电气工程及其自动化-佛山市某五金厂35KV供配电系统设计

佛山市某五金厂35KV供配电系统设计摘要：本课题的题目是佛山市某五金厂35KV供配电系统设计。主要讲述了工厂供配电系统的意义、设计原则和设计思路。为了满足工厂供配电的安全、可靠、优质、经济的原则，需要考虑各个方面的问题，并对大量数据进行计算。内容包括：确定工厂的计算负荷，并按照相关部门的规定进行无功功率的补偿。进行必要的短路电流计算。对电器和导线进行选择和动热力校验，从供电的持续性和经济性来考虑变电所主变压器的台数、型号、容量，然后开始确定设计主接线方案。根据各种参数不同要求选择继电保护装置。另外也要做好防雷措施，保证供电的安全性和可靠性。本设计的主要目的是计算出工厂的电气参数，根据电气参数来确定工厂供电的设计是否达到标准，从而对电气设备、导线等在安全和经济的原则上进行选择，也论述了工厂供电系统各个设计步骤的意义。关键词：负荷，变压器，继电保护装置Designof35KVPowerSupplyandDistributionSystemofaHardwareFactoryinFoshanCityAbstract：Thetopicofthisprojectisthedesignof35kVPowerSupplyanddistributionsystemofahardwarefactoryinFoshanCity.Thispapermainlydescribesthesignificance,designprinciplesanddesignideasofthepowersupplyanddistributionsystemintheplant.Inordertomeettheprincipleofsafety,reliability,highqualityandeconomyofpowersupplyanddistributionintheplant,itisnecessarytoconsiderallaspectsandcalculatealargenumberofdata.Thecontentincludes:determiningthecalculatedloadoftheplantandcompensatingthereactivepoweraccordingtotheregulationsofrelevantdepartments.Carryoutnecessaryshortcircuitcurrentcalculation.Thenumber,modelandcapacityofthemaintransformerinthesubstationareconsideredanddeterminedbasedonthecontinuityandeconomyofpowersupply,andthenthemainconnectionschemeisdetermined.Therelayprotectiondeviceisselectedaccordingtodifferentparameters.Inaddition,lightningprotectionmeasuresshallbetakentoensurethesafetyandreliabilityofpowersupply.Themainpurposeofthisdesignistocalculatetheelectricalparametersofthefactory,accordingtotheelectricalparameterstodeterminewhetherthedesignofthefactorypowersupplymeetsthestandards,soastoselecttheelectricalequipment,wires,etc.intheprincipleofsafetyandeconomy,andalsodiscussesthesignificanceofeachdesignstepofthefactorypowersupplysystem.Keywords：Load，Transformer，RelayOrotectionDevice目录

