10KV工厂供配电专业系统设计.doc

题目 10kv工厂供配电系统设计

目录
1. 设计任务..............................................3
1.1设计题目..............................................3
1.2设计目........................................3
1.3设计任务与规定........................................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.无功功率补偿.................................7
2.2.变压器选取.......................................7-8
2.2.1.变压器台数选取...........................7
2.2.2.变压器容量选取...........................8
2.2.3.变压器类型选取...........................8
2.3.导线与电缆选取..................................9
2.3.1高压进线和引入电缆选取.......................9
2.3.2 380v低压出线选取...........................9
2.4.电气设备选取....................................10
2.4.1. 模块功能.....................................10
2.4.2. 模块需要提供参数...........................10
2.4.3. 继电保护及二次结线设计.............................10
3．防雷与接地装置设立.....................................10-11
3.1.直接防雷保护 ............................................11
3.2.雷电侵入波防护.........................................11
3.3接地装置设计...........................................11
4． 参照文献.....................................................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
通过本课程设计：熟悉供配电系统初步设计必要遵循原则、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，并理解供电配电系统前沿技术及先进设备。让咱们理解设计工厂配电普通流程，对工厂布局有个大体概念，对电力系统接线方式有一定理解。
1.3设计任务与规定
机械厂地理位置及负荷分布如下图：
生活区
电镀车间
锻造车间
仓库
锻压车间
工具车间
热解决车间
金工车间
厂区
锅炉房
装配车间
机修车间
北--------------南

机械厂负荷登记表
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
锻造车间
2
300
0.3
0.7
2
锻压车间
3
350
0.3
0.65
3
热解决车间
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
负荷计算目是：
（1）计算变配电所内变压器负荷电流及视在功率，作为选取变压器容量根据。
（2）计算流过各重要电气设备(断路器、隔离开关、母线、熔断器等)负荷电流，作为选取这些设备根据。
（3）计算流过各条线路(电源进线、高低压配电线路等)负荷电流，作为选取这些线路电缆或导线截面根据。
（4）为电气设计提供技术根据。
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为功率因素正切值；UN为用电设备组额定电压；√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)热解决车间：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

机械厂负荷登记表

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）
锻造车间
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
热解决车间
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
972
897.08
1341.821

2.1.2.无功功率补偿
设计规定达到功率因数为0.9以上，显然不符合规定，需要进行无功补偿。无功功率人工补偿装置：重要有同步补偿机和并联电抗器两种。由于并联电抗器具备安装简朴、运营维护以便、有功损耗小以及组装灵活、扩容以便等长处，因而并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。考虑到主变压器无功损耗元不不大于有功损耗，因而380V侧最大负荷时功率因数应稍不不大于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
选取低压单相并联电容器BWF 0.4-75-1/3，单个容量为75kvar。

式中：为电容器铭牌上额定容量，Kvar ；
为电容器在实际运营电压下容量，Kvar；
为电容器额定电压，kV；
U为电容器实际运营电压，kV；
每个电容器实际无功容量为
=75（380/400)²=67.69kvar
实际应选用电容器个数为
=512.01/67.69≈8（个）
2.2.变压器选取
在进行负荷记录及无功补偿后，就可依照补偿后容量进行变压器选取。 变压器选取涉及容量、台数、类型选取。
2.2.1.变压器台数选取原则：
在供配电系统中，变压器台数选取与供电范畴内用电负荷大小、性质，重要限度关于。

选取原则：
如果有下列状况考虑选取2台。
1．有大量一、二级负荷；
2．季节性负荷或昼夜负荷变动大宜采用经济运营方式；
3．负荷集中且容量大(1250KVA以上)三级负荷；
4．考虑负荷发展也许。
其他状况选取l台，三级负荷普通选取1台。
2.2.2.变压器容量选取原则：
1. 选取1台变压器时容量应满足：
2. 选取2台变压器时每台容量应同步满足：

