供配电工程课程设计报告-某塑料五金制品厂供配电系统电气部分设计.doc

湖北理工学院 电气与电子信息工程学院 供配电工程课程设计报告名 称： 供配电工程课程设计 专业班级：电气工程及其自动化2016专升本（2）班 学号： 5 姓 名： 指导教师： 设计时间： 2017年5月8日2017年5月19日 设计地点： K2414 供配电工程课程设计任务书一、设计题目某塑料五金制品厂供配电系统电气部分设计二、设计目的及要求通过本课程设计：熟悉供配电系统初步设计必须遵循的原则、基本内容、设计程序、设计规范等，锻炼工程设计、技术经济分析比较、工程计算、工具书使用等能力，并了解供电配电系统前沿技术及先进设备。要求根据用户所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，选择配变电所主接线方案、高压配电线路接线方式、高低压设备和进出线，确定车间变电所主变压器的台数与容量、类型。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。三、设计依据1、总平面图如附图。2、负荷情况该厂由注塑车间、挤出车间、锻工车间、模具车间、热处理车间、铆焊车间、五金装配车间等组成，主营产品有五金配件、门窗密封胶条、折叠门塑料配件、家私装饰条、各种挤出异型材、精密注塑加工、代客开模、玻璃垫片等。工厂部分车间负荷情况见附表。该厂大部分车间为两班或三班制，年最大有功负荷利用小时数为5100h。该厂属于二级负荷。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，本厂可由从某3510kV地区变电站取得工作电源。该3510kV地区变距离本厂约为1km，10kV母线短路数据：、。要求该厂：过电流保护整定时间不大于1.0s；在工厂10kV电源侧进行电能计量；功率因数应不低于0.92。3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。4电费制度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。四、设计任务设计内容包括：配变电所的负荷计算及无功功率的补偿计算，车间变压器台数和容量、型式的确定，变配电所主接线方案的选择，高压配电线路接线方式的选择，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。编号厂房名称设备容量/kW需要系数功率因数备注1注塑车间4890.400.65NO.1车间变电所2备料车间2380.600.653压铸车间5200.400.754模具车间4500.350.65NO.2车间变电所5五金装配车间6100.400.756机加工车间4300.350.65NO.3车间变电所7锅炉房2000.700.758试验室1250.350.759材料库1100.250.7510油泵房150.650.7011办公、食堂2150.700.85附表：摘 要 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；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，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。负荷计算是设计的基础,它决定设备容量的选用,管网系统的规模以及工程总造价等,这是技术人员熟知的事实。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（calculated load）。在交流电路中,由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率,一种是无功功率。无功功率比较抽象,它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。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。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，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。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。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。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。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。电气设备选择的一般要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。导线和电缆截面的选择与校验。对10kV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件来选择导线和电缆截面，再校验其电压损失、机械强度、短路热稳定等条件目 录1. 设计概要11.1 工厂供电的意义和要求11.2 选题的背景和意义12.负荷计算的意义及相关参数的计算22.1 负荷计算的意义22.2 参数的计算22.3 车间负荷计算结果32.4 无功补偿的计算43.变压器的台数、容量和类型的选择83.1 车间变压器的选择原则83.2 选择车间变压器的台数、容量和类型84.