第1章绪论 第1章绪论1.1研究背景和意义1.1.1工厂供配电系统的背景分析电能在如今高新科技工业生产中是不可或缺的能源。电能可以通过简单的方式来变为其他形式的能，也易于传输和分配，而且在当今这个高科学技术的背景下，基本上都需要用到电能，因此电能的应用范围非常广泛，它的合理供应和分配就显得极其重要。本课题的目的就是设计一个可以满足安全、可靠、优质、经济的基本条件下完成电能的供应和分配的工厂供配电系统。1.1.2工厂供配电系统的研究意义如今的科学技术飞速发展，然而大多数的高新电气自动化技术都是要用到电能这一重要能源的，所以电能的供应和分配就显得非常重要。电能就像工业生产的这个系统中的血液且为主要能源，电能的重要性并非体现在它的费用与设备的总投资所占的比例上，而是它在现代化工业生产中，若能实现正常供电，则可与其他高新机械工业技术互利互助，让工业能够在电气自动化的帮助下，如此一来可以加快工厂的生产速度和提高质量，也可以改善生产环境，减少生产员工的劳动力，更有利于实现工业自动化。但是电能的分配和传输过程中，会受到外界的干扰而出现故障，例如短路故障，出故障后容易让导线或设备发热而导致停电，某些电力场所对供电的依赖性是十分之强的，即使是一段短时间的断电也会造成严重的不良后果，停电会导致贵重的电气设备损坏，而且还会导致大量的产品不符合规格要求而报废，产出大量的废品，从而带来了大量的经济损失，而且还会对环境产生不良影响，报废废品等会污染环境，严重时，还会可能发生人身事故，在生态环境上和经济上都给国家和人民带来了重大的损失。因此电能的安全性和可靠性显得极其重要，安全可靠地供配电能的工作就必定要做好。另一方面，实现电能的传输和分配的架构和建设，需要一定的人力和成本，因此研究如何降低电能传输和分配的成本又能实现安全可靠性从而带来经济性，也显得十分重要。本课题设计的就是关于某五金厂的工厂供配电系统，从而满足电能供配的安全、可靠、优质和经济。1.2工厂供电系统的设计原则工厂供电系统必须符合以下相关规定：（1）工厂供电系统设计必须遵守国家的法律法规和规定标准，在电能分配和供应中要注意环境保护，用符合国家标准的效率高、耗能低、性能先进的电气产品，保证人身安全，防止发生意外事故造成不良影响。（2）工厂供电系统的设计必须保障电能供应的可靠性和持续性，应考虑到出意外故障时可方便地检查和维修，应考虑一定的地理环境等因素带来的多方面影响而作出设计方案。（3）工厂供电系统的设计应考虑到项目的经济性，应做到节约能源、减少有色金属的浪费等相关措施来保障设计的经济性。（4）设计过程中应考虑到未来的技术拓展扩建，应留有一定的未来扩展空间或余地，适当考虑未来扩展的可能性。

第2章工厂简介及设计要求2.1工厂产品和车间分布2.1.1本厂产品本厂主要制造五金工具、日用五金、不锈钢工具的配件生产，以铸造、锻压、装配为主。2.1.2车间分布本厂由工具车间、金工车间、铸造车间、电镀车间、锻压车间、仓库、装配车间、等主要车间组成，其中还有综合楼。为保证效率和安全，均采用最新先进设备。详细请参考图2-1。2.2设计依据2.2.1工厂总平面布置图图2-1工厂总平面布置图其中1为铸造车间，2为锻压车间，3为机修车间，4为电镀车间，5为工具车间，6为办公室，7为装配车间，8为金工车间，9为锅炉房，10为仓库。No.1~No.5为车间变电所，No.6为总变电所2.2.2供用电协议及技术要求一般来说工厂的某些参数都要达到一定标准，内如如下：（1）我厂的电源进线为35KV，由电力系统干线来取得。电力系统供电线路牌号为LGJ型，它的断路器的断流容量为300MVA,线长7km，该线呈等边三角形，几何均距为1.5m。该电力系统线路定时限过流保护继电器的保护动作时间值是2秒，工厂主变电所处变压器继电保护动作时不可超过1.5秒。（2）五金工厂的功率因数应大于0.9。2.2.3工厂的负荷性质本厂为三班制工作，部分车间为单班制或两班制。全年为306个工作日，年最大负荷利用小时数为5000h。铸造车间和锅炉房属于二级负荷。2.2.4工厂的自然条件一、气象资料：（1）工厂所在地区年平均气温为23℃，年极端最低气温为2℃，年最高气温为37℃，年最热月平均最高气温为29℃，年最热月平均气温为26℃。（2）最热月地下0.8m处平均温度为21℃。（3）年主导风向为北风，年雷暴日数为73。二、地质水文资料：本厂位于佛山市，平均海拔为871米，地质以砂粘土为主，地下水位为9米。

