中南大学课程设计车间照明系统

1、电气工程基础课程设计车间动力及照明设计专 业：电气工程及其自动化班级：学生姓名：指导教师：完成时间：目录摘要 31 设计任务 41.1 设计题目 41.2 设计要求 41.3 设计依据 42 车间变电所负荷计算 52.1 车间负荷计算 52.2 无功补偿计算 83 车间变电所系统设计 93.1 变电所主变压器台数和容量确定 93.2 车间变电所的所址和型式 113.3 车间变电所主接线方案设计 123.4 短路电流的计算 143.4 变电所一次设备的选择 163.5 电缆型号与敷设方式选择 204 二次回路与继电保护 234.1 二次回路方案的选择 234.2 二次回路方案的选择与继电保护的整

2、定 244.3 变电所防雷保护和接地装置 264.4 变电所电气照明 284.5 车间配电线路布线方案的确定 284.6 线路导线及其配电设备和保护设备的选择 295 结束语 336 参考资料 34电气工程课程设计一一车间动力及照明设计摘要电能是现代工业生产的主要能源和动力。随着现代文明的发展与进步，社会生产和生活 对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。本次设计的题目为车间动力及照明的设 计，考虑到题目的条件，决定采用建立车间变电所的方式给车间动力及照明供电。因此，本次课程设计的主要工作为车间变电所的设计。一个安全、经济的变电所，是极为重要的。次车间的供电设计包括：负荷的计算及无功功率的

3、补偿；变电所主变 压器台数和容量、型式的确定；变电所主接线方案的选择；进出线的选择；短路计算和开关 设备的选择；二次回路方案的确定及继电器保护的选择和整定；防雷保护与接地装置的设 计；车间配电线路布线方案的确定；线路导线及其配电设备和保护设备的选择；以及电气照 明的设计。最后用 autoCAD给出了电路图的绘制。3电气工程课程设计一一车间动力及照明设计1设计任务1.1设计题目车间动力及照明设计1.2设计要求1. 计算低压配电线路的负荷以及选择电缆和导线；2. 选择低压配电设备和保护设备；3. 确定低压配电线路敷设方式；4. 设计防雷与接地装置等。1.3设计依据1 用电设备明细表用电设备明细表如

4、图表1所示表1用电设备明细表序号设备名称（型号）台数设备容量备注单台设备总容量1皮带车床1992普通车床 C62045.5223扭头刨床 B66543124立式铣床 Z5351995砂轮机S35L30011.751.756工具磨床 M602511.751.757插床B593214.54.58普通车床 C620-127.5159普通车床 C6301111110弓形锯床 G7211.51.511万能铣床 X62W19912滚齿机Y381454513普通车床 C611001454514龙门刨床 B20126170705电气工程课程设计一一车间动力及照明设计15立式钻床 Z53515.55.516镗床

5、T681101017摇臂钻床Z3517.57.518电动单梁吊车 Q=3吨112.512.519三相墙壁插座91513520通风机1101021照明102.电源条件从本厂25/6kV总降压站引入，距离 400米，6kV，出口容量100MVA，出线定时限过流保护，整定时间为1.0秒，要求供电系统功率因数在0.9以上，在高压侧计量。3.负荷等级车间负荷采用三级负荷2车间变电所负荷计算2.1车间负荷计算1. 电力系统负荷计算的目的用电设备按其工作制，可分为长期连续工作制、短时工作制和反复短时工作 制三类。各用电设备电力负荷的大小也有很大的差别。为了确定供电系统中各个 环节的电力负荷大小，正确地选择供

6、电系统中的各个元件，有必要对电力负荷进 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组成元件的 负荷值，称为计算负荷。计算负荷是供电设计的基本依据。计算负荷确定得是否 合理，直接影响到电器和导线的选择是否经济合理。如果计算负荷确定过大，将 使电器容量和导线截面选得过大，造成投资和有色金属的浪费；如计算负荷确定 过小，又将使电器和导线运行时增加电能损耗，并产生过热，引起绝缘过早老 化，甚至烧毁，以致发生事故，同样给国家造成损失。由此可见，正确确定计算 负荷具有很大意义。但是由于负荷情况复杂，影响计算负荷的因素很多，虽然各类负荷的变化有一定的规律可循，但很难准确地确定计算负

