供配电系统设计说明书之某工厂供配电系统设计

目录一任务书 2二负荷计算和无功功率补偿 3三变电所主变压器和主结线方案的选择 7四短路电流的计算 9五电费计算 12六铸造车间进线的选择校验 13七选做............................................................................................................................15一设计任务书1设计题目某工厂供配电系统设计2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，按照安全、可靠、优质、经济的要求，确定变电所主变压器的台数、容量、类型，选择变电所主接线方案，进行电费计算，估算铸造车间进线线径。3设计依据3.1.工厂负荷情况：该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。电气照明为单相，额定电压为220V。本厂的负荷统计资料如表1所示。表1工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kw需用系数功率因数1铸造车间动力4000.40.70照明80.91.02锻压车间动力2000.20.60照明80.91.03金工车间动力3000.30.6照明80.91.04工具车间动力2800.30.6照明80.91.05电镀车间动力1800.50.7照明80.91.06热处理车间动力1500.50.75照明80.91.07机修车间动力1500.250.6照明30.91.08锅炉房动力800.607照明20.91.09仓库动力100.30.8照明20.91.03.2.供电电源情况：按照工厂与当地供电部门签订的供用电规定，本厂可由附近一条10KV的公用电源干线取得工作电源。该干线的导线型号为LGJ-150,干线首端距离本厂约10km.干线首端所装设的高压断路器断流容量为600MVA，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。3.3.气象条件：本厂所在地区的年最高气温为38℃，年平均气温为25℃，年最低气温为-10℃。3.4.电费：本厂与当地供电部门达成协议，在本厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费交电费。每月基本电费按主变压器容量计为20元/KVA，动力电费为0.3元/kwh，照明电费为0.5元/kwh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9.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供电贴费：6~10KV为900元/KVA。4设计任务要求在规定时间内独立完成下列工作量：4.1负荷计算和无功功率补偿（要求有计算过程，并列成形式，同时系数均需按0.9计算）4.2变电所主变压器台数、容量、类型的选择（要求采用一台主变、两台主变分别进行计算）4.3变电所主接线方案设计（要求画出主接线图，并说明其接线方式）4.4短路电流计算（要求列写完整的计算过程）4.5电费计算（清晰描述两部电费制，自行查找资料完成电费计算）4.6估算铸造车间进线导线线径（绝缘导线载流量与截面的倍数关系需用上网或电工手册查找）提示：根据设备容量计算出计算负荷，分别选择铝导线和铜导线计算线径。一般铜导线的安全载流量为5～8A/mm2，铝导线的安全载流量为3～5A/mm2。绝缘导线载流量估算歌诀：二点五下乘以九，往上减一顺号走。三十五乘三点五，双双成组减点五。条件有变加折算，高温九折铜升级。穿管根数二三四，八七六折满载流。二负荷计算和无功功率补偿1.负荷计算公式1.1单组用电设备计算负荷的计算公式1.1.1有功计算负荷（单位为kW）P30=KdPe,Kd为同时系数1.1.2无功计算负荷（单位为kvar）Q30=P30tanφ1.1.3视在计算负荷（单位为kvA）S30=P30/cosφ1.1.4计算电流（单位为A）I=S30/（√3×UN），UN为用电设备的额定电压，单位为kV1.2多组用电设备计算负荷的计算公式1.2.1有功计算负荷（单位为kW）P30=K∑p∑P30d,∑P30d是所有设备组有功计算负荷P30之和，K∑p是有功负荷同时系数1.2.2无功计算负荷（单位为kvar）Q30=K∑q∑Q30d,∑Q30d是所有设备组无功计算负荷P30之和，K∑q是无功负荷同时系数1.2.3视在计算负荷（单位为kvA）S30=1.2.4计算电流（单位为A）I=S30/（√3×UN），UN为用电设备的额定电压，单位为kV2负荷计算在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明和动力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。具体步骤如下。