低压配电系统的工厂供电课程设计

1、.2009 级 工厂供电课程设计低压配电系统的工厂供电课程设计姓名学号院、系、部电气工程系班号完成时间2012年 6 月 18 日可编辑.设计任务书一、设计内容：(1)由总降压变电所的配出电压和用电设备的电压要求，参考国际规定的标准电压等级确定车间变电所的电压级别。(2)计算负荷采用需用的系数法， 计算出单台设备支线、 用电设备组干线和车间变电所低压母线和进线的计算负荷。(3)由计算负荷结果， 确定补偿方式， 计算出补偿容量， 选择电容器个数和电容柜个数。(4)按对负荷可靠性要求，确定车间变电所电气主接线。(5)按车间变电所低压母线的计算负荷，确定变电器的容量和台数。(6)导线截面积的选择，

2、支线和干线按发热条件选择，进线电缆按经济电缆密度选择，按允许发热，电压损耗进行校验。(7)短路电流计算， 绘制计算电路和等值电路图，确定短路点， 计算出各短路点短路电流值及短路容量。(8)车间变电所低压母线按发热条件选择，按短路的热合力校验。(9)按国家规定的标准符号和图符， 用 CAD 画出车间变电所的电气主接线图、车间配电系统和配电平面图。二、设计条件：(1)机加车间符合全部为三级负荷，对供电可靠性要求不高。可编辑.(2)车间平面布置图如下图所示1232630313228低压配电室变压器室高压室43334车间变电所27296192122247891718510111214131520231

3、6（ 3）车间电气设备各细表如下表所示设备代号设备名称台数单台容量（ kW）效率功率因数启动倍数备注13普通车床 C630-137.60.880.8164内圆磨床M212017.250.880.8365，16砂轮机 S3SL-30021.50.920.826.56平面磨床M713017.60.880.826可编辑.79牛头刨床 B6050340.870.82611， 12普通车床 C614026.1250.890.8161315普通车床 C61634.60.900.81617， 18单臂龙门刨床 B1012267.80.860.812.519龙门刨床 B2016166.80.860.812.5

4、20， 21普通车床 C630210.1250.880.81622立式钻床 Z53514.6250.900.80623立式车床 C534J11800.860.80324摇臂钻床 Z3518.50.870.825.52629镗床 T6849.80.860.655.53034插床 B5032540.870.86(4)机加车间转供负荷名细表如下表所示。转供负荷计算负荷Q30(kva转供距离名称30(kW)S（ kV.A ）I 30(A)CosPr)回路 130203654.90.83金工车间回路 2303445.368.90.66回路 3404459.590.32500.67合计1009840213

5、0.71回路 1302539.159.30.77汽车修理回路 2222533.350.60.67车间回路 3303646.971.21000.65合计82861191810.69回路 128304162.30.68备品车间回路 2192531.447.70.60回路 3354053.280.81500.66合计82951251890.61回路 1233037.857.40.65锅炉房回路 2172026.239.90.45回路 3153033.550.962000.57合计558097.1147.51.0回路 11701725.81.0照明回路回路 21201218.21.0（3 相）回路 3

6、1601624.32001.0合计4504568.41.0三、基本要求 :(1)说明书要简明扼要， 计算要有公式依据， 结果要列表记入， 必要的数据及可编辑.资料要注明出处。提倡用计算机绘图和打印设计说明书。(2)设计图样要符合国家标准， 采用新标准电气图形符号和文字符号，图样上的字必须用仿宋体。(3)按教学大纲要求，必要设计应包括和设计内容相关的英文资料翻译一份。(4)要列出参考书目（文献） 。(5)要有设计结论（或总结或体会） 。摘要低压供配电系统设计的目的， 就是通过采用恰当的技术手段，满足各种用电设备在正常使用状况下的不同用电需求，并采取必要的措施， 防止电气部分与建筑的其他部分在检修

