7模块七供配电系统的设计供配电技术全套教案.docx

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7模块七供配电系统的设计供配电技术全套教案

供配电技术模块七教案

课程

供配电技术

授

课

班级

周次

课时

8

日期

课题

模块七供配电系统的设计

教学

目的

掌握电气主接线的读取方法，学会根据原始资料对变配电所进行主接线设计的方法。

重点

难点

重点：

掌握工厂计算负荷的确定方法，了解无功补偿的措施，掌握照明负荷的计算方法。

掌握短路电流的计算方法。

难点：

掌握电气主接线的读取方法以及根据原始资料对变配电所进行主接线设计的方法。

掌握确定用电设备计算负荷的两种计算方法，掌握用电设备的工作制以及负荷曲线。

教具

多媒体、供电系统图

作业

P269一、1-8；二1-5；三、1-4；四、3；

小结

电气主接线设计、电力负荷的计算、单相用电设备组计算负荷的确定、工厂电气照明负荷的确定、全厂计算负荷的确定、工厂的功率因数及无功补偿、短路故障的原因、危害及种类、短路电流的计算方法、电气设备的接地与防雷设计。

教学内容（含理论联系实际）、时间分配与教学方法设计

时间分配：

学习单元一电气主接线设计（2学时）

学习单元二电力负荷的计算（2学时）

学习单元三短路故障和短路电流计算（2学时）

学习单元四电气设备的接地与防雷设计（2学时）

教学方法：

系统讲授法、典型实例法、引导式教学法、讨论式等多种教学方法的结合。

模块七供配电系统的设计

本模块主要内容：

电气主接线设计：

供配电系统设计的基本知识、供配电系统的设计任务实施；

电力负荷的计算：

电力负荷和负荷曲线、电力负荷的计算、单相用电设备组计算负荷的确定、工厂电气照明负荷的确定、全厂计算负荷的确定、工厂的功率因数及无功补偿；

短路故障和短路电流计算；

短路故障的原因、危害及种类、短路电流的计算方法、；

电气设备的接地与防雷设计；

电气安全、保护接地、防雷保护；

学习单元一电气主接线的设计

一、供配电系统设计的基本知识

1.供配电系统设计的基本原则

（1）严格遵循规范、规程。

（2）供配电系统的设计要求从全局出发，统筹兼顾，结合负荷的性质、用电容量、地区供电条件等情况，合理地确定设计方案，从而满足供电的要求。

（3）供配电系统设计要考虑工程的特点、规模以及发展规划，并以近期建设为主，近期建设和远期发展相结合，适当考虑扩建的可能。

（4）供配电系统设计要选用效率高、能耗低、性能先进的新型产品，从而节约能源

2.供配电系统设计的基本内容

（1）变配电所的设计

（2）供配电线路的设计

3.工厂电气照明的设计

供配电系统设计包括室外照明设计、各车间照明设计、工厂内各建筑物的照明设计、变配电所内的照明设计等。

4.供配电系统设计的步骤及要求

（1）扩大初步设计

扩大初步设计的主要任务是根据设计任务书的要求，进行负荷的统计计算，确定工厂的用电容量，选择供配电系统的方案以及主要设备，编制主要设备材料清单、工程预算，还需报上级主管部门审批。

（2）施工设计

施工设计是在扩大初步设计经上级主管部门批准后，为了满足安装施工要求进行的技术设计，重点绘制安装施工图。

5.供配电系统设计的基础资料

二、供配电系统的设计任务实施

供配电系统的设计任务包括原始基础资料、设计任务及设计过程等。

1.原始基础资料

1）规模

2）供电电源

3）工厂的负荷情况

4）变电所选址

5）电价制度

2.设计任务

（1）编写设计说明书

（2）绘制设计图纸

3.设计过程

（1）分析原始资料，初步拟订多个技术可行的方案。

（2）选择主变压器：

台数、运行方式、容量、型式、参数。

（3）拟订高压侧、低压侧的基本接线形式。

（4）通过技术比较，选出2~3个较优的方案。

（5）通过经济比较，确定最优方案。

学习单元二电力负荷的计算

一、电力负荷和负荷曲线

1.电力负荷的工作制及用电设备的容量

工厂常用的用电设备按工作制可分为以下3类。

（1）长期连续工作制设备

（2）短时工作制设备

（3）反复短时工作制设备

2.负荷曲线

1）负荷曲线的类型及绘制

负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的曲线，反映了电力用户用电的特点和规律。

负荷曲线按负荷对象分为工厂的、车间的或某台设备的负荷曲线；按负荷的功率性质分为有功、无功负荷曲线；按表示的时间分为年的、月的、日的、工作班的负荷曲线；按绘制方式分为折线形负荷曲线、阶梯形负荷曲线。

