工廠供電系統(tǒng)電氣部分設(shè)計(jì)匯總

PAGEPAGE26工廠供電系統(tǒng)電氣部分設(shè)計(jì)二0一四年六月工廠供電系統(tǒng)電氣部分設(shè)計(jì)田文杰(供電12833)摘要

工廠供電（electricpowersupplyforindusrialplants），就是指工廠所需電能的供應(yīng)和分配問題，眾所周知，電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力。電能既易于由其他形式能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其他形式的能量已供應(yīng)用；它的輸送與分配既簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，又便于控制、調(diào)節(jié)和測(cè)量，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活中應(yīng)用極為廣泛。

在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力，但是它在生產(chǎn)成本中所占的比重一般很小。例如在機(jī)械工業(yè)中，電能開支占產(chǎn)品成本的5%左右。從投資額來看，有些機(jī)械工廠在供電設(shè)備上的投資也僅占總投資的5%左右。所以電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在與它在產(chǎn)品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)電氣化以后，可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工人的勞動(dòng)條件，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應(yīng)突然中斷，則對(duì)工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)重后果。例如某些對(duì)供電可靠性要求很高的電廠，即使是極短時(shí)間的停電，也會(huì)引起重大設(shè)備的損壞，或引起大量產(chǎn)品報(bào)廢，甚至可能發(fā)生重大的人生事故，給國(guó)家和人民帶來經(jīng)濟(jì)甚至政治上的重大損失。

因此，搞好工廠供電工作對(duì)于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義，而能源節(jié)約對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)是一項(xiàng)具有戰(zhàn)略意義工作，也是工廠供電工作的一項(xiàng)重要任務(wù)。

工廠供電工作要很好地圍攻業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，切實(shí)保證工廠生活和生活用電的需要，并搞好能源節(jié)約，就必須達(dá)到以下基本要求

1．安全——在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故或設(shè)備事故。

2．可靠——應(yīng)滿足電能用戶對(duì)供電可靠性的要求

3．優(yōu)質(zhì)——應(yīng)滿足電能用戶對(duì)電壓量和頻率等方面的要求

4．經(jīng)濟(jì)——供電系統(tǒng)的投資要少，運(yùn)行費(fèi)用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬消耗量。

此外，在供電工作中，應(yīng)合理地處理局部、當(dāng)前和長(zhǎng)遠(yuǎn)等關(guān)系，既要照顧局部和當(dāng)前利益，又要有全局觀點(diǎn)，能顧全大局，適應(yīng)發(fā)展。關(guān)鍵詞：負(fù)荷計(jì)算，三相短路，主接線，繼電保護(hù)，設(shè)備選擇1

變壓器的選擇及其電氣主接線

1.1變壓器的選擇

1.1.1電力變壓器及其分類

電力變壓器是變電所中最關(guān)鍵的一次設(shè)備，其主要功能是將電力系統(tǒng)的電能電壓升高或降低，以利于電能的合理輸送、分配和使用。

常用變壓器的種類，在中低壓供配電系統(tǒng)中，常用的電力變壓器有如下幾種分類方式：

①

按相數(shù)分類：有三相電力變壓器和單相電力變壓器。大多數(shù)場(chǎng)合使用三相電力變壓器，在一些低壓?jiǎn)蜗嘭?fù)載較多的場(chǎng)合，也使用單相變壓器。

②

按繞組導(dǎo)電材料分類：有銅繞組變壓器和鋁繞組變壓器，目前一般采用銅繞組變壓器。

③

按絕緣介質(zhì)分類：有油浸式變壓器和干式變壓器兩大類。

④

按繞組聯(lián)結(jié)組別分類：有Yyn0和Dyn11兩種。

1.1.2電力變壓器的連接組別電力變壓器的聯(lián)結(jié)組別，是指變壓器一、二次繞組因采取不同的聯(lián)結(jié)方式而形成變壓器一、二次側(cè)對(duì)應(yīng)的線電壓之間不同相位關(guān)系。

中壓配電變壓器有Yyn0,和Dyn11兩種常見的聯(lián)結(jié)組，配電變壓器用Dyn11聯(lián)結(jié)。較之采用Yyn0聯(lián)結(jié)有一下優(yōu)點(diǎn)：

①

對(duì)Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器來說，其3n次諧波電流在其三角形接線的一次繞組內(nèi)形成環(huán)流，從而不致注入公共的高壓電網(wǎng)中去，這交之一次繞組接成星形接線的Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器更有利于抑制高次諧波電流。

②

Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器的零序阻抗較之Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器的零序阻抗小的多，從而更有利于低壓?jiǎn)蜗嘟拥毓收媳Ｗo(hù)的動(dòng)作和故障的切除。

③

當(dāng)?shù)蛪簜?cè)接用單相不平衡負(fù)荷時(shí)，由于Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器要求低壓中性線電流不超過低壓繞組額定電流的25%，因而嚴(yán)重限制了其接用單相負(fù)荷的容量，影響了變壓器設(shè)備能力的發(fā)揮。

GB

50052-1995《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，低壓為TN及TT系統(tǒng)時(shí)，宜與選用Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器。Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器的低壓側(cè)中性線電流允許達(dá)到低壓繞組額定電流的75%以上，其承受單相不平衡負(fù)荷的能力遠(yuǎn)比Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器大。