第3章负荷计算及功率因数补偿计算3.1负荷计算3.1.1负荷计算的意义工厂供电系统设计中的计算负荷尤为重要，是设计的重要依据。它可由几个公式得出，得出的结果会直接影响到电器设备、导线的选择等等，主要根据发热条件来确定电气元件的负荷值，计算负荷值会直接影响到所选导线、电缆的材料。计算负荷的值不能与实际的偏差有太大的偏差值，如果计算负荷的数值比实际所要求的计算负荷要大，则会造成选择的导线或者电气装置体积偏大，所需有色金属的使用量就会变得更多，从而造成有色金属的浪费，给工厂供配电的经济带来严重损失。另一方面，如果计算负荷的数值比实际所要求的计算负荷要小，则会降低了导线或电气设备的受热能力，增加了导线或电气设备的负担，甚至给导线或电气设备带来损坏，严重时会导致整个供配电系统崩溃。由此可知，负荷的正确计算，显得尤其重要，所以我们在计算负荷时，尽可能地结合实际所需来确定其值的大小，以保证供配电系统电能的经济性和提高电能供配的质量。3.1.2负荷计算的方法负荷计算有两种方法，一是需要系数法，二是多项式系数法。如果在设计过程中的电气设备台数较多，而且电气设备的容量偏差不大的话，就采用第一种计算方法，即需要系数法。需要系数法需要按照要求给电气设备进行分组，然后计算不同装置的计算负荷，查出各组装置的参数，如：功率因数、需要系数等，运用公式求出各总计算负荷，总有功计算负荷和总无功计算负荷各自乘以一个同时系数K∑3.1.3车间的总计算负荷下表中用到的公式有：有功计算负荷： P30=PeKd—无功计算负荷： Q30=P30视在计算负荷： S30=P30 S30=P30计算电流： I30=S30为了计算数据能简单直观地表达出来，绘制了表3-1如下所示（电压为380V且保留2位小数）：表3-1工厂总计算负荷表序号车间名称设备容量/kWKcosΦtanΦ计算负荷变电所代号PkWQkvarSkVAIA1铸造车间4000.40.71.02160163.2228.57347.28No.12锻压车间2200.30.61.336687.78110167.13No.2金工车间2100.30.61.336383.79105159.53小计(K=0.9)430116.1154.41193.19293.523工具车间2000.30.61.336079.8100151.93No.3电镀车间2000.60.80.7512090150227.9小计(K=0.9)400162152.82222.14337.54装配车间1000.40.71.024040.857.1486.82No.4机修车间1500.30.71.024545.964.2997.68仓库300.30.71.0299.1812.8619.54续表3-1办公室200.810160小计(K=0.9)3009986.29131.33199.545锅炉房3000.60.71.02180183.6257.14390.68No.5总计取Kp=0.95，K681.25718.11989.841503.913.2功率因数补偿计算3.2.1功率因数对供电系统的影响在电能传输的过程中，有无功功率和有功功率，当工厂供配电系统在有功功率维持稳定值时，无功功率的大小会影响到功率因数，当无功功率增大时，功率因数会随之变小，将会造成以下影响：（1）系统中的电气设备的电流值会相对变大，导致其容量增大，从而让仪表规格尺寸、启动的控制设备等增大，大大增加了供配电系统的经济负担。（2）系统总电流增大，有功功率的损耗也会因此增大。（3）系统的电流增大，电压的损失也会更加严重，导致调压的难度变得困难。3.2.2功率因数的补偿供配电系统的功率因数需要达到一定的标准要求，这个要求是国家规定的，一般要求设计的功率因数cosΦ大于或等于0.9。想要供配电系统的功率因数达到规定的功率因数要求，可采取安装电容器等措施，让有功功率和无功功率的比值变大，从而达到规定值。补偿容量可按以下公式来求得： QC=P30 n=QC÷q其中cosΦ2是要求达到的功率因数，3.2.3补偿装置的选择有两种提高功率因数的补偿装置，一种是静电电容器，一种是同步补偿器。由于静电电容器的耗费比较低，也方便维修，所以本次设计采用静电电容器。从上述的负荷计算表可得知P30=681.26KW,可得cos cosΦ1=P=681.26KW/989.84KVA=0.68而本厂要求达到的功率因数为0.9，0.68<0.9，所以要进行无功补偿，本设计采用BWF10.5-30-1型并联电容器，qC=30kvar。因低压端有电压损耗，所以功率因数应比0.9稍微高一点，这里取cos QC=P=681.25×（tanarccos0.68=465.33kvar取QC n=QC/q=470/30=15.67因为三相电器的原因，电容为单相，n应取3的倍数，所以n取18，即n=18，应装设18个此类型的并联电容器。