电气主接线104.1 电气主接线的意义及重要性104.2 电气主接线的设计105.短路电流的计算125.1 产生短路电流的原因、危害及计算方法125.2 短路电流点的计算166.高、低压电气一次设备的选择176.1 电气设备的选择对工厂企业的意义176.2 电气设备的选择及其校验理论176.3 主要设备的选择校验186.4 电线电缆的选择与校验207.防雷与接地237.1 防雷接地的理论基础237.2 防雷接地的保护措施248.总结25参考文献261.设计概要1.1 工厂供电的意义和要求工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，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；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，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。 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，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。 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，具有十分重要的意义，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需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：（1） 安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。（2） 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。（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减少有色金属的消耗量。1.2选题的背景和意义本课题应用供配电设计的基本原则和方法进行塑料五金厂供配电系统电气部分设计。通过本课程设计,培养学生综合运用所学的理论知识、基本技能和专业知识分析和解决实际问题的能力,培养学生独立获取新知识、新技术和新信息的能力,使学生初步掌握科学研究的基本方法和思路,学生能够理解“安全、可靠、优质、经济”的设计要求,掌握工厂供电系统设计计算和运行维护所必须的基本理论和基本技能。2.负荷计算的意义及相关参数的计算2.1负荷计算的意义负荷计算是设计的基础,它决定设备容量的选用,但是近几年来用估算的方法替代了负荷计算,给制定方案、工程审核造成一定的困难。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（calculated load）2.2 参数的计算目前，对工矿企业的电力负荷计算主要采用三种方法：单位容量法、需要系数法、用系数法。在本设计中采用的是需要系法来进行负荷计算。（一）一组用电设备的计算负荷主要计算公式有：有功计算负荷：= (2-1)无功计算负荷：= (2-2)视在计算负荷：=/ (2-3)计算电流： =/ (2-4)式中为用电设备组的需要系数值；为用电设备组的平均功率因数； 为功率因数的正切值；为用电设备组的额定电压。（二）多组用电设备的计算负荷在确定低压干线上或低压母线上的计算负荷时，可结合具体情况对其有功和无功计算负荷计入一个同时系数K。 图2-1 多组用电设备的计算负荷 对于干线，可取KP=0.85-0.95;KQ=0.90-0.97对于低压母线，由用电设备计算负荷直接相加来计算时，可取KP=0.8-0.9, KQ =0.85-0.95。由干线负荷直接相加来计算时，可取KP=0.95, KQ =0.97。 其计算公式如下：(2-5) (2-6) 由此确定五金厂各车间变电所总的电力负荷。2.3 车间负荷计算结果由该工厂车间负荷表可确定五金厂各车间变电所电力负荷计算表，分别如下表：表2-1 工厂的负荷情况编号厂房名称设备容量/kW需要系数功率因数车间变电所代号1注塑车间4890.400.65STS12备料车间2380.600.653压铸车间5200.400.754模具车间4500.350.65STS25五金装配车间6100.400.756机加工车间4300.350.65STS37锅炉房2000.700.758试验室1250.350.759材料库1100.250.7510油泵房150.650.7011办公、食堂2150.700.85 表2-2：各车间变电所负荷计算情况某塑料五金制品厂NO.1车间变电所电力负荷计算表编号厂房名称Pe(kW)KdcosatanaPc(kw)Qc(kvar)Sc(kV.A)Ic(A)1注塑车间4890.40.651.17195.60228.68300.92791.902备料车间2380.60.651.17142.80166.95219.69578.143压铸车间5200.40.750.88208.00183.44277.33729.82合计12471.42.053.22519.08579.07KP=0.95;KQ=0.970.65546.40561.70764.821162.03某塑料五金制品厂NO.2车间变电所电力负荷计算表厂房名称Pe(kW)KdcosatanaPc(kw)Qc(kvar)Sc(kV.A)Ic(A)4模具车间4500.350.651.17157.50184.