7、荷的大小。实际上，负荷也不是一成不变的。因此，负荷计算只能力求切合实际，相对合理。2. 电力系统计算负荷的方法目前普遍采用的确定用电设备计算负荷的方法有需要系数法和二项式法。需 要系数法简单方便，较适用于用电设备台数较多，各台设备容量相差不大的 情况。二项式法局限较大，应用于确定设备台数较少而容量差别较大的情 况。因此，此本次设计采用需要系数法确定计算负荷。下面将需要系数法参 数作简单介绍。用电设备的计算负荷？?？指用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷。用电设备组的设备容量？?？指用电设备组的所有设备（不包括备用设备）的额定容量？?之和，即Ps =刀P。需要系数？?？用电设备在最大负荷时

8、需要的有功功率与其设备容量的比值。 由于用电设备组的多数设备实际上不一定都同时运行，运行的设备又不太可 能都满负荷，另外设备和配电线路都有有功功率损耗，所以用电设备的有功 计算负荷应为：？?= ?0?3. 该车间计算负荷计算经查阅资料，用电设备明细表中设备序号1至设备序号17所列的各种机床可以为视为大批和流水作业生产的冷加工机床电动机。取?= 0.25tan ? = 1.73对于电动单梁吊车，有= 2 X y/EP其中，?= 40%，取?= 0.3tan ?2 = 1.73对于三相墙壁插座，通风机，照明这三类设备，取?勿？= 1tan ? = 0计算过程如下：1）冷加工机床： 总容量：?= 9

9、 + 22 + 12 + 9 + 1.75 + 1.75 + 4.5 + 15 + 11 + 1.5 + 9 + 45 + 45 + 70+ 5.5 + 10 + 7.5 = 279.5kW有功计算负荷：?1= ? 奢 0.25 X 279.5 = 69.875?无功计算负荷：?= ?佃 n ? = 69.875 X 1.73 = 120.884?2）电动单梁吊车：总容量：= 2 x=2 x VO,4 x 12.5 = 15,811fclV有功计算负荷：?2= ?X 洗 0.3 X 15.81 = 4.743?无功计算负荷：?2= ?2tan ? = 4.74X 1.73 = 8.200?3）

10、三相墙壁插座，通风机与照明：总容量：?3= 135 + 10 + 10 = 155?有功计算负荷：?3= ?X ?3= 1X 155 = 155?无功计算负荷：?3= ?3tan ? = 0?取有功计算负荷同时系数？= 0.9，无功计算负荷同时系数？輕0.95。求得 车间总的计算负荷：?= ?2 X (?+ ?2+ ?3= 0.9 X 69.875 + 4.743 + 155 )= 206.6?= ?sX (? + ?2+ ?)= 0.95 X (120.884 + 8.200 = 129.08?视在计算负荷:+ Qc2 = 706,62 + 129.082 = 243.61kV *A功率因数

11、:0.8482.2无功补偿计算1. 无功补偿的目的变电所的无功功率补偿的目的是为了减小通过变压器、线路和开关的无功功 率，从而减小这些元件的规格，降低变压器、线路的功率损耗和电压损耗。变电所功率因数降低是由于有大量的感应电机、电焊机、电弧炉及气体放电 灯等感性负荷，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 数的情况下，尚达不到工厂规定的功率因数要求时，则考虑人工补偿。在变压器 低压侧装设了无功补偿装置后，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择得小一些。这不仅降低了变电所的初投资，而且可减少 工厂的电费开支。2. 无功补偿的方法及计算变电所普遍采用并联

12、电容器来补偿供电系统中的无功功率。它一般分为三种：高压集中补偿、低压集中补偿、低压分散补偿。在 2.1节中，求得用电设备的 功率因数cos ? = 0.848 I d = 5.57KA 满足要求。动稳定度：i max= 25.5KA ish(3) = 19.48KA满足要求。热稳定度：It2t= (10KA)2 X 5 = 500KA I(3) T?=?7.642 X 2.25 = 131KA满足要求。其中，It为设备的t秒热稳定电流(KA), t为设备的热稳定实验 时间，T?为短路假象时间(s)T ?=?t ?+ 0.05s, ?= ?+ ?= 2 + 0.25 = 2.25 高压断路器(S

13、N10-10/630)的校验：额定电压：?= 10KV满足要求。额定电流：In =630AI 30=41.15A满足要求断流能力：loc=16KAl k=7.64KA满足要求.动稳定度：imax=40KAi sh(3)=19.48KA满足要求热稳定度：It2t=(16KA) 2X 2=512KAk(3)2tima=7.642X 2.25=131KA满足要求 电流互感器(LQJ-10)的校验：额定电压：Un=10KV满足要求额定电流：In=100AI 30=41.15A满足要求动稳定度:电气工程课程设计一一车间动力及照明设计Kes21/2Iin=225x2/2 X 0.1=31.8KA Sh=1