7、情况下相互影响，确保电气设计的合理性及系统的安全运行，从而达到供电的安全、可靠、优质和经济的指标。本文通过对目前供配电问题进行探讨，做好供配电是保证建筑设施正常运行的关键。首先，对工厂用电设备进行负荷计算，并对工厂进行无功补偿，使功率因数达到0.9。对整个工厂进行电气概预算，得到整个工厂设计所需的费用，继而得到主接线图。 其次，对每个短路点进行短路计算，通过计算出的电流值对设备进行选择，并对所选出的设备进行校验。然后，对工厂线路、变压器等设备进行防雷保护设计。关键词：负荷计算无功补偿短路计算主接线图可编辑.可编辑.目录设计任务书I摘要IV第 1 章绪论1第 2 章负荷计算22.1 单组用电设备

8、计算负荷的计算公式22.2 多组用电设备计算负荷的计算公式2第 3 章无功功率补偿73.1 低压母线计算负荷73.2 无功功率补偿83.3 计算变电所变压器一次侧计算负荷8第 4 章确定车间变电所变压器形式、容量和数量及主结线方案84.1 根据负荷性质和电源情况选择变压器台数和容量84.2 主接线方案的技术经济比较104.3 车间进线架空线的选择104.4 低压配电系统主接线图11第 5 章短路计算115.1 绘制计算电路115.2 短路电流计算12计算电路图5-1 所示12等值电路图5-2 所示12计算各元器件基准电抗标幺值12计算 K1 点和 K2 点短路电流12第 6 章选择车间变电所高

9、低压进出线146.1 选择母线截面积146.2 进线电缆热稳定校验156.3 车间变电所高压电气设备的选择156.4 车间低压侧电气设备的选择166.5 低压配电屏的选择17第 8 章设计总结18参考文献19附录：车间供电平面图20可编辑.第1章绪论当今社会，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化而来， 又易于转换为其它形式的能量以供应用，电能的输送和分配简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于生产自动化小型化变电所的建设方案，是在总结国内外变电所设计运行经验的基础上提出的，与过去建设的常规变电所和简陋变电所有明显区别。 无论是主接线方式、 设备配置及选型、 总体布

10、置还是保护方式，都形成了一种新的格局， 从而使小型化变电所无法按已有规程进行设计。机修厂的电力系统由变电，输电，配电三个环节组成，由此也决定了此电力系统的特殊性，在确保供电正常的前提下，这三个环节环环相扣。其次，还电力系统一次设备较为简单， 二次系统相对复杂。本设计对整个系统作了详细的分析，各参数计算， 以及电网方案的可靠性作了初步的确定。全厂总降压变电所 （或总配电所）及配电系统的设计， 是根据各个车间的负荷数量，性质及生产工艺对对用电负荷的要求，以及负荷布局，结合电网的供电情况，解决对全厂可靠，经济的分配电能。车间供电设计是整个工厂设计的重要组成部分，车间供电设计的质量直接影响到的产品生产

11、及公司的发展。可编辑.第2章负荷计算2.1 单组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为KW ）P30 = K d Pe ，K d 为系数b)无功计算负荷（单位为kvar）Q30 =P30 tanc)视在计算负荷（单位为kvA）S30= P30cosd)计算电流（单位为 A ）I30=S30, U N 为用电设备的额定电压（单位为KV ）3U N2.2 多组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为KW ）P30= Kp30 iP式中P30 i 是所有设备组有功计算负荷P30 之和， Kp 是有功负荷同时系数，可取 0.90 0.95可编辑.b)无功计算负荷（单位为kvar）

12、Q30 = KqQ30 i ， Q30 i 是所有设备无功 Q30 之和；Kq 是无功负荷同时系数，可取 0.90.97c)视在计算负荷（单位为KVA ）S30 = P302Q302d)计算电流（单位为 A ）S30I30=3U N1.采用需要系数法对车间用电设备进行负荷计算（1）各支线负荷计算及导线截面积选择以设备序号 1 为例说明计算过程：序号 1 设备单位容量 7.6kw，效率 =0.88 ，启动倍数K st=6由于是低压工厂供电， 所以变压器一次侧电压10KV ，二次侧电压为 0.4KV。Pe7.616.4( A)计算电流： I 30?3 0.38 0.81 0.883U N cos启

