机修厂房供配电系统设计.docx
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机修厂房供配电系统设计
供配电系统课程设计
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摘要
电能是现代工业生产的主要能源和动力;电能既易于由其他形式的能量转换而来,又易于转换为其他形式的能量以供应用;电能的输送的分配既简单经济,又便于控制,调节和测量,有利于实现生产过程自动化;电能在工业生产中的重要性,在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产能,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。
因此,所以工厂企业供配电的电路设计要联系到各个方面,负荷计算及无功补偿,变压器的型号,容量和数量的分配;短路的计算、设备的选择、线路的分配和设计等方面进行设计分析,把最好的供配电设计应用到现实生产中来,为经济的发展做出最好的服务。
关键词:
配电所电力负荷功率补偿短路电流
目录
第1章概述......................................................1
1.1供配电设计必须遵循的一般原则..............................1
1.2供配电设计的基本内容......................................1
1.2.1变配电所设计............................................1
1.2.2低压配电线路设计........................................2
第2章电力负荷分析计算..........................................3
2.1车间变电所负荷计算........................................3
2.1.1计算负荷................................................3
2.1.2平均负荷................................................3
2.2变压器的选择..............................................3
2.3低压补偿柜的选择..........................................3
2.4全厂负荷计算..............................................5
第3章配电系统设计..............................................5
3.1车间配电设计应考虑的问题..................................5
3.2配电方式..................................................6
3.3导线截面的选择............................................6
3.4干线截面的选择............................................7
第4章低压配电屏的选择..........................................8
4.1GCS开关柜介绍,下图为GCS型低压抽出式开关柜外形图........8
4.1.1动力配电中心(PC柜)....................................8
4.1.2抽出式电动机控制中心和小电流的动力配电中心(MCC柜).....9
4.2低压开关柜的选择..........................................10
4.2.1低压进线柜的选择........................................10
4.2.2低压出线柜的选择........................................10
第5章高压电器选择..............................................11
5.1计算短路电流..............................................11
5.2电器选择..................................................11
第6章变配电所平面布置设计......................................13
第7章防雷与接地................................................14
7.1防雷设备.................................................14
