10KV工厂供配电系统设计.docx
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10KV工厂供配电系统设计
题目10kv工厂供配电系统设计
1.设计任务..............................................3
1.1设计题目..............................................3
1.2设计目的........................................3
1.3设计任务与要求........................................3
2．设计内容...............................................4-10
2.1.负荷计算和无功功率补偿.............................4-7
2.1.1.负荷计算.......................................4-6
2.1.2.无功功率的补偿.................................7
2.2.变压器的选择.......................................7-8
2.2.1.变压器台数的选择...........................7
2.2.2.变压器容量的选择...........................8
2.2.3.变压器类型的选择...........................8
2.3.导线与电缆的选择..................................9
2.3.1高压进线和引入电缆的选择.......................9
2.3.2380v低压出线的选择...........................9
2.4.电气设备的选择....................................10
2.4.1.模块功能.....................................10
2.4.2.模块需要提供的参数...........................10
2.4.3.继电保护及二次结线设计.............................10
3．防雷与接地装置的设置.....................................10-11
3.1.直接防雷保护............................................11
3.2.雷电侵入波的防护.........................................11
3.3接地装置的设计...........................................11
4．参考文献.....................................................13
1.设计任务
1.1设计题目：
10KV工厂供配电系统设计
1.2设计目的
通过本课程设计：
熟悉供配电系统初步设计必须遵循的原则、基本内容、设计程序、设计规范等，锻炼工程设计、工程计算、工具书使用等能力，并了解供电配电系统前沿技术及先进设备。
让我们了解设计工厂配电的一般流程，对工厂的布局有个大致的概念，对电力系统的接线方式有一定的了解。
1.3设计任务与要求
机械厂的地理位置及负荷分布如下图：
机械厂负荷统计表
厂房编号
厂房名称
负荷类型
设备容量（KW）
需要系数Kx
功率因数cosψ
1
铸造车间
2
300
0.3
0.7
2
锻压车间
3
350
0.3
0.65
3
热处理车间
3
150
0.6
0.8
4
电镀车间
2
250
0.5
0.68
5
仓库
3
20
0.4
0.8
6
工具车间
3
360
0.3
0.6
7
金工车间
3
400
0.2
0.65
8
锅炉房
2
50
0.7
0.8
9
装配车间
3
180
0.3
0.7
10
机修车间
3
160
0.2
0.65
11
生活区
3
350
0.7
0.9
2.设计内容
2.1.负荷计算
负荷计算的目的是：
（1）计算变配电所内变压器的负荷电流及视在功率，作为选择变压器容量的依据。
（2）计算流过各主要电气设备（断路器、隔离开关、母线、熔断器等）的负荷电流，作为选择这些设备的依据。
（3）计算流过各条线路（电源进线、高低压配电线路等）的负荷电流，作为选择这些线路电缆或导线截面的依据。
（4）为电气设计提供技术依据。
计算公式：
有功功率P30=Pe*Kx（kW）
无功功率Q30=P30*TanΦ（kVar）
视在功率S30=P30/CosΦ（KVA）
计算电流I30=S30/（√3*UN）（A）
式中，kx为需要系数；CosΦ为功率因素；TanΦ为功率因素的正切值；UN为用电设备组的额定电压；√3＝1.732。
（1）锻造车间：
P30=Pe*Kx=0.3*300=90kw
Q30=P30*TanΦ=90*1.01=91.8kvar
S30=P30/cosΦ=90/0.7=128.6KVA
I30=S30/√3*UN=128.6/（1.732*0.38）=195.44A
（2）锻压车间：
P30=Pe*Kx=0.3*350=105kw
Q30=P30*TanΦ=105*1.17=122.85kvar
S30=P30/cosΦ=105/0.65=161.5KVA
I30=S30/√3*UN=161.5/（1.732*0.38）=245.44A
（3）热处理车间：
P30=Pe*Kx=0.6*150=90kw
Q30=P30*TanΦ=90*0.75=67.5kvar
S30=P30/cosΦ=90/0.8=112.5KVA
I30=S30/√3*UN=112.5/（1.732*0.38）=170.97A
（4）电镀车间：
P30=Pe*Kx=0.5*250=125kw
Q30=P30*TanΦ=125*1.07=134.8kvar
S30=P30/cosΦ=125/0.68=183.8KVA
