某金工车间配电系统设计

某金工车间配电系统设计电气工程学院电力工程课程设计设计题目学生姓名专业班级学号完成日期2016年1月8日摘要工厂供电系统的电气设计是现代化工厂设计中的重要设计内容之一。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。本章主要介绍工厂供电系统的设计规范、原则、设计内容、设计方法及设计说明书的编写。最后介绍工厂供电系统的电气设计实例，将前面各章讲述内容相互结合、综合应用于10/04KV变电所的设计中。厂供电工切实保证工厂生产和生活用电的需要，并搞好电能的节约，必须达到下列基本要求安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。可靠应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求。优质应满足电能用户对电压质量和频率质量等方面的要求。经济应使供电系统的投资少，运行费用低，并尽可能地节约电能和减少有色金属消耗量。目录1绪论111工厂供电系统电气设计112车间配电系统接线方案设计22金工车间负荷计算521负荷计算的目的522负荷计算的方法523金工车间的负荷计算73金工车间低压配电线路的选择1031配电线路的选择1032低压开关设备的选择1233配电箱的选择134金工车间低压配电设备的选择与校验41低压断路器的选择1542低压母线的选择155设计总结18参考文献19第一章绪论11工厂供电系统电气设计111工厂供电系统设计原则按照国家标准的有关规定，进行工厂供电系统设计必须遵循以下原则。1工厂供电系统设计必须遵循国家的各项方针政策，设计方案须符合国家标准中的有关规定，并应做到保障人身和设备安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理。2应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设和远期发展的关系，做到远、近期结合，适当考虑扩建的可能。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，以满足供电的要求。112车间配电线路设计的内容工厂供电系统电气设计包括变配电所设计、配电线路设计和电气照明设计等。1变配电所设计无论工厂总降压变电所或车间变电所，其设计的内容都是相同的。工厂高压配电所，则除了没有主变压器的选择外，其余部分的设计内容也与变配电所基本相同。变配电所的设计内容应包括变配电所负荷的计算及无功功率的补偿；变配电所所址的选择；变电所主变压器台数、容量、型式的确定；变配电所主接线方案的选择；进出线的选择；短路电流计算和开关设备的选择；二次回路方案的确定及继电保护的选择与整定；防雷保护与接地装置的设计；变配电所电气照明的设计等。最后需编制设计说明书、设备材料清单及工程概预算，绘制变配电所主接线图、平剖面图、二次回路图及其他施工图纸。2配电线路设计工厂配电线路设计分厂区配电线路设计和车间配电线路设计。厂区配电线路设计，包括厂区高压供配电线路设计及车间外部低压配电线路的设计。其设计内容包括配电线路路径及线路结构型式架空线路还是电缆线路的确定；线路的导线或电缆及其配电设备和保护设备的选择，架空线路杆位的确定及电杆与绝缘子、金具的选择，架空线路的防雷保护及接地装置的设计等。最后需编制设计说明书、设备材料清单及工程概预算、绘制厂区配电线路系统图和平面图、电杆总装图及其他施工图纸。车间配电线路设计的内容应包括车间配电线路布线方案的确定；线路导线及其配电设备和保护设备的选择等。最后编制设计说明书、设备材料清单及工程概预算、绘制车间配电线路系统图和平面图及其他施工图纸。13电气照明设计工厂电气照明设计，包括厂区室外照明系统的设计和车间建筑内照明系统的设计。其内容均应包括照明光源和灯具的选择；灯具布置方案的确定和照度计算；照明线路导线的选择；保护与控制设备的选择等。最后也编制设计说明书、设备材料清单及工程概预算，绘制照明系统图和平面图及其他施工图纸。112车间配电线路设计的内容车间配电线路设计的内容应包括车间配电线路布线方案的确定；线路导线及其配电设备和保护设备的选择等。