某塑料五金制品厂供配电系统电气部分初步的设计.docx
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某塑料五金制品厂供配电系统电气部分初步的设计
工厂供电课程设计任务书
一、设计题目
某塑料五金制品厂供配电系统电气部分设计
二、设计目的及要求
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、技术经济分析比较、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。
要求根据用户所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，选择配变电所主接线方案、高压配电线路接线方式、高低压设备和进出线，确定车间变电所主变压器的台数与容量、类型。
最后按
要求写出设计说明书，绘出设计图样。
三、设计依据
1.工厂负荷情况
工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量见表1
表1各车间和车间变电所负荷计算表（380V）
序
号
车间名称
设备容量
kW
Kd
cos®
计算负荷
车间变电
所代号
P30
kW
Q30
kvar
S30
kV
A
I30
A
1
溥膜车间
300
0.75
0.6
No.1
原料库
50
0.35
0.5
生活间
15
0.8
1.0
成品库
（一）
15
0.35
0.5
成品库
（一）
17
0.35
0.5
材料库
10
0.35
0.5
小计
（k刀=0.95
）
2
单丝车间
185
0.6
0.65
No.2
水泵房
60
0.65
0.8
小计
（k刀=0.98
）
3
注塑车间
189
0.4
0.6
No.3
管材车间
160
0.35
0.6
小计
（k刀=0.98
）
4
备料车间
138
0.6
0.5
No.4
生活间
10
0.8
1.0
浴室
5
0.8
1.0
锻工车间
30
0.3
0.65
原料间
15
0.8
1.0
仓库
15
0.3
0.5
机修车间
97
0.25
0.65
热处理车
间
165
0.6
0.7
铆焊车间
180
0.3
0.5
小计
（k刀=0.87
）
5
锅炉房
135
0.7
0.75
No.5
试验室
75
0.25
0.5
辅助材料
室
50
0.2
0.5
油泵房
15
0.65
0.6
加油站
12
0.65
0.5
办公楼
50
0.6
0.6
小计
（k刀=0.9）
2.供用电协议
1）从电力系统的某35/10kV的变电站用10kv架空线路向工厂馈电。
变电站在厂南1.5km。
2）系统变电站馈电线的定时限过流保护装置的整定时间为2s，要求工厂总配电所的保护整定时间不大于1.5s。
3）在工厂总配电所的10kv进线侧计量。
工厂最大负荷时功率因数不得低于0.93.
4）电力系统短路数据，如下表所示。
电力系统10kv母线的短路数据
系统运行方式
10kv母线短路容量
备注
系统最大运行方式时
200MVA
电力系统可视为无限大
容量
系统最小运行方式时
115MVA
5）工厂负荷性质
本厂属三级负荷。
6）气象资料
本厂所在地区的年最高气温为38C,年平均气温为23C,年最低气温为-8C,年最热月平均最高气温为33E，年最热月平均气温为26E，年最热月地下0.8m处平均温度为25C。
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。
负荷计算是设计的基础，它决定设备容量的选用，管网系统的规模以及工程总造价等,这是技术人员熟知的事实。
通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷（calculatedload）。
在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。
无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。
短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。
对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。
最后计算短路电流和短路容量。
电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。
电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。
它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。
供电系统的电气设备主要有断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、电抗器、互感器、母线装置及成套配电设备等。