低压侧的视在功率为： S30=P=681.252=725.02kVA变压器功率损耗： ∆P'T≈0.015=0.015×725.02kVA=10.88kW ∆Q'T≈0.06=0.06×725.02kVA=43.5kvar补偿后高压侧计算负荷为： P'30=P30=681.25kW+10.88kW=692.13kW Q'30=Q30=(718.11-470)kvar+43.5kvar=291.61kvar S'30=P'=692.132补偿后功率因数： cos'φ==751.05/791.57=0.95>0.9本厂功率因数达到要求。无功补偿后五金厂的计算负荷：表3-2补偿后计算负荷表P30Q30S30I30cosΦ380V侧681.25248.11725.021101.550.94变压器功率损耗0.015S300.06S3010KV侧692.13291.61751.0543.360.95变压器功率损耗0.015S300.06S3035KV侧703.4336.67779.8212.860.9023.3变压器的选择3.3.1变压器台数的选择方案变压器需按照不同情况而确定其数量，应尽量选择适合的台数，不宜多，不宜少，多了会造成经济损失，少了的话又不能达到供配电的需求。因此要按照当地的环境和供配电系统的负荷特点来确定变压器的台数。选择变压器台数的依据是：（1）工厂负荷是否为一级负荷或者二级负荷。（2）工厂的负荷是否会随着昼夜的变化或者季节的变化等因素导致负荷变动的幅值较大。本设计属于二级负荷，可以安装两台变压器，也可以安装一台变压器，但是要有备用电源，为了供电的可靠性，防止日后变压器出现故障需维修而断电，本设计选择使用两台变压器，一台变压器故障需维修时，可由另一台变压器代替其工作变压，提高电能运输稳定性。3.3.2变压器容量的确定变压器的容量确定也与变压器的台数息息相关，如果只选择一台主变压器，主变压器的容量应该满足用电设备总计算负荷的要求，即： SN.T≥S30如果主变压器为两台，则每台主变压器的计算负荷应满足60%~70%的总计算负荷S30 SN.T≈(0.6~0.7)且满足一二级符合的要求，即 SN.T≥S30本厂的每台主变压器容量为： SN.T=(0.6~0.7=（0.6~0.7）×791.57=(474.942~554.01)kVA且 SN.T≥S30=228.57+257.14kVA=485.71kVA取SN.T所以主变压器初步选择容量为630kVA，其他车间的变压器容量计算同理，结算结果列为表3-3。车间每台变压器容量的上限不应该大于1000KV·A（或者1250KV·A），为考虑未来的发展，留有一定余地。3.3.3变压器功率损耗及型号、连接方式选择电能通过变压器时，会有一定的功率损耗，在一般负荷计算时，通常用简化公式计算近似数值，对SL7、S9等系列变压器来说，可简化公式为： ∆PT≈0.015 ∆QT≈0.06Dyn11联结变压器具有更利于抑制高次谐波电流，更有利于低压短路故障的切除和抗不平衡负荷能力强的优点，本厂变压器均采用Dyn11联结方式，再根据3.3.2的同理计算，可对变压器型号进行确定，并列为表3-3：表3-3主变压器参数表序号视在功率（kVA）变压器型号变压器容量(kVA)变压器连结组别变压器阻抗电压%变压器有功损耗(kW)变压器无功损耗(kvar)1550S9-630/35630Dyn1159.4537.82550S9-630/35630Dyn1159.4537.8表3-4车间变压器参数表序号变压器型号变压器容量(kVA)变压器联结组别变压器阻抗电压%变压器有功损耗(kW)变压器无功损耗(kvar)No.1S9-250/10250Dyn1143.7515No.2S9-200/10200Dyn114312No.3S9-250/10250Dyn1143.7515No.4S9-200/10200Dyn114312No.5S9-315/10315Dyn1144.7318.93.3.4高压开关柜的选择考虑到检修时方便，可将主要的电气设备拉入拉出，采用JYN1-35型手车式高压开关柜。另一方面为了人身安全和防止误操作等“五防”的问题，且按照经济方面去考虑又具备维修安全、供电可靠性强等优点，选用GG-1A(F)型固定式开关柜。

