1、供配电系统课程设计第一节概述供配电设计应包括负荷的分析计算、确定配电方案、选择高低压电气设备及成套设备、确定变压器的台数、容量及变电所主结线方案、进行短路计算对电气设备进行校验、考虑电气设备的布置方案,还可以包括继电保护、二次回路、防雷与接地以及电气照明设计内容。一、供配电设计必须遵循的一般原则供配电设计必须遵循以下原则:1)必须遵循国家的有关法令、标准和规范,执行国家的有关方针、政策。包括节约能源、节约有色金属等技术经济政策。 2)应做到保障人身和设备的安全,供电可靠,电能质量合格,技术先进和经济合理,设计中应采用符合国家现行有关标准的效率高、耗能低、性能先进的电气。3)必须从全局出发,统筹
2、兼顾,按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件,合理确定设计方案。4)应根据工程特点、规模和发展规划,正确处理近期建设与远期发展的关系,做到远近结合,以近期为主,适当考虑扩建的可能性。二、供配电设计的基本内容 供配电设计主要包括变配电所设计、高压配电线路设计、低压配电线路设计和电气照明设计等。 (一)变配电所设计 变配电所设计包括以下基本内容:1) 负荷计算及无功功率补尝计算。2) 变配电所所址和型式的选择。3) 变电所主要电器台数、容量及类型的选择(配电所设计不含此项内容)。4) 变配电所主接线路的设计。5) 短路电流的计算。6) 变配电所一次设备的选择。7) 变配电所二次回路方案的选
3、择及继电保护装置的选择与装定。8) 变配电所防雷保护和接地装置的设计。9) 编写设计说明书及主要设备材料单。10)绘制变配电所主结线图、平面图和必要的剖面图、二次回路图及其他施工图。(二)低压配电线路设计低压配电线路设计包括以下基本内容:1)低压配电线路系统方案的确定。2)低压配电线路的负荷计算。3)低压配电线路的导线和电缆的选择。 4)低压配电设备和保护设备的选择。5)低压配电系统接地装置的设计。6)低压配电线路敷设方式的设计。7)编写设计说明书及主要设备材料清单。8)绘制车间低压配电系统图、平面布线图及其施工图样。 在接到设计任务书后,首先应认真学习和消化设计任务书,明确设计的题目、任务和
4、要求,搞清楚已给了哪些原始数据,尚缺哪些数据和资料需要自己收集,然后应考虑借阅一些有助于设计的图书资料,并草拟一个设计的大致进程安排。在设计过程中,既要充分发挥自己的主观能动性,独立设计,又要很好地与指导教师配合,争取指导教师的指导,免走弯路。第二节设计步骤一、收集原始资料在动手设计之前,应根据设计任务书的要求,收集用电设备的性质、特征、功率、布局、环境及气象条件;有关厂房的平面图及断面图;用电设备平面布置图;电源的电压、容量及可能提供的供电方式。二、电力负荷的分析计算根据工艺设计提供的各厂房电力负荷清单,分析那些电力设备属一级负荷,那些属二级负荷,那些属三级负荷,然后按需要系数法分别计算出各
5、厂房及全厂的计算负荷,在全厂平面图上画出各厂房的负荷图。根据各厂房的负荷性质及平面布局,确定在那些地方设车间变电所及各变电所中的变压器台数。然后根据确定的车间变电所布局,拟出各车间变电所供电范围,并计算各变电所的计算负荷。1、车间变电所负荷计算示例工程上都采用列表来表示,以下是对两座厂房供电的变电所计算实例。2.变压器的选择根据S30=309 kVA ,可选315 kVA 。查供配电技术附录表2并考虑到今后发展的要求: 选S9-400 kVA变压器一台。3.低压补偿柜的选择拟采用无功功率自动补偿屏,装在变电所低压母线集中补偿。从GCS低压抽屉式开关柜手册中选用总电容容量为116kvar电容屏型
6、号: GCS1-34一台 GCS型低压无功功率自动补偿屏有34、35两种方案,其中之34方案为主屏,35方案为辅屏。34、35方案各有、三种规格,其中规格采用10步控制,每步投入16kvar,共160kvar;规格采用8步控制,每步投入16kvar,共128kvar;表1、车间变电所负荷计算表设备名称台数Pe/kWKdCostanPC/kWQC/kWSC/KVA机修车间冷加工机床603000.20.51.7360103.8通风机10300.80.80.752418电焊机3400.350.61.331418.6吊车3660.150.51.739.917.1干燥箱4200.71.00140照明25
7、1.01.00250小计146.9157.5热处理车间箱式炉2900.70.950.336320.8高频火机11000.70.71.027071.4通风机360.80.80.754.83.6吊车1110.151.731.71.72.9照明101.01.00100小计149.598.7变电所低压负荷取K0.95282243372补偿电容116补偿后低压负荷282127309C规格采用6步控制,每步投入16kvar,共96kvar。选择步骤:根据控制步数要求,选择1台34方案主屏。根据所需无功补偿容量再补充1台或数台35方案辅屏。具体可见GCS手册。4.全厂负荷计算将各车间变电所的计算负荷,加上变