最后编制设计说明书、设备材料清单及工程概预算、绘制车间配电线路系统图和平面图及其他施工图纸。12车间配电系统接线方案设计121常用的工厂低压线路的基本接线方式工厂低压线路有放射式、树干式和环形等几种基本接线方式。1放射式图11为低压放射式接线。它的特点是发生故障时互不影响，供电可靠性较高，但在一般情况下，其有色金属消耗较多，采用开关设备也较多，且系统灵活性较差。这种线路多用于供电可靠性要求较高的车间，特别适用于对大型设备的供电。2树干式图12为低压树干式接线。树干式接线的特点正好与放射式相反，其系统灵活性好，采用开关设备少，有色金属消耗也少；但干线发生故障时，影响范围大，所以供电可靠性较低。低压树干式接线在工厂的机械加工车间、机修车间和工具车间中应用相当普遍，因为它比较适用于供电容量小，且分布较均匀的用电设备组，如机床、小型加热炉等，见图12A。图12B为变压器干线式。这种接线省去了整套低压配电装置，使变电所结构简化，投资降低。图13为一种变形的树干式接线，即链式接线。链式接线的特点与树干式接线相同，适用于用电设备距供电点较远而彼此相距很近，容量很小的次要用电设备。但链式相连的用电设备，一般不宜超过5台，总容量不超过10KW。3环形供电图14为一台变压器供电的低压环形接线。一个工厂内所有车间变电所的低压侧，可以通过低压联络线互相接成环形。环形接线供电可靠性高，任一段线路发生故障或检修时，都不至于造成供电中断，或者只是暂时中断供电，只要完成切换电源的操作，就能恢复供电。环形供电可使电能损耗和电压损耗减少，既能节约电能，又容易保证电压质量。但其保护装置及其整体配合相当复杂，如配合不当，易发生误动作，扩大故障范围。实际上，低压环形接线通常采取“开口”运行方式2610KVA母线放射式配电的树干式B为变压器干线式树干式图11低压放射式接线图12低压树干式接线图13低压链式接线图14低压环形接线在工厂的低压配电系统中，往往是几种接线方式的有机组合，依具体情况而定。不过在正常环境的车间或建筑内，当大部分用电设备容量不大且无特殊要求时，宜采用树干式配电，这主要是因为树干式配电较放射式配电经济且有成熟的运行经验。实践证明，低压树干式配电在一般正常情况下能够满足生产要求。122金工车间配电系统接线方案本次设计的是五金厂金工车间的配电系统，根据设计任务要求，综合以上各种接线方式的优缺点，并结合金工车间的实际平面图，我们选择母线放射式配电的树干式接线，金工车间由工厂变电所低压配电室用一回路干线供电，再通过6台配电箱给24台设备供电。123动力配电箱的负荷分配方案根据设计任务要求，并结合金工车间的实际平面图，按照设备的摆放位置，根据就近原则，选择6台配电箱供电。车间配电箱的负荷分配方案如表11所示，具体分配见第3章的33节。表11车间配电箱的负荷分配方案表3图15动力配电箱的负荷分配方案图4第2章金工车间负荷计算计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷的确定是否合理，将直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。计算负荷确定过大，将增加供电设备的容量，造成投资和有色金属的浪费；计算负荷确定过小，设计出的供电系统的线路和电气设备承受不了实际的负荷电流，使电能损耗增大，使用寿命降低，甚至影响到系统正常可靠的运行。因此正确确定计算负荷具有重要的意义。但是由于负荷情况复杂，影响计算负荷的因素很多，虽然各类负荷的变化有一定规律可循，但准确确定计算负荷却十分困难。实际上，负荷也不可能是一成不变的，它与设备的性能、生产的组织以及能源供应的状况等多种因素有关，因此负荷计算也只能力求接近实际。21负荷计算的目的计算负荷,是通过统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中的各元件的负荷值。按计算负荷选择的电气设备和导线电缆，如以计算负荷持续运行，其发热温度不致超出允许值，因而也不会影响其使用寿命。由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约为34，为发热时间常数。而截面在16MM2及以上的导体的约为10MIN以上，故载流导体约经30MIN后可达到稳定温升值。