第4章主接线方案的设计4.1概述主接线方案即为整个工厂各个区间、部分的电力线路的连接方案，把整个工厂的电路清晰明了地用一副或多副图展现出来。也就是把电力系统电源线，并接的架空线路、经过的各种电气设备如断路器开关、隔离开关等等，经过的各个车间变配电所和各车间之间的电线，全部一一地连接起来，并用一个图来清晰直观地表达出来的方案。该方案采用的连接方式是否合理，会直接影响到工厂电力系统的供电效率，主接线方式应该能让工厂的供电安全得到保证，保证人身安全，并且应考虑电力系统中某部分区域出故障时，供电系统是否能保证供电可持续性，如某路发生短路时，可由另一条支路来提供电能，或者电力系统某部分发生故障时，不应断开整段线路的开关，而是只选择断开发生故障部分的电源开关，即保证供电的可靠性。总而言之，主接线方案十分重要，可以直接改变电力系统电能的供电安全和供电可持续性，因此在设计时，应慎重考虑。4.2总配电所主接线的设计4.2.1车间变电所的位置的确定车间变电所的位置是由计算负荷确定的，应确定负荷中心，然后分散地分布，分布时遵循类似力学重心的理论，本设计也是按照这个理论来分布车间变电所的。4.2.2对电气主接线的选择运用两台主变压器时，一般采用桥式接线，增加灵活性和可靠性。有以下两种接线方案：图4-1接线方案一方案一为外桥式接线，如上图所示。这种方案停用变压器的操作简单，但是当一路发生故障时，要切换线路就变得格外麻烦。所以这种接线方案多用于电源线比较短，电源进线维修机会少，且负荷频繁变动，适用于经济运行需经常切换的变电所。图4-2接线方案二方案二为内桥式接线，如上图所示。这种方案在切换电源进线时操作比较方便，但是在停用变压器时，却需要麻烦的操作，跟方案一恰恰相反。所以这种方案适用于电源进线长检修机会多而不需要来回切换变压器的变电所。选择结果：本设计由两台主变压器并列运行，选择双电源供电的方式，采用桥式接线，在两条35KV电源进线间会有一条连接电线，电线上有桥路开关，当一条电源线出故障时，可由另一条电源线通过两点电源间的桥路接线来获取电能，考虑到以后出故障时检修的方便性，也为能提高供电的持续性和可靠性和线路的灵活性，选择内桥式接线，此外10KV出现侧也采用相似的原理。4.2.3主接线图工厂主接线图如下图所示：图4-3工厂主接线图

第5章短路计算5.1概述在供配电系统的运行中，难免会有电气设备出现短路故障的问题。发生短路的原因一般有以下几种：（1）人工误操作导线。（2）电缆的绝缘材料受到日晒雨林或者鸟类的影响，绝缘层受损，导线从而裸露出来。（3）雷击等等。然而短路也给供配电系统带来诸多不良影响，会使电路的电流大大增加，电缆导线的热量也随之增加，严重时容易发生人身安全事故，甚至会使整个供配电系统瘫痪，造成重大的设备损坏和经济损失。因此要尽量减少短路情况的发生，不定期检查电缆导线的绝缘是否良好。在设计供配电系统时，往往需要考虑短路故障时的短路电流有多大，从而采取相应的措施来避免短路电流给供电系统带来严重的不良影响。从而满足供配电系统的供电的安全性和可靠性。5.2短路计算5.2.1短路计算本设计的短路电流计算用标幺制法实现。另外在本设计中第二章有提到断路器的断流容量为300MVA。5.2.2计算步骤（1）绘出短路计算电路图如图5-1所示图5-1短路计算电路图（2）确定基准值取Sd=100MVA, Ud=Uc=1.05UN 故取Ud1为36.75KV，Ud2为10.5KV，U Id1=Sd3=1.5KA Id2=Sd3=5.5KA Id2=Sd3Ud3=144.3KA（3）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1）电力系统已知Soc=300MVA X1*=Sd=100MVA÷300MVA=0.332）架空线路查得35KV的X0 X2*=X0=0.4×7×100MVA3）电力变压器由上述表3-2可知Uk%=5, X3*=X4=5×100×104）车间变压器No.1车间变电所Uk X5*=Uk4×100×1000100×250（4）画出短路电路的等效电路如图5-2所示图5-2短路电路等效图K-1点的短路电路总电抗标幺值： X(k-1)*==0.33+0.19=0.52K-2点的短路电路总电抗标幺值： X(k-2)*==0.52+7.94/2=4.49K-3点的短路电路总电抗标幺值： X(k-3)*=X(k-2)=4.49+16=20.49短路电流：K-1点短路电流：三相短路电流周期分量有效值为： Ik-1(3)=Id1=1.5KA0.52其他短路电流为： Ik-1''(3)=I∞k-1 ish(k-1)(3)=2.55Ik-1''(3)=2.55× Ish(k-1)(3)=1.51Ik-1''(3)=1.51× （低压时：ish(k-n Ish(k-n)(3)三相短路容量为： Sk-1(3)=SdX(k-1)*同理可求出其他车间变电所的短路电流，为了表达清晰，列为下面表格5-1。5.2.3短路计算结果将短路计算列为表5-1表5-1各段电路的短路电流表短路计算点短路电流（KA）短路容量（MVA）IIIiISK-12.92.92.97.44.38192.3K-21.221.221.223.11.8420.04No.1K-37.047.047.0412.957.674.89No.2K-35.895.895.8910.846.424.08No.3K-37.047.047.0412.957.674.89No.4K-35.895.895.8910.846.424.08No.5K-38.398.398.3915.449.155.81