2.1、铸造车间：动力部分：P30=400×0.4=160kW；Q30=160×1.02=163.2kvarS30=160/0.7=228.6kVA；I30=228.6/（√3×0.38）=347.3A照明部分：P30=8×0.9=7.2kW；Q30=0kvarS30=7.2/1=7.2kVA；I30=7.2/（√3×0.22）=18.9A2.2、锻压车间：动力部分：P30=200×0.2=40kW；Q30=40×1.33=53.2kvarS30=40/0.6=66.7kVA；I30=66.7/（√3×0.38）=101.3A照明部分：P30=8×0.9=7.2kW；Q30=0kvarS30=7.2/1=7.2kVA；I30=7.2/（√3×0.22）=18.9A2.3、金工车间：动力部分：P30=300×0.3=90kW；Q30=90×1.33=119.7kvarS30=90/0.6=150kVA；I30=150/（√3×0.38）=227.9A照明部分：P30=8×0.9=7.2kW；Q30=0kvarS30=7.2/1=7.2kVA；I30=7.2/（√3×0.22）=18.9A2.4、工具车间：动力部分：P30=280×0.3=84kW；Q30=84×1.33=111.7kvarS30=84/0.6=140kVA；I30=140/（√3×0.38）=212.7A照明部分：P30=8×0.9=7.2kW；Q30=0kvarS30=7.2/1=7.2kVA；I30=7.2/（√3×0.22）=18.9A2.5、电镀车间：动力部分：P30=180×0.5=90kW；Q30=90×1.02=91.8kvarS30=90/0.7=128.6kVA；I30=128.6/（√3×0.38）=195.4A照明部分：P30=8×0.9=7.2kW；Q30=0kvarS30=7.2/1=7.2kVA；I30=7.2/（√3×0.22）=18.9A2.6、热处理车间：动力部分：P30=150×0.5=75kW；Q30=75×0.78=58.5kvarS30=75/0.75=100kVA；I30=100/（√3×0.38）=151.9A照明部分：P30=8×0.9=7.2kW；Q30=0kvarS30=7.2/1=7.2kVA；I30=7.2/（√3×0.22）=18.9A2.7、机修车间：动力部分：P30=150×0.25=37.5kW；Q30=37.5×1.33=49.9kvarS30=37.5/0.6=62.5kVA；I30=62.5/（√3×0.38）=95A照明部分：P30=3×0.9=2.7kW；Q30=0kvarS30=2.7/1=2.7kVA；I30=2.7/（√3×0.22）=7.1A2.8、锅炉房：动力部分：P30=80×0.6=48kW；Q30=48×1.02=49kvarS30=48/0.7=68.6kVA；I30=68.6/（√3×0.38）=104.2A照明部分：P30=2×0.9=1.8kW；Q30=0kvarS30=1.8/1=1.8kVA；I30=1.8/（√3×0.22）=4.7A2.9、仓库：动力部分：P30=10×0.3=3kW；Q30=3×0.75=2.3kvarS30=3/0.8=3.8kVA；I30=3.8/（√3×0.38）=5.8A照明部分：P30=2×0.9=1.8kW；Q30=0kvarS30=1.8/1=1.8kVA；I30=1.8/（√3×0.22）=4.7A3所有车间的照明负荷：P’30=55KW4取全厂的同时系数为：K∑p=K∑q=0.9，则全厂的计算负荷为：P30=0.9×(677+55)=658.8KWP30=0.9×699.3=629.4kvarS30==911.1kVAI30=911.1/（√3×0.38）=1384.3A5经过计算，得到各车间的负荷计算如表2所示表2某工厂负荷计算表编号名称类别设备容量需要系数cosφtanφ计算负荷P30/KwQ30/KvarS30/KVAI30/A1铸造车间动力4000.40.701.02160163.2228.6347.3照明80.91.007.207.218.9小计408---167.2163.2235.8366.22锻压车间动力2000.20.601.334053.266.7101.3照明80.91.007.207.218.9小计208---47.253.273.9120.23金工车间动力3000.30.601.3390119.7150227.9照明80.91.007.207.218.9小计308---97.2119.7157.2246.84工具车间动力2800.30.601.3384111.7140212.7照明80.91.007.207.218.9小计288---91.2111.7147.2231.65电镀车间动力1800.50.701.029091.8128.6195.4照明80.91.007.207.218.9小计188---97.291.8135.8214.36热处理车间动力1500.50.750.787558.5100151.9照明80.91.007.207.218.9小计158---82.258.5107.2170.87机修车间动力1500.250.601.3337.549.962.595照明30.91.002.702.77.1小计153---40.249.965.2102.18锅炉房动力800.60.701.02484968.6104.2照明20.91.001.801.84.7小计82---49.84970.4108.99仓库动力100.30.80.7532.33.85.8照明20.91.001.801.84.7小计12---4.82.35.610.5总计(380V侧)动力1750---677699.3998.31571.4照明55计入KΣp=0.9KΣq=0.90.72-658.8629.4911.11384.33无功功率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。