14、9.48KA 满足要求。热稳定度：(KiliN)2t=(90 X 0.1X2=1623)2tima=131KA满足要求。校验结果列表如下：表3 GG-1A ( F) -07进线开关柜校验结果表选择校验项 目装设地点数据设备的型号规格参数数据参数高压断路器高压隔离开关电流互感器SN-10 10/630GN8-10/200LQJ-10,100/5电压Un10KVUn10KV10KV10KV电流I3041.15AIN630A200A100/5A断流能力IK7.64KAI OC16KA-动稳定jsh19.48KAi max40KA25.531.8KA热稳定I* 2tima131KAIt2t512500

15、162结论合格合格合格2) 选GG-1A (F) -54作为互感器柜其器件有：GN8-10/200RN2-10/0.5 JDZ-10 FS4-10其校验方法与上同，可列表格如下：表4 GG-1A (F) -54互感器柜校验结果表选择校验 项目装设地点数据设备的型号规格参数数据参数高压隔离开关高压熔断器电压互感器避雷器22电气工程课程设计一一车间动力及照明设计GN8-10/20RN2-10/0.5JDZ-10FS4-10电压Un10KVUn10KV10KV10KV10KV电流|3041.15AIN200A0.5A-断流能力Ik7.64KAIoc16KA50KA动稳定jsh19.48Ai max2

16、5.5KA-热稳定I =2tima131KAIt2t500结论合格合格合格合格3）选GG-1A（J）-03作为计量柜其器件为：GN6-10/200 RN2-10/0.5 JDZ-10校验表格如下:表5 GG-1A （ J）-03计量柜校验结果表选择校验项 目装设地点数据设备的型号规格参数数据参数数据GN6-10/200RN2-10/0.5电压Un10KV电压Un10KV电压电流|3041.15A电流|3041.15A电流断流能力Ik7.64KA断流能力Ik7.64KA断流能力动稳定ish19.48KA动稳定ish19.48KA动稳定热稳定1* 2tima131热稳定I *2tima131热稳定

17、结 论合格合格结论4）选PGL-2-05（A ）作为低压出线柜其器件为：HD13-1500/30 DW15-1500/3 LMZJ1-0.5,1500/5 校验表格如下:表6 PGL-2-05 （A ）低压出线柜校验结果表选择校验项目装设地点数据设备的型号规格参数数据参数数据HD13-DW15-1500/301500/3电压Un380V电压Un380V电压电流|301044A电流|301044A电流断流能力Ik16KA断流能 力IK16KA断流能力结论合格合格结论3.6电缆型号与敷设方式选择1. 导线电缆的选择条件为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，对导线和电缆截面进行 选择时必须满

18、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， 不应超过其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

19、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。 对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。一般对高压线路，常按经济电流密度选择，用其他三种方法校验。对10KV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再由电压损耗 和机械强度校验。对低压架空线路，常按长时允许电流选择，其余校验。对低压 照明线路，因其对电压水平要求较高，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再 发热条件和机械强度进行校验。对长距离大电流及35KV以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。高低压一次设备选择原则

20、：根据以上负荷计算和短路电流计算选择高低压一 次设备。2电缆型号选择为了保证供电的可靠性，选用双回路供电线路，每回供电线路计算负荷:|x 206,6 = 103.30kW计算变压器的损Qmo 二* X (Qc 一 QJ 二扌 X 78.3 = 39.15kvar耗:PT = 0.0 15S2 = 0.015 x 220,94 = 331kWAQt 0.065 = 0.06 X 220.94 = 13.26/tvarp = +APr = 103.30 + 331 二 106,61kWQ* = Qq + AQt = 39.15 + 13.26 = 52.41/cmr”总 + Q,2 二 V106.

21、612 + 52-412 =先按经济电流密度选择电缆经济截面。设定该车间的年最大负荷利用小时数为6000h，查表可得铜芯导线的经济电流密度 ？?=? 2.0A/?2，又占也=不5 =，所以可得经济截面：Aec = = 3.30mm2Jec查表后决定选用 VV22-6系列电缆，这是一种聚氯乙烯绝缘铜芯细钢丝铠 装聚氯乙烯保护套电缆，可以敷设在室内，地下，隧道，竖井中，能承受机械 外力和拉力，足以满足本次设计的需要。其参数如图表7所示。表7 VV22-6试验参数序号项目单位技术指标1导体直流电阻（20 C）Q /km符合 GB/T3956-2008 规定2交流电压试验kV/min3.5/5,不击穿

