工廠供電系統(tǒng)電氣部分設(shè)計

工廠供電系統(tǒng)電氣局部設(shè)計二0一四年六月工廠供電系統(tǒng)電氣局部設(shè)計田文杰(供電12833)摘要工廠供電〔electricpowersupplyforindusrialplants〕，就是指工廠所需電能的供給和分配問題，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給用；它的輸送與分配既簡單經(jīng)濟，又便于控制、調(diào)節(jié)和測量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個國民經(jīng)濟生活中應用極為廣泛。在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，但是它在生產(chǎn)本錢中所占的比重一般很小。例如在機械工業(yè)中，電能開支占產(chǎn)品本錢的5%左右。從投資額來看，有些機械工廠在供電設(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)品本錢中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后，可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)本錢，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的電能供給突然中斷，那么對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴重后果。例如某些對供電可靠性要求很高的電廠，即使是極短時間的停電，也會引起重大設(shè)備的損壞，或引起大量產(chǎn)品報廢，甚至可能發(fā)生重大的人生事故，給國家和人民帶來經(jīng)濟甚至政治上的重大損失。因此，搞好工廠供電工作對于開展工業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義，而能源節(jié)約對于國家經(jīng)濟建設(shè)是一項具有戰(zhàn)略意義工作，也是工廠供電工作的一項重要任務。工廠供電工作要很好地圍攻業(yè)生產(chǎn)效勞，切實保證工廠生活和生活用電的需要，并搞好能源節(jié)約，就必須到達以下根本要求1．平安——在電能的供給、分配和使用中，不應發(fā)生人身事故或設(shè)備事故。2．可靠——應滿足電能用戶對供電可靠性的要求3．優(yōu)質(zhì)——應滿足電能用戶對電壓量和頻率等方面的要求4．經(jīng)濟——供電系統(tǒng)的投資要少，運行費用要低，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，應合理地處理局部、當前和長遠等關(guān)系，既要照顧局部和當前利益，又要有全局觀點，能顧全大局，適應開展。關(guān)鍵詞：負荷計算，三相短路，主接線，繼電保護，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)場合使用三相電力變壓器，在一些低壓單相負載較多的場合，也使用單相變壓器。②

按繞組導電材料分類：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)對應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：①

對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，從而更有利于低壓單相接地故障保護的動作和故障的切除。③

當?shù)蛪簜?cè)接用單相不平衡負荷時，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%，因而嚴重限制了其接用單相負荷的容量，影響了變壓器設(shè)備能力的發(fā)揮。GB50052-1995《供配電系統(tǒng)設(shè)計標準》規(guī)定，低壓為TN及TT系統(tǒng)時，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)中性線電流允許到達低壓繞組額定電流的75%以上，其承受單相不平衡負荷的能力遠比Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器大。因此，機器廠的電力變壓器選擇Dyn11聯(lián)結(jié)形式。1.1.3變壓器臺數(shù)和容量的選擇1、選擇主變壓器臺數(shù)應考慮以下原那么:1)三級負荷一般設(shè)一臺變壓器，但考慮現(xiàn)有開關(guān)設(shè)備開斷容量的限制，所選單臺變壓器的容量一般不大于1250kVA；當用電負荷所需的變壓器容量大于1250kVA時，通常應采用兩臺或更多臺變壓器。2)當季節(jié)性或晝夜性的負荷較多時，可將這些負荷采用單獨的變壓器供電，以便這些負荷不投入使用時，切除相應的供電變壓器，減少空載損耗。3)當有較大的沖擊性負荷時，為防止對其他負荷供電質(zhì)量的影響，可單獨設(shè)變壓器對其供電。4)當有大量一、二級負荷時，為保證供電可靠性，應設(shè)兩臺或多臺變壓器。以起到相互備用的作用。5)在確定變電所住變壓器臺數(shù)時，應考慮負荷的開展，留有一定的余量。2、變壓器容量的選擇：1〕只裝一臺主變壓器的變電所主變壓器容量SN.T應滿足全部用電設(shè)備總計算負荷S30的需求，即SN.≥S30式〔1.1〕2)裝有兩臺主變壓器的變電所，每臺變壓器的容量SN.T應該同時滿足以下兩個條件：a.任一臺變壓器單獨運行時，宜滿足總的計算負荷S30的大約60%--70%的需要，即SN.T=(0.60.7)S30式〔1.2〕b.任一臺變壓器單獨運行時，應滿足全部一、二級負荷的要求。即SN.T