由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：S30==911.1kVA这时低压侧的功率因数为：cosφ=658.8/911.1=0.72而根据设计要求工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9。考虑到主变电器的无功损耗远大于有功损耗，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：Qc=P30(tanφ1-tanφ2)=658.8[tan(arccos0.72)-tan(arccos0.92)]=354.3kvar则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：S’30（2）==713.9kVA计算电流I’30（2）=713.9/（√3×0.38）=1084.7A变压器的功率损耗为：△Pr≈0.015S’30（2）=0.015×713.9=10.7KW△Qr≈0.06S’30（2）=0.06×713.9=42.8kvar变电所高压侧的计算负荷为：P’30（1）=658.8+10.7=669.5KWQ’30（1）=(629.4-354.3)+42.8=317.9kvarS’30（1）==741.1kVAI’30（1）=741.1/（√3×10）=42.8A补偿后的功率因数为：cosφ=669.5/741.1=0.903满足（大于0.90）的要求。表3无功功率补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表所示项目cosφ计算负荷P30/KWQ30/kvarS30/KVAI30/A380V侧补偿前负荷0.72658.8629.4911.11384.3380V侧无功补偿容量---354.3--380V侧补偿后负荷0.92658.8275.1713.91084.7主变压器功率损耗-0.015S30=10.70.06S30=42.8--10KV侧负荷总计0.90669.5317.9741.142.8三变电所主变压器和主结线方案的选择1变电所主变压器的选择根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器可有下列两种方案：1.1装设一台主变压器型式采用S9，而容量根据式SN.T≥S’30，一般取S30=(0.85~0.9)S’30(1)=(629.9~667)kVA，因此选一台S9-800/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷的备用电源，由与邻近单位相联的高压联络线来承担。1.2装设两台主变压器型号亦采用S9，二每台容量按式SN*T≈(0.6-0.7)S30和SN.T≥S30(Ⅰ+Ⅱ)，即SN.T≈（0.6-0.7）×741.1kVA=（444.7-518.8）kVA≥S30(Ⅰ+Ⅱ)因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组别均采用Dyn11表4变压器参数变压器型号额定容量KVA额定电压/kV联结组型号损耗/W空载电流%短路阻抗%高压低压空载负载S9-800/1080010.50.4Dyn11140075000.84.5S9-630/1063010.50.4Dyn11120062000.94.52变电所主结线方案的选择按上面考虑的两种主变压器的方案可设计下列两种主结线方案：2.1装设一台主变压器的主结线方案如图1所示2.2装设两台主变压器的主结线方案如图2所示图1装设一台主变压器的主接线方案图2装设两台主变压器的主接线方案四短路电流的计算1装设一台主变压器时1.1.绘制计算电路1.2.确定基准值设Sd=100MVA，Ud=Uc,即高压侧Ud1=10.5KV，低压侧Ud2=0.4KV，则1.3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值1.3.1电力系统1.3.2架空线路查表得LGJ-150的x0=0.389Ω/km，而线路长10km，故1.3.3电力变压器查表2-8，得UZ%=4.5,故因此绘等效电路图，如图所示1.4.计算k-l点(10.5kv侧)的短路总电抗及三相短路电流和短路容量1.4.1总电抗标幺值1.4.2三相短路电流周期分量有效值1.4.3其他短路电流1.4.4三相短路容量1.5.计算k-2点(0.4KV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量1.5.1总电抗标幺值1.5.2三相短路电流周期分量有效值1.5.3其它短路电流1.5.4三相短路容量2装设两台主变压器时2.1.绘制计算电路2.2.确定基准值设Sd=100MVA，Ud=Uc,即高压侧Ud1=10.5KV，低压侧Ud2=0.4KV，则2.3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值2.3.1电力系统2.3.2架空线路查表得LGJ-150的x0=0.389Ω/km，而线路长10km，故2.3.3电力变压器查表得UZ%=4.5,故因此绘等效电路图，如图所示2.4.计算k-l点(10.5kv侧)的短路总电抗及三相短路电流和短路容量2.4.1总电抗标幺值2.4.2三相短路电流周期分量有效值2.4.3其他短路电流2.4.4三相短路容量2.5.