因此，機(jī)器廠的電力變壓器選擇Dyn11聯(lián)結(jié)形式。1.1.3變壓器臺(tái)數(shù)和容量的選擇

1、選擇主變壓器臺(tái)數(shù)應(yīng)考慮下列原則:

1)

三級(jí)負(fù)荷一般設(shè)一臺(tái)變壓器，但考慮現(xiàn)有開關(guān)設(shè)備開斷容量的限制，所選單臺(tái)變壓器的容量一般不大于1250kVA；當(dāng)用電負(fù)荷所需的變壓器容量大于1250kVA時(shí)，通常應(yīng)采用兩臺(tái)或更多臺(tái)變壓器。

2)

當(dāng)季節(jié)性或晝夜性的負(fù)荷較多時(shí)，可將這些負(fù)荷采用單獨(dú)的變壓器供電，以便這些負(fù)荷不投入使用時(shí)，切除相應(yīng)的供電變壓器，減少空載損耗。

3)

當(dāng)有較大的沖擊性負(fù)荷時(shí)，為避免對(duì)其他負(fù)荷供電質(zhì)量的影響，可單獨(dú)設(shè)變壓器對(duì)其供電。

4)

當(dāng)有大量一、二級(jí)負(fù)荷時(shí)，為保證供電可靠性，應(yīng)設(shè)兩臺(tái)或多臺(tái)變壓器。以起到相互備用的作用。

5)

在確定變電所住變壓器臺(tái)數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮負(fù)荷的發(fā)展，留有一定的余量。2、變壓器容量的選擇：

1）只裝一臺(tái)主變壓器的變電所

主變壓器容量SN.T應(yīng)滿足全部用電設(shè)備總計(jì)算負(fù)荷S30的需求，即

SN.≥S30

式（1.1）

2)

裝有兩臺(tái)主變壓器的變電所，每臺(tái)變壓器的容量SN.T應(yīng)該同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件：

a.任一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，宜滿足總的計(jì)算負(fù)荷S30的大約60%--70%的需要，即

SN.T

=(0.6

0.7)

S30

式（1.2）

b.任一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)滿足全部一、二級(jí)負(fù)荷的要求。即

SN.T

≥

S30（Ⅰ+Ⅱ）

式（1.3）

3、車間變電所主變壓器的單臺(tái)容量上限：

車間變電所主變壓器的單臺(tái)容量，一般不宜大于1000kVA。這一方面是受以往低壓開關(guān)電器斷流能力和短路穩(wěn)定度要求的限制，另一方面也是考慮到可以使變壓器更接近于車間負(fù)荷中心，以減少低壓配電線路的電能損耗、電壓損耗和有色金屬消耗量。

4、適當(dāng)考慮負(fù)荷的發(fā)展

應(yīng)適當(dāng)考慮今后5—10年電力負(fù)荷的增長(zhǎng)，留有一定的余地。

1.1.4電力變壓器的校驗(yàn)

電力變壓器的額定容量SN.T是在一定溫度條件下的持續(xù)最大輸出容量。如果安住地點(diǎn)的年平均氣溫θ0.av≠20℃時(shí)，則年平均氣溫每升高1°C，變壓器容量相應(yīng)地減少1%，戶外電力變壓器的實(shí)際容量為ST=（1-θ0.av-20/100）SN.T式（1.4）對(duì)于戶內(nèi)變壓器，由于散熱條件差，一般變壓器室的出風(fēng)口與進(jìn)風(fēng)口間有約15°C的溫差，從而使處于室內(nèi)中間的變壓器環(huán)境溫度比戶外變壓器環(huán)境溫度要高出大約8°C，因此戶內(nèi)變壓器的實(shí)際容量較之上式所計(jì)算的容量還要小8%。

對(duì)于S9-630/10型變壓器，考慮本地年平均氣溫為23.2°C，即年平均氣溫不等于20°C，對(duì)于室內(nèi)變壓器，其實(shí)際容量為

ST=（0.92-θ0.av-20/100）SN.T=（0.92-（23.2-20/100））630KVA=599.44KVA＞425.16KVA因此，選擇的變壓器滿足要求。1.2工廠變配電所的主接線圖

1.2.1電氣主接線的概況

電氣主接線圖即主電路圖，是表示供電系統(tǒng)中電能輸送和分配線路的電路圖，亦稱一次電路圖。它的設(shè)計(jì)，直接關(guān)系著全廠電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的確定，關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

電氣主接線應(yīng)滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性三方面：

可靠性：為了向用戶供應(yīng)持續(xù)、優(yōu)質(zhì)的電力，電氣主接線首先必須滿足這一可靠性的要求。主接線的可靠性的衡量標(biāo)準(zhǔn)是運(yùn)行實(shí)踐，要充分地做好調(diào)研工作，力求避免決策失誤，鑒于進(jìn)行可靠的定量計(jì)算分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)尚不完善的情況，充分做好調(diào)查研究工作顯的尤為重要。

為了提高主接線的可靠性，選用運(yùn)行可靠性高的設(shè)備是條捷徑，這就要兼顧可靠性和經(jīng)濟(jì)性兩方面，做出切合實(shí)際的決定。

靈活性：電氣主接線應(yīng)能適應(yīng)各種運(yùn)行狀態(tài)，并能靈活地進(jìn)行運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換。靈活性包括以下幾個(gè)方面：