7.2接地装置..................................................14
谢词..............................................................15
参考文献..........................................................16
第1章概述
机修厂房供配电设计应包括负荷的分析计算、确定配电方案、选择高低压电气设备及成套设备、确定变压器的台数、容量及变电所主结线方案、进行短路计算对电气设备进行校验、考虑电气设备的布置方案。
1.1供配电设计必须遵循的一般原则
供配电设计必须遵循以下原则:
1)必须遵循国家的有关法令、标准和规范,执行国家的有关方针、政策。
包括节约能源、节约有色金属等技术经济政策。
2)应做到保障人身和设备的安全,供电可靠,电能质量合格,技术先进和经济合理,设计中应采用符合国家现行有关标准的效率高、耗能低、性能先进的电气。
3)必须从全局出发,统筹兼顾,按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件,合理确定设计方案。
4)应根据工程特点、规模和发展规划,正确处理近期建设与远期发展的关系,做到远近结合,以近期为主,适当考虑扩建的可能性。
1.2供配电设计的基本内容
供配电设计主要包括变配电设计、低压配电线路设计等。
1.2.1变配电所设计
变配电所设计包括以下基本内容:
1)负荷计算及无功功率补尝计算。
2)变配电所所址和型式的选择。
3)变电所主要电器台数、容量及类型的选择(配电所设计不含此项内容)。
4)变配电所主接线路的设计。
5)短路电流的计算。
6)变配电所一次设备的选择。
7)变配电所二次回路方案的选择及继电保护装置的选择与装定。
8)变配电所防雷保护和接地装置的设计。
9)编写设计说明书及主要设备材料单。
10)绘制变配电所主结线图、平面图和必要的剖面图、二次回路图及其他施工图。
1.2.2低压配电线路设计
低压配电线路设计包括以下基本内容:
1)低压配电线路系统方案的确定。
2)低压配电线路的负荷计算。
3)低压配电线路的导线和电缆的选择。
4)低压配电设备和保护设备的选择。
5)低压配电系统接地装置的设计。
6)低压配电线路敷设方式的设计。
7)编写设计说明书及主要设备材料清单。
8)绘制车间低压配电系统图、平面布线图及其施工图样。
第2章电力负荷分析计算
2.1车间变电所负荷计算
2.1.1计算负荷
计算负荷又称需要负荷或最大负荷,计算负荷是一个假想的持续性的负荷,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,通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。
2.1.2平均负荷
平均负荷指一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。
长选用最大负荷班(即又代表性的一昼夜内电能消耗量最多的的一个班)的平均负荷,有时也计算年平均负荷。
平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。
2.2变压器的选择
根据S30=309kV·A,可选315kV·A。
查《供配电技术》附录表2并考虑到今后发展的要求:
选S9-400kVA变压器一台。
2.3低压补偿柜的选择
拟采用无功功率自动补偿屏,装在变电所低压母线集中补偿。
从GCS低压抽屉式开关柜手册中选用总电容容量为116kvar电容屏型号:
GCS1-34一台
GCS型低压无功功率自动补偿屏有34、35两种方案,其中之34方案为主屏,35方案为辅屏。
34、35方案各有A、B、C三种规格,其中A规格采用10步控制,每步投入16kvar,共160kvar;B规格采用8步控制,每步投入16kvar,共128kvar;
表1、车间变电所负荷计算表
设备名称
台数
Pe
/kW
Kd
CosΦ
tanΦ
P30/kW
Q30/kW
S30/KVA
机修车间
冷加工机床
60
300
0.2
0.5
1.73
60
103.8
通风机
10
30
0.8
0.8
0.75
24
18
电焊机
3
40
0.35
0.6
1.33
14
18.6
吊车
3
66
0.15
0.5
1.73
9.9
17.1
干燥箱
4
20
0.7
1.0
0
14
0
照明
25
1.0
1.0
0
25
0
小计
146.9
157.5
变电所低压负荷
取KΣ=0.95
282
243
372
补偿电容
-116
补偿后低压负荷
282
127
309
C规格采用6步控制,每步投入16kvar,共96kvar。
选择步骤:
①根据控制步数要求,选择1台34方案主屏。
②根据所需无功补偿容量再补充1台或数台35方案辅屏。
具体可见GCS手册。
2.4全厂负荷计算
将各车间变电所的计算负荷,加上变压器损耗功率及高压负荷,总加后乘以参差系数再减去高压补偿功率,即得全厂计算负荷。