≥

S30〔Ⅰ+Ⅱ〕式〔1.3〕3、車間變電所主變壓器的單臺容量上限：車間變電所主變壓器的單臺容量，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、適當考慮負荷的開展應適當考慮今后5—10年電力負荷的增長，留有一定的余地。1.1.4電力變壓器的校驗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。如果安住地點的年平均氣溫θ0.av≠20℃時，那么年平均氣溫每升高1°C，變壓器容量相應地減少1%，戶外電力變壓器的實際容量為ST=〔1-θ0.av-20/100〕SN.T式〔1.4〕對于戶內(nèi)變壓器，由于散熱條件差，一般變壓器室的出風口與進風口間有約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)變壓器的實際容量較之上式所計算的容量還要小8%。對于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，對于室內(nèi)變壓器，其實際容量為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，直接關(guān)系著全廠電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置確實定，關(guān)系著電力系統(tǒng)的平安、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟運行。電氣主接線應滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟性三方面：可靠性：為了向用戶供給持續(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準是運行實踐，要充分地做好調(diào)研工作，力求防止決策失誤，鑒于進行可靠的定量計算分析的根底數(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)濟性兩方面，做出切合實際的決定。靈活性：電氣主接線應能適應各種運行狀態(tài)，并能靈活地進行運行方式的轉(zhuǎn)換。靈活性包括以下幾個方面：1〕操作的方便性電氣主接線應該在服從可靠性的根本要求條件下，接線簡單，操作方便，盡可能地使操作步驟少，以便于運行人員掌握，不致在操作過程中出過失。2〕調(diào)度的方便性電氣主接線在正常運行時，要根據(jù)調(diào)度要求，方便的改變運行方式。并且發(fā)生事故時，要能盡快地切出故障，故停電時間最短，影響范圍最小，不致過多地影響對用戶的供電和破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。3〕擴建的方便性對將來要擴建的發(fā)電廠和變電站，其主接線必須具有擴建的方便性。經(jīng)濟性：采用簡單的接線方式，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、保護裝置和測量儀表等，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〕高壓電纜進線，無開關(guān)b〕高壓電纜進線，裝隔離開關(guān)c〕高壓電纜進線，裝隔離開關(guān)-熔斷器d〕高壓電纜進線，裝負荷開關(guān)-熔斷器e〕高壓架空進線，裝跌開式熔斷器和避雷器f〕高壓架空進線，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，但凡高壓架空進線，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。而采用高壓電纜進線時，避雷器那么裝設(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，那么變壓器高壓側(cè)仍應裝設(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，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、保護裝置和測量儀表等，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)計量電能。2、小型工廠變電所的主接線圖1〕只裝有一臺主變壓器的小型變電所主接線圖只裝有一臺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，有以下三種比擬經(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)采用負荷開關(guān)-熔斷器或跌開式熔斷器的變電所主接線圖或負荷跌開式熔斷器的變電所直接線圖這種變電所相當簡單經(jīng)濟，但供電可靠性不高，當主變壓器或高于側(cè)停電檢修或發(fā)生故障時，整個變電所要停電。由于隔離開關(guān)和跌開式熔斷器不能帶負荷操作，因此變電所送電和停電的操作程序比擬復雜，如果稍有疏忽，還容易發(fā)生帶負荷拉閘的嚴重事故，而且在熔斷器熔斷后，更換熔體需一定時間，從而影響供電的可靠性。但是這種主接線簡單經(jīng)濟，對于三級負荷的小容量變電所是相當適宜的。b.高壓側(cè)采用負荷開關(guān)-熔斷器或負荷跌開式熔斷器的變電所主接線圖〔圖1.3〕由于負荷開關(guān)和負荷跌開式熔斷器能帶負荷操作，從而使變電所停、送電的操作簡便靈活得多，也不存在著在帶負荷拉閘的危險。但在發(fā)生短路故障時，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恢復供電的時間較長的缺點，供電可靠性仍然不高，一般也只用于三級負荷的變電所。圖1.4高壓側(cè)采用隔離開關(guān)圖1.5高壓雙回路進線的一臺主-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，過電流保護裝置動作，斷路器會自動跳閘，如果短路故障已經(jīng)消除，那么可立即合閘回復供電。如果配備自動重合閘裝置，那么供電可靠性更高。但是如果變電所只此一路電源進線時，一般也只用于三級負荷；但如果變電所低壓側(cè)有聯(lián)絡線與其他變電所相連時，或另有備用電源時，那么可用于二級負荷。如果變電所有兩路電源進線，如圖1.5所示，那么供電可靠性相當提高，可供二級負荷或少量一級負荷。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〕裝有兩臺主變壓器的小型變電所主接線圖a.高壓無母線、低壓單母線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，當任一主變壓器或任一電源進線停電檢修或發(fā)生故障時，該變電所通過閉合低壓母線分段開關(guān)，即可迅速恢復對整個變電所的供電。如果兩臺主變壓器高壓側(cè)斷路器裝設(shè)互為備用的備用電源自動投入裝置，那么任一主變壓器高壓側(cè)斷路器因電影斷電而跳閘時，另一主變壓器高壓側(cè)的斷路器在備用電源自動投入裝置作用下自動合閘，恢復整個變電所的供電。這時變電所可供一、二級負荷。圖1.7高壓采用單母線、低壓單母線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，即可迅速恢復對整個變電所的供電。但是高壓母線或電源進線進線檢修或發(fā)生故障時，整個變電所仍要停電。這時只能供電給三級負荷。如果有與其他變電所相連的高壓或低壓聯(lián)絡線時，那么可供一、二級負荷。c.上下壓側(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，在正常時可以接通運行，也可以分段運行。任一臺主變壓器或任一路電源進線停電檢修或發(fā)生故障時，通過切換操作，均可迅速恢復整個變電所的供電。因此，其供電可靠性相當高，可供一、二級負荷。圖1.8上下壓側(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電局部對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發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備的缺陷，以及設(shè)計、安裝和運行維護不良所致。例如，過電壓、設(shè)備遭雷擊、絕緣材料陳舊、機械損傷等等。有關(guān)人員誤操作這種情況大多是由于操作人員違反平安操作規(guī)程而發(fā)生的，例如帶負荷拉閘，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)備和導線電纜的絕緣，從而導致短路。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荷電流大得多。在大電力系統(tǒng)中，短路電流可達幾萬安甚至幾十萬安。短路電流對系統(tǒng)產(chǎn)生較大的危害：①