2）与负荷曲线相关的参数

（1）年最大负荷和年最大负荷利用小时。

（2）平均负荷、年平均负荷和负荷系数。

二、电力负荷的计算

1.计算负荷的概念

全年中负荷最大工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率，称为半小时最大负荷P30。

通常用P30、Q30、S30、I30分别表示负荷的有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷、计算电流。

2.按需要系数法确定计算负荷

按需要系数法确定用电设备组计算负荷的基本公式为

P30=KdPe

式中，Kd为需要系数；Pe为设备容量，是用电设备组所有设备容量之和；Pei为每组用电设备的设备容量。

有功计算负荷为

无功计算负荷为

视在计算负荷为

计算电流为

在确定多组用电设备的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不会同时出现的因素，计入一个同时系数KΣ。

求多组用电设备总的计算负荷时，所用的公式如下。

总的有功计算负荷为：

总的无功计算负荷为：

总的视在计算负荷为：

总的计算电流为：

3.按二项式系数法确定计算负荷

在计算设备台数较少，而且各台设备容量相差悬殊的车间干线和配电箱的计算负荷时宜采用二项式系数法。

基本公式为：

式中b、c——二项式系数；

——用电设备组的平均负荷，其中Pe为用电设备组的设备总容量；

Px——指用电设备中x台容量最大的设备容量之和。

cPx指用电设备中x台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷。

Q30，S30，I30的计算公式与前述需要系数法相同。

采用二项式系数法确定多组用电设备的总计算负荷时，要考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。

在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷（cPx）max，再加上各组平均负荷bPe，求出设备组的总计算负荷。

总的有功计算负荷为：

总的无功计算负荷为：

三、单相用电设备计算负荷的确定

如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15%时：

不论单相设备如何分配，单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡计算。

如果三相线路中单相设备容量超过三相设备容量15%时：

应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。

四、工厂电气照明负荷的确定

（1）无镇流器的照明设备（白炽灯、碘钨灯），其设备容量为灯头的额定功率，即

（2）有镇流器的照明设备，其设备容量一般略高于灯头的额定功率，即

（3）照明设备的额定容量还可以按建筑物的单位面积容量法计算，即

式中:

ω为建筑物单位面积的照明容量，单位为W/m2；A为建筑物面积，单位为m2。

照明计算负荷的确定：

单相设备总容量超过三相设备容量的15%，将单相设备容量换算为等效三相设备容量。

换算方法：

选择其中最大的一相单相设备容量乘三倍，作为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加，应用需要系数法计算其计算负荷。

五、全厂计算负荷的确定

1.逐级推算法

由用电设备组开始，逐级向电源方向推算的方法，在经过变压器和较长的线路时，应加上变压器和线路的损耗。

2．需要系数法

在已知全厂用电设备总容量的条件下，乘以一个工厂的需要系数即可求得全厂的有功计算负荷，即

式中Kd——全厂的需要系数值。

全厂的无功计算负荷Q30、视在计算负荷S30和计算电流I30可分别如前述方法计算。

3.按年产量和年产值估算全厂的计算负荷

将工厂的年产量A乘以单位产品耗电量a，或工厂的年产值B乘以单位产值耗电量b，就可以得到工厂全年耗电量，即

Wa=Aa=Bb

再将工厂全年耗电量除以年最大负荷利用小时Tmax，就可以求出全厂的有功计算负荷，即

而Q30、S30、I30的计算，与上述需要系数法相同。

六、工厂的功率因数及无功补偿

1.工厂的功率因数

瞬时功率因数:

指运行中的工厂供用电系统在某一时刻的功率因数值。

平均功率因数:

指某一规定时间段内功率因数的平均值。

最大负荷时功率因数：

指配电系统运行在年最大负荷时（计算负荷）的功率因数。

2.无功功率补偿

高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调压装置的电力用户，功率因数应达到0.9以上，其他用户功率因数应在0.85以上。

提高功率因数：

提高自然功率因数、人工补偿无功功率。

加装无功补偿装置后，将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既节约了电能，又提高了电压质量，而且还可以降低供电系统的造价。

