机械工厂供电系统设计

1、奉州CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY课程设计说明书题目：机械工厂的供电系统设计二级学院（直属学部）：延陵学院专业：班级：学牛姓名：学号：指导教师姓名：职称：2013年 6 月目录第一章 绪论 21.1 工厂供电的意义 21.2 设计概述 21.3 设计任务及设计方案 3第二章 负荷计算及功率补偿 42.1 负荷计算的内容和目的 42.2 负荷计算的方法 42.3 无功功率补偿 19第三章 变电所一次系统设计 213.1 变电所的配置 213.1.1 变电所的类型 213.2 变压器的选择 233.2.1 变压器型号选择 233.2.2 变压器的台数和容量的确定

2、 243.3 全厂变电所主结线设计 253.3.1 对变电所主接线的要求 253.3.2 变电所主接线方案 253.3.3 变电所主接线设计 253.4 变电所的布置和结构设计 263.4.1 变电所的布置设计 263.4.2 变电所的结构设计 27第四章 电气设备选择 284.1 短路电流计算 284.2 电气设备选择 32第五章 电力变压器继电保护设计 425.1 电力变压器继电保护配置 425.2电力变压器继电保护原理展开图设计 43第六章 厂区线路设计 456.1 电力线路的接线方式 456.2 电力线路的结构 466.3导线和电缆的选择 466.3.1 导线和电缆选择的一般原则 47

3、6.3.2 导线和电缆截面的选择原则 476.3.3 高压导线的选择 486.3.4 低压导线的选择 506.4 厂区照明设计 50第七章 小结 51参考文献 52附录 1 设备材料表 53附录 2 设计图纸 54第一章 绪论1.1 工厂供电的意义工厂供电，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。在工厂里，电能虽然是工业生产 的主

4、要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小 （除电化工业外） 。 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。由于能源节约是工厂供电工作的 一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此 做好工厂供电工作，对于节约能源、

5、支援国家经济建设，也具有重大的作用。1.2 设计概述在满足工厂供电设计中安全、可靠、优质、经济的基本要求的前提下，本文 首先根据全厂和车间的用电设备情况和生产工艺要求， 进行了负荷计算， 通过功 率因数的计算，进行无功补偿设计 （包括无功补偿容量计算和补偿设备选择、 校 验），确定了机械工厂的供电方案，通过技术经济比较，确定了供电系统的主接 线形式，选择了主变压器的台数和容量。 其次，本文设计了厂区供电和配电网络， 按照经济电流密度法，选择了合适的导线和电缆，通过合理设置短路点， 进行正 确的短路电流计算，进行了主要电气设备的选型和校验。最后， 本文还进行了主 变电压器和主要电力线路的继电保护

6、设计。 通过上述设计， 基本确定了某机加工 厂内部的供配电系统，并且在本设计中， 尽可能选择低损耗电气设备， 以节约电 能，体现了节能环保的设计思想。1.3 设计任务及设计方案1、设计说明书一份在设计说明计算书中应包括以下主要部分：1）各车间与全厂的负荷计算，功率因数的补偿（放电电阻值） 。2）变（配）电所位置的确定，变压器数量、容量的决定。3）全厂供电系统的接线方式与变电所主接线的确定。4）电气设备与导线电缆的选择。5）短路电流的计算与电气设备的校验。6）继电保护整定电流。2、设计图纸：1）变（配）电所高、低压主接线图 2 张。2）继电保护原理展开图一张。3）变配电所平剖面布置图一张。3、主