1）操作的方便性

電氣主接線應(yīng)該在服從可靠性的基本要求條件下，接線簡(jiǎn)單，操作方便，盡可能地使操作步驟少，以便于運(yùn)行人員掌握，不致在操作過程中出差錯(cuò)。

2）調(diào)度的方便性

電氣主接線在正常運(yùn)行時(shí)，要根據(jù)調(diào)度要求，方便的改變運(yùn)行方式。并且發(fā)生事故時(shí)，要能盡快地切出故障，故停電時(shí)間最短，影響范圍最小，不致過多地影響對(duì)用戶的供電和破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3）擴(kuò)建的方便性

對(duì)將來要擴(kuò)建的發(fā)電廠和變電站，其主接線必須具有擴(kuò)建的方便性。

經(jīng)濟(jì)性：采用簡(jiǎn)單的接線方式，少用設(shè)備，節(jié)省設(shè)備上的投資。1.2.2車間和小型工廠變電所的主接線圖

1、車間變電所的主接線圖

車間變電所的主接線分兩種情況：

1）

有工廠總降壓變電所或高壓配電所的車間變電所

其高壓側(cè)的開關(guān)電器、保護(hù)裝置和測(cè)量?jī)x表等，一般都安裝在高壓配電線路的首段，即總配電所的高壓配電室內(nèi)，而車間變電所只設(shè)變壓器室和低壓配電室，其高壓側(cè)多數(shù)不安裝開關(guān)，或只安裝簡(jiǎn)單的隔離開關(guān)、熔斷器、避雷器等，如圖1.1所示。圖1.1

車間變電所高壓側(cè)主接線方案

a）高壓電纜進(jìn)線，無開關(guān)

b）高壓電纜進(jìn)線，裝隔離開關(guān)

c）高壓電纜進(jìn)線，裝隔離開關(guān)-熔斷器

d）高壓電纜進(jìn)線，裝負(fù)荷開關(guān)-熔斷器

e）高壓架空進(jìn)線，裝跌開式熔斷器和避雷器

f）高壓架空進(jìn)線，裝隔離開關(guān)-熔斷器和避雷器g）高壓架空線，裝隔離開關(guān)-熔斷器和避雷器由圖可以看出，凡是高壓架空進(jìn)線，變電所高壓側(cè)必須裝設(shè)避雷器，以防雷電波沿著架空線路侵入變電所擊毀電力變壓器及其他設(shè)備的絕緣。而采用高壓電纜進(jìn)線時(shí)，避雷器則裝設(shè)在電纜的首端，而且避雷器的接地端要連同電纜的金屬外皮一起接地。此時(shí)變壓器高壓側(cè)一般可以不再裝設(shè)避雷器。如果變壓器高壓側(cè)為架空線又經(jīng)過一段電纜引入時(shí)，則變壓器高壓側(cè)仍應(yīng)裝設(shè)避雷器。2）工廠無總變、配電所的車間變電所

工廠內(nèi)無總降壓變電所和高壓配電所時(shí)，其車間變電所往往就是工廠的降壓變電所，其高壓側(cè)的開關(guān)電器、保護(hù)裝置和測(cè)量?jī)x表等，都必須配備齊全，所以一般要設(shè)置高壓配電室。在變壓器容量較小、供電可靠性要求不高的情況下，就可以不設(shè)高壓配電室，其高壓側(cè)的開關(guān)電器就裝在變壓器室的墻上或電桿上，而在低壓側(cè)計(jì)量電能，或者其高壓柜就裝在低壓配電室內(nèi)，在高壓側(cè)計(jì)量電能。

2、小型工廠變電所的主接線圖

1）只裝有一臺(tái)主變壓器的小型變電所主接線圖

只裝有一臺(tái)主變壓器的小型變電所，其高壓側(cè)一般采用無母線的接線。根據(jù)其高壓側(cè)采用的開關(guān)電器不同，有以下三種比較經(jīng)典的主接線方案。

高壓側(cè)采用隔離開關(guān)-熔斷器或戶外跌開式熔斷器的變電所主接線圖（圖1.2）這種主接線，受隔離開關(guān)和開式熔斷器切斷空載變壓器容量的限制，一般只用于500kVA及以下容量的變電所。圖1.2

高壓側(cè)采用隔離開關(guān)-熔斷器圖1.3

高壓側(cè)采用負(fù)荷開關(guān)-熔斷器或跌開式熔斷器的變電所主接線圖或負(fù)荷跌開式熔斷器的變電所直接線圖這種變電所相當(dāng)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，但供電可靠性不高，當(dāng)主變壓器或高于側(cè)停電檢修或發(fā)生故障時(shí)，整個(gè)變電所要停電。由于隔離開關(guān)和跌開式熔斷器不能帶負(fù)荷操作，因此變電所送電和停電的操作程序比較復(fù)雜，如果稍有疏忽，還容易發(fā)生帶負(fù)荷拉閘的嚴(yán)重事故，而且在熔斷器熔斷后，更換熔體需一定時(shí)間，從而影響供電的可靠性。但是這種主接線簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，對(duì)于三級(jí)負(fù)荷的小容量變電所是相當(dāng)適宜的。b.高壓側(cè)采用負(fù)荷開關(guān)-熔斷器或負(fù)荷跌開式熔斷器的變電所主接線圖（圖1.3）