短路時要產(chǎn)生很大的點動力和很高的溫度，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)火災事故。②

短路時電路的電壓驟降，嚴重影響電氣設(shè)備的正常運行。③

短路時保護裝置動作，將故障電路切除，從而造成停電，而且短路點越靠近電源，停電范圍越大，造成的損失也越大。④

嚴重的短路要影響電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，可使并列運行的發(fā)電機組失去同步，造成系統(tǒng)結(jié)列。⑤

不對稱短路包括單相和兩相短路，其短路電流將產(chǎn)生較強的不平衡交變電磁場，對附近的通信線路、電子設(shè)備等產(chǎn)生電磁干擾，影響其正常運行，甚至使之發(fā)生誤動作。由此可見，短路的后果是十分嚴重的，因此必須盡力設(shè)法消除可能引起短路的一切因素；同時需要進行短路電流的計算，以便正確地選擇電氣設(shè)備，使設(shè)備具有足夠的動穩(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，實質(zhì)是兩相短路。按短路電路的對稱性來分，三相短路屬于對稱性短路，其他形式短路均不為對稱短路。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重。為了使電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備在最嚴重的短路狀態(tài)下也能可靠的工作，因此作為選擇和校驗電氣設(shè)備用的短路計算中，以三相短路計算為主。實際上，不對稱短路也可以按對稱的短路電流分解為對稱的正序、負序、零序分量，然后按對稱量來分析和計算，所以對稱的三相短路分析計算也是不對稱短路分析計算的根底。2.2無限大容量電力系統(tǒng)的三相短路計算2.2.1無限大容量電力系統(tǒng)無限大容量電力系統(tǒng)，是指供電容量先對于用戶供電系統(tǒng)容量大的多的電力系統(tǒng)。其特點是：當用戶供電系統(tǒng)的負荷變動甚至發(fā)生短路時，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓能根本維持不變。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，可將電力系統(tǒng)視為無限大容量系統(tǒng)。對一般工廠供電系統(tǒng)來說，由于工廠供電系統(tǒng)的容量遠比電力系統(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，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短路電流的計算方法進行短路電流計算，首先要繪出計算電路圖，在電路圖上，將短路計算所需要考慮的各元件的額定參數(shù)都表示出來，并將個元件依次編號，然后確定短路計算點。短路計算點要選擇得使需要進行短路校驗的電氣元件有最大可能的短路電流通過。①