7、要设备材料表一份。4、设计方案： 我们应根据工厂各车间的实际情况，利用需要系数法计算出各组设备容量、 功率因数不满足供电规程，则进行无功补偿。 然后按功率距法确定负荷中心， 根 据变电所位置选择的原则确定了变电所的位置，如果车间的视在功率大于320KVA，则需设一个车间变电所，再确定变压器的台数和容量，并选择了变压 器的型号。根据选择的额定容量计算短路电流， 在选择电气设备时， 一定要遵循 选择的原则。继电保护设计时， 要就实际情况选择保护。 厂区采用电缆接线方式， 高压电缆进线用硬铝母线，变压器室需抬高地平，窄面推进且离墙安装。 设计时 应尽量采用简洁明了的方案，考虑资源问题，以经济效果和供

8、电质量综合考虑。5、设计时间：设计时间定为两周。第二章 负荷计算及功率补偿2.1 负荷计算的内容和目的负荷计算是供配电系统正常运行的计算， 是正确选择供配电系统中导线， 电 缆，开关电器，变压器等的基础， 也是保障供配电系统安全可靠运行必不可少的 环节。这就需要对电力负荷进行计算。导体中通过一个等效负荷时， 导体的最高温升正好和通过实际的变动负荷时 其产生的最高温升相等，该等效负荷就成为计算负荷。计算负荷时一个假想的持续性负荷， 其热效应与同一时间内实际变动负荷所 产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用 30 分钟的最大平均负荷作为 按发热条件选择电器或导体的依据。负荷计算要将各车间设备

9、分组， 求出各用电设备的设备容量， 然后用需要系 数法逐个算出分组的计算负荷，车间计算负荷以及全厂计算负荷。按照要求高压侧的功率因数应该大于 0.9，若不满足要求，需要对高压侧进 行无功功率补偿。同时， 无功功率补偿要考虑设备安装地点和控制方式， 根据补 偿要求选择相应的成套补偿装置。本次课程设计采用固定的电容补偿方式。工厂企业电力负荷计算的主要目的是： （1）全厂在工程设计的可行性研究阶段要对全厂用电量做出估算以便确定 整个工程的方案；（2）在设计工厂供电系统时，为了正确选择变压器的容量，正确选择各种 电气设备和配电网络， 以及正确选择无功补偿设备等， 需要对电力负荷进行计算。2.2 负荷计

10、算的方法工程上根据不同的计算目的， 针对不同类型的用户和不同类型的负荷， 在实 践中总结出了各种负荷计算：估算法、 需要系数法、 二项式法和单相负荷计算法 等，本次课程设计采用需要系数法。（1）进行负荷计算时，首先要将不同工作制下的用电设备的额定容量换算 成统一的设备容量，具体运算如下：1、长期工作制和短时工作制的用电设备的设备容量就是该设备的铭牌额定功率，即Pe= r N(2 1)2、反复短时工作制的用电设备1）电焊机和电焊机组电焊机和电焊机组换算到 "100%时的功率Pe=PN （ 22）¥ "iocId式中一.电焊机额定有功功率；额定负荷持续率; %偽其值为

11、100%的 负荷持续率（计算中用1）。2）起重机起重机换算到三=25%时的额定功率Pe=FN(23)式中一.起重机额定有功功率；二；额定负荷持续率；一 其值为25%的负 荷持续率。3）照明设备照明设备的额定容量可按建筑物的单位面积容量法估算(24)3 -SFe=10t>0式中建筑物单位面积照明容量（W/m2）； S建筑物面积（m2）。（2）用电设备的计算负荷1、单台用电设备的计算负荷就是其设备容量:一二Pe（ 25）2、单组用电设备的计算负荷有功功率：Pc= Kd -Pe（26）无功功率：Qc= Pc - tan©（27）(29)式中Pe为设备容量；Kd该用电设备组的需要系数；

12、tan $功率因数角的正切值。3、多组用电设备的计算负荷有功功率:(210)无功功率:(211)视在功率:(212)计算电流:(213)序 号用电设备型号名称台数每台设备额定 容量（千瓦）备注1清砂机61.72混砂机34.63碎铁机42.84煨火炉鼓风机42.85化铁炉加料机41.76管形电阻炉51单相220伏7箱形电阻炉42单相220伏8铸工鼓风机1289铸工空压机122活塞式10皮带运输机61.711筛砂机51.712小鼓风机41.013砂轮机80.5表2 1第五车间（铸工）143吨单梁行车14.5+2.8根据上述相关的计算原则，则可以计算出第五车间的计算负荷和其他相关 量，以下是第五车间