13、动电流： Ist Kst I 306 16.497.2( A)选支线截面积。按允许载流量选择，根据Ial >I 30 ，查工厂供电附录表19-3，根据实际环境温度，选3 根单芯塑料导线穿钢管Sc=15mm 埋地敷设。当截面积A=2.5mm2 ，? =25o 时，Ial=18A>I 30= 16.4A，选择结果为 BLV-32.5-18A-SC15mm(钢管管径 )。以设备序号 18 为例说明计算过程：序号 18 设备单位容量67.8kw，效率 =086.，启动倍数 K st=2.5由于是低压工厂供电， 所以变压器一次侧电压10KV ，二次侧电压为 0.4KV。Pe67.8计算电流：

14、 I 30?148.02(A)3U N cos3 0.38 0.86 0.88启动电流： Ist Kst I 302.5148.02 369.69(A)可编辑.按允许载流量，选择直线截面积， ，根据 I al >I 30 ，查附录表 19-3，根据实际环境温度，选 3 根单芯塑料导线穿钢管 Sc=50mm埋地敷设。当截面积 A=95mm2 ， ? =25o 时， I al=170A.>I 30= 147.88A，选择结果为 BLV-3 95-170A-SC50mm(钢管管径 )。以设备序号 21 为例说明计算过程：序号 21 设备单位容量10.125kw，效率 =0.88 ，启动倍

15、数Kst=6由于是低压工厂供电， 所以变压器一次侧电压10KV ，二次侧电压为 0.4KV。Pe10.125计算电流： I 30?21.58( A)3U N cos3 0.38 0.81 0.88启动电流： Ist Kst I 306 21.5897.2( A)按允许载流量，选择直线截面积， ，根据 I al >I 30 ，查附录表 19-3，根据实际环境温度，选 3 根单芯塑料导线穿钢管Sc=15mm 埋地敷设。当截面积 A=4mm 2 ，? =25o 时， I al=24A.>I 30= 21.58A，选择结果为 BLV-34-24A-SC15mm(钢管管径 )。以设备序号 2

16、3 为例说明计算过程：序号 23 设备单位容量80kw，效率 =086.，启动倍数 K st=3由于是低压工厂供电， 所以变压器一次侧电压10KV ，二次侧电压为 0.4KV。Pe80计算电流： I 30?3176.67( A)3U N cos0.38 0.80 0.86启动电流： Ist Kst I 303176.67530.01( A)按允许载流量，选择直线截面积， ，根据 I al >I 30 ，查附录表 19-3，根据实际环境温度，选 3根单芯塑料导线穿钢管Sc=50mm埋地敷设。当截面积 A=120mm2 ，? =25o 时，Ial=195.>I 30= 176.67A，

17、选择结果为 BLV-350-195A-SC50mm(钢管管径 )。可编辑.表 2-1 各支线负荷、导线截面积选择结果设备代设备名称计算电单台容量启动电流导线截面允许载穿钢备注温度号流（ kW）积流量管管径13普通车床 C630-116.47.60.4*97.22.5181525o4内圆磨床 M212014.97.250.4*90.62.5181525o5， 16砂轮机 S3SL-3003.31.50.4*19.52.5181525o6平面磨床 M713016.57.60.48*962.5181525o79牛头刨床 B60508.540.4*512.5181525o1012普通车床 C61401

18、2.96.1250.4*77.42.5181525o1315普通车床 C6169.584.60.4*57.482.5181525o17， 18单臂龙门刨床148.0267.80.4*369.7951705025oB101219龙门刨床 B2016146.366.80.4*364.25951705025o20， 21普通车床 C63021.5810.1250.4*129.484241525o22立式钻床 Z5359.764.6250.4*58.562.5181525o23立式车床 C534J1176.67800.4*5301201955025o24摇臂钻床 Z3517.968.50.4*99.5

