某廠10KV供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

某廠10KV供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院：電氣工程學(xué)院目錄摘要31設(shè)計(jì)任務(wù)41.1設(shè)計(jì)題目41.2設(shè)計(jì)要求41.3設(shè)計(jì)依據(jù)4工廠總平面圖4工廠負(fù)荷情況4供電電源情況52負(fù)荷計(jì)算和無功功率補(bǔ)償52.1負(fù)荷計(jì)算52.2無功功率補(bǔ)償93變電所主變壓器臺(tái)數(shù)和容量及主接線方案的選擇93.1年耗電量的估算93.2變電所主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇103.3變電所主變壓器容量的選擇103.4變電所主接線方案的選擇114變電所高、低壓線路的選擇114.1高壓線路導(dǎo)線的選擇124.2低壓線路導(dǎo)線的選擇125電氣設(shè)備的選擇135.1設(shè)備的選擇與校驗(yàn)原那么13按工作電壓選擇13按工作電流選擇13按斷流能力選擇13隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗(yàn)145.2高壓側(cè)一次設(shè)備的選擇145.3低壓側(cè)一次設(shè)備的選擇145.4繼電保護(hù)及二次接線設(shè)計(jì)146防雷與接地裝置的設(shè)置146.1直接防雷保護(hù)156.2雷電侵入波的防護(hù)156.3接地裝置的設(shè)計(jì)15結(jié)束語16參考文獻(xiàn)16摘要：眾所周知，電能是生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供；電能的輸送的分配既簡(jiǎn)單，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)國民經(jīng)濟(jì)生活中應(yīng)用極為廣泛。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，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)本錢，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。假設(shè)工廠的電能供給突然中斷，那么對(duì)工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)重的后果。因此，做好工廠供電工作對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。當(dāng)下供配電系統(tǒng)的開展趨勢(shì)是：提高供電電壓：以解決大型城市配電距離長，配電功率大的問題，這在我國城市已經(jīng)有先例。逐步淘汰等級(jí):因?yàn)檫^細(xì)的電壓分級(jí)不利于電氣設(shè)備制造的開展。降低功率損耗:擴(kuò)大異步電動(dòng)機(jī)的制造容量，只是由于我國在設(shè)備上還不能全面配套而尚未推廣。供配電系統(tǒng)自動(dòng)化：借助計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行離線和在線的智能化監(jiān)控管理。做到保護(hù)、運(yùn)行、管理的自動(dòng)化，提高工作效率，增強(qiáng)供配電系統(tǒng)的可靠性。關(guān)鍵詞：電能、供配電系統(tǒng)、生產(chǎn)過程自動(dòng)化1.設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)題目：某廠10KV供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)(以某一冶金機(jī)械廠為例)1.2設(shè)計(jì)要求：要求有兩臺(tái)變壓器〔有BZT〕,先設(shè)配電所，再到各車間降壓為380V/220V。