的選擇與校驗原那么按工作電壓選擇：設(shè)備的額定電壓一般不應(yīng)小于所在系統(tǒng)的額定電壓，即，高壓設(shè)備的額定電壓應(yīng)不小于所在系統(tǒng)的最高電壓，即，，，高壓開關(guān)設(shè)備、熔斷器、互感器及支柱絕緣額定電壓。按工作電流選擇：設(shè)備的額定電流不應(yīng)小于所在電路的計算電流，即按斷流能力選擇：設(shè)備的額定開斷電流或斷流容量，對分斷短路電流的設(shè)備來說，不應(yīng)小于它可能的最大短路有效值或短路容量，即或?qū)τ诜謹嘭摵稍O(shè)備電流的設(shè)備來說，那么為，為最大負荷電流。隔離開關(guān)、負荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗:a)動穩(wěn)定校驗條件:或、分別為開關(guān)的極限通過電流峰值和有效值，、分別為開關(guān)所處的三相短路沖擊電流瞬時值和有效值。b)熱穩(wěn)定校驗條件:5.2高壓側(cè)一次設(shè)備的選擇有真空斷路器、高壓熔斷器、電壓互感器、電流互感器、避雷器、接地開關(guān)電壓互感器等。5.3低壓側(cè)一次設(shè)備的選擇有低壓斷路器、電流互感器、開關(guān)刀閘等。5.4繼電保護及二次結(jié)線設(shè)計為了監(jiān)視，控制和保證平安可靠運行，變壓器、高壓配電線路移相電容器、高壓電動機、母線分段斷路器及聯(lián)絡(luò)線斷路器，皆需要設(shè)置相應(yīng)的控制、信號、檢測和繼電器保護裝置。并對保護裝置做出整定計算和檢驗其靈敏系數(shù)。設(shè)計包括繼電器保護裝置、監(jiān)視及測量儀表，控制和信號裝置，操作電源和控制電纜組成的變電所二次結(jié)線系統(tǒng)，用二次回路原理接線圖或二次回路展開圖以及元件材料表達設(shè)計成果。6．防雷與接地裝置的設(shè)置防雷的設(shè)備主要有接閃器和避雷器。其中，接閃器就是專門用來接受直接雷擊〔雷閃〕的金屬物體。接閃的金屬稱為避雷針。接閃的金屬線稱為避雷線，或稱架空地線。接閃的金屬帶稱為避雷帶。接閃的金屬網(wǎng)稱為避雷網(wǎng)。避雷器是用來防止雷電產(chǎn)生的過電壓沿著電路侵入變配電所或其他建筑物內(nèi)，以免危及被保護設(shè)備的絕緣。避雷器應(yīng)與被保護設(shè)備并聯(lián)，裝在被保護設(shè)備的電源側(cè)。當(dāng)線路上出現(xiàn)危及設(shè)備絕緣的雷電過電壓時，避雷器的火花間隙就被擊穿，或由高阻變?yōu)榈妥瑁惯^電壓對大地放電，從而保護了設(shè)備的絕緣。避雷器的型式，主要有閥式和排氣式等。6.1直接防雷保護在變電所屋頂裝設(shè)避雷針和避雷帶，并引進出兩根接地線與變電所公共接裝置相連。如變電所的主變壓器裝在室外和有露天配電裝置時，那么應(yīng)在變電所外面的適當(dāng)位置裝設(shè)獨立避雷針，其裝設(shè)高度應(yīng)使其防雷保護范圍包圍整個變電所。如果變電所所在其它建筑物的直擊雷防護范圍內(nèi)時，那么可不另設(shè)獨立的避雷針。按規(guī)定，獨立的避雷針的接地裝置接地電阻〔表9-6〕。通常采用3-6根長2.5m的剛管，在裝避雷針的桿塔附近做一排和多邊形排列，管間距離5m，打入地下，管頂距地面0.6m。接地管間用40mm×4mm的鍍鋅扁剛焊接相接。引下線用25mm×4mm的鍍鋅扁剛，下與接地體焊接相連，并與裝避雷針的桿塔及其根底內(nèi)的鋼筋相焊接，上與避雷針焊接相連。避雷針采用直徑20mm的鍍鋅扁剛，長1～1.5。獨立避雷針的接地裝置與變電所公共接地裝置應(yīng)有3m以上的距離。6.2雷電侵入波的防護〔1)在10KV電源進線的終端桿上裝設(shè)FS4—10型閥式避雷器