工厂低压配电系统设计.doc
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1、酒 泉 职 业 技 术 学 院毕 业 设 计(论 文) 2023 级 专业题 目: 毕业时间: 学生姓名: 张宏泽 指导教师: 班 级: 2023年 5月20日摘 要:电能是工业生产的重要动力能源,工厂供电设计的任务是从电力系统取得电源,通过合理的传输、变换、分派到工厂车间中每一个用电设备上,随着工业电气自动化技术的发展,工厂用电量快速增长,对电能质量、供电可靠性以及技术经济指标等的规定也日益提高,供电设计是否完善,不仅影响工厂的基本建设投资、运营费用和有色金属消耗量,并且也反映到工厂的可靠性和工厂的安全生产上,它与公司的经济效益、设备和人身安全等是密切相关的。关键词;变电所;变压器;工厂负荷
2、;接线方案;防雷及接地保护目 录前言11 车间的负荷计算及无功补偿21.1 负荷计算的目的、意义及原则21.2 工厂负荷情况31.3 计算负荷、无功负荷、视在负荷的计算51.4 无功补偿的重要作用82 拟定车间变电所的所址和形式82.2 变电所的形式(类型)103 拟定车间变电所主变压器型式,容量和台数及主结线方案124 短路计算144.1 计算k-1点的短路电流和短路容量(UC1=10kv)154.1.1 计算短路电路中各无件的电抗154.1.2 计算三相短路电流和短路容量164.2 计算k-2点的短路电流和短路容量(UC2=0.4kv)164.2.1 计算短路电路中各无件的电抗164.2.
3、2 计算三相短路电流和短路容量175 一次设备的选择185.1 电气设备选择的一般原则185.2 高低压电气设备的选择185.2.1 按工作电压选择185.2.2 按最大负荷电流选择电气设备的额定电流185.2.3 对开关类电气设备还应考虑其断流能力195.2.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验196 选择车间变电所高低进出线截面216.1 变压器高压侧进线电缆截面选择216.2 380V低压出线的选择217 选择电源进线的二次回路及整定继电保护。227.1 测量与指示227.2 继电保护238 车间变电所的防雷保护及接地装置的设计。248.1 防直击雷248.2 避雷器的选择(防
4、雷电波)249 车间变电所主结线电路图25结束语26参考文献:26前言现在除个别大型工业联合公司有自备电厂外,绝大多数工厂都是从国家电力系统取得电能的,因此,工厂工业负荷是电力系统的重要用户,工厂供电系统也是电力系统的一个组成部分,保证安全供电和经济运营,不仅关系到公司的利益,也关系到电力系统的安全和经济运营以及合理运用能源。工厂供电设计必须遵循国家的各项方针政策,设计方案必须符合国家标准中的有关规定,同时必须满足以下几项基本规定:1、安全:在电能的供应、分派和使用中,不应发生人身事故和设备事故。2、可靠:应满足能用户对供电可靠性的规定。3、优质:应满足电能用户对电压和频率等质量的规定。4、经
5、济:供电系统的投资要少,运营费用低,并尽也许工节约电能和减少有色金属消耗量。此外,在供电工作中,应合理地解决局和全局、当前和长远等关系,既要照顾局部和当前和利益,又要有全局观点,能顾全大局,适应发展。本设计的重要内容涉及:车间的负荷计算及无功补偿,拟定车间变电所的所址和型式,车间变电所的主接线方案,短路电流计算,重要用电设备选择和校验,车间变电所整定继电保护和防雷保护及接地装置的设计等。工厂分布图1 车间的负荷计算及无功补偿1.1 负荷计算的目的、意义及原则(1)供电系统要能安全可靠地正常运营,其中各个元件(涉及电力变压器、开关设备及导线、电缆等)都必须选择得当,除了满足工作电压和频率的规定外
6、,最重要的就是要满足负荷电流的规定。因次,有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行记录计算。(2)计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷拟定的是否对的合理,直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。假如计算负荷拟定的过大,将使电器和导线电缆选的过大,导致投资和有色金属的浪费。假如计算负荷拟定的过小,又将使电器和导线电缆处在过负荷下运营,增长电能损耗,产生过热,导致绝缘过早老化甚至燃烧引起火灾,同样会导致更大损失。由此可见,对的拟定计算负荷意义重大。(3)平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班(即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班)的平均负荷,有时也
7、计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。(4)计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的连续性的负荷,其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中,通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。(5)尖峰电流指单台或多台用电设备连续1秒左右的最大负荷电流。一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时,还应考虑启动电流的非周期分量。1.2、全厂负荷计算表及方法负荷计算的方法有需要系数法、运用系数法及二项式等几种。本设计采用需要系数法拟定。重要计算公式有: 有功功率