式中，为变压器低压侧负荷计算容量，为所要选取变压器容量，
为部一二级负荷和。
3．选取l台配电变压器容量时应考虑容量上限，普通不超过1250一KVA。
4．恰当考虑负荷发展。
2.2.3.变压器类型选取原则：
1．普通状况选取双绕组三相变压器，并选用SL7、S7、S9等低损耗电力变
压器‘251。
2．多尘或腐蚀场合选取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．电压偏移大电压质量规定高场合选用有载调压型变压器如SZL7、
Sz9系列变压器。
综合以上考虑，选取2台接线方式为Yyn0S9-1000 10/0.4kV变压器，每台可分负荷是700KVA，满足变压器选取规则。

2.3.导线与电缆选取
为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济运营，进行导线和电缆截面时必要满足某些条件:
（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发热温度，不应超过其正常运营时最高容许温度。
（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电压损耗，不应超过其正常运营时容许电压损耗。对于工厂内较短高压线路，可不进行电压损耗检查。
（3）机械强度
导线（涉及裸线和绝缘导线）截面不应不大于其最小容许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需要检查其短路热稳定性。母线也应检查短路时稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压规定。
依照设计规定和关于资料考证，10kv电路，普通先按发热条件来选取截面，在校验电压损耗和机械强度。低压照明线路，由于其对电压水平规定较高，因而普通先按容许电压损耗进行选取，再校验发热条件和机械强度。

2.3.1高压进线和引入电缆选取
10kv高压进线选取与校验采用LJ性铝绞线，架空敷设，接往10kv公用干线。查有关资料，10kv铝及铝合金最小截面为35平方毫米，不满足机械强度规定，故选LJ-35型铝绞线。由于此线路很短，不需要校验电压损耗。

2.3.2 380v低压出线选取
查找资料，馈电给用电厂房线路选取采用VLV22-1000型聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

2.4.电气设备选取
2.4.1.高压侧一次设备选取
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.低压侧一次设备选取
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营，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系线断路器，皆需要设立相应控制、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查其敏捷系数。
设计涉及继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆构成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．防雷与接地装置设立
防雷设备重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）金属物体。接闪金属称为避雷针。接闪金属线称为避雷线，或称架空地线。接闪金属带称为避雷带。接闪金属网称为避雷网。
避雷器是用来防止雷电产生过电压沿着电路侵入变配电所或其她建筑物内，以免危及被保护设备绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备电源侧。当线路上浮现危及设备绝缘雷电过电压时，避雷器火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备绝缘。避雷器型式，重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，则应在变电所外面恰当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范畴包围整个变电所。如果变电所所在其他建筑物直击雷防护范畴内时，则可不另设独立避雷针。按规定，独立避雷针接地装置接地电阻（表9-6）。普通采用3-6根长2.5 m刚管，在装避雷针杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。接地管间用40mm×4mm 镀锌扁刚焊接相接。引下线用25 mm ×4 mm镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针杆塔及其基本内钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm镀锌扁刚，长1～1.5。独立避雷针接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上距离。
3.2.雷电侵入波防护
（1)在10KV电源进线终端杆上装设FS4—10型阀式避雷器。引下线采用25 mm ×4 mm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，接近主变压器。主变压器重要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波危害。
（3）在380V低压架空线出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入雷电波。
3.3接地装置设计
采用长2.5m、50mm钢管16根，沿变电所三面均匀布置，管距5 m，垂直打入地下，管顶离地面0.6 m。管间用40mm×4mm镀锌扁刚焊接相接。变电所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25 mm ×4 mm镀锌扁刚。

参照文献

1. 刘介才主编．工厂供电．第3版．北京：机械工业出版社，
2. 刘介才主编．工厂供电设计指引．北京：机械工业出版社，
3. 陈小虎主编.工厂供电技术. 第3版．北京：高等教诲出版社，
4. 唐志平等主编.工厂供配电.北京：电子工业出版社，
5. 中华人民共和国建设部．10kV及如下变电所设计规范．北京：中华人民共和国水利水电出版社，1995
6. 中华人民共和国建设部．供配电系统设计规范．北京：中华人民共和国水利水电出版社，1996