由于負(fù)荷開關(guān)和負(fù)荷跌開式熔斷器能帶負(fù)荷操作，從而使變電所停、送電的操作簡(jiǎn)便靈活得多，也不存在著在帶負(fù)荷拉閘的危險(xiǎn)。但在發(fā)生短路故障時(shí)，只能是熔斷器熔斷，因此這種主接線仍然存在著在排除短路故障時(shí)恢復(fù)供電的時(shí)間較長(zhǎng)的缺點(diǎn)，供電可靠性仍然不高，一般也只用于三級(jí)負(fù)荷的變電所。圖1.4

高壓側(cè)采用隔離開關(guān)圖1.5

高壓雙回路進(jìn)線的一臺(tái)主-斷路器的變電所主接線圖變壓器變電所主接線圖

c.高壓側(cè)采用隔離開關(guān)-斷路器的變電所主接線圖（圖1.4）

這種主接線由于采用了高壓斷路器，因此變電所的停、送電操作十分靈活方便，而且在發(fā)生短路故障時(shí)，過電流保護(hù)裝置動(dòng)作，斷路器會(huì)自動(dòng)跳閘，如果短路故障已經(jīng)消除，則可立即合閘回復(fù)供電。如果配備自動(dòng)重合閘裝置，則供電可靠性更高。但是如果變電所只此一路電源進(jìn)線時(shí)，一般也只用于三級(jí)負(fù)荷；但如果變電所低壓側(cè)有聯(lián)絡(luò)線與其他變電所相連時(shí)，或另有備用電源時(shí)，則可用于二級(jí)負(fù)荷。如果變電所有兩路電源進(jìn)線，如圖1.5所示，則供電可靠性相當(dāng)提高，可供二級(jí)負(fù)荷或少量一級(jí)負(fù)荷。圖1.6

高壓側(cè)無母線、低壓側(cè)單母分段的變電所主接線圖2）裝有兩臺(tái)主變壓器的小型變電所主接線圖

a.高壓無母線、低壓?jiǎn)文妇€分段的變電所主接線圖（圖1.6）

這種主接線的供電可靠性較高，當(dāng)任一主變壓器或任一電源進(jìn)線停電檢修或發(fā)生故障時(shí)，該變電所通過閉合低壓母線分段開關(guān)，即可迅速恢復(fù)對(duì)整個(gè)變電所的供電。如果兩臺(tái)主變壓器高壓側(cè)斷路器裝設(shè)互為備用的備用電源自動(dòng)投入裝置，則任一主變壓器高壓側(cè)斷路器因電影斷電而跳閘時(shí)，另一主變壓器高壓側(cè)的斷路器在備用電源自動(dòng)投入裝置作用下自動(dòng)合閘，恢復(fù)整個(gè)變電所的供電。這時(shí)變電所可供一、二級(jí)負(fù)荷。圖1.7

高壓采用單母線、低壓?jiǎn)文妇€分段的變電所主接線

b.高壓側(cè)采用單母線、低壓側(cè)采用單母分段的變電所主接線圖（圖1.7）

這種主接線適用于裝有兩臺(tái)及以上主變壓器或具有多路高壓出線的變電所，其供電可靠性也較高。任一主變壓器檢修或發(fā)生故障是，通過切換操作，即可迅速恢復(fù)對(duì)整個(gè)變電所的供電。但是高壓母線或電源進(jìn)線進(jìn)線檢修或發(fā)生故障時(shí)，整個(gè)變電所仍要停電。這時(shí)只能供電給三級(jí)負(fù)荷。如果有與其他變電所相連的高壓或低壓聯(lián)絡(luò)線時(shí)，則可供一、二級(jí)負(fù)荷。

c.高低壓側(cè)均采用單母線分段的變電所主接線圖（圖1.8）

這種主接線的兩段高壓母線，在正常時(shí)可以接通運(yùn)行，也可以分段運(yùn)行。任一臺(tái)主變壓器或任一路電源進(jìn)線停電檢修或發(fā)生故障時(shí)，通過切換操作，均可迅速恢復(fù)整個(gè)變電所的供電。因此，其供電可靠性相當(dāng)高，可供一、二級(jí)負(fù)荷。圖1.8

高低壓側(cè)均為單母線分段的變電所主接線圖2

短路電流的計(jì)算

2.1短路的原因、后果及其形式

2.1.1短路的原因

系統(tǒng)中最常見的故障就是短路，短路就是指不同電位的導(dǎo)電部分對(duì)地之間的低阻性短接。產(chǎn)生短路的原因有：

電氣設(shè)備絕緣被損壞

絕緣損壞多由于未及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備的缺陷，以及設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行維護(hù)不良所致。例如，過電壓、設(shè)備遭雷擊、絕緣材料陳舊、機(jī)械損傷等等。

有關(guān)人員誤操作

這種情況大多是由于操作人員違反安全操作規(guī)程而發(fā)生的，例如帶負(fù)荷拉閘，或者誤將低電壓設(shè)備接入較高電壓的電路中而造成擊穿短路。

鳥獸為害事故

鳥獸跨越在裸露的相線之間或者相線與接地物體之間，或者咬壞設(shè)備和導(dǎo)線電纜的絕緣，從而導(dǎo)致短路。

2.1.2短路的后果短路后，系統(tǒng)中出現(xiàn)的短路電流比正常負(fù)荷電流大得多。在大電力系統(tǒng)中，短路電流可達(dá)幾萬安甚至幾十萬安。短路電流對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的危害：