8、压器损耗功率及高压负荷,总加后乘以参差系数再减去高压补偿功率,即得全厂计算负荷。三、车间配电系统设计工厂大多数用电设备是380V的,掌握车间配电系统设计是非常重要和必要的。车间配电的特点是用电设备台数多,设备搬动机会多;绝大多数采用绝缘导线为防止导线过热引起火灾,正确设置导线过电流保护是非常重要的。车间配电系统设计应根据工艺设计所提供的设备平面布置图、拟出两种可行的车间配电系统方案进行比较后,确定一种方案。 车间配电设计应考虑的问题: 1、车间变电所应靠近负荷中心 2、车间电力线路的敷设方式 如图1 沿梁 跨梁 沿墙、沿柱 穿管明敷设 设备 穿管埋地暗敷设 沿梁、跨梁、沿墙、沿柱 适用于干线敷
9、设。从分电箱到用电设备的支线一律采用 图1穿管埋地暗敷设。离地3.5m以上的电力线路允许采用裸导线。离地面3.5m以下的导线必须采用绝缘导线,离地面2m以下的导线必须加机械保护(穿钢管或硬塑料管)。3.配电方式:(1)为减少电压波动引起的闪烁,照明线路应在车间动力总开关之前分出。(2)离配电点比较近的,且功率比较大的少数用电设备可以用放射式供电。(3)对于功率比较小、台数比较多的设备,宜于采用干线对分电箱供电,然后由分电箱对各用电设备配电。(4)考虑分电箱供电范围时,注意支线的敷设不要跨过通道;通道另一侧的设备,应由另一侧的分电箱供电,不要采取这一侧的用电设备由另一侧的分电箱供电。(5)吊车电
10、源不要经过分电箱,应经单独的开关直接引自干线。根据前这些原则及车间设备平面布置,即可拟出两种可行方案,进行技术经济比较后,确定一种方案。4、导线截面的选择:车间导线截面的选择应由分电箱开始。(1)首先选择分电箱中各路的熔体额定电流:因为决定分电箱的规格,不是各路的计算电流,而是各路的熔体额定电流,因为熔体额定电流大于各路计算电流,熔体额定电流应满应满足下列两式(2)根据已选出的各路熔体额定电流,并预留12路(将来增加用电设备时不要更换分电箱)去电气设备手册上,选择出线路数和熔断器电流相适应的分电箱。(3)根据已选出的各路体额定电流及各路的计算电流及敷设方式、环境温度等,从电气设备手册上选出相应
11、的导线及电线管。选熔断器、导线及电箱采用表4可以一目了然。表2号分电箱型号设备编号PC/kWICAIN。FE导线电线管截面长度直径长度12分电箱干线的导线(4)干线截面的选择:由于每只分电箱或每路干线所接的设备台数不多,所以干线的计算电流应按利用系数法计算,这样才能照顾到大容量设备对计算电流的影响。选干线截面时,应留有余量,以备负荷的发展。选择干线截面之前,应先选干线的过电流保护电器(熔断的或自动开关)因导线必须与保护配合。 干线导线由两部分组成,一部分是敷设在车间的明敷设部分,按明敷设选导线,另一部分是从配电屏引到干线这一部分,多数是穿管敷设,应按穿管导线选择。四、低压配电屏的选择:(一)G
12、CS开关柜介绍,可参考供电工程第77页。(二)低压开关柜的选择1、低压进线柜的选择(1)台数的选择:有几台变压器就有几台低压进线柜(2)方案的选择:与低压进线方式有关,若封闭式母线高压进线,则选择01方案;若从侧面进线,则选择02方案;若用电缆从底下进线,则选择03方案;若有备用电源,则选择07或08方案。(3)规格的选择:与变压器容量有关,可根据变压器容量算出低压侧的出线电流,如果算出来的低压侧的电流为1230A,则可选择E规格。2.低压出线柜的选择(1)低压抽屉的选择与低压抽屉的出线电流有关,而出线电流就是前面计算的干线电流。可根据出线电流的大小,对照开关柜选取抽屉。低压出线的保护装置有三
13、种:低压断路器,低压负荷开关,接触器.一般选用低压断路器,较为可靠且维护方便.(2)低压抽屉的组合从GCS手册查出每个抽屉的高度,再根据开关柜的有效抽屉高度(1760mm)去组合.四、选择高压电器厂区高压供电系统确定后,可根据确定的高压系统图选择高压电器。1计算短路电流:选定短路电流计算点,作等值电路图,计算各点短路电流,将各计算点的短路电流值填入表3中表3厂短路电流计算值短路计算 短 路 电 流 kA短路容量/ MVAIk(3)I(3)I(3)ish(3)Ish(3)Sk(3)K-1K-22.电器选择(1)电源开关馈电线路开关及高压电动机开关等都应该选用断路器。(2)400KVA以下的电力变
14、压器的高压开关,可以考虑采用隔离开关配合高压熔断器,户外可以采用跌开式熔断器,但是这时变压器低压侧须装能带负荷通断的总开关。(3)400KVA以上电力变压器高压侧须装负荷开关配熔断器。(4)对于要求自动切断的电力变压器,高压侧须装断路器。(5)对一级负荷供电的配电所,可选用小车式开关柜,如KYN28型,断路器可互换使用,无重要负荷的变电所可采用固定式开关柜,如GG1A(F)系列,但现在已基本被淘汰。(6)高压开关柜的进出线,一般采电缆。(7)选用的电器(断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器、电流互感器等)应按表4校验。表4 电器校验表序号装置地点 电气条件电器结果项目数据项目 数据1S/kV/k
