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1、机械工厂供电系统设计CHANGZHOUINSTITUTEOFTECHNOLOGY课程设计说明书题目:机械工厂的供电系统设计二级学院（直属学部）：延陵学院专业：班级：学生姓名：学号：指导教师姓名：职称：2013年6月第一章绪论21.1 工厂供电的意义21.2 设计概述213设计任务及设计方案3第二章负荷计算及功率补偿42.1 负荷计算的内容与目的42.2 负荷计算的方法42.3 无功功率补偿18第三章变电所一次系统设计213.1 变电所的配置213.1.1 变电所的类型213.2 变压器的选择233.2.1 变压器型号选择233.2.2 变压器的台数与容量的确定2333全厂变电所主结线设计243
2、.3.1 对变电所主接线的要求243.3.2 变电所主接线方案243.3.3 变电所主接线设计253.4变电所的布置与结构设计253.4.1 变电所的布置设计253.4.2 变电所的结构设计26第四章电气设备选择284.1 短路电流计算284.2 电气设备选择31第五章电力变压器继电保护设计425.1 电力变压器继电保护配置425.2 电力变压器继电保护原理展开图设计42第六章厂区线路设计456.1 电力线路的接线方式456.2 电力线路的结构456.3 .导线与电缆的选择466.3.1 导线与电缆选择的通常原则466.3.2 导线与电缆截面的选择原则476.3.3 高压导线的选择476.3.
3、4 低压导线的选择496.4 厂区照明设计50第七章小结51参考文献52附录1设备材料表53附录2设计图纸53第一章绪论1.1 工厂供电的意义工厂供电，就是指工厂所需电能的供应与分配，亦称工厂配电。众所周知，电能是现代工业生产的要紧能源与动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于操纵、调节与测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，电能尽管是工业生产的要紧能源与动力，但是它在产品成本中所占的比重通常很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中
4、或者投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后能够大大增加产量，提高产品质量,提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件,有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，假如工厂的电能供应突然中断,则对工业生产可能造成严重的后果。因此，做好工厂供电工作关于进展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约关于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，关于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。1.2 设计概述在满足工厂供电设计中安全、可靠、优质、经济的基本要求的前提下，本文首先根据全厂与车
5、间的用电设备情况与生产工艺要求，进行了负荷计算，通过功率因数的计算，进行无功补偿设计（包含无功补偿容量计算与补偿设备选择、校验），确定了机械工厂的供电方案，通过技术经济比较，确定了供电系统的主接线形式，选择了主变压器的台数与容量。其次，本文设计了厂区供电与配电网络,按照经济电流密度法，选择了合适的导线与电缆，通过合理设置短路点，进行正确的短路电流计算，进行了要紧电气设备的选型与校验。最后，本文还进行了主变电压器与要紧电力线路的继电保护设计。通过上述设计，基本确定了某机加工厂内部的供配电系统，同时在本设计中，尽可能选择低损耗电气设备，以节约电能，表达了节能环保的设计思想。1.3 设计任务及设计方
6、案1、设计说明书一份在设计说明计算书中应包含下列要紧部分：1）各车间与全厂的负荷计算，功率因数的补偿（放电电阻值）。2）变（配）电所位置的确定，变压器数量、容量的决定。3）全厂供电系统的接线方式与变电所主接线的确定。4）电气设备与导线电缆的选择。5）短路电流的计算与电气设备的校验。6）继电保护整定电流。2、设计图纸：1）变（配）电所高、低压主接线图2张。2）继电保护原理展开图一张。3）变配电所平剖面布置图一张。3、要紧设备材料表一份。4、设计方案：我们应根据工厂各车间的实际情况，利用需要系数法计算出各组设备容量、功率因数不满足供电规程，则进行无功补偿。然后按功率距法确定负荷中心，根据变电所位置
7、选择的原则确定了变电所的位置，假如车间的视在功率大于320KVA,则需设一个车间变电所，再确定变压器的台数与容量，并选择了变压器的型号。根据选择的额定容量计算短路电流，在选择电气设备时，一定要遵循选择的原则。继电保护设计时，要就实际情况选择保护。厂区使用电缆接线方式,高压电缆进线用硬铝母线，变压器室需抬高地平，窄面推进且离墙安装。设计时应尽量使用简洁明了的方案，考虑资源问题，以经济效果与供电质量综合考虑。5、设计时间：设计时间定为两周。第二章负荷计算及功率补偿2.1 负荷计算的内容与目的负荷计算是供配电系统正常运行的计算，是正确选择供配电系统中导线，电缆，开关电器，变压器等的基础，也是保障供配