13、的负荷计算：表22第五车间各用电设备组的分组及需要系数用电设备组需要系数（kd）tan ©清砂机，混砂机，碎铁机，筛沙机 （1、2、3、11）0.70.2煨火炉鼓风机，铸工鼓风机，铸工空压 机，小鼓风机（4、8、9、12）0.750.75管型电阻炉，箱型电阻炉（6.、7）0.21.33砂轮机（13）0.90.573吨单梁行车（14）0.141.73化铁炉加料机，皮带运输机（5、10）0.70各用电设备组计算负荷如下：1. 清砂机，混砂机，碎铁机，筛沙机 （1、2、3、11）Kd仁 0.8cos 1=0.8tan 1=0.75Pc1=Kd1X Pe1=0.8 X （6 X 1.7+3

14、X 4.6+4 X 2.8+5 X 1.7）=34.96KWQc1=PcX tan仁34.96 X 0.75=26.22KVARSc1= .、（ pc12 Qc12 = 34.96226.222 =43.7KVASc143.7I c1 =n =0.38 =66 4A2. 煨火炉鼓风机，铸工鼓风机，铸工空压机，小鼓风机（4、8、9、12）Kd2= 0.82cos 2 =0.8tan 2 = 0.75Pc2= Kd2X Pe2=0.82X （4 X 2.8+1 X 28+1X 22+4X 1.0）=53.464 KWSc2= (Pc22qc2 ) =+'53.464240.0982 =66

15、.83KVASc2I c2= 3U n :66.83=-3 0.38 =101.53A3.管型电阻炉，箱型电阻炉（6.、7）Kd3=0.8cos 3=0.98tan 3=0.2Pc3= Kd3X Pe3=0.8X (5 X 1+4X 2)=10.4KWQc3=Pc3< tan3 =10.4 X 0.2=2.08 KVARSc3 =、*(巳3Qc3 )=卫0.42 2.082 =10.61KVASc310.61I c3 =；3U n = *'3 0.22 =27.84A4.砂轮机(13)Kd4=0.35cos 4 =0.5tan4=1.73Pc4=Kd4X Pe4=0.35X( 8

16、X 0.5 ) =1.4KWQc4=Pc4X tan4=1.4 X 1.73=2.422 KVARSc4 =_ V(Pc4Qc4 ) = j1.42 2.4222 =2 8KVASc42.8I c4：=v3U n = yf3 0.38 =4 25A5.3吨单梁行车（14）Kd5=0.35cos 5=0.5tan 5=1.73：22Sc5 = p(pc5qc5 ) =丫7.32 12.6292 =3.58KVASc53.58I c5=、'3U n =0.38 =5 43A6.化铁炉加料机，皮带运输机(5、10)Kd6=0.65cos 6=0.75tan 6=0.88Pc6=Kd6X Pe

17、6 =0.65 X( 4X 1.7+6 X 1.7 ) =11.05 KWQc6=Pc6< tan6=11.05 X 0.88=9.724KVARSc6 = ¥(Pc6Qc6 ) =9.7242 =14 72KVASc614.72I c6=P3U n =J3 0.38 =22.36A去同时系数为0.9，则总的计算负荷为6Pc=K P Pcii 1=0.9 X (34.96+53.464+10.4+1.4+7.3+11.05)=106.7166KW6Qc=k Q Qcii 1=0.9 X (26.22+40.098+2.08+2.422+12.629+9.724)=83.8557