因此计算负荷通常取半小时最大负荷。本设计用半小时最大负荷P30来表示有功计算负荷，用P30、S30和I30分别表示无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流。22负荷计算的方法我国目前普遍采用的确定计算负荷的方法，主要是简便实用的需要系数法和二项式系数法。用需要系数法来确定计算负荷，其特点是简单方便，计算结果比较符合实际，而且长期以来已积累了各种设备的需要系数,因此是世界各国均普遍采用的基本方法。但是，把需要系数看作与一组设备中设备的多少及容量是否相差悬殊等都无关的固定值，这就考虑不全面。实际上只有当设备台数较多、总容量足够大、没有特大型用电设备时，表中的需要系数的值才较符合实际。所以，需要系数法普遍应用于求全厂和大型车间变电所的计算负荷。而在确定设备台数较少，且容量差别悬殊的分支干线或支线的计算负荷时，采用另一种方法二项式系数法。我国建筑行业标准JGJ/T161992民用建筑电气设计规范也规定“用电设备台数较少，各台设备容量相差悬殊时，宜采用二项式法”。综上所诉，比较两种计算方法的特点，我们采取的是二项式系数法。用二项式系数法进行负荷计算时，既要考虑用电设备组的平均负荷，又要考虑几台最大用电设备引起的附加负荷。还需指出二项式系数值与用电设备类别和工作状态关系极大，因此在计算时首先要正确判明用电设备的类别和工作状态，否则将造成错误。例如机修车间的金属切削机床电动机，应属小批生产的冷加工机床电动机，因为金属切削就是5冷加工，而机修不可能是大批生产。又如压塑机、拉丝机和锻锤等，应属热加工机床。再如起重机、行车、电葫芦、卷扬机等，实际上属于吊车类。二项式系数法的基本公式1单组用电设备组的计算负荷P30KDPEQ30P30TANS30P30/COSI30S30/3UN式中，B、C为二项式系数；设备组的设备总容量；的附加负荷，其中PXCPXBPE为用电设备组的平均功率，其中PE是用电为用电设备组中X台容量最大的设备投入运行时增加是X台最大容量的设备总容量。二项式系数B、C及最大容量的设备台数X和COS、TAN等值，见教材工厂供电技术附表6。注意按二项式系数法确定计算负荷时，如果设备总台数少于教材工厂供电技术附附表6中规定的最大容量设备台数的2倍时，则其最大容量设备台数X也应相应减少。建议取XN/2，并按“四舍五入”取整规则。例如，某机床电动机组有台电动机，而附表6中规定X5,但这里N72X10，建议取X7/24来计算，即取其中4台最大容量电动机容量来计算PX。只有12台设备时，则可认为这里PNP30PE。对于单台电动机，则P30PN/COS，为电动机额定容量，为电动机效率。在设备台数较少时，也宜适当取大。2多组用电设备组的计算负荷采用二项式系数法确定多组用电设备组的计算负荷时，同样要考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。具体计算方法是，在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷，再加上各组平均负荷，即P30BPEICPXMAXQ30BPETANICPXMAXTANMAX式中，BPEI为各组有功平均负荷之和；BPETANI为各组无功平均负荷6之和；CPXMAX为各组中最大的一个有功附加负荷；TANMAX为CPXMAX的那一组设备的正切值。总的视在计算负荷为总的计算电流为S30I30S30/3UN23金工车间的负荷计算231各台设备的计算负荷以龙门刨床为例单台容量为PE75KW，额定功率因素COS06，额定效率075,则I30错误未找到引用源。错误未找到引用源。