电气设备选择的一般要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方
便，投资经济合理。
导线和电缆截面的选择与校验。
对10kV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件来选择导线和电缆截面，再校验其电压损失、机械强度、短路热稳定等条件
关键词
负荷计算无功补偿短路电流计算电气主接线电气设备选择
摘要
1.前言1
1.1工厂供电的意义和要求1
1.2选题的背景和意义1
2.负荷计算的意义及相关参数的计算2
2.1负荷计算的意义2
2.2参数的计算2
2.3车间负荷计算结果3
3.无功补偿的计算4
4.变压器的台数、容量和类型的选择8
4.1车间变压器的选择原则8
4.2选择车间变压器的台数、容量和类型8
5.电气主接线10
5.1电气主接线的意义及重要性10
5.2电气主接线的设计10
6.短路电流的计算12
6.1产生短路电流的原因、危害及计算方法12
6.2短路电流点的计算12
7.高、低压电气一次设备的选择16
7.1电气设备的选择对工厂企业的意义
16
7.2电气设备的选择及其校验理论
16
7.3主要设备的选择校
验17
7.4电线电缆的选择与校验19
9.小结23
参考文献24
附录24
1刖言
1.1工厂供电的意义和要求
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，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。
工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：
（1）安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。
（2）可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。
（3）优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求
（4）经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
1.2选题的背景和意义
本课题应用供配电设计的基本原则和方法进行塑料五金厂供配电系统电气部分设计。
通过本课程设计，培养学生综合运用所学的理论知识、基本技能和专业知识分析和解决实际问题的能力，培养学生独立获取新知识、新技术和新信息的能力，使学生初步掌握科学研究的基本方法和思路，学生能够理解“安全、可靠、优质、经济”的设计要求，掌握工厂供电系统设计计算和运行维护所必须的基本理论和基本技能。
2负荷计算及无功功率补偿计算
2.1负荷计算的意义
负荷计算是设计的基础，它决定设备容量的选用，管网系统的规模以及工程总造价等,这是技术人员熟知的事实。
但是近几年来用估算的方法替代了负荷计算,给制定方案、工程审核造成一定的困难。
通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷
值，称为计算负荷（calculatedload）
2.2参数的计算
目前，对工矿企业的电力负荷计算主要采用三种方法：
单位容量法、需要系
数法、用系数法。
在本设计中采用的是需要系法来进行负荷计算。
（一）一组用电设备的计算负荷
主要计算公式有：
有功计算负荷：
Pc=KdPe
（2-1）
无功计算负荷：
Qc=Pctan:
（2-2）
视在计算负荷：
Sc=Pc/cos:
（2-3）
计算电流：
Ic=Sc/3Un
（2-4）
式中Kd为用电设备组的需要系数值；cos‘为用电设备组的平均功率因数;
tan为功率因数cos:
的正切值；Un为用电设备组的额定电压。
（二）多组用电设备的计算负荷
在确定低压干线上或低压母线上的计算负荷时，可结合具体情况对其有功和
对于干线，可取KEP=0.85-0.95;K刀Q=0.90-0.97对于低压母线，由用电设备计算负荷直接相加来计算时，可取KEP=0.8-0.9,KEQ=0.85-0.95。
由干线负荷直接相加来计算时，可取KEP=0.95,KEQ=0.97。
其计算公式如下:
R二K、p''FC.i
（2-5）
由此确定五金厂各车间变电所总的电力负荷
2.3车间负荷计算结果
由该工厂车间负荷表可确定五金厂各车间变电所电力负荷计算表，分别如下表:
表1各车间和车间变电所负荷计算表（380V）
序
号
车间名称
设备容量
kW
Kd
cos®
计算负荷
车间变电
所代号
P30
kW
Q30
kvar
S30
kV
A
I30
A
1
溥膜车间
300
0.75
0.6
225
375
No.1
原料库
50
0.35
0.5
17.5