19、54241525o2629镗床 T6827.039.80.4*146.4656321525o3034插床 B50328.7340.4*52.382.5181525o（2）干线负荷计算及截面积选择机加车间用电设备从低压配电屏引出三个回路WL1、WL2、WL3 负荷计算结果和各回路所接配电箱及用电设备如下表：表 2-2 电源屏三回路计算负荷可编辑.电源屏引出回路号计算负荷配电箱P30Q30WL116.3221.37DYX(R) 型多用途配电箱WL260.9480.2DYX(R) 型多用途配电箱WL324.1432.1DYX(R) 型多用途配电箱车间的转供负荷计算结果如下表：表 2-3车间的转供负荷

20、计算结果转供负荷名称车间回路号计算负荷P30Q30S30I30cos 金工车间WL410098140212.70.90汽车修理车间WL58286118.8180.50.88备品车间WL68295125.5190.70.87锅炉房WL7558097.1147.50.85照明回路WL84504568.41（三相）按允许发热条件选择车间干线截面积计算如下表所示。各干线选择 YJLV 型交联聚乙烯绝缘电缆，埋地辐射。表 2-4车间干线计算电流及导线截面积选择结果（YJLV 铝芯电缆）回路编号干线计算电流 I30(A)导线允许载流量Ial（A ）导线截面积 A(mm2)WLI40.24943*16+1*

21、16WL2150.91803*50+1*25WL361.02943*16+1*16可编辑.WL4212.72183*70+1*35WL5180.52183*70+1*35WL6190.72183*70+1*35WL7147.51803*50+1*25WL868.4943*16+1*16第 3 章无功功率补偿无功功率的人工补偿装置： 主要有同步补偿机和串联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单、 运行维护方便、 有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。3.1 低压母线计算负荷低压母线的计算负荷为各回路干线负荷之和，应计及同时系数 （或称为参差系数或称为综合

22、系数）。8P30M=KpP =0.9*（ 16.32+60.94+24.14+100+82+82+55+45 ） =30i1417.6(KW)8Q30M=K pQ30i =0.95*（ 21.37+80.2+32.1+98+86+95+80+0） =467.28(Kvar)1S30M417.62467.282626.69( KV ? A) , I 30M626.69952.16( A)3 * 0.38cos 1P30M417.6S30M0.67626.69由于车间负荷功率因数小于0.92，因此应在变压器低压母线上进行集中无功补偿。集中补偿便于维护和管理，采用电力电容器进行补偿。可编辑.3.2

23、无功功率补偿1）补偿容量的确定QC=P20（ tan 1-tan 2=417）.6*(1.1-0.426)=284(Kvar)补偿后变电所变压器一次侧计算负荷P ' 30MP30M 417.6 KW Q '30M = Q 30M -Q C =467.28-300=167.28KvarS' 30M=449.56KVACOS=417.6=0.93>0.92故满足要求449.563.3 计算变电所变压器一次侧计算负荷（1）估算变压器功率损耗：PT0.012S30M0.012449.565.39(kw),QT0.06S30 M0.06449.5626.97(k var)(

24、2)估算进线负荷：P301PTP30M5.39 417.6422.99(kw), Q301QTQ30 M 26.97 167.28 194.25(k var),S30122S301465.46P301Q301465.46( kV ? A), I 301U N 1326.87( A)310I 302465.46422.990.9083671.83( A), cos3010.4465.46第 4 章确定车间变电所变压器形式、容量和数量及主结线方案4.1 根据负荷性质和电源情况选择变压器台数和容量有下列两种方案：a)装设一台主变压器型号为S9 型，而容量根据式SN TS30 ， SN T 为主变压器

25、容量， S30 为总的计算负荷。选SN T =500VA> S30 =465.46KVA，查表 5 即选一台 S9-500/10/0.4-Yyn0 型低损耗配电变压器。可编辑.b)装设两台变压器型号为 S9 型，而每台变压器容量根据式（4-1）、（ 4-2）选择，即SN T (0.6 0.7) 465.46 KVA=（ 279.3-325.8）KVA（4-1）一台工作时 ST > SN T =325.8KVA故要选择容量为 400MVA 的变压器（4-2）因此选两台 S9-400/10/0.4-Yyn0 型低损耗配电变压器。技术数据如下表：表 4-1型电力变压器技术数据型额定容量空