1.3設(shè)計(jì)依據(jù)：工廠總平面圖：1.3.2工廠負(fù)荷情況：該廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷小時(shí)數(shù)為4600h，日最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)間為6h。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬二級(jí)負(fù)荷外，其余為三級(jí)負(fù)荷。該廠的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料如下：廠房編號(hào)廠房名稱負(fù)荷類別設(shè)備容量〔kw〕需要系數(shù)Kx功率因數(shù)cosφtanφ1鑄造車間動(dòng)力5200.40.71.02照明100.91.002鍛壓車間動(dòng)力2400.30.651.17照明100.91.003金工車間動(dòng)力3900.320.651.12照明100.91.004工具車間動(dòng)力2900.350.651.33照明100.91.005電鍍車間動(dòng)力4500.60.80.75照明100.91.006熱處理車間動(dòng)力2600.620.820.82照明100.91.007裝配車間動(dòng)力1700.40.751.02照明100.91.008機(jī)修車間動(dòng)力1000.30.71.17照明50.91.009鍋爐房動(dòng)力1150.80.81.05照明30.91.0010倉庫動(dòng)力500.40.90.75照明20.91.0011生活區(qū)照明4000.81.00.481.3.3供電電源情況：按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T登定的供電用電協(xié)議規(guī)定，本廠由附近一條10KV的公用電源干線取得工作電源。該干線的走向參看工廠總平面圖。從干線中取得工作電源后，送往配電所對(duì)各個(gè)車間進(jìn)行電能分配。分配好的電能經(jīng)過變壓器降壓到380V/220V，再送往各車間。2.負(fù)荷計(jì)算和無功功率補(bǔ)償2.1負(fù)荷計(jì)算：負(fù)荷計(jì)算的目的是：〔1〕計(jì)算變配電所內(nèi)變壓器的負(fù)荷電流及視在功率，作為選擇變壓器容量的依據(jù)。〔2〕計(jì)算流過各主要電氣設(shè)備(斷路器、隔離開關(guān)、母線、熔斷器等)的負(fù)荷電流，作為選擇這些設(shè)備的依據(jù)?！?〕計(jì)算流過各條線路(電源進(jìn)線、上下壓配電線路等)的負(fù)荷電流，作為選擇這些線路電纜或?qū)Ь€截面的依據(jù)?！?〕為電氣設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù)。采用需要系數(shù)法對(duì)各個(gè)車間進(jìn)行計(jì)算，并將照明和動(dòng)力局部分開計(jì)算，照明局部最后和宿舍區(qū)照明一起計(jì)算。具體步驟如下:計(jì)算公式：有功功率無功功率視在功率計(jì)算電流式中，為需要系數(shù)；為功率因數(shù)；為功率因數(shù)角的正切值；UN為用電設(shè)備組的額定電壓；＝1.732。鑄造車間動(dòng)力局部:；；照明局部：；鍛壓車間動(dòng)力局部:；照明局部:；金工車間動(dòng)力局部:；照明局部:；工具車間動(dòng)力局部:；照明局部:；電鍍車間動(dòng)力局部:；照明局部:；熱處理車間動(dòng)力局部:；照明局部:；裝配車間動(dòng)力局部:；照明局部:；機(jī)修車間動(dòng)力局部；照明局部:；鍋爐房動(dòng)力局部:；照明局部:；10.倉庫動(dòng)力局部：；照明局部：；生活區(qū)照明廠房名稱負(fù)荷類別設(shè)備容量〔kw〕需要系數(shù)Kd工作電壓〔KV〕功率因數(shù)cosφ有功功率(kw)無功功率〔kvar〕視在功率〔KVA〕計(jì)算電流〔A〕鑄造車間動(dòng)力5200.40.380.7468477.36668.51015.71照明100.90.381.090913.67鍛壓車間動(dòng)力2400.30.380.657284.24110.82168.37照明100.90.381.090913.67金工車間動(dòng)力3900.320.380.65124.8139.78187.38284.