18、 KVARSc=(Pc Qc = 106.39262 83.85572 =135 47KVASc135.47I c 3U N = 3 0.38 =205.82A第一车间(大件加工) 大批金属冷加工机床设备组：Pc仁 Kd1Pe1 总=0.2(210.5+210.151+8+3 4+210.1+23.65+31.9+11.4+48.6+17+3449.752=89.95kW9.2+38.1+24.2+77.1+66.8+16.1) =0.2Qc1 =Pc1 tan 1=89.95 1.73=155.6135kvarSc1 = $(Pc12 Qc1 ) /(89.952 155.61352) =1

19、79.74kVASc1 179.74I c1= 3Un = 3 0.38 =273.087A 砂轮机:Kd2=0.6 cos 2 =0.75 tan2=0.88pc2 二Kd2pe2总=0.6 6 1.5=5.4kWqc2 =pc2 . tan 2 =5.4 0.88=4.752kvarSc2 = *(Pc2Qc2 )=*；(5.44752 ) =7.193kVASc27.193I c2 = '3U N = 3 0.38 =10.9286A 吊车组：Kd3=0.15 tan 3=1.73 N =40%pq=2 N PN=2X -0.4 x 46.5=58.81KWpe2 =2 i N

20、pN=2< . 0.4 x 20.5=25.93KW pc3=Kd3pe3=0.15 x (58.81+25.93)=12.71KWQc3=pc3ta n c3=12.71 x 1.73=21.99kvarSc3=(pc322Qc3 ) =25.4kVASc325.4I c3= 3Un = 3 0.38=38.59A取同时系数为0.9，则总的计算负荷为：3PciQciQc =K q i 1=0.9(155.6135+4.752+21.99 ) =164.12kvarSc = Y(pcQc ) =£(97.254164.12)=190.77kVASc190.77I c= - N

21、= 3 0.38 =289.85A第二车间(中、小件加工) 冷加工机床(147)d1K =0.16 tan 1=1.73Pc1 =Kd1 Pe1 =0.16 X (4 X 4.7+3 X 4.2+1 X 7.6+2 X 6.8+34.4+1 X 17.6+4 X 6.5+3 X3.9+3 X 4.8+1 X 23.6+3 X 3.9+4 X 3.9+3 X 3.1+1 X 10.1+3 X 7.6+1 X 22.1+4 X6.8+2 X 2.4+3 X 3.6+3 X 2.9+2 X 4+1 X 11+4X 3+4X 3+3X 4+1 X 9.7+2 X 4.9+1 X 13.2+1 X 13

22、.3+3 X 4.6+2 X 5.2+1 X 7.6+1 X 8.3+4 X 8+3X 4+1 X 7.6+1 X 10+1X 7.6+5 X 3.3+5 X 3.1+6 X 3.4+1 X 7.5+6 X 1.1+7 X 1.5+8 X 0.6)=0.16 X 633.5=101.36kwQc1 =PC1 tan 1 =101.36 X 1.73=175.4kvarSd=J(PC1 QJ 二讥101.36?175,42) =202.6KVA_Sc1_202.6l c1 = (J3)Un =(J3) 0.38 =307.8A 剪床压床(4849)Kd 2=0.25 tan 2 =1.33PC2

23、=Kd2Pe2=0.25 X (2 X 3+1X 3.8)=2.45kwQc2=Pc2tan 2 =2.45 X 1.33=3.26kvarSC2 = J(Pc： Q：2)=J(2.452 3.262)=16.7Kva_Sc2_16.7l C2=(J3)Un =(J3) 0.38=25 4a 电焊机(50)Kd3=0.35 tan 3=1.33 n =65%将电焊机的设备容量转换到=100%寸的功率，且该组只有一台设备故 pc3 二pe3 二pn100% =仆 4=11.29kWQ3 =pC3tan 3=11.29 x 1.33=15.02kvarSc3 =J（Pc； Q：3）=J（11.29