35
生活间
15
0.8
1.0
12
12
成品库
（一）
15
0.35
0.5
5.25
10.5
成品库
（一）
17
0.35
0.5
5.95
材料库
10
0.35
0.5
3.5
小计
（k刀=0.95
）
2
单丝车间
185
0.6
0.65
111
No.2
水泵房
60
0.65
0.8
39
小计
（k刀=0.98
）
3
注塑车间
189
0.4
0.6
75.6
No.3
管材车间
160
0.35
0.6
56
小计
（k刀=0.98
）
4
备料车间
138
0.6
0.5
81.6
No.4
生活间
10
0.8
1.0
8
浴室
5
0.8
1.0
4
锻工车间
30
0.3
0.65
9
原料间
15
0.8
1.0
12
仓库
15
0.3
0.5
4.5
机修车间
97
0.25
0.65
24,2
5
热处理车
间
165
0.6
0.7
99
铆焊车间
180
0.3
0.5
54
小计
（k刀=0.87
）
5
锅炉房
135
0.7
0.75
94.5
No.5
试验室
75
0.25
0.5
18.7
5
辅助材料
室
50
0.2
0.5
25
油泵房
15
0.65
0.6
9.75
加油站
12
0.65
0.5
7.8
办公楼
50
0.6
0.6
30
小计
（k刀=0.9）
表2-2:
各车间变电所负荷计算情况
某塑料五金制品厂N0.1车间变电所电力负荷计算表
编号
厂房名称
Pe（kW）
Kd
cosa
tana
Pc（kw）
Qc（kvar）
Sc（kV.A）
Ic（A）
1
注塑车间
189
0.4
0.6
1.33
75.6
100.55
125.8
191.19
2
备料车间
138
0.6
0.5
1.73
82.8
143.24
165.45
251.44
3
锻工车间
20
0.4
0.8
0.75
8
6
10
15.2
4
模具车间:
100
0.25
0.65
1.17
25
29.25
38.48
58.48
5
热处理间:
150
0.6
0.7
1.02
90
91.8
128.56
195.38
6
铆焊车间
180
0.3
0.5
1.73
54
93.42
107.9
163.98
7
生活间:
20
0.8
1
0
16
0
16
24.32
8
仓库
15
0.3
0.5
1.73
4.5
7.79
9
13.68
总计
/
/
/
/
355.9
472.05
/
913.67
KEP=0.95;
KEQ=0.97
0.59
/
338.11
458.52
569.70
864.79
某塑料五金制品厂N0.2车间变电所电力负荷计算表
厂房名称
Pe（kW）
Kd
cosa
tana
Pc（kw）
Qc（kvar）
Sc（kV.A）
Ic（A）
9
挤出车间
450
0.5
0.6
1.33
225
300
375
569.8
10
原料库
350
0.3
0.65
1.17
105
122.85
161.61
245.61
11
包装库
20
0.3
0.5
1.73
6
10.38
11.99
18.22
12
成品库
50
0.3
0.5
1.73
15
25.95
29.97
45.55
13
生活间
10
0.8
1
0
8
0
8
12.16
14
水泵房
20
0.65
0.8
0.75
13
9.75
16.25
24.7
总计
417
468.83
916.04
KEP=0.95;
KEQ=0.97
0.61
353.4
454.8
575.96
883.95
某塑料五金制品厂N0.3车间变电所电力负荷计算表
厂房名称
Pe（kW）
Kd
cosa
Tana
Pc（kw）
Qc（kvar）
Sc（kV.A）
Ic（A）
15
装配车间
410
0.2
0.75
0.88
82
72.16
109.23
166
16
加工车间
230
0.2
0.6
1.33
46
61.18
76.54
116.32
17
锅炉房
200
0.7
0.75
0.88
140
123.2
186.7
283.7
18
试验室
125
0.25
0.5
1.73
31.25
54.06
62.44
94.9
19
材料库
110
0.2
0.5
1.73
22
38.06
43.96
66.8
20
油泵房:
15
0.65
0.8
0.75
9.75
7.31
12.04
18.3
21
加油站
10
0.65
0.8
0.75
6.5
4.88
8.13
12.36
22
办公食堂
15
0.6
0.6
1.33
9
11.97
15.75
23.94
总计
346.5
372.82
782.3
KEP=0.95;
0.67
329.18
362.37
489.56
742.98
3无功补偿的计算
在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。