22、34小时交流电压试验（4Uo）kV2.4,不击穿420 C绝缘电阻常数 KiMQ .km570 C绝缘电阻常数 KiMQ .km0 0376绝缘机 械物理 性能老化前抗张强度N/mm 212 5断裂伸长率%150老化后抗张强度N/mm 2 12.5断裂伸长率%150抗张强度变化率% 25断裂伸长率变化率%20聚氯乙烯绝缘冲击试验不开裂9聚氯乙烯绝缘抗开裂试验不开裂10护套机 械物理 性能老化前抗张强度N/mm 2 12.5断裂伸长率%150老化后抗张强度N/mm 2 12.5抗张强度变化率%150断裂伸长率变化率%20聚氯乙烯护套冲击试验不开裂13聚氯乙烯护套抗开裂试验不开裂14聚氯乙烯护套的

23、不延燃试验通过其参数为？?= 0.226 Q ?，?= 0.06 Q ?6kV线路的功率损耗： ?= 3?o2? = 3 X 26(0.226 X 0.4 = 11.81W ?= 3?02? = 3 X 2 X600.06 X 0.4 = 3.14线路首段功率：P = P+APl = 106.61 + 1L81 = 118.42*14/Q 二 + AQi = 52.41 + 344 = 55,56fcvarS = JP2 + 卩=丿帀必 + 55.56? = 130.8QkVA4二次回路与继电保护4.1二次回路方案的选择1. 二次回路的定义与分类工厂供电系统或工厂变配电所的二次回路，是指用来控

24、制、指示、监视和保 护一次电路运行的电路，包括控制系统、的二次回路，是指用来控制、指示、监 视和保护一次电路运行的电路，包括控系统信号系统、监测系统及继电器保护和 自动化系统等。其也称为二次系统。二次回路按电源性质分可分为直流电源电路和交流电源回路。交流回路又可 分为交流电流回路和交流电压回路。交流电流回路由电流互感器供电，交流电压 回路由电压互感器供电。二次回路按其用途分，有断路控制回路、信号回路、测 量回路、继电器保护和自动装置回路等。2. 二次回路的意义供电系统在运行中，由于绝缘老化，机械损伤和外界的某些影 响，可能发生故障和不正常工作状态。弓I起电流增大，电压频率降低或升高，使 供电系

25、统的正常工作遭到破坏，严重影响生产，甚至造成巨大损失。为了防止事 故的扩大，保证非故障部分仍能可靠地供电，必须尽快切除故障，靠运行人员来 发现并切除故障是无法满足要求的，只有借助于设备上具有自动保护作用的继电 保护装置来实现快速切断。对于危害不大的不正常工作状态也可由继电保护装置 发出信号。为了提高供电系统运行的可靠性，继电保护装置必须具备快速性、选择性、 灵敏性和可靠性。4.2二次回路方案的选择与继电保护的整定1. 高压断路器的操动机构控制与信号回路断路器采用手力操动机构，其控制与信号回路如图 3所示:W 控制小母线 WS信号小母线 GN 绿色指示灯 Ri、R2 限流电阻 YR 脱扣器KA

26、保护装置QF1s6断路器辅助触点QM 手力操动机构辅助 触点图3手力操动的断路器控制与信号回路2. 变电所的电能计量回路变电所高压侧装设专用计量柜，装设三相有功电镀表和无功电度表，分别计 量全厂消耗的有功电能和无功电能。3. 变电所的测量和绝缘监察回路变电所高压侧装有电压互感器一避雷器柜，其中电压互感器为3个JDZJ10型，组成Yo/Yo/（开口三角形）的接线，用以实现电压测量和绝缘监察。4. 主变压器的保护装置对电力变压器的下列故障及异常运行的方式，应装设相应的保护装置：（1）绕组及其出线的相间短路和在中性点直接接地的单相接地保护。（2）绕组的乍间短路。（3）外部相间短路引起的过电流。（4）

27、中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压。（5）过负荷。（6）油面降低。（7）变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。5. 装设瓦斯保护瓦斯保护又称为气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基 本的保护装置。它装设在变压器的油箱与油枕之间的连通管上，当变压器油箱内 故障产生轻微故障时，就会发生“轻瓦斯”动作。当变压器的油箱内部发生严重 故障时，由故障产生的气体很多，带动油迅速地由变压器油箱通过连通管进入油 枕，这时下触点接通跳闸回路，使断路器跳闸，这称为“重瓦斯动作”。6. 装设定时限过电流保护采用GL15型感应式过电流继电器作启动继电器，两相两继电器式接线，电流互感变比为100/5A。利用下式|op=K relKwl l.max/KreKi其中