学习单元三短路故障和短路电流的计算

一、短路故障的原因、危害及种类

1.短路故障的原因

短路故障是指运行中的电力系统或工厂供配电系统的相与相或相与地之间发生的金属性非正常连接。

短路故障产生的原因：

（1）电气设备绝缘损坏。

（2）运行人员的误操作。

（3）飞禽跨接不同电位的裸导体之间或自然灾害。

2.短路故障的危害

（1）短路电流通过导体时，将使导体或电气设备产生大量热量，导体温度急剧升高，从而破坏设备绝缘，甚至可能把电气设备烧毁。

（2）短路电流将在导体和电气设备中产生巨大的电动力，使导体或电气设备发生机械损坏。

（3）短路使系统电压严重降低，电气设备正常工作受到破坏。

3.短路故障的种类

二、短路电流的计算

1.短路计算方法简介

短路计算的常用方法有三种：

有名值法、标幺值法和短路容量法。

2.短路电流的计算概述

进行短路电流计算，首先应绘出计算电路图。

在计算电路图上，将短路计算需要考虑的各元件的额定参数表示在图上，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点，短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。

要按所选择的短路计算点绘出等效电路图。

3.采用有名值法进行短路计算

4.采用标幺值法进行短路计算

5.两相短路电流的计算

6.单相短路电流的计算

学习单元四电气设备的接地与防雷设计

一、电气安全

1.电气危害的类型

电气危害一方面体现在对系统自身方面的危害，如短路、过电压及绝缘老化等；另一方面体现在对用电设备、环境和人身的危害，如触电、电气火灾、电压异常升高造成用电设备损坏等，触电和电气火灾的危害最严重。

2.触电对人体伤害程度的决定因素

人体触电时对人体伤害的严重程度，与通过人体的电流大小、通过的路径、电流的频率和人体的健康状况等因素有关。

通过人体的电流越大，通电时间越长，对人体的伤害程度也越大。

25~300Hz的交流电对人体的伤害最大。

3.安全电流和安全电压

1）安全电流

安全电流是指人体触电后最大的摆脱电流。

我国规定安全电流为30mA（50Hz交流），触电时间不超过1s，因此安全电流值可表示为30mA·s。

2）安全电压

安全电压是指不会使人死亡或伤残的电压。

安全电压与人体电阻有关，人体电阻一般为1700Ω左右。

因此，人体允许持续接触的安全电压为

Usaf=30mA×1700Ω≈50V

此处的50V（50Hz交流有效值）称为一般正常环境条件下允许持续接触的“安全特低电压”。

我国规定安全电压额定值的等级分别为42V、36V、24V、12V、6V。

4.人体触电的形式

人体触电的形式最常见的有以下两种。

1）直接接触触电

2）间接接触触电

5.直接触电防护和间接触电防护

触电防护分为直接触电防护和间接触电防护两类。

（1）直接触电防护是指对直接接触正常带电部分的防护，如对带电导体加隔离栅栏或保护罩；设置安全距离、挂安全标志等。

（2）间接触电防护是指对故障时可带危险电压而正常时不带电的外露可导电部分（如金属外壳、框架等）的防护，如将正常不带电的外露可导电部分接地，并装设接地保护等。

二、保护接地

1.接地的基本概念

电气设备的某部分与大地之间作良好的电气连接，称为接地。

由若干接地体在大地中互相用接地线连接而成的总体，称为接地网。

2.接地的种类和作用

1）工作接地

工作接地是为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的一种接地，如电源中性点的接地、防雷装置的接地等。

2）保护接地

由于绝缘的损坏，在正常情况下不带电的电力设备外壳有可能带电。

为了保障人身安全，将电力设备正常情况不带电的外壳与接地体之间作良好的金属连接，称为保护接地。

3）重复接地

在中性点直接接地的低压电力网中采用接零时，为确保公共PE线或PEN线安全可靠，将零线上的一点或多点再次与大地作金属性连接，称为重复接地。

3.接地装置的装设

1）自然接地体

2）人工接地体

3）接地线

接地线是指将电气设备需要接地的部分与接地体相连的金属导线，包括接地干线和接地支线。

（1）自然接地线。

（2）人工接地线。

4.接地电阻的测量

1）电流-电压表法

2）接地电阻测量仪

三、防雷保护

防雷装置一般由接闪器、引下线和接地装置等部分组成。

1.接闪器

2.避雷针

3.引下线

4.35kV变电所的防雷设计

1）设计原则

2）主要设备

3）变电所的防雷设计

（1）35kV进线端的防雷设计。

（2）变电所的防雷设计。

（3）35kV及10kV母线防雷设备的选择。

4）避雷器的配置和选择

（1）配电装置的每组母线上均应装设避雷器，就近接入主接地网，并加设集中接地装置。

（2）35kV及以下电缆进线端，在电缆与架空线的连接处装设避雷器。