71照明100.90.381.090913.67工具車間動(dòng)力2900.350.380.65101.5135168.9256.62照明100.90.381.090913.67電鍍車間動(dòng)力4500.60.380.8270202.5337.5512.79照明100.90.381.090913.67熱處理車間動(dòng)力2600.620.380.82161.2132.18208.47316.74照明100.90.381.090913.67裝配車間動(dòng)力1700.40.380.75127.5130.05182.12276.72照明100.90.381.090913.67機(jī)修車間動(dòng)力1000.30.380.73035.146.1770.1照明50.90.381.04.504.56.84鍋爐房動(dòng)力1150.80.380.89296.6133.4202.69照明30.90.381.02.702.74.1倉庫動(dòng)力500.40.380.920152537.98照明20.90.381.01.801.82.73生活區(qū)照明4000.80.381.03200320486.2取全廠的同時(shí)系數(shù)為：，，那么全廠的計(jì)算負(fù)荷為：；2.2無功功率補(bǔ)償：由以上計(jì)算可得變壓器低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為：這時(shí)低壓側(cè)的功率因數(shù)為：，為使高壓側(cè)的功率因數(shù)0.90，那么低壓側(cè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)應(yīng)高于0.90，取。要使低壓側(cè)的功率因數(shù)由0.78提高到0.95，那么低壓側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量為：取:=700那么補(bǔ)償后變電所低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為：計(jì)算電流：變壓器的功率損耗為：高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷為：補(bǔ)償后的功率因數(shù)為：滿足〔大于0.90〕的要求。3.變電所主變壓器臺(tái)數(shù)和容量及主接線方案的選擇3.1年耗電量的估算年有功電能消耗量及年無功電能耗電量可由下式計(jì)算得到：年有功電能消耗量：年無功電能耗電量：結(jié)合本廠的情況，年負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為4600h，取年平均有功負(fù)荷系數(shù)，年平均無功負(fù)荷系數(shù)。由此可得本廠：年有功耗電量：年無功耗電量：3.2變電所主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇變壓器臺(tái)數(shù)應(yīng)根據(jù)負(fù)荷特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行進(jìn)行選擇。當(dāng)符合以下條件之一時(shí)，宜裝設(shè)兩臺(tái)及以上變壓器：有大量一級(jí)或二級(jí)負(fù)荷；季節(jié)性負(fù)荷變化較大；集中負(fù)荷較大。結(jié)合本廠的情況，考慮到二級(jí)重要負(fù)荷的供電平安可靠，應(yīng)選擇兩臺(tái)主變壓器，且兩臺(tái)變壓器帶有備用電源自動(dòng)投入裝置〔BZT〕。裝有備用電源自動(dòng)投入裝置的主接線〔內(nèi)橋〕3.3變電所主變壓器容量選擇每臺(tái)變壓器的容量應(yīng)同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件：暗備用條件：任一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，宜滿足：明備用條件：任一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)滿足：，即滿足全部一、二級(jí)負(fù)荷需求。代入數(shù)據(jù)可得：=〔0.6~0.7〕×=〔1173.54~1369.13〕。