24、21 5.022） =18.8KVASc318.8| C3 = （ . 3）U n = （、3）0.38 =28.6A焊接变压器（51）Kd4=0.15tan2 =1.73n =65%Sn =21kvar cos=40%将弧焊变压器的设备容量转换到=100%寸的功率，企鹅该组仅有一台设备所以 Pn=Sncos =21 x 0.4=8.4kwn65%pe4= p n Y 100% =8.4 x V100% =6.77kwpc4= . 3 x pe4 = 3 x 6.77=11.73kwQc4= P c4tan 4 =1.33 x 11.29=15.02kvarc4=（Pc4Q：4）=J（11.7

25、321 5.022）=19.1KVASC 419.1I C4=（、3）Un =（、3） 0.38=29a吊车（52）Kd5=0.15ta n 5 =1.73 n =40%将吊车的设备转换到=25%寸的功率且该组仅有一台设备n“0%pc5= p n 100% =24.2 X 100% =30.6kwqc5 =pc5 x tan 5 =1.73 X 30.6=52.94kvarSc5=Y（Pc： Q）= J（30.62 52.942） =61.1KVA_Sg_61.1l c5 = n =（心3） 0.38 =92 8A取同时系数为0.9，则总的计算负荷为:K p=K q=0.9PC = Kp X

26、n 6=0.9 X (101.36+2.45+11.29+11.73+30.6)=141.7kw5q qc1Qc=KX n 6=0.9 X (175.4+3.26+15.02+15.02+52.94)=222kvarSC=.(Pc2Q：)(141.722222)=263.4©ASC263.4I c=(、3)Un =(、3) 0.38=400.2A第三车间(热处理) 电阻炉组(1,4,5,6,8 ):Pc仁Kd1 X Pe仁0.75 X (70+60+76+91.5+78)=281.625 KWQc1= Pc1 X tan =281.625 X 0.33=92.936 KvarSc1=

27、、Pc12 Qc12281.6352 92.9362 296.56KVAIc1=Sc1/(3UN)=296.56/( 3 X 0.38)=450.58A 水泵及风机组(2,3,13,14,15,16,17):Pc2=Kd2 X Pe2=0.75 X (10 X 2+3 X 4+15+7.5 X 3+7 X 4+7 X 4+1.7 X 3)=130.6KWQc2= Pc2 X tan =130.6 X 0.75=97.95KvarSc2=、Pc22 Qc2130.62 97.952 163.25KVAlc2=Sc2/(3UN)=163.25/( 、3 X 0.38)=248.03 A 起重机组(

28、12,18 ):J /L阪将起重机换算 =25%时的额定功率，Pe= 25% PN=2 N PN=2X ' °4 x25=31.62KWPc3=Kd3 X Pe3=0.15X (31.62+4 X 2.8)=6.423KWQc3= Pc3 X tan =6.423 X 1.73=11.11KvarSc3= Jpc32 Qc32 、6.4232 11.112 12.83KVAIc3=Sc3/(3UN)=12.83/(3 X 0.38)=19.49A 电弧熔炉组(9,10,11 ):Pc4=Kd4 X Pe4=0.9X (36+12+75)=110.7KWQc4= Pc4 X t

29、an =110.7 X 0.57=63.099KvarSc4=Pc42Qc42110.72 63.0992 127.42KVAIc4=Sc4/(3UN)=127.42/(3 X 0.38)=193.59A小批量生产冷加工机组(19,20,21):Pc5=Kd5Qc5= Pc5X Pe5=0.18X (0.18 X 6+1.5 X 8+0.6 X 4)=2.786KWX tan =2.786 X 1.73=4.82KvarSc5=Pc52 Qc5227862 4.822 5.57KVAlc5=Sc5/(3UN)=5.57/( 3 X 0.38)=8.46A干燥箱(7):只因有一台该设备，故：Pc