26、载损耗负载损耗空 载 电短 路 阻连接组参考价源抗别标号号STN (KV ? A)P0(KW )Pk (KW )（元 /I 0 %U K %台）S9-5005000.965.11.04Yyn081100S9-4004000.84.31.04Yyn053300可编辑.4.2 主接线方案的技术经济比较装设一台主变压器的方案能满足供电安全性的要求，供电的可靠性能基本满足。一台主变压器电压损耗较大，灵活性小，留有扩建的余地较小。装设两台主变压器的方案既能满足供电安全性的要求也能基本满足供电可靠性的要求。装设两台主变压器电压损耗较小灵活性较好，扩建适应性好。 但是选择一台主变压器加上连接变压器的断路器及

27、隔离开关和维护的费用远远的比装设两台变压器低许多，因此选择一台主变压器较为经济。4.3 车间进线架空线的选择根据设计任务要求选择总降压变电所到车间变电所的进线为架空线，按发热条件选择截面积。 已知 I 301 =26.87A，查工厂供电附录表 16 选择 LJ-10铝绞线，25°屋外载流量为75A，故满足要求。可编辑.4.4 低压配电系统主接线图第5章短路计算5.1 绘制计算电路(1)K-1 (3)K-2500MVA(2)LGJ-50,1.5km系统10kVS9-5000.4kV图 5-1短路计算电路XsXlk-1Xtk-2图 5-2短路计算等效电路可编辑.5.2 短路电流计算短路电

28、流计算目的是为了选择和校验车间变电所高、低压电气设备及提供继电保护整定计算所需要的技术数据。因此应计算在最大运行方式下和最小运行方式下的短路电流值。计算电路图5-1 所示等值电路图5-2 所示计算各元器件基准电抗标幺值选区基准容量 Sd=100MVA，基准电压： Ud1=10.5kV，Ud2=0.4kV，基准电流：I d1Sd100100310.55.5kA, I d 2144.3kA3U d 130.4电源内阻：X s?maxSd1000.5, X s? minSd100Sk?min200Sk?max0.29350RWLSd0.641.51000.8707R1 L210.52线路：Ud1Sd

29、100XWLX1LU2d 20.323 1.5 10.520.4395变压器： X TU k %Sd4100 1038100SNT100500计算 K1 点和 K2 点短路电流X k1?maxX s?max XX k1?minX s?maxXRk 1RWL0.8707WLWL0.50.43950.93950.290.43950.7295Zk1? minRk1 2X k1?min 21.1359, Z k1?maxR2 k1X 2 k1?max1.2809可编辑.X k 2?maxX k1?maxXT8.9359X k 2?minX k1?minX T8.7295I k1?maxI d 15.5

30、4.842(KA), IZk1?min1.1359I k 2?maxI d 2144.3X k 2?min16.53( kA), I8.7295I d15.5k1min4.294(kA)Z k1?max1.2809I d 2144.3k 2? min16.14(kA)X k2?max8.9395短路电流计算结果如表所示高压冲击系数 Ksh=1.8，则 i sh2K sh I k1?max2.554.84212.35(kA) 。低压冲击系数 Ksh=1.6，则 ish2KIk2?max2.2616.53kAsh37.36( )短路容量为：Sd10088.04(MV ? A)Sk1?maxZ k1

31、?min1.1359Sd10011.46(MV ? A)Sk2 ?maxZ k2 ?min8.7295表 5-1短路点运行方式K1K2最大运行方式短路电流（ KA ）4.84216.53最小运行方式短路电流（ KA ）4.29416.14冲击电流（ KA ）12.3237.36最大短路容量（ MV ·A ）88.0411.46可编辑.第 6 章选择车间变电所高低压进出线6.1 选择母线截面积车间低压母线，可以选择LMY 型矩形铝母线，按经济电流密度选择。一直母线计算电流 I 30 M799.8A ，查表 5-4，根据年最大负荷小时数T max5500h ，差的经济电流密度，J ecI