第6章电气设备的选择与校验6.1概述供配电系统要正常运行，需要很多电气设备，主要的电气设备有断路器、隔离开关、熔断器、开关柜、电压、电流互感器、电缆、导线等等，为了使供配电系统能够正常运行，不同性能和不同型号的电气设备会在供配电系统运行时发挥不同的作用，进行选择时，应该对电气设备进行相关计算，对电气设备的热稳定性和动稳定性进行校验。6.2按情况校验电器的稳定性6.2.1短路热稳定校验电路出现故障时，即短路或不正常情况时，电气设备发热的温度不能太高，通常有一个标准，不能超过这个标准值，热稳定性就是形容电气设备能够忍耐这种温度的性能，检验条件： It2t≥I tima=tk tk=top表6-1上述公式各符号意义符号tttIIt符号的意义短路时间短路保护装置动作时间短路断路器断路时间短路时的热量短路时设备允许发热量6.2.2动力稳定校验电路出现故障时，电气设备会因此产生一种振幅很大的力，严重时会使设备发生碰撞而损坏，动稳定性就是形容电气设备能够抵抗这个力的性能。通常按公式进行校验： imax≥i Imax≥I6.2.3选择电气设备时应校验的项目表6-2设备需要校验的参数项目表序号设备名称电压KV电流A断流能力短路稳定度校验动稳定热稳定1高/低压断路器√√√√√2高/低压负荷开关√√√√√3高/低压隔离开关√√—√√4熔断器√√√——5电压互感器√————6电流互感器√√—√√6.3电气设备的选取6.3.1电气设备校验电气设备的额定电压UN要大于或等于所在系统中的电压UN，额定电流IN也应大于所在电路的电流I30，设备的开断电流Ioc和断流容量S以35KV侧高压断路器的校验为例：暂选SN10-35型断路器 UN.FU≥U35KV=35KV断路器的额定电压满足要求。 IN.FU≥I600A≥12.86A断路器的额定电流满足要求。 Ioc≥Ik8.5KA≥2.9KA断路器的断流能力满足要求。 Ish(3)=2.55Ik(3)=2.55×2.9KA=7.4KA imax≥Ish25KA≥7.4KA断路器的动稳定度满足要求。 It2t≥8.5144.5>18.5断路器的热稳定度满足要求。各项均满足要求，故选SN10-35型断路器。同理，其他设备也可求得。6.3.2电气设备的选取下表为各设备的电压、电流、断流能力以及动稳定性和热稳定性的校验及选择结论：表6-335KV侧设备校验结果表设备数据高压断路器隔离开关电压互感器电流互感器避雷器SN10-35GN2-35T/400JDJ2-35LCZ-35400/5FZ-35UN35KV35KV35KV35KV35KVI30600A400A1500AIk-18.5KA14KAIsh(3)=2.5525KA63.6KAI∞（3）2t8.5219.5KA结论满足满足满足满足满足表6-410KV侧设备校验结果表设备数据高压断路器隔离开关电压互感器电流互感器避雷器续表6-4SN10-10/630GN8-10/200JDZJ-10LQJ-10FS4-10UN10KV10KV10KV10KV10KVI30630A200A100AIk-216KAIsh(3)=2.5540KA25.5KA31.8KAI∞（38.5210281结论满足满足满足满足满足表6-5380V侧设备校验结果表设备数据低压断路器低压断路器低压断路器电流互感器电流互感器DW15-1500/3DZ20-1250DZ20-1600LMZJ1-0.5LMZ1-0.5UN380V380V380V500V500VI301500A1250A1600A1300A1300AIk-316KA30KA35KA10KA10KAIsh(3)=1.84I∞（3结论满足满足满足满足满足