30、6=Pe6=30.6KWQc6= 0KvarSc6=、Pc62 Qc6230.6KVAIc6=Sc6/(' 3 UN)=30.6/( ' 3 X 0.38)=46.49A取同时系数为0.9，则总的计算负荷为：Qc = K q x2PcPc = K p x Pi =0.9 X 561.676=505.508 KWQi =0.9 X 269.919=242.927 KvarQc2505.5082 242.9272 560.85KVAIc= Sc/(3UN)=560.85/( 3 X 0.38)=852.123 A第四车间(锻工)1. C41-750型空气锤，C41-250型空气锤,

31、C41-150型空气锤:Kd 1=0.25 cos 1 =0.60tan 1 =1.33Pc1=Kd1*Pe1=0.25*(55+22+17) =23.5KW2. RJJ-45-9箱式电阻炉：Kd2= 0.8cos 2 =0.98 tan 2= 0.2Pc2=Pe2=45KWQc2=Pc2*tan 2=45*0.2=9KVAR3. KCB-175齿轮油泵，3-18-101离心通风机，轴流风机：Kd3=0.75cos 3=0.8tan 3=0.75Pc3= Kd3*Pe3=0.75* (5*1.6+13+8*0.8 )20.55KW4. AX-320电焊机：Kd4=0.35cos 4=0.60t

32、an 4=1.33Pc4=kd4*Pe4=0.35* ' JC *Pn=0.35*°.65*143.95KW5.S3SL400 砂轮机：Kd5=0.16cos 5=0.5tan 5=0.73Pc5= Kd5*Pe5=0.16*5*32.4KW6. 5吨电动双梁式起重机，2吨立柱式起重机，1吨立柱式起重机:Kd6=0.25 cos 6=0.5 tan 6=1.73Pc6=Kd6*Pe6=Kd6* JC*Pn=0.25*(0-25*17.5+3*0-4*8.6+°4 *4*4.22)8.94kW7.锻工车间照明S=(1.9*2000)/1000)*(0.9*2000)/

33、1000)=684m2,W=8w/m2Pe=S*W/1000 = 684*8/10005.472kwKd=0.8Qc=0kvar4.38kwPc=k=0.9*(23.5+45+20.55+3.95+2.4+8.94+4.38)97.85KWQc=k=0.9*(31.255+9+15.41+5.25+1.752+15.46+0)70.31KVARSc= ' Pc 2Qc 2120.49KVASclc= . ( 3 * Un )183.07A取同时系数为0.9，则总的计算负荷为：3PciPc=K q i 1=0.9(23.5+45+20.55+3.95+2.4+8.94+4.38 ) =1

34、20.8kw3QciQc =K q i 1=0.9(31.255+9+15.41+5.25+1.75+15.46 ) =70.2kvarSc=.(Pc2Qc2),12。8270.22)=139.7kvaSc139.7=3 °.38=212.2A表23 全厂负荷计算汇总表序 号车 间 号用电设备分 组设备容量KWKdtan©计算负荷计算电 流Ic(A)PC KWQcKvarScKVANO1第车 间冷加工机床 组0.21.7389.95155.6135179.74273.087吊车组0.151.7312.7121.9925.438.59砂轮组0.60. 885.44.7527.

35、19310.9286小计108.06182.3555乘以K刀二0.997.254164.12190.77289.85NO2第车 间冷加工机床 组0.161.73101.36175.4202.6307.8剪床压床0.251.332.453.2616.725.4电焊机0.351.3311.2915.0218.828.6焊接变压器0.151.7311.7315.0219.129吊车0.151.7330.652.9461.192.8小计157.43261.64乘以K刀二0.9141.7222263.4400.2NO3第电阻炉0.750.33281.62592.94296.56450.58车 间水泵及风机 组0.750.75130.697.95163.35248.03庖重机0.151.736.42311.1112.8310.49电弧熔炉组0.90.57M10.763.09127.4193.5992小批量生产冷加工机组0.181.731.7284.8