32、30'M799.8519.351.54 ，因此经济截面积为 Aec1.54J ec（ mm2）。查表 17 选 LMY 型硬铝母线 6310。在环境温度为 35 时竖放 I al952 A，平放减少 8%， I al9520.92 875.84A 。可见，母线允许载流量大于母线计算电流 I 30 M 799.8 。对母线作热稳定校验，假想时间为tkt op toc1.3 0.21.5 （s），则热效应允许最小截面积为I (3)10316.5310 31.52）Att eq87232.71 （mmC式中 C热稳定系数。查表7 得铝母线热稳定系数 C=87.因为实选母线截面积A631063

33、0 mm2> At232.71 mm2,所以热稳定合格。对母线作动稳定校验。母线采用平行放置，根据低压配电屏结构尺寸确定a=0.25m，l=0.9m。计算应力为a=0.25b=0.1h=0.008可编辑.3i sh2 ( l ) 10 7 l3 37.36 2(0.9) 1070.9ca0.255.87(MPa )10 0.1 20.008 / 610b 2 h / 6c a1 70MPa (硬铝母线 )合格6.2 进线电缆热稳定校验AminI (3) 103t k16.53 1031.4 142.76 mm2C137查表 7，10kV 交联聚乙烯绝缘电缆热稳定系数为137 铜线。按热稳

34、定要求重选 交联 聚乙烯电 缆 YJL22-10000- 3 150, 允 许载 流 量347A.Ial347AI30126.87A 电缆不作动稳定校验。.6.3 车间变电所高压电气设备的选择车间变电所变压器进线侧计算数据如表6-1 所示。表 6-1 进线侧计算数据和高压开关技术数据计算数据真空断路器 ZN-12-40.5高压熔断器UNW （kv）10UN （kV）10UN （kV）10I30(A)26.87IN (A)400IN (A)0.5Ik(kA)4.84I (kA)17.3I (kA)100Sk(MVA)88.04S (MVA)150S(MVA)500ish(kA)12.35imax

35、(kA)22imax (kA)160I2 teq30.45It2tt302表 6-2普通阀型避雷器技术数据可编辑.型号额定电灭弧电工频放冲击放冲击残压（ kV）压（kV） 压（kV） 电电压电电压不不FSFZFSFU小大不不于于大大于于3(kA)5(kA)50(kA)10(kA)FS-1010122631504515504550（1）选择避雷器 FS-10或 FZ-10，如表 6-2 所示(2) 选择电压互感器： JSJW-10/0.1/0.1/3(3) 高压电流互感器选择：查表 5-11 选 LAJ-10 或 LQJ-106.4车间低压侧电气设备的选择低压侧计算数据如表6-3 所示：表 6-

36、3车间低压侧计算数据UNW (V)380I 30m'(A)799.8I k''(kA)16.53Sk''(MV· A)11.46imax (kA)37.36可编辑.I 2 t eq (KA 2· s)16.5321.5 409.9各低压干线低压断路器及低压刀开关的选择如表6-4 所示：表 6-4车间低压干线断路器及低压刀开关选择表车间回路号计算电流 (A)低压断路器型号低压刀开关型号WL140.24DW15-200HR5-100WL2150.9DW15-400HR5-400WL361.02DW15-200HR5-200WL4212.7DW15-400HR5-400WL5180.5DW15-400HR5-400WL6190.7DW15-200HR5-200WL7147.5DW15-400HR5-400WL868.4DW15-200HR5-1006.5 低压配电屏的选择查工厂常用电气设备手册 ，低压配电屏选择GCK3(GCL-S)型低压抽出式开关柜，作为发电厂变电所三相交流50Hz， 380V，额定电流为 3150A 及以下低压配电系统。根据车间变电所低压配电线路设计方案选