第3章配电系统设计
3.1车间配电设计应考虑的问题
1、车间变电所应靠近负荷中心
2、车间电力线路的敷设方式
②①
如图1
③
①沿梁
④
②跨梁
③沿墙、沿柱
④穿管明敷设设备
⑤穿管埋地暗敷设
沿梁、跨梁、沿墙、沿柱
适用于干线敷设。
⑤
从分电箱到用电设备的支线一律采用图 1
穿管埋地暗敷设。
离地3.5m以上的电力线路允许采用裸导线。
离地面3.5m以下的导线必须采用绝缘导线,离地面2m以下的导线必须加机械保护(穿钢管或硬塑料管)。
3.2配电方式
(1)为减少电压波动引起的闪烁,照明线路应在车间动力总开关之前分出。
(2)离配电点比较近的,且功率比较大的少数用电设备可以用放射式供电。
(3)对于功率比较小、台数比较多的设备,宜于采用干线对分电箱供电,然后由分电箱对各用电设备配电。
(4)考虑分电箱供电范围时,注意支线的敷设不要跨过通道;通道另一侧的设备,应由另一侧的分电箱供电,不要采取这一侧的用电设备由另一侧的分电箱供电。
(5)吊车电源不要经过分电箱,应经单独的开关直接引自干线。
根据前这些原则及车间设备平面布置可确定方案。
图3
3.3导线截面的选择
车间导线截面的选择应由分电箱开始。
(1)首先选择分电箱中各路的熔体额定电流:
因为决定分电箱的规格,不是各路的计算电流,而是各路的熔体额定电流,因为熔体额定电流大于各路计算电流,熔体额定电流应满应满足下列两式
(2)根据已选出的各路熔体额定电流,并预留1~2路(将来增加用电设备时不要更换分电箱)去电气设备手册上,选择出线路数和熔断器电流相适应的分电箱。
(3)根据已选出的各路体额定电流及各路的计算电流及敷设方式、环境温度等,从电气设备手册上选 出相应的导线及电线管。
选熔断器、导线及电箱采用表4可以一目了然。
3.4干线截面的选择
由于每只分电箱或每路干线所接的设备台数不多,所以干线的计算电流应按二项式法计算,这样才能照顾到大容量设备对计算电流的影响。
选干线截面时,应留有余量,以备负荷的发展。
选择干线截面之前,应先选干线的过电流保护电器(熔断的或自动开关)因导线必须与保护配合。
干线导线由两部分组成,一部分是敷设在车间的明敷设部分,按明敷设选导线,另一部分是从配电屏引到干线这一部分,多数是穿管敷设,应按穿管导线选择。
第4章低压配电屏的选择
4.1GCS开关柜介绍,下图为GCS型低压抽出式开关柜外形图
图2GCS型低压抽出式开关柜外形图
a)PC柜b)MCC柜
1-功能单元隔室2-水平母线隔室3-控制回路隔室4-电缆室
4.1.1动力配电中心(PC柜)
1)PC柜内分成四个隔室:
水平母线隔室(在柜的后部);功能单元隔室(在柜前上部或柜前左部);电缆室(在柜前下部或柜前右边);控制回路隔室(在柜前上部)。
其隔离措施是:
水平母线隔室与功能单元隔室、电缆隔室之间用三聚氰胺酚醛夹心板或钢板分隔。
控制回路隔室与功能单元隔室之间用阻燃聚胺脂发泡塑料模制罩壳分隔。
左边的功能单元隔室与右边的电缆隔室之间用钢板分隔。
2)柜内安装的框架式断路器能在关门状态下,实现柜外手动操作,还能观察断路器的分、合闸状态并根据操作机构与门的位置关系,判断出断路器在试验位置还是在工作位置。
3)主电路和辅助电路之间也采用分隔措施,仪表、信号灯和按钮等组成的辅助电路单元,安装于塑料板上,板后用一个由阻燃型聚胺发泡塑料做成的罩壳与主电路隔离。
4.1.2抽出式电动机控制中心和小电流的动力配电中心(MCC柜)
1)抽出式MCC柜内分成三个隔室,即柜后部的水平母线隔室、柜前部左边的功能单元隔室和柜前部右边的电缆隔室。
水平母线隔室与功能单元隔室之间用阻燃发泡塑料制成的功能壁分隔。
电缆室与水平母线隔室、功能单元隔室之间用钢板分隔。
2)抽屉层高的模数为160mm。
分为
单元、1单元、
单元、2单元、3单元五个尺寸系列,单回路的额定电流为400A及以下。
每台开关柜最多可以配置11个一单元的抽屉或22个
单元的抽屉。
3)抽屉通过断路器专用操作机构的联锁装置的操作程序,完成抽屉相应机械联锁的要求,同时使抽屉具有移动位置、隔离位置、试验位置、分断位置和工作位置,抽屉面板上的操作插槽具有相关明显的标志。
4.2低压开关柜的选择
4.2.1低压进线柜的选择
(1)台数的选择:
有几台变压器就有几台低压进线柜
(2)方案的选择:
与低压进线方式有关,若封闭式母线高压进线,则选择01方案;若从侧面进线,则选择02方案;若用电缆从底下进线,则选择03方案;若有备用电源,则选择07或08方案。
(3)规格的选择:
与变压器容量有关,可根据变压器容量算出低压侧的出线电流,如果算出来的低压侧的电流为1230A,则可选择E规格。
4.2.2低压出线柜的选择
(1)低压抽屉的选择
与低压抽屉的出线电流有关,而出线电流就是前面计算的干线电流。
可根据出线电流的大小,对照GCS开关柜选取抽屉。
低压出线的保护装置有三种:
低压断路器,低压负荷开关,接触器.一般选用低压断路器,较为可靠且维护方便.
(2)低压抽屉的组合
从GCS手册查出每个抽屉的高度,再根据开关柜的有效抽屉高度(1760mm)去组合.