第7章工厂电力线路的设计7.1导线、电缆线线路的设计导线线路主要由有色金属和绝缘保护体组成，在选择导线时，一般要对发热条件和机械强度进行校验，选择导体横截面积的计算值一定要符合实际要求达到需要的值，不宜太大也不宜太小。横截面积太大会造成有色金属的浪费，大大提高了设计投资成本，横截面积太小会导致电缆线的受热条件不足，容易受热并发生故障，造成设备损坏。7.2导线选择时应满足的条件7.2.1按发热条件选择导线在运输电能时，电能会有一部分转化为热能，所以在选择导线时要考虑到其发热这个问题，允许载流量Ial要大于或等于通过相线的计算电流I Ial≥I30允许载流量：定义是一个电流值，当导线正常工作时，在各种电流发热引起的热量、坏境温度等影响下，导线可以忍耐且不会让温度超标的最大电流。7.2.2按经济电流密度选择经济电流密度，顾名思义就是又能在最经济的条件下选择导线，减少金属浪费，又能让用电的费用至于最低的电流密度值。我国规定的经济电流密度jec表7-1规范的经济电流密度表线路类别导体材料年最大负荷利用小时Tmax<30003000~5000≥5000经济电流密度j架空线路铜3.002.251.75铝1.651.150.90电缆线路铜2.502.252.00铝1.921.731.54按经济电流密度来选择导线的横截面积时，可采用下面的公式，其中Aec Aec=I30计算出Aec后，应按实际来选取最接近A7.2.3电压损耗及其计算在架空线或导线中有阻抗的存在，所以电能运输过程会有电压损耗，我们应该尽量把电压损耗降低，通常高压线的电压损耗应小于或等于线路额定电压的5%，低压线的电压损耗，即低压变电所低压侧至用电设备端的电压损耗，应小于或等于用电设备额定电压的5%。如若电压损耗超出规定值，应重新选择导线的横截面积，加大其横截面积。电压损耗的计算公式： ΔU=P30R ΔU%=ΔUU7.2.4机械强度校验一般来说，架空线路需要进行机械强度校验，即导线最小横截面积，如下表所示：表7-2架空裸导线最小截面积导线种类最小允许截面积/mm35KV3~10KV低压铝及铝合金线353516钢芯铝绞线3525167.3导线和导线横截面积的选择表7-3车间的计算电流汇总表车间名称有功功率/KW无功功率/Kvar车间计算电流铸造车间160163.2347.28锻压车间6687.78167.13续表7-3金工车间6383.79159.53工具车间6079.8151.93电镀车间12090227.9装配车间4040.886.82机修车间4545.997.68仓库99.1819.54锅炉房180183.6390.687.3.1各车间导线的选择由本设计第一章所知，本五金厂年最大负荷利用小时Tmax=5000，且我厂采用铝线导线材料，车间采用电缆线路，查表7-1可知jec以下为各车间导线横截面积选择及计算过程：（1）从No.1变电所低压侧连接至铸造车间的电缆线及其横截面积择：1）按经济电流密度：已知I30（1 Aec（1）=347.28A=225.5mm选最接近标准的240mm2，即LGJ-2402）按发热条件：查资料表可知，LGJ-240型钢芯铝绞线的允许载流量为（温度为25℃时） Ial=610A>I30（1）因此满足发热条件。3）机械强度：查表7-2得知，240mm2>16mm4）电压损耗校验：查得LGJ-240线路电阻R=0.15Ω/km，由于几何均距为1500mm，故电抗X=0.33/km。1号变电所离铸造车间约150m。 ΔU=P30R=160=11.68V ΔU%=100ΔUU=11.68=3%<5%电压损耗没超标，满足要求。故选LGJ-240型钢芯铝绞线。（2）从No.2变电所低压侧母线连接至锻压车间的电缆线及其横截面积择：1）按经济电流密度：已知I30（1 Aec（1）=167.13A=108.53mm选最接近标准的95mm2，即LGJ-952）按发热条件选择，查资料表可知，LGJ-95型钢芯铝绞线的允许载流量为（温度为25℃时） Ial=335A>I30（1）因此满足发热条件。3）机械强度：查表7-2得知，95mm2>16mm4）电压损耗校验：查得LGJ-240线路电阻R=0.35Ω/km，由于几何均距为1.5m，故电抗X=0.35/km。2号变电所离锻压车间约150m。 ΔU=P30R+Q30=66KW×0.35×0.15km+87.78Kvar×0.35×0.15km=21.25V ΔU%=100ΔUU=21.25V=5.9%>5%由于电压损耗超标，故需增大导线的横截面积，增大为120mm2时满足要求,故应选LGJ-120同理，可由上述方法计算得到各车间导线的型号，为了方便参考，绘制了表7-4，如下：表7-4各车间导线型号表车间名称导线型号铸造车间LGJ-240型钢芯铝绞线锻压车间LGJ-120型钢芯铝绞线金工车间LGJ-120型钢芯铝绞线工具车间LGJ-120型钢芯铝绞线电镀车间LGJ-185型钢芯铝绞线装配车间LGJ-50型钢芯铝绞线机修车间LGJ-70型钢芯铝绞线仓库LGJ-35型钢芯铝绞线锅炉房LGJ-240型钢芯铝绞线其中，因锅炉房的导线若超过70m左右，会导致导线横街面积即使取最大值扔然无法让电压损耗满足要求，所以锅炉房至10kv/380变电所的导线长度设计为60m，各车间离各自变电所为150m。