8、: P30= PeKd 无功功率: Q30 = P30 tg 视在功率: S3O = P30/cos 计算电流: I30 = S30/3Un1.2 工厂负荷情况工厂有8个厂房分别为冷加工车间,金属加工车间,变压器装配房,检修车间和4个工具车间。机床设备情况如下:表1-1设备代号设备名称单台容量(KW)功率因数Cos效率1 车床20.80.82车床40.80.83车床50.80.84铣床3.50.80.85铣床30.80.86铣床20.80.87插齿机4.50.850.858工具磨床1.50.80.89小冲床1.50.80.810磨床1.50.80.811磨床4.50.850.8512冲床4.5
9、0.850.8513钻床1.50.80.814变压器20.80.9各车间负荷情况表1-2车间编号拥有设备设备容量(KW)功率因数Cos需要系数Kd冷加工车间1,2,3号车床各2台。4,5,6号铣床各2台。插齿机1台43.50.80.4照明50.80.8金属加工车间3号车床6台,13号钻床10台.工具磨床2台,10号磨床2台,11号磨床1台小冲床3台55.5+4.50.8,,0850.3照明60.80.9变压器装配房14号变压器4个80.80.5照明20.80.8检修车间1500.850.2550.850.9工具车间1500.850.340.850.9工具车间2550.850.340.850.9
10、工具车间3400.850.330.850.9工具车间4350.850.330.850.91.3 计算负荷、无功负荷、视在负荷的计算根据公式 : 有功功率: P30= PeKd 无功功率: Q30 = P30 tan 视在功率: S3O = P30/cos 计算电流: I30 = S30/3Un表1-3车间负荷计算表(Un=380V)车间设备类别设备容量(KW)功率因数cos需要系数Kdtan计算负荷P30/kwQ30/kwS30/kvaI30/A冷加工车间动力43.50.80.40.7517.413.0521.7533.05照明50.80.80.754357.6金属加工车间动力600.80.3
11、0.751813.522.534.2照明60.80.90.755.44.056.7510.26变压器装配房动力80.80.50.754357.60照明20.80.80.751.61.223.04检修车间动力1500.850.250.637.522.544.1267.03照明50.850.90.64.52.75.298.04工具车间1动力500.850.30.615917.6526.81照明40.850.90.63.62.164.246.44工具车间2动力550.850.30.616.59.919.4129.49照明40.850.90.63.62.164.246.44工具车间3动力400.850
12、.30.6127.214.1221.45照明30.850.90.62.71.623.184.83工具车间4动力350.850.30.610.56.312.3518.77照明30.850.90.62.71.623.184.83总计动力441.5130.984.45156.9238.43照明3228.418.5133.8551.480.835159.3102.96190.75289.91由上表可知,该厂380V侧最大负荷时的功率因数是0.84,而供电部门规定该厂10kv进线侧最大负荷时因数不应低于0.90.考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗,因此380V侧最大负荷时因数应稍大于0.90,暂取0
13、.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量:Qc=P30(tan1-tan2)=159.3tan(arccos0.84)-tan(arccos0.92)kvar=35.84kvar无功功率补偿装置:一般用并联电容器的方法来进行功率补偿。查表知选择型号BKMJ0.4-12-1/3并联电容器3只取Qc=36 kvar.补偿后无功功率Q3036102.96-36=66.96 kvar补偿后视在功率S30=(159.3)2+(66.96)2=172.8KV.A变压器容量选择(kVA) 200kVA变压器的功率损耗为:PT=0.015*172.8=2.592KW QT=0.06*172.8=10.368
14、kvar变电所高压侧的计算负荷为:P30(1)=159.3+2.592=161.892KW Q30(1)=66.96+10.368=77.328KW S30(1)=(P30(1))2+( Q30(1))2=179.41KVA补偿后的功率因数:cos(1)= P30(1)/ S30(1)=0.902。这一功率因数满足规定。因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如下表所示:表1-4项目cos计算负荷P30/kwQ30/kvarS30/kvaI30/A380v侧补偿前负荷0.84159.3102.96190.75289.91380v侧无功补偿容量-36380v侧补偿后负荷0.92159.