无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。
它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。
由
于它不对外做功，才被称之为“无功”。
无功功率的符号用Q表示，单位为乏（Var）或千乏（kVar）0从发电机和高压输电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要,所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功
功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。
这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。
根据电容器在工厂供电系统中的装设位置，有高压集中补偿，低压成组补偿和低压补偿三种方式。
由于本设计中上级要求工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.93,而由上面计
算可知COS=0.6<0.9，因此需要进行无功补偿。
综合考虑在这里采用并联电容器进行低压集中补偿。
以NO1（STS1车间变电所为例，计算它的功率补偿
Q.c=338.11x（tanarccos0.59—tanarccos0.92）kvar=318.66kvar根据补偿柜的规格要求,初选BCMJ0.4-16-3,每组容量qN.C=16kvar,则需要安装的电容组数为
n=Qn.c/qN.C=318.66kvar/16kvar=19.91&20
无功补偿后，变电所低压侧的视在计算负荷为：
2QiPc=338.11Qc=（458.52-320）kvar=138.52kvar
Sc=365.38kV.Acosa=0.925
又考虑到变压器的功率损耗为：
Sc
简化公式有：
△PT=0.01Sc,△QT=0.05Sc（3-3）
即：
△PT=0.01Sc=3.65kW
△QT=0.05Sc=18.27kvar
变电所高压侧计算负荷为：
R.i=FC+△Pt=341.74kW
Q；.i=Qc-QN.C+△Q=156.79kvar
S；.i=，巧―Q〕i=374.42kVA
补偿后的功率因数为：
Cos©=巳'.1冷；.1=0.91
各个车间的补偿结果如下表3-1
表3-1功率补偿结果计算（低压侧）
车间
变电所代号
无功功率补偿前
电容个数组
无功功率补偿后
Qc
（kvar）
Sc
（kV.A）
功率
因素
变压
器容
量
补偿容
量
（kvar）
Qc
（kvar）
Sc
（kV.A）
功率
因素
计算
电流
（A）
STS1
458.5
569.7
0.59
630
320
16
138.5
365.3
0.92
555.1
STS2
454.8
575.9
0.61
630
320
16
134.8
378.2
0.93
574.7
STS3
362.37
489.5
0.67
630
240
12
122.3
351.2
0.93
533.6
由计算，可以算出在变压器的高压侧无功补偿后的结果，见下表3-2
表3-2功率补偿后结果（高压侧）
车间变电所
代号
△Pt
（kW）
△Qt
（kvar）
Pc
（kW）
Qc
（kvar）
Sc
（kV.A）
Ic
（A）
cosa
STS1
3.6
18.3
341.74
156.79
374.42
21.61
0.91
STS2
3.5
15.5
356.90
150.25
387.24
22.36
0.92
STS3
3.1
13.9
332.30
136.24
359.14
20.70
0.93
考虑到低压母线的同时系数:
由式（2-5）（2-6）式及表3-2可确定:
补偿后总的有功计算负荷：
Pc二K、p=97P9.O8kW
kvar
总的无功计算负荷：
Qc=k、=426.52
总的视在计算负荷：
Sc=，:
F>_O'=1067.95kV.A
Cos©=FC/Sc=0.92
lc=Sc/.3UN=64.70A
0.92,整个工厂的
由表和计算可得各变电所折算到高压侧的功率因数均大于功率因数为0.92即功率补偿的电容选择合理，符合本设计的要求
按两部电价制交纳电费，基本电价20元/千伏•安/月,电度电价0.5元/度，该工
厂采取补偿可节约能量为△S1+AS2+AS3=（630-500）X3kV.A=390kV.A采取
无功补偿后该工厂每月可节约20X390=7800元
我国《供电营业规则》规定：
容量在100kVA及以上高压供电用户，最大负荷使得功率因数不得低于0.9，如果达不到要求，则必须进行无功补偿。
因此，在设计时，可用此功率因数来确定需要采用无功补偿得
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