第5章高压电器选择
厂区高压供电系统确定后,可根据确定的高压系统图选择高压电器。
5.1计算短路电流
选定短路电流计算点,作等值电路图,计算各点短路电流。
5.2电器选择
(1)电源开关 馈电线路开关及高压电动机开关等都应该选用断路器。
(2)400KVA以下的电力变压器的高压开关,可以考虑采用隔离开关配合高压熔断器,户外可以采用跌开式熔断器,但是这时变压器低压侧须装能带负荷通断的总开关。
(3)400KVA以上电力变压器高压侧须装负荷开关配熔断器。
(4)对于要求自动切断的电力变压器,高压侧须装断路器。
(5)对一级负荷供电的配电所,可选用小车式开关柜,如KYN28型,断路器可互换使用,无重要负荷的变电所可采用固定式开关柜,如GG-1A(F)系列,但现在已基本被淘汰。
(6)高压开关柜的进出线,一般采电缆。
(7)选用的电器(断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器、电流互感器等)。
电流互感器的动稳定按:
KesI1N≥ish(3)
热稳定按:
(KtIe1)2t>It2t
电力电缆要做短路热稳定校验。
第6章变配电所平面布置设计
(1)配电室平面布置图如图4
第7章防雷与接地
7.1防雷设备
防雷的设备主要有接闪器。
其中,接闪器就是专门用来接受雷击(雷闪)的金属物体。
接闪的金属称为避雷针。
接闪的金属线称为避雷线,或称架空地线。
接闪的金属带称为避雷带。
接闪的金属网称为避雷网。
避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内,以免危及被保护设备的绝缘。
避雷器应与被保护设备并联,装在被保护设备的电源侧。
当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时,避雷器的火花间隙就被击穿,或由高阻变为低阻,使过电压对大地放电,从而保护了设备的绝缘。
避雷器的形式,主要有阀式和排气式等。
7.2接地装置
电器设备的某部分与大地之间做良好的电器连接,称为接地。
埋入地中并直接与大地接触的金属导体,称为接地体,或称为接地地极。
专门为接地而人为装设的接地体,称为人工接地体。
兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混泥土基础等,称为自然接地体。
连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体,称为接地线。
接地线与接地体合称为接地装置。
由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体,称为接地网。
其中接地线又分为接地干线和接地支线。
接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。
谢词
通过此次的设计,我学到了很多知识,首先感谢我的指导老师,无论是在构思、资料的收集方面,还是在设计的研究方面以及成文定稿方面,我都得到了老师的悉心细致的教诲和无私的帮助,在老师的悉心指导下完成的,老师渊博的专业知识,严谨的治学态度,精益求精的工作作风,对我影响深远。
当然设计的顺利完成,也离不开其它各位老师、同学和朋友的关心和帮助。
在整个的设计写作中,各位老师、同学和朋友积极帮组我查资料和提供有利于设计写作的建议和意见,在他们的帮助下,设计得以不断的完善,最终帮助我完整的写完了整个设计。
在设计的写作过程中也学到了做任何事情所要有的态度和心态,首先做学问要一丝不苟,对于发展过程中出现的任何问题要一点偏差都不要轻视,要通过正确的途径去解决,在做事情的过程要有耐心和毅力,不遇到困难就退缩,只要坚持下去就可以找到思路去解决。
设计完成了,不进是理论与实践的结合,还让我明白了做学问必须一丝不苟,严谨细致,也得注重团队合作。
这将对我以后的学习工作又很多的启迪。
总之,在此次设计的写作过程中,我收获很多。
最后再次感谢传授我知识以及给我帮助和鼓励的老师,同学和朋友,谢谢你们。
参考文献
1、《工业与民用配电设计手册》(中国航空工业规划设计研究院等编1994)
2、《工厂常用电气设备手册》(中国电力出版社第二版上、下册兵器工业第五设计研究院主编1998、1)
3、《电气设备选择·施工安装·设计应用手册》(中国水利水电出版社刘宝林主编1998、10)
4、定型图册:
D264《附设式电力变压器布置》、D263《变配电所常用设备构件安装》(冶金工业部北京钢铁设计院编制 1976)
5、《供配电技术》(机械工业出版社刘介才主编2004、1)
6、《工厂供电设计指导》(机械工业出版社刘介才主编1998、2)
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