7.3.2380V侧母线的选择由于某些车间是共用同一个变电所的，所以有母线的存在。No.2变电所是锻压车间和金工车间的共用变电所，以下是导线选择的计算过程：已知No.2变电所计算负荷为：P30=116.1KW，Q30=154.41Kvar，1）按经济电流密度已知jec Aec=I30jec=293.52A1.54A/m尽量选择接近值，横街面积取40mm×5mm，暂时选择LMY40×5型涂漆矩形硬铝母线。2）按发热条件查表可知，LMY40×5型涂漆矩形硬铝母线的允许载流量（温度为25℃时）540A>293.52A，满足要求。3）按机械强度查表7-2可知，横截面积为40mm×5mm>16mm24）电压损耗查资料得，LMY40×5型涂漆矩形硬铝母线的电阻R=0.18Ω/km，电抗竖放时X=0.21，横放时X=0.19，本设计选择横放母线，故X=0.19，母线长150m，电压损耗计算如下： ΔU=P30R+Q30=116.1KW×0.18×0.15km+154.41Kvar×0.19×0.15km=19.83V ΔU%=100ΔUUN =26.44V=5.2%>5%电压损耗超标，应增大横截面积为50mm×5mm，其电压损耗为4.4%<5%，满足要求，故No.2变电所母线选取LMY-50×5型涂漆矩形硬铝母线。其他变电所母线线长均为150m同理也可求出，各变电所母线的型号如下表所示（由于No.1变电所只经过铸造车间，故不需要母线，No.5同理）表7-5变电所母线型号表变电所序号母线型号10KV侧总母线LMY-25×3型涂漆矩形硬铝母线No.2变电所380V侧母线LMY-50×5型涂漆矩形硬铝母线No.3变电所380V侧母线LMY-50×6型涂漆矩形硬铝母线No.4变电所380V侧母线LMY-40×4型涂漆矩形硬铝母线7.3.310KV侧的导线选择10KV侧计算负荷为：P30=692.13KW，Q30=291.61Kvar，按经济电流密度已知jec Aec=I30jec=43.36A1.54A/m尽量取近似值取35mm2，暂时选取LGJ-35按发热条件查资料得LGJ-35型钢芯铝绞线允许载流量（温度为25℃时） Ial=170A>I30=43.36A （7-1满足要求。机械强度LGJ-35型钢芯铝绞线横截面积为35mm2>25mm电压损耗查资料得LGJ-35型钢芯铝绞线电阻R=0.89Ω/km,几何均距为1.5m时电抗X=0.39Ω/km，线路长2km。 ΔU=P30R+Q30=692.13KW×0.89×2km+291.61Kvar×0.39×2km10 ΔU%=100ΔUUN =145V10000V满足要求。故选用LGJ-35型钢芯铝绞线。7.3.435KV的架空线选择35KV侧计算负荷为：P30=703.4KW，Q30=336.67Kvar，按经济电流密度由于线路为架空线路，查表得jec Aec=I30=12.86A0.9A/m由于35KV架空线机械强度最小允许横截面为35mm2，故选取35mm2，暂时选择按发热条件查资料得LGJ-35型钢芯铝绞线允许载流量（温度为25℃时）Ial=170A>12.86A电压损耗查资料得LGJ-35型钢芯铝绞线电阻R=0.89Ω/km,几何均距为1.5m时电抗X=0.39Ω/km，线路长7km。 ΔU=P30R=703.4KW×0.89×7km+336.67Kvar×0.39×7km35 ΔU%=100ΔUUN =151.47V35000V满足要求。故选用LGJ-35型钢芯铝绞线。

第8章供电系统的保护和防雷8.1继电保护的意义供电系统在运行时，可能经常会出现故障和不正常状态。其中最常见的故障事短路故障，短路故障会引起电流大大增加，从而导致电气设备、导线发热，而造成严重损坏，带来经济损失，严重时会发生人身安全事故。而不正常状态就是电气设备没有发生短路，但是也没有按照规定要求和预想的效果来发挥其在供配电系统中的性能和作用，从而使供电可靠性得不到保证。但是故障和不正常状态同样会给电路带来不良影响，所以我们应该采取相关措施来避免以上情况的发生，我们通常会采用继电器来对工厂供配电系统进行保护，继电器的性能可以在系统发生故障时，做到快、精、准地切断故障点，避免故障的时间过长带来的不良影响，也可以在电气设备处于不正常状态时，发出相关的信号，可以让工作人员尽早地到达现场进行电气设备的检查和维