①

短路時(shí)要產(chǎn)生很大的點(diǎn)動(dòng)力和很高的溫度，而使故障元件和短路電路中的其他元件受到損害和破壞，甚至引發(fā)火災(zāi)事故。

②

短路時(shí)電路的電壓驟降，嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。

③

短路時(shí)保護(hù)裝置動(dòng)作，將故障電路切除，從而造成停電，而且短路點(diǎn)越靠近電源，停電范圍越大，造成的損失也越大。

④

嚴(yán)重的短路要影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，可使并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組失去同步，造成系統(tǒng)結(jié)列。

⑤

不對(duì)稱短路包括單相和兩相短路，其短路電流將產(chǎn)生較強(qiáng)的不平衡交變電磁場(chǎng)，對(duì)附近的通信線路、電子設(shè)備等產(chǎn)生電磁干擾，影響其正常運(yùn)行，甚至使之發(fā)生誤動(dòng)作。

由此可見，短路的后果是十分嚴(yán)重的，因此必須盡力設(shè)法消除可能引起短路的一切因素；同時(shí)需要進(jìn)行短路電流的計(jì)算，以便正確地選擇電氣設(shè)備，使設(shè)備具有足夠的動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以保證在發(fā)生可能有的最大短路電流時(shí)不致?lián)p壞。為了選擇切除短路故障的開關(guān)電器、整定短路保護(hù)的繼電裝置和選擇限制短路電流的元件（如電抗器）等，也必須計(jì)算短路電流。2.1.3短路的形式

在三相系統(tǒng)中，短路的形式有三相短路、兩相短路、單相短路和兩相接地短路等，其中兩相接地短路，實(shí)質(zhì)是兩相短路。

按短路電路的對(duì)稱性來分，三相短路屬于對(duì)稱性短路，其他形式短路均不為對(duì)稱短路。

電力系統(tǒng)中，發(fā)生單相短路的可能性最大，而發(fā)生三相短路的可能性最小。但一般情況下，特別是遠(yuǎn)離電源的工廠供電系統(tǒng)中，三相短路的短路電流最大，因此造成的危害也最為嚴(yán)重。為了使電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備在最嚴(yán)重的短路狀態(tài)下也能可靠的工作，因此作為選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備用的短路計(jì)算中，以三相短路計(jì)算為主。實(shí)際上，不對(duì)稱短路也可以按對(duì)稱的短路電流分解為對(duì)稱的正序、負(fù)序、零序分量，然后按對(duì)稱量來分析和計(jì)算，所以對(duì)稱的三相短路分析計(jì)算也是不對(duì)稱短路分析計(jì)算的基礎(chǔ)。

2.2無限大容量電力系統(tǒng)的三相短路計(jì)算

2.2.1無限大容量電力系統(tǒng)

無限大容量電力系統(tǒng)，是指供電容量先對(duì)于用戶供電系統(tǒng)容量大的多的電力系統(tǒng)。其特點(diǎn)是：當(dāng)用戶供電系統(tǒng)的負(fù)荷變動(dòng)甚至發(fā)生短路時(shí)，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓能基本維持不變。如果電力系統(tǒng)的電源總阻抗不超過短路總阻抗的5%-10%，或者電力系統(tǒng)容量超過用戶供電系統(tǒng)容量的50倍時(shí)，可將電力系統(tǒng)視為無限大容量系統(tǒng)。

對(duì)一般工廠供電系統(tǒng)來說，由于工廠供電系統(tǒng)的容量遠(yuǎn)比電力系統(tǒng)總?cè)萘啃?，而阻抗又較電力系統(tǒng)大得多，因此工廠供電系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生短路時(shí)，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓幾乎維持不變，也就是說可將電力系統(tǒng)視為無限大容量的電源。

2.2.2短路電流的計(jì)算方法

進(jìn)行短路電流計(jì)算，首先要繪出計(jì)算電路圖，在電路圖上，將短路計(jì)算所需要考慮的各元件的額定參數(shù)都表示出來，并將個(gè)元件依次編號(hào)，然后確定短路計(jì)算點(diǎn)。短路計(jì)算點(diǎn)要選擇得使需要進(jìn)行短路校驗(yàn)的電氣元件有最大可能的短路電流通過。

①

電力系統(tǒng)的阻抗計(jì)算

電力系統(tǒng)的電阻相對(duì)于電抗來說很小，一般不予考慮。電力系統(tǒng)的電抗，可由電力系統(tǒng)變電站饋電線出口斷路器的斷路容量Soc來估算，電力系的電抗為XS=Uc2/Soc式（2.1）式中，Uc為電力系統(tǒng)饋電線的短路計(jì)算電壓，但為了便于短路電路總阻抗的計(jì)算，免去阻抗換算的麻煩，此式中的Uc可直接采用短路點(diǎn)的短路計(jì)算電壓；Soc為系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量，如果只有斷路器的開斷電流Ioc，則其斷流容量Soc=IocUN，這里的UN為斷路器的額定電壓。②

電力變壓器的阻抗計(jì)算

1）變壓器的電阻RT

可由變壓器的短路損△PK耗近似計(jì)算因△PK≈3IN2RT=（SN/Uc）2RT

故RT≈△PK（Uc/SN）2式（2.2）式中，Uc為短路點(diǎn)短路計(jì)算電壓；Sn為變壓器的額定容量；△Pk為變壓器的短路損耗。

2）變壓器的電抗XT

可由變壓器的短路電壓UK％近似地計(jì)算。因UK％≈SNXT/Uc2×100故XT≈（UK％/100）×（UC2/SN）式（2.3）式中，UK％為變壓器的短路電壓百分值。