计算k-2点(0.4KV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量2.5.1总电抗标幺值2.5.2三相短路电流周期分量有效值2.5.3其它短路电流2.5.4三相短路容量3以上计算结果综合如表5所示.表5短路计算结果接线方式短路计算点三相短路电流/KA三相短路容量/MVA一台主变k-11.51.51.53.82.327.2k-215.515.515.528.516.910.8两台主变k-11.51.51.53.82.327.2k-222.322.322.341.024.310.8五电费计算本厂与当地供电部门达成协议，在本厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费交电费。每月基本电费按主变压器容量计为20元/KVA，动力电费为0.3元/kwh，照明电费为0.5元/kwh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9.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供电贴费：6~10KV为900元/KVA。供电贴费：主变压器容量为每KVA900元，供电贴费为1000KVA*0.09万元/KVA=90万元。月基本电费按主变压器容量计为20元/KVA，故每年电费为1000*20*12=24万元。根据年最大负荷利用小时T可求得：动力费用：627.5*T*0.3照明费用：31.3*T*0.5六铸造车间进线的选择校验1导线线径一般按如下公式计算：铜线：S=I*L/54.4*U`铝线：S=I*L/34*U`式中：I——导线中通过的最大电流（A）L——导线的长度（M）U`——充许的电源降（V）S——导线的截面积（MM2）说明：1）、U`电压降可由整个系统中所用的设备（如探测器）范围分给系统供电用的电源电压额定值综合起来考虑选用。2）、计算出来的截面积往上靠.根据经验可得1平方的铜导线安全载流量为5-8A;铝导线的安全载流量为3~5A.2计算导线所需载流量2.1先根据功率的大小计算出单相电流，　　照明：　电流（A）＝设备功率(W)÷额定电压(V)=32.7A　　动力：相电流（A）＝设备功率(W)÷［√3×额定电压(V）］=243.1A2.2根据计算出的电流，乘以系数1.3（主要是考虑过电流），得出要选取导线的电流值，从《电工手册》查出要用导线的截面值。I=（243.1+32.7）×1.3=358.5A查电工手册可得，铝芯电缆选取240mm2，铜芯电缆选取150mm22.3根据经验口诀选取经验口诀:二点五下乘以九，往上减一顺号走;三十五乘三点五，双双成组减点五;条件有变加折算，高温九折铜升级;穿管根数二三四，八七六折满载流。其中，从50mm’及以上的导线，其载流量与截面数之间的倍数关系变为两个两个线号成一组，倍数依次减0．5。即50、70mm’导线的载流量为截面数的3倍；95、120mm”导线载流量是其截面积数的2．5倍，依次类推。上述口诀是铝芯绝缘线、明敷在环境温度25℃的条件下而定的。若铝芯绝缘线明敷在环境温度长期高于25℃的地区，导线载流量可按上述口诀计算方法算出，然后再打九折即可；当使用的不是铝线而是铜芯绝缘线，它的载流量要比同规格铝线略大一些，可按上述口诀方法算出比铝线加大一个线号的载流量。可得，铝芯电缆选取240mm2，铜芯电缆选取185mm2选做题1、 如何能够不破坏绝缘皮就能检测导线是否通电，详细说明其原理答：将待测导线绕成线圈，再拿漆包线绕成另一组线圈，大小基本相同。两线圈并列放置。漆包线绕成的线圈导线两端的接头接一个电阻、电流表、开关串联。就可以检测了。如果有交流电通过那么电流表应该有示数。否则，电流表没有反应。原理：它的基本原理就是磁的耦合。如果有两只线圈互相靠近，则其中第一只线圈中电流所产生的磁通有一部分与第二只线圈相环链。当第一线圈中电流发生变化时，则其与第二只线圈环链的磁通也发生变化，在第二只线圈中产生感应电动势。这种现象叫做互感现象。　　2、 详细阐述一种防雷系统的算法（参考教材防雷系统一章）答：一个完整的防雷系统由接闪器（避雷器）、引下线和接地装置三部分组成。此处以避雷针、引下线和接地装置组成的系统来说明。“滚球法”避雷保护计算　　“滚球法”是国际电工委员会(IEC)推荐的接闪器保护范围计算方法之一。我国建筑防雷规范G50057—994(2000年版)也把“滚球法”强制作为计算避雷针保护范围的方法。滚球法是以hR为半径的一个球体沿需要防止击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器(包括被用作接闪器的金属物)或只触及接闪器和地面(包括与大地接触并能承受雷击的金属物)，而不触及需要保护的部位时，则该部分就得到接闪器的保护。滚球法确定接闪器保护范围应符合规范规定，见表。　应用滚球法，避雷针在地面上的保护半径的计算可见以下方法及图2。a)避雷针高度h≤hR时的计算距地面hR处作条平行于地面的平行线。以针尖为圆心、hR为半径作弧线交于平行线A，两点。以A，为圆心，hR为半径作弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切，这样，从弧线起到地面就是保护范围。保护范围是一个对称的锥体。避雷针在hP高度的xx＇平面上和在地面上的保护半径，按公式[2](4)计算确定式中：Rp——避雷针保护高度xx＇平面上的保护半径；hR——滚球半径，按表确定；hp——被保护物的高度；R0——避雷针在地面上的保护半径。b)当避雷针高度h＞hR时的计算在避雷针上取高度hp的一点代替单支避雷针针尖并作为圆心，见下图