15、V2I30/AIN /A3/kAImax/kA4/kAIOC/kA5tima/kA2SIt2t/kA2S电流互感器的动稳定按: KesI1Nish(3)热稳定按:(KtIe1)2t It2t电力电缆要做短路热稳定校验。六、变配电所平面布置设计:根据变电所应靠近负荷中心及进出线方便的原则,确定变电所的位置,然后根据环境条件确定变压器是放在户外还是室内。 变电所布置次尺寸关系到安全运行,必须遵守规程对各部位的尺寸要求,我国已编有变电所标准图集如全国通用电气装置标准图集D264,D265,D266等。我们可以根据已选定的变压器功率及高低压两侧应装设的电器,配电屏数量等从标准图集中选出相适应的变电所结
16、构图,作少量修改后加以采用,这样比较可靠、省工。(1)配电室平面布置图 如图4配电室的尺寸,要根据配电屏数量及操作走廊等来确定。七、测量保护八、防雷凡是与架空线路相连的进出线,在入户处、变电所母线上都要装一组YW型避雷器。九、接地按规定10KV配电装置的构架,变压器380V的中性点及外壳,以及380V电气设备的金属外壳等都需要接地,其接地电阻要求小于4。1接地电阻的计算2接地体的布置3列出人工接地所需的材料的规格和数量。十、绘变电所系统图及平剖面图第三节设计任务书一、通用机器厂供配电系统的电气设计1、设计要求要求根据本厂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
17、全可靠、技术先进、经济合理的要求,确定变电所的位置与型式,确定变电所主变压器的台数与容量、类型,选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线,确定二次回路方案,选择整定继电保护装置,确定防雷和接地装置,最后按要求写出设计说明书,绘出设计图样。2、设计依据1) 通用机器厂厂区平面图如图5所示。2)金工车间设备平面布置图如图6所示。3)各车间负荷表及金工车间设备明细表见表5、表6。图5 厂区平面图表5 各车间负荷表车间P30/kwQ30 /kvar最大电机/kW冷作10011030装配809022仓库20207.5户外照明20154)供电电源情况:在金工车间东侧1.2km处,有一座10kV配电所,先用
18、1km的架空线路,后改为电缆线路至本厂变电所,其出口断路器的断路容量为500MVA,top=1s,此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护,定时限过电流保护整定的动作时间为1s。5)气象资料。本厂所在地区的年最热月平均气温为34.6。6)地质情况。土壤电阻率100m。3、完成的技术资料1)设计说明书,内容:前言;目录;负荷计算和无功功率补偿;变电所的位置与型式的选择及主变压器的台数与容量、类型的选择;金工车间配电系统的确定;变电所主结线方案的设计;短路电流的计算;变电所一次设备及进出线的选择与校验;变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定;附录及参考文献。2)设计图样,内容:变电所主接线图
19、;变电所平面图及剖面图.4时间安排:课程设计(含综合实践)周数:2时间设计内容第1天布置任务,熟悉题目,借参考资料及手册,准备画图工具。第2天确定车间的配电方案,比较择优。负荷计算,确定变压器的台数和容量。第3天选择导线、电缆及电气设备第4天选择高低压电气设备及成套配电装置第5天进行短路电流的计算及校验电气设备第6天变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定第7天画主结线图第8天画平面布置图及剖面图第9天写设计说明书第10天答辩表6 金工车间设备明细表序号设备名称设备容量/kW台数13 13162325 36 3234车床7+0.125144铣床10+2.815 21 35摇臂钻4.5+1.7+
20、0.6+0.12536 7 41 42铣床7+2.848 9铣床7+1.7210砂轮机3.2111 12砂轮机1217 18磨床7+1.7+0.5219磨床10+2.8+1.5120 38磨床10+2.8+0.5222 37车床10+0.125226 27磨床14+1+0.6+0.1522829立车55+7+1137+1.7130大车20+0.15131摇臂钻10+0.5139 40龙门刨75+4.5+1.7+1.7+1+1+0.5243 44 45 铣床7+1.7346镗床6.5+2.8147铣床7+2.8148桥式起重机(=25%)11+5+5+2.2149 50桥式起重机(=25%)16
21、+5+5+3.52另外全厂照明密度为:12W/m2二、某机械厂降压变电所的电气设计1、设计要求 要求根据本厂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,确定变电所的位置与型式,确定变电所主变压器的台数与容量、类型,选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线,确定二次回路方案,选择整定继电保护装置,确定防雷和接地装置,最后按要求写出设计说明书,绘出设计图样。2、设计依据1)工厂总平面图 如图7所示。 图7 工厂总平面图2)机加工车间平面图 如图8所示。3)工厂负荷情况 本厂多数车间为三班制,年最大负荷利用小时为4600h,日最大负荷持