15、366.96172.8249.42主变压器功率损耗0.015S30=2.5920.06S30=10.36810kv侧负荷计算0.902161.89277.328179.4110.3581.4 无功补偿的重要作用无功补偿的重要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率耗损、稳定电压和提高供电质量,在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。安装并联电容器进行无功补偿,可限制无功补偿在电网中传输,相应减小了线路的电压损耗,提高了配电网的电压质量。无功补偿应根据分级就地和便于调整电压的原则进行配置。集中补偿与分散补偿相结合,以分撒补偿为主;高压补偿与低压补偿相结合,以低
16、压补偿为主;调压与降压相结合;并且与配电网建设改造工程同步规划、设计、施工、同步投运。无功补偿的重要作用品体体现在: 提高电压质量; 减少电能损耗; 提高发供电设备运营效率;减少用户电费支出。2 拟定车间变电所的所址和形式2.1 变电所位置的选择,应根据下列规定经技术、经济比较拟定 一、接近负荷中心; 二、进出线方便; 三、接近电源侧; 四、设备运送方便; 五、不应设在有剧烈振动或高温的场合; 六、不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场合,当无法远离时,不应设在污染源盛行风向的下风侧; 七、不应设在厕所、浴室或其他经常积水场合的正下方,且不宜与上述场合相贴邻; 八、不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下
17、方,且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方,当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时,应符合现行国家标准爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定; 九、不应设在地势低洼和也许积水的场合。1、装有可燃性油浸电力变压器的车间内变电所,不应设在三、四级耐火等级的建筑物内;当设在二级耐火等级的建筑物内时,建筑物应采用局部防火措施。2、多层建筑中,装有可燃性油的电气设备的配电所、变电所应设立在底层靠外墙部位,且不应设在人员密集场合的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁。3、高层主体建筑内不宜设立装有可燃性油的电气设备的配电所和变电所,当受条件限制必须设立时,应设在底层靠外墙部位,且不应设在人员密集场合的
18、正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁,并应按现行国家标准高层民用建筑设计防火规范有关规定,采用相应的防火措施。4、露天或半露天的变电所,不应设立在下列场合: 一、有腐蚀性气体的场合; 二、挑檐为燃烧体或难燃体和耐火等级为四级的建筑物旁; 三、附近有棉、粮及其他易燃、易爆物品集中的露天堆场; 四、容易沉积可燃粉尘、可燃纤维、灰尘或导电尘埃且严重影响变压器安全运营的场合。变电所的型式应根据用电负荷的状况和周边环境情况拟定,并应符合下列规定: 一、负荷较大的车间和站房,宜设附设变电所或半露天变电所; 二、负荷较大的多跨厂房,负荷中心在厂房的中部且环境许可时,宜设车间内变电所或组台式成套变电站; 三、
19、高层或大型民用建筑内,宜设室内变电所或组合式成套变电站; 四、负荷小而分散的工业公司和大中城市的居民区,宜设独立变电所,有条件时也可设附设变电所或户外箱式变电站; 五、环境允许的中小城乡居民区和工厂的生活区,当变压器容量在315KVA及以下时,宜设杆上式或高台式变电所。带可燃性油的高压配电装置,宜装设在单独的高压配电室内。当高压开关柜的数量为6台及以下时,可与低压配电屏设立在同一房间内。不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器,可设立在同一房间内。具有符合IP3X防护等级外壳的不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器,当环境允许时,可互相靠近布置在车间内。 。室内变电所的每
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