電力系統(tǒng)的阻抗計算電力系統(tǒng)的電阻相對于電抗來說很小，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)饋電線的短路計算電壓，但為了便于短路電路總阻抗的計算，免去阻抗換算的麻煩，此式中的Uc可直接采用短路點的短路計算電壓；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，那么其斷流容量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算1〕變壓器的電阻RT可由變壓器的短路損△PK耗近似計算因△PK≈3IN2RT=〔SN/Uc〕2RT故RT≈△PK〔Uc/SN〕2式〔2.2〕式中，Uc為短路點短路計算電壓；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

電力線路的阻抗計算1〕線路的電阻RWL可由導線電纜的單位長度電阻R0乘以線路長度求得，即RWL=R01式(2.4)式中，RO為導線電纜單位長度電阻，l為線路長度。2〕線路的電抗XWL可由導線電纜的單位長度電抗X0乘以線路長度求得，即XWL=X01式〔4.5〕表2.1電力線路每相的單位長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在計算短路電路的阻抗時，假設(shè)電路內(nèi)含有電力變壓器時，電路內(nèi)各元件的阻抗都應該統(tǒng)一換算到短路點的短路計算電壓去，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算畫出短路計算電路圖，如圖2.1所示：圖2.1短路計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K-1處短路電流和短路容量〔UCL=10.5kV〕。1)