③

電力線路的阻抗計(jì)算

1）線路的電阻RWL可由導(dǎo)線電纜的單位長(zhǎng)度電阻R0乘以線路長(zhǎng)度求得，即RWL=R01式(2.4)式中，RO為導(dǎo)線電纜單位長(zhǎng)度電阻，l為線路長(zhǎng)度。2）線路的電抗XWL可由導(dǎo)線電纜的單位長(zhǎng)度電抗X0乘以線路長(zhǎng)度求得，即XWL=X01式（4.5）表2.1

電力線路每相的單位長(zhǎng)度電抗平均值線路結(jié)構(gòu)線路電壓35KV及以上6-10KV220V/380V架空線路0.40.350.32電纜線路0.120.080.066在計(jì)算短路電路的阻抗時(shí)，假如電路內(nèi)含有電力變壓器時(shí)，電路內(nèi)各元件的阻抗都應(yīng)該統(tǒng)一換算到短路點(diǎn)的短路計(jì)算電壓去，阻抗等效換算的條件是元件的功率損耗不變。2.2.3工廠三相短路電流的計(jì)算

畫出短路計(jì)算電路圖，如圖2.1所示：圖2.1

短路計(jì)算電路圖畫出短路等效電路圖，如圖2.2所示：圖2.2

短路等效電路圖①

求短路點(diǎn)K-1處短路電流和短路容量（UCL=10.5kV）。

1)

計(jì)算短路電路中各元件的電流和總阻抗。

a.電力系統(tǒng)的電抗：XL=UCL2/SOC=(10.5KV)2/500MVA=0.221Ω查表得SN10-10Ⅱ型斷路器的斷流容量SOC=500MVAb架空線路的電抗：X2=X01=0.35×1=0.35Ωc電纜線路的電抗：X3=X(01)11=0.08×0.02=0.0016Ω計(jì)算總電抗：X∑（K-1）=X1+X2+X3=0.573Ω2)

計(jì)算K-1點(diǎn)的三相短路電流和短路容量。

三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流:

i(3)sh(k-1)=2.55I〞(K-1)(3)=2.55×10.58=26.976KVAi(3)sh(k-1)=1.51I〞(K-1)(3)=1.51×10.58=15.976KVA②求K-2點(diǎn)三相短路電流和短路容量（UC2=0.4KV）1)計(jì)算短路電路中各元件的電抗和總電抗

a電力系統(tǒng)的電抗：X1ˊ=U2C2/SOC=0.42/500=3.2×10-4Ωb架空線路的電抗:X2ˊ=X01（UC2/Uc1）2=0.35×（0.4/10.5）2=5.08×10-4Ωc電纜線路的電抗：X3ˊ=X（01）11（UC2/Uc1）2=0.0016×（0.4/10.5）2=2.32×10-6Ωd電力變壓器的電抗：查表UK％=5則X4ˊ=（UK％/100）×（U2C2/SN）=(5/100)×（0.42/630）=0.0127總電抗X∑（K-1）=X1ˊ+X2ˊ+X3ˊ+X4ˊ=0.0135Ω3)計(jì)算K-2點(diǎn)三相短路電流和短路容量。三相次暫態(tài)短路電流和短路穩(wěn)態(tài)電流

I〞（K-2）(3)=I(K-2)(3)∞=I(3)(K-2)=17.11KA三相短路沖擊電流及第一個(gè)周期短路全電流有效值：i(3)sh(k-2)=1.84I″(K-2)(3)=1.84×17.11=31.48KVA3.主要設(shè)備選擇3.1導(dǎo)線的選擇與校驗(yàn)

3.1.1車間導(dǎo)線截面及配電箱的選擇1.

選擇配電箱中各路的熔體額定電流。根據(jù)設(shè)備明細(xì)表中各設(shè)備的容量，依據(jù)熔斷器的選擇方法和原則，可得出各路的熔體額定電流。

2.

根據(jù)已選出的各路熔體額定電流，并預(yù)留1-2路（將來增加用電設(shè)備時(shí)可不更換分電箱）。確定線路數(shù)和熔斷器電流相適應(yīng)的分電箱。

3.

根據(jù)已選出的各路熔體電流及其敷設(shè)方式、環(huán)境溫度等，依據(jù)導(dǎo)線及電線管得選擇方法和原則，可選出相應(yīng)的導(dǎo)線及電線管。

4.

引入配電箱分干線截面的選擇。由于每小分電箱所接的設(shè)備臺(tái)數(shù)不多，所以分干線的計(jì)算電流應(yīng)按二項(xiàng)式法計(jì)算。這樣才能照顧到大容量設(shè)備對(duì)計(jì)算機(jī)電流的影響。選干線截面時(shí)，應(yīng)留有余量，以備負(fù)荷發(fā)展。干線導(dǎo)線有兩部分組成：一部分是敷設(shè)在車間的明敷部分，按明敷設(shè)選導(dǎo)線；另一部分是從配電箱引到干線小于2m要加保護(hù)措施，采用穿管敷設(shè)，應(yīng)按穿管導(dǎo)線選擇導(dǎo)線。選總線干線時(shí)，每路干線所接設(shè)備臺(tái)數(shù)不多，干線的計(jì)算電流也應(yīng)按二項(xiàng)式法計(jì)算。3.2高壓一次設(shè)備的選擇：3.2.1一次設(shè)備及其分類

變電所中承擔(dān)輸送和分配電能的任務(wù)電路，稱為一次電路，一次電路中的所有設(shè)備，稱為一次設(shè)備。

一次設(shè)備按其功能來分，可分為以下幾類：

1.