I30=S30/√3*UN=183.8/（1.732*0.38）=279.331A
（5）仓库：
P30=Pe*Kx=0.4*20=8kw
Q30=P30*TanΦ=8*0.75=6kvar
S30=P30/cosΦ=8/0.8=10KVA
I30=S30/√3*UN=10/（1.732*0.38）=15.2A
（6）工具车间：
P30=Pe*Kx=0.3*360=108kw
Q30=P30*TanΦ=108*1.33=143.64kvar
S30=P30/cosΦ=108/0.6=180KVA
I30=S30/√3*UN=180/（1.732*0.38）=273.56A
（7）金工车间：
P30=Pe*Kx=0.2*400=80kw
Q30=P30*TanΦ=80*1.17=93.6kvar
S30=P30/cosΦ=80/0.65=123.1KVA
I30=S30/√3*UN=123.1/（1.732*0.38）=187.08A
（8）锅炉房:
P30=Pe*Kx=0.7*50=35kw
Q30=P30*TanΦ=35*0.75=26.25kvar
S30=P30/cosΦ=35/0.8=43.75KVA
I30=S30/√3*UN=43.75/（1.732*0.38）=66.49A
（9）装配车间：
P30=Pe*Kx=0.3*180=54kw
Q30=P30*TanΦ=54*1.01=54.54kvar
S30=P30/cosΦ=54/0.7=77.14KVA
I30=S30/√3*UN=77.14/（1.732*0.38）=117.23A
（10）机修车间：
P30=Pe*Kx=0.2*160=32kw
Q30=P30*TanΦ=32*1.17=37.44kvar
S30=P30/cosΦ=32/0.65=49.231KVA
I30=S30/√3*UN=49.231/（1.732*0.38）=74.82A
（11）生活区：
P30=Pe*Kx=0.7*350=245kw
Q30=P30*TanΦ=245*0.49=118.66kvar
S30=P30/cosΦ=245/0.9=272.2KVA
I30=S30/√3*UN=272.2/（1.732*0.38）=413.68A
机械厂负荷统计表
车间名称
额定容量（kW）
需要系数（K）
工作电压（kV）
功率因数cosψ
计算有功（kW）
计算无功kvar
视在功率KVA
计算电流（A）
铸造车间
300
0.3
0.38
0.7
90
91.8
128.6
195.44
锻压车间
350
0.3
0.38
0.65
105
122.85
161.5
245.44
热处理车间
150
0.6
0.38
0.8
90
67.5
112.5
170.97
电镀车间
250
0.5
0.38
0.68
125
134.8
183.8
279.3
仓库
20
0.4
0.38
0.8
8
6
10
15.2
工具车间
360
0.3
0.38
0.6
108
143.64
180
273.56
金工车间
400
0.2
0.38
0.65
80
93.6
123.1
187.08
锅炉房
50
0.7
0.38
0.8
35
26.25
43.75
66.49
装配车间
180
0.3
0.38
0.7
54
54.54
77.14
117.23
机修车间
160
0.2
0.38
0.65
32
37.44
49.231
74.82
生活区
350
0.7
0.38
0.9
245
118.66
272.2
413.68
总计
2570
0.724
2.1.2.无功功率的补偿
设计要求达到的功率因数为0.9以上，显然不符合要求，需要进行无功补偿。
无功功率的人工补偿装置：
主要有同步补偿机和并联电抗器两种。
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。
考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：
=
（tan
-tan
）=972[tan（arccos0.724）—tan（arccos0.92）]=512.01kvar
选择低压单相并联电容器BWF0.4-75-1/3，单个容量为75kvar。
式中：
为电容器铭牌上的额定容量，Kvar；
为电容器在实际运行电压下的容量，Kvar；
为电容器的额定电压，kV；
U为电容器实际运行电压，kV；
每个电容器的实际无功容量为
=75（380/400）²=67.69kvar
实际应选用的电容器的个数为
=512.01/67.69≈8（个）
2.2.变压器的选择
在进行负荷统计及无功补偿后，就可根据补偿后的容量进行变压器的选择。
变压器的选择包括容量、台数、类型的选择。
2.2.1.变压器台数的选择原则：
在供配电系统中，变压器台数的选择与供电范围内用电负荷大小、性质，重要程度有关。
选择原则：
如果有下列情况考虑选择2台。
1．有大量的一、二级负荷；
2．季节性负荷或昼夜负荷变动大宜采用经济运行方式；
3．负荷集中且容量大（1250KVA以上）的三级负荷；
4．考虑负荷发展可能。
其它情况选择l台，三级负荷一般选择1台。
2.2.2.变压器容量的选择原则：
1.选择1台变压器时容量应满足：
2.选择2台变压器时每台容量应同时满足：
式中，
为变压器低压侧负荷计算容量，
为所要选择的变压器容量，
为部的一二级负荷和。
3．选择l台配电变压器容量时应考虑容量上限，一般不超过1250一2000KVA。
4．适当考虑负荷的发展。
2.2.3.变压器类型的选择原则：
1．一般情况选择双绕组三相变压器，并选用SL7、S7、S9等低损耗电力变
压器‘251。
2．多尘或腐蚀场所选择防尘防腐型变压器如SLl4等系列全密封式变压器。
3．高层建筑选用不燃或难燃型变压器如SCL系列环氧树脂浇注干式变压器
或SF6型变压器。
4．多雷地区宜选用防雷型变压器如Sz变压器。
5．电压偏移大的电压质量要求高的场所选用有载调压型变压器如SZL7、
Sz9系列变压器。
综合以上考虑，选择2台接线方式为Yyn0的S9-100010/0.4kV变压器，每台可分的负荷是700KVA，满足变压器的选择规则。