25322A其他设备的计算方法同上，各台设备的计算负荷如表21所示表21232整个车间的负荷计算1各设备组的负荷计算1机床组查教材工厂供电技术附表1，得KD01602取02，COS05，TAN173则机床组电动机的总容量PEP1751921327245435KW有功计算负荷P30KDPE0243587KW无功计算负荷Q30P30TAN8717315051KVAR视在计算负荷7S30P30/COS87/05174KVA计算总电流I30S30/3UN174/303826437A2风扇查教材工厂供电技术附表1，得KD0708，COS08，TAN075则机床组电动机的总容量PEP1308104KW有功计算负荷P30KDPE08104832KW无功计算负荷Q30P30TAN832075624KVAR视在计算负荷S30P30/COS832/08104KVA计算总电流I30S30/3UN104/308158A3车间照明查教材工厂供电技术附表1得KD1，COS1，TAN0则机床组电动机的总容量PE210KW有功计算负荷P30KDPE1210210KW无功计算负荷Q30P30TAN0KVAR视在计算负荷S30P30/COS210KVA计算总电流I30S30/3UN210/303831906A4其他动力用电查教材工厂供电技术附表1得KD02，COS05，TAN173则机床组电动机的总容量PE150KW有功计算负荷P30KDPE0215030KW无功计算负荷Q30P30TAN30173519KVAR视在计算负荷S30P30/COS30/0560KVA计算总电流I30S30/3UN60/30389116A82车间干线的负荷计算第3章配电线路及配电设备的选择931配电线路的选择根据工程设计经验，一般10KV及以下高压线路和低压动力线路，对于车间内较短的线路，可不进行电压损耗的校验，所以通常按发热条件来选择导线和电缆截面。311导线和电缆截面选择的方法1三相系统相线截面的选择电流通过导线包括电缆、母线，下同时，要产生电能损耗，使导线发热。裸导线的温度过高时，会使接头处的氧化加剧，增大接触电阻，使之进一步氧化，如此恶性循环，最终可发展到断线。而绝缘导线和电缆温度过高时，可使其绝缘加剧老化甚至烧毁，或引起火灾事故。按发热条件选择三相系统中的相线截面时，应使其允许载流量IAL不小于通过相线的计算电流I30，即IALI30所谓导线的允许载流量，就是在规定的环境温度条件下，导线能连续承受而不致使其稳定温度超过允许值的最大电流。如果导线敷设地点的环境温度与导线允许载流量所采用的环境温度不同时，则导线的允许载流量应乘以以下温度校正系数AL0KAL0式中，AL为导线额定负荷时的最高允许温度；0为导线允许载流量所采用的环境温度；0为导线敷设地点实际的环境温度。必须注意按发热条件选择的导线和电缆截面，还必须用式INFEKOLIAL或式IOPKOLIAL来校验它与其相应的保护装置熔断器或低压断路器的过流脱扣器是否配合得当。如果配合不当，可能发生导线或电缆因过电流而发热起燃但保护装置不动作的情况，这当然是不允许的。2中性线和保护线截面的选择1中性线N线截面的选择三相四线制系统中的中性线，要通过系统的不平衡电流和零序电流，因此中性线的允许载流量，不应小于三相系统的最大不平衡电流，同时应考虑谐波电流的影响。1）一般三相四线制线路中的中性线截面A0应不小于相线截面A的50，即A005A2）两相三线线路及单相线路的中性线截面A0由于中性线电流与相线电流相等，因此其中性线截面A0与相线截面A相同，即A0A3）三次谐波电流突出的三相四线制线路的中性线截面A0由于各相的三次10谐波电流都通过中性线，使得中性线电流可能等于甚至超过相线电流，因此中性线截面A0宜等于或大于相线截面A，即A0A2保护线PE线截面的选择保护线要考虑三相系统发生单相短路故障时单相短路电流通过时的短路热稳定度。根据短路热稳定度的要求，保护线PE线截面APE，按GB500541995低压配电设计规范规定，当其材料与相线相同时，其最小截面应满足表31的要求。3保护中性线PEN线截面的选择因为保护中性线兼有PE线和N线的双重功能，因此选择截面时应同时满足上述PE线和N线的要求，取其中的最大截面。3车间线路的结构与敷设车间供电线路一般采用交流220/380V、中性点直接接地的三相四线制供电系统，包括室内配电线路和室外配电线路。室内即车间内配电线路的干线采用裸导线或绝缘导线，特殊情况采用电缆；室外配电线路指沿车间外墙或屋檐敷设的低压配电线路，均采用绝缘导线，也包括车间之间短距离的低压架空线路。绝缘导线按线芯材料分为铜芯和铝芯两种,在易燃、易爆或其他特殊要求的场所应采用铜芯绝缘导线。绝缘导线按外皮的绝缘材料分为橡皮绝缘和塑料绝缘两种，塑料绝缘导线绝缘性能良好，耐油和抗酸碱腐蚀，价格较低，在户内明敷或穿管敷设时可取代橡皮绝缘导线，但其在高温时易软化，在低温时变硬变脆，故不宜在户外使用。