變換設(shè)備

其功能是按電力系統(tǒng)運(yùn)行的要求改變電壓或電流、頻率等，例如電力變壓器、電壓互感器、電力互感器、變頻機(jī)等。

2.控制設(shè)備

其功能是按電力系統(tǒng)運(yùn)行的要求來控制一次設(shè)備的通、斷，例如各種高低壓開關(guān)設(shè)備。

3.

保護(hù)設(shè)備

其功能是用來對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行過電流和過電壓等的保護(hù)，例如熔斷器和避雷器等。

4.

補(bǔ)償設(shè)備

其功能是用來補(bǔ)償電力系統(tǒng)中的無功功率，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，例如并聯(lián)電容器等。

5.成套設(shè)備

它是按一次電路接線方案的要求，將有關(guān)一次設(shè)備及控制、指示、監(jiān)測(cè)和保護(hù)一次設(shè)備的二次設(shè)備組合為一體的電氣裝置，例如高壓開關(guān)柜、低壓配電屏、動(dòng)力和照明配電箱等。3.2.2一次設(shè)備的選擇

1.高壓一次設(shè)備的選擇

高壓開關(guān)柜有固定式和手車式兩大類，手車式（又稱移開式）高壓開關(guān)柜，雖具有檢修安全、供電可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較貴。在一般中小型工廠中，往往采用較為經(jīng)濟(jì)的固定式高壓開關(guān)柜。我國(guó)現(xiàn)在大量生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用的是GG—1A（F）型。這種防誤型開關(guān)柜裝設(shè)了防止電氣誤操作和保障人身安全的閉鎖裝置，即所謂“五防”功能——防止誤跳、誤合斷路器，防止帶負(fù)荷拉、合隔離開關(guān)，防止帶電掛接地線，防止帶接地線合隔離開關(guān)，防止人員誤入帶電隔離。

本次設(shè)計(jì)中，確定用630kVA的變壓器把10kV的高壓降到動(dòng)力設(shè)備所需要的電壓0.4kV。若有重要負(fù)荷，可靠性要求較高，則可選用手車式開關(guān)柜，如JYN、KYN。本廠都是動(dòng)力設(shè)備，無重要負(fù)荷，因此，變電所可采用固定式開關(guān)柜。這里選用GG—1A(F)—03，此柜裝有GN19—10型隔離開關(guān)1個(gè)，隔離高壓電流，以保證其他電氣設(shè)備的安全檢修。SN10—10Ⅱ/630—500型少油斷路器1個(gè)，可以通斷線路正常的負(fù)荷電流，也可以進(jìn)行短路保護(hù)。GG—1A（F）—03除備有以上兩種開關(guān)外，還有LQJ—10型電流互感器2個(gè)，分別接儀表和繼電器，以滿足測(cè)量和保護(hù)的不同要求。

容量500kVA以上的變壓器，宜采用高壓計(jì)量。因此，對(duì)于630kVA的變壓器，要求在變壓器的高壓側(cè)進(jìn)行計(jì)費(fèi)，可選用與GG—1A（F）型高壓開關(guān)柜配套使用、戶外安裝的PJ1-A/J3型單電源電纜進(jìn)出線的計(jì)量柜，正好滿足要求。柜內(nèi)裝有隔離開關(guān)、高壓斷路器及提供測(cè)量信號(hào)的電流互感器、電壓互感器。

考慮架空線路較之電纜線路發(fā)生故障時(shí)易于發(fā)現(xiàn)且易于檢查和修復(fù)。當(dāng)采用電纜線路時(shí)，必須采用兩根電纜并列供電，每根電纜應(yīng)能承擔(dān)全部二級(jí)負(fù)荷。本設(shè)計(jì)中高壓開關(guān)柜的進(jìn)出線，采用經(jīng)一段電纜后接到架空線上。工廠變配電所高壓開關(guān)柜上面的高壓母線，通常采用LMY型硬鋁母線，對(duì)于主變壓器容量在1250kVA及以下的變電所，高壓母線一般采用LMY—40*4的規(guī)格。本配電所變壓器為630kVA，因此可采用LMY—3（40*4）的高壓母線。2.