考慮到未來5~10年的負(fù)荷開展，初步取=2000?？紤]到平安性和可靠性的問題，確定變壓器為SC9系列箱型干式變壓器。型號(hào)：SC9-2000/10，其主要技術(shù)指標(biāo)如下表所示：變壓器型號(hào)額定容量/額定電壓/kV聯(lián)結(jié)組型號(hào)損耗/kW空載電流%短路阻抗%高壓低壓空載負(fù)載SC9-2000/10200010.50.4Dyn112.713.30.86〔附：參考尺寸〔mm〕：長：1670寬：1200高：1740重量〔kg〕：4500〕3.4變電所主接線方案的選擇采用內(nèi)橋接線：優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)檢修任一回電源進(jìn)線或線路斷路器時(shí)，另一線路和兩臺(tái)變壓器仍可繼續(xù)供電。當(dāng)任一回線路故障時(shí)，僅斷開該故障線路，而其他回路繼續(xù)正常工作。缺點(diǎn)：當(dāng)任一臺(tái)變壓器檢修或發(fā)生故障時(shí)，那么需先斷開一回線路，經(jīng)道閘操作后才能恢復(fù)供電。4.變電所高、低壓線路的選擇為了保證供電系統(tǒng)平安、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，進(jìn)行導(dǎo)線和電纜截面時(shí)必須滿足一些條件:〔1〕發(fā)熱條件導(dǎo)線和電纜在通過正常最大負(fù)荷電流即線路計(jì)算電流時(shí)的發(fā)熱溫度，不應(yīng)超過其正常運(yùn)行時(shí)的最高允許溫度?！?〕電壓損耗條件導(dǎo)線和電纜在通過正常最大負(fù)荷電流即線路計(jì)算電流時(shí)產(chǎn)生的電壓損耗，不應(yīng)超過其正常運(yùn)行時(shí)允許的電壓損耗。對(duì)于工廠內(nèi)較短的高壓線路，可不進(jìn)行電壓損耗檢驗(yàn)?！?〕機(jī)械強(qiáng)度導(dǎo)線〔包括裸線和絕緣導(dǎo)線〕截面不應(yīng)小于其最小允許截面。對(duì)于電纜，不必校驗(yàn)其機(jī)械強(qiáng)度，但需要檢驗(yàn)其短路熱穩(wěn)定性。母線也應(yīng)檢驗(yàn)短路時(shí)的穩(wěn)定度。對(duì)于絕緣導(dǎo)線和電纜，還應(yīng)滿足工作電壓的要求。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和有關(guān)資料的考證，10kv電路，通常先按發(fā)熱條件來選擇截面，在校驗(yàn)電壓損耗和機(jī)械強(qiáng)度。低壓照明線路，因?yàn)槠鋵?duì)電壓水平要求較高，因此通常先按允許電壓損耗進(jìn)行選擇，再校驗(yàn)發(fā)熱條件和機(jī)械強(qiáng)度。4.1高壓線路導(dǎo)線的選擇：10kv高壓進(jìn)線的選擇LGJ-25,因高壓側(cè)計(jì)算電流，所選電纜的允許載流量：，滿足發(fā)熱條件。4.2低壓線路導(dǎo)線的選擇由于沒有設(shè)單獨(dú)的車間變電所，進(jìn)入各個(gè)車間的導(dǎo)線接線采用TN-C-S系統(tǒng)；從變電所到各個(gè)車間及宿舍區(qū)用埋地電纜供電，電纜采用LGJ-185型鋼芯鋁線電纜，根據(jù)不同的車間負(fù)荷采用不同的截面。其中導(dǎo)線和電纜的截面選擇滿足條件：相線截面的選擇以滿足發(fā)熱條件即，；中性線〔N線〕截面選擇，這里采用的為一般三相四線，滿足；保護(hù)線〔PE線〕的截面選擇時(shí)，；時(shí)，時(shí)，保護(hù)中性線〔PEN〕的選擇，取〔N線〕與〔PE〕的最大截面。結(jié)合計(jì)算負(fù)荷，可得到由變電所到各個(gè)車間的低壓電纜的型號(hào)為：鑄造車間：LGJ-240兩根并聯(lián)鍛壓車間：LGJ-50金工車間：LGJ-95(1)工具車間：LGJ-95(1)電鍍車間：LGJ-240熱處理車間:LGJ-120(1)裝配車間：LGJ-95(1)機(jī)修車間：LGJ-16鍋爐房：LGJ-70倉庫：LGJ-16生活區(qū)：LGJ-185另外，送至各車間的照明線路采用：銅芯聚氯乙烯絕緣導(dǎo)線BV型號(hào)。5.