22、续时间为6h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷处,其余均属三级负荷。本厂的负荷统计得到的全厂负荷表见表7,机加工车间设备明细表见表8。 4)供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定,本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-150,导线为等三角形排列,线距为2m;干线首端距离本厂约8km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护,定时限过电流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二级负荷的要求,可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高
23、压侧有电气联系的架空线路总长度为80km,电缆线路总长度为25km。 5)气象资料 本厂所在地区的年最高气温为38,年平均气温为23,年最低气温为-8,年最热月平均最高气温为33,年最热月平均气温为26,年最热月地下0.8m处平均温度为25。当地主导风向为东北风,年雷暴日数为20天。表7 全厂负荷表厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数功率因数1铸造车间动力3000.30.70照明60.81.02锻压车间动力3500.30.65照明80.71.07机加工车间待算6工具车间动力3600.30.60照明70.91.04电镀车间动力2500.50.80照明50.81.03热处理车间动力150
24、0.60.80照明50.81.09装配车间动力1800.30.70照明60.81.010机修车间动力1600.20.65照明40.81.08锅炉房动力500.70.80照明10.81.05仓库动力200.40.80照明10.81.0生活区照明3500.70.9表8 机加工车间设备明细表序号设备名称设备容量/kW台数1车床C630M10+0.12512万能工具磨床M5M2+0.07513、4、5普通车床C620-17+0.62536普通车床C620-35+0.6251712普通车床C6204+0.625613螺旋套丝机S-81393+0.125114普通车床C63010+0.125115管螺纹车
25、床Q1197+0.625116摇臂钻床Z358+0.5117 、18圆柱立式钻床Z50403+0.1252195t单梁吊车10+0.2120立式砂轮1.75121、 22牛头刨床B6653223万能铣床X63WT13124立式铣床X52K9+0.125125滚齿机Y-364.1126插床B50324127弓锯机G721.7128立式钻床Z5120.6129电极式盐浴电阻炉20(单相380V)130井式回火电阻炉24131箱式加热电阻炉45132车床CW6-131.9133立式车床C512-1A35.7134卧式镗床J6810135单臂刨床B1010701机加工车间照明密度12W/m2 6)地质
26、水文资料 本厂所在地区平均海拔500m,地层以砂粘土为主,地下水位为2m。 7)电费制度 本厂与当地供电部门达成协议,在工厂变电所高压侧计量电能,设专用计量柜,按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量计为18元/(kVA),动力电费为0.20元/(kWh),照明电费为0.50元/(kWh)。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.90。此外,电力用户需按新装变压器容量计算,一次性地向供电部门交纳供电贴费:610kV为800元/(kVA)。 3、完成的技术资料 同题一4设计时间设计主要参考资料:1、工业与民用配电设计手册(中国航空工业规划设计研究院等编 1994)2、工厂常用电气设备手册(中国电力出版社 第二版 上、下册 兵器工业第五设计研究院主编 1998、1)3、电气设备选择施工安装设计应用手册(中国水利水电出版社 刘宝林主编 1998、10)4、定型图册:D264附设式电力变压器布置、D263变配电所常用设备构件安装(冶金工业部北京钢铁设计院编制1976)5、供配电技术(机械工业出版社 刘介才主编 2004、1)6、工厂供电设计指导(机械工业出版社 刘介才主编 1998、2)7.供电工程(机械工业出版社 翁双安主编 2004、6)
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