低壓一次設(shè)備的選擇

低壓配電屏有固定式和抽屜式兩種結(jié)構(gòu)型式。抽屜式價(jià)格昂貴，一般中小工廠多采用固定式。我國(guó)現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的固定式低壓配電屏主要為PGL1和PGL2型。

根據(jù)前面所確定的車間配電系統(tǒng)及多路額定電流，本設(shè)計(jì)選用固定式低壓配電屏PGL2型，因?yàn)樵搹S為三級(jí)負(fù)荷，選用PGL2型即可滿足要求。

干線1、干線2、倉(cāng)庫(kù)、裝配車間、戶外照明的干線，因?yàn)樗鼈兊娜酃茈娏鞣謩e為100A、200A、100A、200A、100A。因此可選用PGL2——36B，它具有100A的三路，200A的兩路。

干線7、干線10、冷作車間的干線，因?yàn)樗鼈兊娜酃茈娏鞣謩e為400A、200A、400A。因此可選用PGL2——34B，它具有400A的兩路，200A的兩路，可以留一路200A的做備用，供以后增添設(shè)備時(shí)使用。

干線5、干線6、干線8、干線9，因?yàn)樗鼈兊娜酃茈娏鞣謩e為400A、400A、200A、200A。因此可選用PGL2——34B，它具有400A的兩路，200A的兩路。

干線3、干線4、干線11、室內(nèi)照明，因?yàn)樗鼈兊娜酃茈娏鞣謩e為100A、200A、100A、200A。因此可選用PGL2——36B，它具有100A的三路，200A的兩路?？梢粤粢宦?00A的做備用，供以后增添設(shè)備時(shí)使用。選擇結(jié)果如表6.15所示。再加上4臺(tái)電容補(bǔ)償屏，低壓配電屏總共有9臺(tái)低壓配電屏。3.3低壓補(bǔ)償柜選擇

根據(jù)電容器在供電系統(tǒng)中的裝設(shè)位置，有高壓集中補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償和就地補(bǔ)償三種方式。其中，低壓集中補(bǔ)償能使車間變壓器的視在功率減小從而可使主變壓器容量選得較小，比較經(jīng)濟(jì)，而且這種補(bǔ)償?shù)牡蛪弘娙萜鞴褚话憧砂惭b在低壓配電室內(nèi)，運(yùn)行維護(hù)方便。

集中補(bǔ)償?shù)碾娙萜鹘M，有手動(dòng)投切和自動(dòng)調(diào)節(jié)兩種控制方式。對(duì)于自動(dòng)補(bǔ)償裝置來說，電路中的功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償控制器可按電力負(fù)荷的變化及功率因數(shù)的高低，以一定的時(shí)間間隔（10-15s）,自動(dòng)控制各組電容器回路中基礎(chǔ)器的投切，使電網(wǎng)無功功率自動(dòng)得到補(bǔ)償，又不致過補(bǔ)償。

因此，本系統(tǒng)擬采用無功功率自動(dòng)補(bǔ)償屏，裝在變電低壓母線側(cè)集中補(bǔ)償。

選用總?cè)萘繛?60kVA。電容屏型號(hào)選：PGJ1-2，PGJ1-3三臺(tái)4防雷與接地設(shè)計(jì)為防止雷電產(chǎn)生的過電壓波沿線路侵入變配電所而危及主變壓器等電氣設(shè)備的絕緣，本次設(shè)計(jì)在高壓開關(guān)柜中沒有裝設(shè)避雷器。在10kV架空進(jìn)線的最后一個(gè)電線桿中裝設(shè)一組HY5W4型避雷器。這種避雷器內(nèi)部無空腔，不存在內(nèi)外氣體互相滲漏問題，安裝運(yùn)輸無破損，可靠性很高。

凡是與架空線路相連的進(jìn)出線，在入戶處的電線桿進(jìn)行接地，可以達(dá)到重復(fù)接地的目的，每個(gè)電纜頭均要接地。

按規(guī)定10kV配電裝置的構(gòu)架，變壓器的380V側(cè)中性線及外殼，以及380V電氣設(shè)備的金屬外殼等都要接地，其工頻接地電阻要求RE〈4Ω。根據(jù)土壤電阻率ρ=100??m及RE<4Ω，因此可采用6根直徑50mm的鋼管作接地，用40mm*4mm的扁鋼連接在距變電所墻腳2m處，打入一排φ=50mm、長(zhǎng)2.5m的鋼管接地體。每隔5m打入一根，管間用40mm*4mm的扁鋼連接。接地所用材接地體材料表

名稱型號(hào)用量作用鋼管φ50mm2.5*6=15m作接地體扁鋼40mm*4mm5*5=25m連接鋼管5配電裝置配置我國(guó)220/380V低壓配電系統(tǒng)，廣泛采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式，而且引出有中性線(N)、保護(hù)線(PE)或保護(hù)中性線（PEN）。

中性線（N線）的功能：一是用來接用額定電壓為系統(tǒng)相電壓的單相用電設(shè)備；二是用來傳導(dǎo)三相系統(tǒng)的不平衡電流；三是減小負(fù)荷中性點(diǎn)的電位偏移。

保護(hù)線（PE線）的功能：它是用來保障人身安全、防止發(fā)生觸電事故用的接地線。系統(tǒng)中所有設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分（指正常不帶電壓但故障情況下可帶電壓的易被觸及的導(dǎo)電部分，例如設(shè)備的金屬外殼、金屬構(gòu)架等）通過保護(hù)線接地，可在設(shè)備發(fā)生基地故障是減少觸電危險(xiǎn)。

保護(hù)中性線（PEN線）的功能：它兼有中性線和保護(hù)線的功能。這種ＰＥＮ線在我國(guó)通常稱為“零線”，俗稱地線。

低壓配電系統(tǒng)接地型式，分為TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。

1.

TN系統(tǒng)

TN系統(tǒng)的中性點(diǎn)直接接地，所有設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分均接公共的保護(hù)線（PE）線或公共的保護(hù)中性線（PEN線）。這種公共PE線或PEN線的方