8、电系统安全可靠运行必不可少的环节。这就需要对电力负荷进行计算。导体中通过一个等效负荷时，导体的最高温升正好与通过实际的变动负荷时其产生的最高温升相等，该等效负荷就成为计算负荷。计算负荷时一个假想的持续性负荷，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，通常使用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或者导体的根据。负荷计算要将各车间设备分组，求出各用电设备的设备容量，然后用需要系数法逐个算出分组的计算负荷，车间计算负荷与全厂计算负荷。按照要求高压侧的功率因数应该大于0.9,若不满足要求，需要对高压侧进行无功功率补偿。同时，无功功率补偿要考虑设备安装地点与操纵方式，
9、根据补偿要求选择相应的成套补偿装置。本次课程设计使用固定的电容补偿方式。工厂企业电力负荷计算的要紧目的是：（1）全厂在工程设计的可行性研究阶段要对全厂用电量做出估算以便确定整个工程的方案；（2）在设计工厂供电系统时，为了正确选择变压器的容量，正确选择各类电气设备与配电网络，与正确选择无功补偿设备等，需要对电力负荷进行计算。2.2 负荷计算的方法工程上根据不一致的计算目的，针对不一致类型的用户与不一致类型的负荷，在实践中总结出了各类负荷计算：估算法、需要系数法、二项式法与单相负荷计算法等，本次课程设计使用需要系数法。（1）进行负荷计算时，首先要将不一致工作制下的用电设备的额定容量换算成统一的设备
10、容量，具体运算如下：1、长期工作制与短时工作制的用电设备的设备容量就是该设备的铭牌额定功率，即Pe= Pn(21)2、反复短时工作制的用电设备1)电焊机与电焊机组电焊机与电焊机组换算到=100%时的功率Pe=PN-l-(22)式中区电焊机额定有功功率；EN额定负荷持续率；EIg)A其值为100%的负荷持续率(计算中用1)。2)起重机起重机换算到=25%时的额定功率Pe=PN.,-iK-(23)式中K起重机额定有功功率；x额定负荷持续率；*其值为25%的负荷持续率。3)照明设备照明设备的额定容量可按建筑物的单位面积容量法估算(24)式中3建筑物单位面积照明容量(Wm2);S一建筑物面积(m2)0
11、(2)用电设备的计算负荷1、单台用电设备的计算负荷就是其设备容量(25)(26)(27)Pt=Pe2、单组用电设备的计算负荷有功功率：PC=Kd-Pe无功功率：Qc=Pctan视在功率：Sc=Jpc2+Qc2（28）计算电流：lc=3-（29）式中Pe为设备容量；Kd该用电设备组的需要系数；tan巾功率因数角的正切值。3、多组用电设备的计算负荷有功功率:%=KfpPm（210）无功功率：QC=KEq=1Qci（2-11）视在功率：Sc=J2+Qc2（212）计算电流：IC=高-（213）表21第五车间（铸工）序号用电设备型号名称台数每台设备额定容量（千瓦）备注1清砂机61.72混砂机34.63
12、碎铁机42.84煨火炉鼓风机42.85化铁炉加料机41.76管形电阻炉51单相220伏7箱形电阻炉42单相220伏8铸工鼓风机1289铸工空压机122活塞式10皮带运输机61.711筛砂机51.712小鼓风机41.013砂轮机80.5143吨单梁行车14.5+2.8根据上述有关的计算原则，则能够计算出第五车间的计算负荷与其他有关量，下列是第五车间的负荷计算：表22第五车间各用电设备组的分组及需要系数用电设备组需要系数（kd）tan清砂机，混砂机，碎铁机，筛沙机（1、2、3、11）0.70.2煨火炉鼓风机，铸工鼓风机，铸工空压机，小鼓风机（4、8、9、12）0.750.75管型电阻炉，箱型电阻炉
13、（6.、7）0.21.33砂轮机（13）0.90.573吨单梁行车（14）0.141.73化铁炉加料机，皮带运输机（5、10）0.70各用电设备组计算负荷如下：1 .清砂机，混砂机，碎铁机，筛沙机(1、2、3、11)Kdl=O.8cos01=0.8tan1=0.75Pcl=KdlXPel=O.8(61.7+34.6+42.8+5l.7)=34.96KWQcl=PclXtan(P1=34.960.75=26.22KVRSCl=J(P/+2;=,34.962+26.22?=43.7KVASA43.7Ici=6uN=30.38=66.4A2 .煨火炉鼓风机，铸工鼓风机，铸工空压机，小鼓风机(4、8、
14、9、12)Kd2=0.82cos2=0.8tan92=0.75Pc2=Kd2Pe2=0.82(4X2.8+1X28+1X22+4X1.0)=53.464KWQc2=Pc2tan(P2=53.464XO.75=40.098KVARsf2=(22+c22)=53.4642+40.0982=66.83KVAS-66.83Ic2=73c/(V=3O.38=10153a3 .管型电阻炉，箱型电阻炉(6.、7)Kd3=0.8cos(P3=0.98tan(P3=0.2Pc3=Kd3Pe3=0.8(5l+42)=10.4KWQc3=Pc3tan3=10.40.2=2.08KVARS3=83+Qc3)-V10.