電氣設(shè)備的選擇5.1設(shè)備的選擇與校驗(yàn)原那么按工作電壓選擇：設(shè)備的額定電壓一般不應(yīng)小于所在系統(tǒng)的額定電壓，即，高壓設(shè)備的額定電壓應(yīng)不小于所在系統(tǒng)的最高電壓，即，，，高壓開關(guān)設(shè)備、熔斷器、互感器及支柱絕緣額定電壓。按工作電流選擇：設(shè)備的額定電流不應(yīng)小于所在電路的計(jì)算電流，即按斷流能力選擇：設(shè)備的額定開斷電流或斷流容量，對(duì)分?jǐn)喽搪冯娏鞯脑O(shè)備來說，不應(yīng)小于它可能的最大短路有效值或短路容量，即或?qū)τ诜謹(jǐn)嘭?fù)荷設(shè)備電流的設(shè)備來說，那么為，為最大負(fù)荷電流。隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗(yàn):a)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)條件:或、分別為開關(guān)的極限通過電流峰值和有效值，、分別為開關(guān)所處的三相短路沖擊電流瞬時(shí)值和有效值。b)熱穩(wěn)定校驗(yàn)條件:5.2高壓側(cè)一次設(shè)備的選擇有真空斷路器、高壓熔斷器、電壓互感器、電流互感器、避雷器、接地開關(guān)電壓互感器等。5.3低壓側(cè)一次設(shè)備的選擇有低壓斷路器、電流互感器、開關(guān)刀閘等。5.4繼電保護(hù)及二次結(jié)線設(shè)計(jì)為了監(jiān)視，控制和保證平安可靠運(yùn)行，變壓器、高壓配電線路移相電容器、高壓電動(dòng)機(jī)、母線分段斷路器及聯(lián)絡(luò)線斷路器，皆需要設(shè)置相應(yīng)的控制、信號(hào)、檢測(cè)和繼電器保護(hù)裝置。并對(duì)保護(hù)裝置做出整定計(jì)算和檢驗(yàn)其靈敏系數(shù)。設(shè)計(jì)包括繼電器保護(hù)裝置、監(jiān)視及測(cè)量?jī)x表，控制和信號(hào)裝置，操作電源和控制電纜組成的變電所二次結(jié)線系統(tǒng)，用二次回路原理接線圖或二次回路展開圖以及元件材料表達(dá)設(shè)計(jì)成果。6．防雷與接地裝置的設(shè)置防雷的設(shè)備主要有接閃器和避雷器。其中，接閃器就是專門用來接受直接雷擊〔雷閃〕的金屬物體。接閃的金屬稱為避雷針。接閃的金屬線稱為避雷線，或稱架空地線。接閃的金屬帶稱為避雷帶。接閃的金屬網(wǎng)稱為避雷網(wǎng)。避雷器是用來防止雷電產(chǎn)生的過電壓沿著電路侵入變配電所或其他建筑物內(nèi)，以免危及被保護(hù)設(shè)備的絕緣。避雷器應(yīng)與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)，裝在被保護(hù)設(shè)備的電源側(cè)。當(dāng)線路上出現(xiàn)危及設(shè)備絕緣的雷電過電壓時(shí)，避雷器的火花間隙就被擊穿，或由高阻變?yōu)榈妥?，使過電壓對(duì)大地放電，從而保護(hù)了設(shè)備的絕緣。避雷器的型式，主要有閥式和排氣式等。6.1直接防雷保護(hù)在變電所屋頂裝設(shè)避雷針和避雷帶，并引進(jìn)出兩根接地線與變電所公共接裝置相連。如變電所的主變壓器裝在室外和有露天配電裝置時(shí)，那么應(yīng)在變電所外面的適當(dāng)位置裝設(shè)獨(dú)立避雷針，其裝設(shè)高度應(yīng)使其防雷保護(hù)范圍包圍整個(gè)變電所。如果變電所所在其它建筑物的直擊雷防護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，那么可不另設(shè)獨(dú)立的避雷針。按規(guī)定，獨(dú)立的避雷針的接地裝置接地電阻〔表9-6〕。通常采用3-6根長2.5m的剛管，在裝避雷針的桿塔附近做一排和多邊形排列，管間距離5m，打入地下，管頂距地面0.6m。接地管間用40mm×4mm的鍍鋅扁剛焊接相接。引下線用25mm×4mm的鍍鋅扁剛，下與接地體焊接相連，并與裝避雷針的桿塔及其根底內(nèi)的鋼筋相焊接，上與避雷針焊接相連。避雷針采用直徑20mm的鍍鋅扁剛，長1～1.5。獨(dú)立避雷針的接地裝置與變電所公共接地裝置應(yīng)有3m以上的距離。6.2雷電侵入波的防護(hù)〔1)在10KV電源進(jìn)線的終端桿上裝設(shè)FS4—10型閥式避雷器