2.3.导线与电缆的选择
为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济的运行，进行导线和电缆截面时必须满足一些条件:
（1）发热条件
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，可不进行电压损耗检验。
（3）机械强度
导线（包括裸线和绝缘导线）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，但需要检验其短路热稳定性。
母线也应检验短路时的稳定度。
对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。
根据设计要求和有关资料的考证，10kv电路，通常先按发热条件来选择截面，在校验电压损耗和机械强度。
低压照明线路，因为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，再校验发热条件和机械强度。
2.3.1高压进线和引入电缆的选择
10kv高压进线的选择与校验采用LJ性铝绞线，架空敷设，接往10kv公用干线。
查相关资料，10kv铝及铝合金最小截面为35平方毫米，不满足机械强度的要求，故选LJ-35型铝绞线。
由于此线路很短，不需要校验电压损耗。
2.3.2380v低压出线的选择
查找资料，馈电给用电厂房的线路选择采用VLV22-1000型聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。
2.4.电气设备的选择
2.4.1.高压侧一次设备的选择
有真空断路器、高压熔断器、电压互感器、电流互感器、避雷器、接地开关电
压互感器等。
2.4.2.低压侧一次设备的选择
有低压断路器、电流互感器、开关刀、等。
2.4.3.继电保护及二次结线设计
为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。
并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。
设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。
3．防雷与接地装置的设置
防雷的设备主要有接闪器和避雷器。
其中，接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。
接闪的金属称为避雷针。
接闪的金属线称为避雷线，或称架空地线。
接闪的金属带称为避雷带。
接闪的金属网称为避雷网。
避雷器是用来防止雷电产生的过电压沿着电路侵入变配电所或其他建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。
避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。
当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘。
避雷器的型式，主要有阀式和排气式等。
3.1.直接防雷保护
在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。
如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。
如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。
按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻
（表9-6）。
通常采用3-6根长2.5m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5m，打入地下，管顶距地面0.6m。
接地管间用40mm×4mm的镀锌扁刚焊接相接。
引下线用25mm×4mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。
避雷针采用直径20mm的镀锌扁刚，长1～1.5。
独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。
3.2.雷电侵入波的防护
（1）在10KV电源进线的终端杆上装设FS4—10型阀式避雷器。
引下线采用25mm×4mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。
（2）在10KV高压配电室内装设有GG—1A（F）—54型开关柜，其中配有FS4—10型避雷器，靠近主变压器。
主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。
（3）在380V低压架空线出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入的雷电波。
3.3接地装置的设计
采用长2.5m、
50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置，管距5m，垂直打入地下，管顶离地面0.6m。
管间用40mm×4mm的镀锌扁刚焊接相接。
变电所的变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地干线与室外公共接地装置焊接相连，接地干线均采用25mm×4mm的镀锌扁刚。
参考文献
1.刘介才主编．工厂供电．第3版．北京：
机械工业出版社，2004
2.刘介才主编．工厂供电设计指导．北京：
机械工业出版社，2004
3.陈小虎主编.工厂供电技术.第3版．北京：
高等教育出版社，2010
4.唐志平等主编.工厂供配电.北京：
电子工业出版社，2002
5.中华人民共和国建设部．10kV及以下变电所设计规范．北京：
中国水利水电出版社，1995
6.中华人民共和国建设部．供配电系统设计规范．北京：
中国水利水电出版社，1996
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