15、42+2.082二io.61KVA5. 10.61Ic3二百U_30.22-27.844 .砂轮机(13)Kd4=0.35cos*4=0.5tan4=1.73Pc4=Kd4Pe4=0.35(80.5)=1.4KWQc4=Pc4tan4=1.4l.73=2.422KVARSc4二J(匕+0c4)=71.42+2.4222=2.8KVASg2.8jc4=MUN=ViX0.38=4.25A5 .3吨单梁行车(14)Kd5=0.35cos夕5=0.5tancP5=1.73Pc5=Pe5=4.5+2.8=7.3KWQc5=Pc5tan(P5=7.3XL73=12.629KVARSc5=J(E5+Qc5)
16、=J7.32+12.629?=358KVAS,53.58jc5=6uN-30.38=543A6.化铁炉加料机，皮带运输机(5、10)Kd6=0.65cos(P6=0.75tan(P6=0.88Pc6=Kd6Pe6=0.65X(41.7+6l.7)=11.05KWQc6=Pc6tan6=11.05X0.88=9.724KVARgc6-6+06)-y/1l.O52+9.7242=14.72KVAS614.72U6=6uN=30.38=22.36去同时系数为O.9,则总的计算负荷为6PC=KZPZPei?=1=0.9X(34.96+53.464+10.4+1.4+7.3+11.05)=106.716
17、6KW6Qc=kecf3=pV100%=144=11.29kwQ3=PC3tan凡11.29XL33=15.02kvarsc3=(23)=(11.29215.022)=188kvaSc18.8Q=(V3)0.38=28.6A焊接变压器(51)K4=O.15tan2=I.73切=65%Sw=2IkvarCOSe=40%将弧焊变压器的设备容量转换到=100%时的功率，企鹅该组仅有一台设备。因此 Prt =Smcos =21 0. 4=8. 4kwpz = i xp“ 6. 77=11. 73kwQ4=P-ij=0.9*(23.5+45+20.55+3.95+2.4+8.94+4.38)97.85K
18、WQc=k2Q左兮大=0.9*(31.255+9+15.41+5.25+1.752+15.46+0)70.31KVARSc=VPc2Qc120.49KVAIc=*5i)183.07A取同时系数为09,则总的计算负荷为：3y匕PC=Kz4M=0.9(23.5+45+20.55+3.95+2.4+8.94+4.38)=120.8kw.QC=KMn=0.9(31.255+9+15.41+5.25+1.75+15.46)=70.2kvarS=JB+或)1(120.82+70.22)二139.7代SC139.7c=6UN=QXO38=212,2A表2-3全厂负荷计算汇总表序号车间号用电设备分组设备容量K
19、WKdtan计算负荷计算电流IC（八）PCKWQcKvarScKVANO1第午冷加工机床组0.21.7389.95155.6135179.74273.087吊车组0.151.7312.7121.9925.438.59间砂轮组0.60.885.44.7527.19310.9286小计108.06182.3555乘以KE=0.997.254164.12190.77289.85NO2色车间冷加工机床组0.161.73101.36175.4202.6307.8剪床压床0.251.332.453.2616.725.4电焊机0.351.3311.2915.0218.828.6焊接变压器0.151.7311
20、.7315.0219.129吊车0.151.7330.652.9461.192.8小计157.43261.64乘以KX=0.9141.7222263.4400.2NO3第I间电阻炉0.750.33281.62592.94296.56450.58水泵及风机组0.750.75130.697.95163.35248.03起重机0.151.736.42311.1112.8310.49电弧熔炉组0.90.57110.763.099127.42193.59小批量生产冷加工机组0.181.731.7284.825.578.46干燥箱0.7030.6030.646.49小计561.676269.919636.