14242.31637.655五金装配车间6100.40.750.88244.00215.19325.33856.14合计10600.751.402.05401.50399.33KP=0.95;KQ=0.970.67381.43387.35543.62825.94某塑料五金制品厂NO.3车间变电所电力负荷计算表厂房名称Pe(kW)KdcosaTanaPc(kw)Qc(kvar)Sc(kV.A)Ic(A)6机加工车间4300.350.651.17150.50175.95231.54609.317锅炉房2000.70.750.88140.00123.47186.67491.238试验室1250.350.750.8843.7538.5858.33153.519材料库1100.250.750.8827.5024.2536.6796.4910油泵房150.650.701.029.759.9513.9336.6511办公、食堂2150.70.850.62150.5093.27177.06465.94合计109534.455.45522.00465.48KP=0.95;KQ=0.970.70495.90451.51670.661018.962.4无功补偿的计算在交流电路中,由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率,一种是无功功率。无功功率比较抽象,它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功,而是转变为其他形式的能量。由于它不对外做功,才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示,单位为乏(Var)或千乏(kVar)。从发电机和高压输电线供给的无功功率,远远满足不了负荷的需要,所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率,以保证用户对无功功率的需要,这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。根据电容器在工厂供电系统中的装设位置，有高压集中补偿，低压成组补偿和低压补偿三种方式。由于本设计中上级要求工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.92,而由上面计算可知=0.6=/r0=6.40mm2选取LJ-16型导线,并查得其r0=2.054/km,x0=0.390/km,算得UAC%5。可见LJ-16导线满足电压损失要求。再对该导线做发热条件校验，因为导线最大负荷电流为61.6A,而查附录表29，得LJ-16导线在35下载流量为92A,满足发热条件要求,接着做机械强度校验根据相关规定,10kV架空线路铝绞线的最小截面为35 mm2，因此所选LJ-35型是满足机械强度要求的。2）母线的选择：对于10kV母线初选TMY-3X(40X4)允许载流量为625A64.70A符合条件，而据(7-4)得Amin=74.052 A=160 2Amin 符合热稳定的条件 其他条件不做考虑。对线路中低压母线也初步选定该母线。3）进出线电缆的选择：考虑高压侧进线的电缆选定YJV8.7/10kV-3型电缆允许载流量为235A64.70A（而出线相对电流要小一些也可选择考虑到经济效益从略，也选择此电缆）据(6-4)也可求得A=952Amin=88.62均符合条件。7.防雷接地7.1防雷接地的理论基础1、雷击电磁脉冲（代号LEMP）是一种电磁干扰源，它是在建筑物防雷装置和附近遭受直击雷击的情况下，由雷电的强大闪电流引起的静电场、电磁场和电磁辐射等所产生的效应。为了保障信息系统的防雷安全，必须对雷击电磁脉冲采取必要的防护措施，以便在建筑物内实现良好的电磁兼容性（代号EMC）。对于建筑物内的信息系统来说，屏蔽、接地和等电位连接可以控制不同防雷区雷击电磁环境，达到人为控制雷击电磁脉冲干扰程度的作用。2、过电压的概念雷电过电压。由大气中的雷云对地面放电而引起的。雷电过电压的持续时间约为几十微秒，具有脉冲的特性，故常称为雷电冲击波。雷闪击中带电的导体 ，如架空输电线路导线，称为直接雷击。雷闪击中正常情况下处于接地状态的导体，如输电线路铁塔，使其电位升高以后又对带电的导体放电称为反击。直击雷过电压幅值可达上百万伏，会破坏电工设施绝缘，引起短路接地故障。感应雷过电压是雷闪击中电工设备附近地面，在放电过程中由于空间电磁场的急剧变化而使未直接遭受雷击的电工设备（包括二次设备、通信设备）上感应出的过电压。因此，架空输电线路需架设避雷线和接地装置等进行防护。通常用线路耐雷水平和雷击跳闸率表示输电线路的防雷能力。3、接地与接地装置1)接地电流与对地电压接地是指电气设备为达到安全和功能需要为目的，将其某一部分与大地之间作良好的电气连接。埋入地中并与土壤作良好接触的金属导体称为接地体或称接地极。电气设备在发生接地故障时，电流将通过接地体以半球形向大地中散开。 在距离接地体越远的地方，半球的球面积越大，其散流电阻越小，相对于接地点处的电位就越低。2)接地类型1. 功能性接地为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的接地，又称工作接地。2. 保护性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。3. 功能性与保护性合一的接地(如屏蔽接地)7.2防雷接地的保护措施防雷设备由接闪器、引下线、接地装置等组成。接闪器是专门用来接受直接雷击的金属物体。接闪器包括金属杆状的避雷针，金属线