計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計算總電抗：X∑〔K-1〕=X1+X2+X3=0.573Ω2)計算K-1點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點三相短路電流和短路容量〔UC2=0.4KV〕1)計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那么X4ˊ=〔UK％/100〕×〔U2C2/SN〕=(5/100)×〔0.42/630〕=0.0127總電抗X∑〔K-1〕=X1ˊ+X2ˊ+X3ˊ+X4ˊ=0.0135Ω3)計算K-2點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導線的選擇與校驗3.1.1車間導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)備明細表中各設(shè)備的容量，依據(jù)熔斷器的選擇方法和原那么，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，并預留1-2路〔將來增加用電設(shè)備時可不更換分電箱〕。確定線路數(shù)和熔斷器電流相適應的分電箱。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)導線及電線管得選擇方法和原那么，可選出相應的導線及電線管。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)備臺數(shù)不多，所以分干線的計算電流應按二項式法計算。這樣才能照顧到大容量設(shè)備對計算機電流的影響。選干線截面時，應留有余量，以備負荷開展。干線導線有兩局部組成：一局部是敷設(shè)在車間的明敷局部，按明敷設(shè)選導線；另一局部是從配電箱引到干線小于2m要加保護措施，采用穿管敷設(shè)，應按穿管導線選擇導線。選總線干線時，每路干線所接設(shè)備臺數(shù)不多，干線的計算電流也應按二項式法計算。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當輸送和分配電能的任務電路，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、變頻機等。2.控制設(shè)備其功能是按電力系統(tǒng)運行的要求來控制一次設(shè)備的通、斷，例如各種上下壓開關(guān)設(shè)備。3.保護設(shè)備其功能是用來對電力系統(tǒng)進行過電流和過電壓等的保護，例如熔斷器和避雷器等。4.補償設(shè)備其功能是用來補償電力系統(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)測和保護一次設(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，雖具有檢修平安、供電可靠性高等優(yōu)點，但價格較貴。在一般中小型工廠中，往往采用較為經(jīng)濟的固定式高壓開關(guān)柜。我國現(xiàn)在大量生產(chǎn)和廣泛應用的是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平安的閉鎖裝置，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)計中，確定用630kVA的變壓器把10kV的高壓降到動力設(shè)備所需要的電壓0.4kV。假設(shè)有重要負荷，可靠性要求較高，那么可選用手車式開關(guān)柜，如JYN、KYN。本廠都是動力設(shè)備，無重要負荷，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，隔離高壓電流，以保證其他電氣設(shè)備的平安檢修。SN10—10Ⅱ/630—500型少油斷路器1個，可以通斷線路正常的負荷電流，也可以進行短路保護。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，分別接儀表和繼電器，以滿足測量和保護的不同要求。容量500kVA以上的變壓器，宜采用高壓計量。因此，對于630kVA的變壓器，要求在變壓器的高壓側(cè)進行計費，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型單電源電纜進出線的計量柜，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量信號的電流互感器、電壓互感器?？紤]架空線路較之電纜線路發(fā)生故障時易于發(fā)現(xiàn)且易于檢查和修復。當采用電纜線路時，必須采用兩根電纜并列供電，每根電纜應能承當全部二級負荷。本設(shè)計中高壓開關(guān)柜的進出線，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。抽屜式價格昂貴，一般中小工廠多采用固定式。我國現(xiàn)在廣泛應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)計選用固定式低壓配電屏PGL2型，因為該廠為三級負荷，選用PGL2型即可滿足要求。干線1、干線2、倉庫、裝配車間、戶外照明的干線，因為它們的熔管電流分別為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，因為它們的熔管電流分別為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)備時使用。干線5、干線6、干線8、干線9，因為它們的熔管電流分別為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，因為它們的熔管電流分別為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)備時使用。選擇結(jié)果如表6.15所示。再加上4臺電容補償屏，低壓配電屏總共有9臺低壓配電屏。3.3低壓補償柜選擇根據(jù)電容器在供電系統(tǒng)中的裝設(shè)位置，有高壓集中補償、低壓集中補償和就地補償三種方式。其中，低壓集中補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，比擬經(jīng)濟，而且這種補償?shù)牡蛪弘娙萜鞴褚话憧砂惭b在低壓配電室內(nèi)，運行維護方便。集中補償?shù)碾娙萜鹘M，有手動投切和自動調(diào)節(jié)兩種控制方式。對于自動補償裝置來說，電路中的功率因數(shù)自動補償控制器可按電力負荷的變化及功率因數(shù)的上下，以一定的時間間隔〔10-15s〕,自動控制各組電容器回路中根底器的投切，使電網(wǎng)無功功率自動得到補償，又不致過補償。因此，本系統(tǒng)擬采用無功功率自動補償屏，裝在變電低壓母線側(cè)集中補償。選用總?cè)萘繛?60kVA。電容屏型號選：PGJ1-2，PGJ1-3三臺4防雷與接地設(shè)計為防止雷電產(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)計在高壓開關(guān)柜中沒有裝設(shè)避雷器。在10kV架空進線的最后一個電線桿中裝設(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，安裝運輸無破損，可靠性很高。但凡與架空線路相連的進出線，在入戶處的電線桿進行接地，可以到達重復接地的目的，每個電纜頭均要接地。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220/380V低壓配電系統(tǒng)，廣泛采用中性點直接接地的運行方式，而且引出有中性線(N)、保護線(PE)或保護中性線〔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；二是用來傳導三相系統(tǒng)的不平衡電流；三是減小負荷中性點的電位偏移。保護線〔PE線〕的功能：它是用來保障人身平安、防止發(fā)生觸電事故用的接地線。系統(tǒng)中所有設(shè)備的外露可導電局部〔指正常不帶電壓但故障情況下可帶電壓的易被觸及的導電局部，例如設(shè)備的金屬外殼、金屬構(gòu)架等〕通過保護線接地，可在設(shè)備發(fā)生基地故障是減少觸電危險。保護中性線〔PEN線〕的功能：它兼有中性線和保護線的功能。這種ＰＥＮ線在我國通常稱為“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)的中性點直接接地，所有設(shè)備的外露可導電局部均接公共的保護線〔PE〕線或公共的保護中性線〔PEN線〕。這種公共PE線或PEN線的方式，通稱為“接零〞。TN系統(tǒng)又分為TN-C系統(tǒng)、TN-S系