21、33957.64乘以KE=0.9505.508242.927560.85852.123NO4第四车间空气锤0.251.3323.531.25电阻炉0.70.2459泵、风机组0.750.7520.5515.41电焊机0.351.333.955.25砂轮机0.160.732.41.75起重机组0.151.738.9415.46乘以KE=0.9103.871.87120.49183.07NO5第五车间碾铲机组0.80.7534.9626.2243.766.4鼓风机组0.820.7553.46440.09866.83101.53热加工机组0.650.8811.059.72414.7222.36砂轮机
22、0.351.731.42.4222.84.25电阻炉设备组0.80.7510.42.0810.6127.84起重机组0.351.737.312.6293.585.43小计118.5793.173142.24227.81乘以KE=0.9106.7283.86135.47205.03NO6全共计1074962.6812681686.93乘以K=0.92.3无功功率补偿一、功率因数对供配电系统的影响及提高功率因数的方法1、功率因数的概念与意义功率因数是衡量供配电系统是否经济运行的一个重要指标。用户中绝大多数用电设备，如感应电动机、电力变压器、电焊机及交流接触器等，它们都要从电网汲取大量无功电流来产生
23、交变磁场，其功率因数均小于1,需要进行无功功率补偿，提高功率因数。2、功率因数对供配电系统的影响及提高功率因数的方法感性用电设备都需要从供配电系统中汲取无功功率，从而降低功率因数。功率因数太低将会给供配电系统带来电能损耗增加、电压缺失增大与供电设备利用率降低等不良影响。因此要求电力用户功率因数务必达到一定值，低于某一定值就务必进行补偿。国家标准GB/T34851998评价企业合理用电技术导则中规定：“在企业中最大负荷时的功率因数应不低于09凡功率因数未达到上述规定的，应在负荷侧合理的装置几种与就地无功功率补偿设备”。3、提高功率因数的方法功率因数不满足要求时，首先应提高自然功率因数，然后再进行
24、人工补偿。（1）提高自然功率因数合理选择电动机的规格与型号。防止电动机长时间空载运行。保证电动机的检修质量。合理选择变压器的容量。交流接触器的节电运行。（2）人工补偿功率因数并联电容器补偿。同步电动机补偿。动态无功功率补偿。考虑到厂为机械厂，假如使用提高自然功率因数的话，设备台数太多，不太容易实现，故在这使用人工补偿来功率因数，为了方便操纵与管理，应该选用动态无功功率补偿更为合理。4、补偿容量与电容器台数的确定（1）使用固定补偿在变电所6-10KV高压母线上进行人工补偿时，通常使用固定补偿，即补偿电容器不随负荷变化投入或者切除，其补偿容量按下式计算QCC=L（-t三a）214）式中，QN补偿容
25、量，七一平均有功负荷；tanGs一补偿前平均功率因数角的正切值;Ianv7补偿后平均功率因数角的正切值;tanivltanp.门称之补偿率。（2）使用自动补偿在变电所0.38KV母线上进行补偿是，都使用自动补偿，即根据cos6测量值按功率因数设定值，自动投入或者切除电容器，即Qcc=Pc（tanp1tan2）（2一15）在确定并联电容器的容量后，根据产品目录（见参考资料表A-2）就能够选择并联电容器的型号规定，并确定并联电容器的数量为(216)n=Qc.c/QN.c式中，Qnc为单个电容器的额定容量(KVar).关于由上述计算所得的数值，应取相近偏大的整数，假如是单相电容器，还应取为3的倍数，
26、以便三相均衡分配，实际工程中，都选用成套的电容器补偿柜。该厂为机械加工厂，且是使用IOKV电源进线,在通过全厂变电所变为0.4KV的电压供设备使用，为了便于操纵与管理故应使用自动补偿方式。二、功率补偿计算全厂低压侧的功率因数为：cos=-=0.850.91172因此无功功率补偿达到要求。第三章变电所一次系统设计3.1变电所的配置3.L1变电所的类型变电所是同意电能、变换电压、分配电能的环节，是供配电系统的重要构成部分。变电所按其在供配电系统中的地位与作用，分为总降压变电所、独立变电所、车间变电所、杆上变电所、建筑物变电所及高层建筑变电所。3.1.2变电所的位置选择1、变电所位置选择的原则：应尽
27、可能接近负荷中心以降低配电系统的电能损耗，电压缺失；进出线方便，考虑电源的进线方向，偏向电源侧；不应妨碍企业的进展，要考虑扩建的可能性；设备运输方便；尽量躲开腐蚀性气体与污秽的地段，若无法避免，则应位于污染源的上风侧；变电所屋外配电装置与其他建筑物之间的防火间距应符合规定；变电所建筑物，变压器及屋外配电装置应与邻近的冷却塔或者喷水池之间的距离应符合规定。2、负荷中心确定负荷中心能够用负荷指示图、负荷功率矩法或者负荷电能矩法近似来确定。这里应使用负荷功率矩法确定负荷中心的方法。下列简述负荷功率矩法确定负荷中心法：如图3-1所示，设工厂内有负荷Pl、P2、P3,以工厂平面图的左下角为原点建立一个直角坐标系，选取P1(X1,Yl)、P2(X2,Y2)、P3(X3,Y3)则负荷中心的坐标为：PiYiPiPiXiY=PiX=图3-1负荷功率矩法确定负荷中心按负荷功率矩法确定负荷中心，只考虑了各负荷的功率与位置，而未考虑各负荷的工作时间，因而负荷中心被认为是固定不变的。=8.97mm=3.95mm106.7166 =4.12 mm23.14各负荷的坐标为:P1 (3