4电缆选择电缆敷设路径时，应考虑以下原则避免电缆遭受机械外力、过热、腐蚀等的危害；在满足安全要求条件下应使电缆较短；便于敷设和维护；避开将要挖掘施工的地方。工厂中常用电缆的敷设方式有直接埋地、电缆沟、电缆桥架。而在发电厂、大型工厂和现代化城市中，还有采用电缆排管和电缆隧道等敷设方式。车间电缆进线采用电缆沟敷设。实际敷设电缆时，一定严格遵守有关技术规程的规定和设计的要求，竣工以后，要按规定的手续和要求进行检查和验收，确保线路的质量。电缆应远离爆炸性气体释放源。电缆沟的结构应考虑到防火和防水。1132低压开关设备的选择低压开关设备的选择，主要指低压断路器、低压刀开关、低压刀熔开关和低压负荷开关的选择与校验。下面重点介绍低压断路器的选择、整定。其他低压开关设备的选择比较简单。1低压断路器低压断路器的文字符号为QF，图形符号为，低压断路器又称低压自动空气开关，是一种能带负荷通断电路，又能在短路、过负荷、欠压或失压的情况下自动跳闸的一种开关设备。目前广泛用于生产现场的塑壳式DZ系列和万能式DW系列低压断路器。目前常用的塑壳式低压断路器主要有DZ20，DZL5，DZXL0系列及引进国外技术生产的H系列、S060系列、3VE系列、TO和TG系列。以龙门刨床，选择断路器，尖峰电流为45倍的启动电流查工厂供电简明设计手册得，DW15400型低压断路器的过流脱扣器额定电流INOR400AI3025322A,初步选择DW15400/25322型低压断路器。瞬时过电流脱扣器动作电流的整定。瞬时过电流脱扣器动作电流IOP0应躲过线路的尖峰电流IPK，DW型断路器宜取135，由式IOP0KRELIPK可知IOP0KRELIPK135400540A因此瞬时过流脱扣器的动作电流可整定为3倍的脱扣器额定电流，即IOP031012A3036A，满足躲过尖峰电流的要求,长延时过电流脱扣器动作电流和时间的整定。长延时过电流脱扣器一般用于过负荷保护，动作电流IOPL仅需躲过线路的计算电流，式中，KREL为可靠系数，取11，即IOP1KRELI3013525322341847A因此长延时过流脱扣器的动作电流可整定为1倍的脱扣器额定电流，即IOP1341847A校验公式其他断路器的选择方法同上，具体型号见表33。122低压刀熔开关选择与校验低压刀熔开关的文字符号为FUQK，图形符号为，低压刀熔开关又称熔断器式刀开关，是低压刀开关与低压熔断器组合而成的开关电器，具有刀开关和熔断器的双重功能。采用这种组合型开关电器，可以简化配电装置的结构，目前已广泛用于低压动力配电屏中。HR3400刀熔开关的校验（1）校验刀熔开关的断流能力IOC50KAI“3断流能力满足要求。（2）导线与刀熔开关的保护配合校验设刀熔开关只做短路保护，导线与刀熔开关的配合条件为绝缘导线时应满足INFE25IALINFE150A25IAL满足要求校验公式其他刀熔开关的校验方法同上查工厂供电简明设计手册P409，表ZL920,各配电箱的低压断路器的明细表见表33。33配电箱的选择XLF31型动力配电箱的一次线路方案和主要电气设备。本型动力配电箱是应用较广的产品，除装有低压断路器、磁力启动器及接触器等方案外，还配有平民频敏变阻器的方案，可用于控制中小型笼型、绕线型电动机的运行，从而在某些情况下可取代专用控制箱，节省一次投资，还可与其他动力配电箱并列安装。XL21型动力配电箱系户内装置，全部采用新型电气元件，具有结构紧凑、检测方便、线路方案可以灵活组合等特点，是目前应用最广的一种电气控制设备，适用于民用建筑及工矿企业，交流频率50HZ，交流电压380V，三相三线、三相四线电力系统，作动力、照明配电及控制之用。符合GB725197低压成套开关设备国家标准。根据以上特点，选取TNC系统。按照设计任务要求,根据车间设备的台数，选择XL21型动力配电箱，查工厂供电简明设计手册P409，表ZL920,各配电箱的型号明细表见表33，每个配电箱上分别接1个插座。表33各配电箱的型号明细表1314第4章金工车间低压配电设备的选择41低压断路器的选择已知该车间380V动力线路的计算电流I3018708A，IPK500A，线路首端3IK56KA当地环境温度为25，通过工厂供电附录表11可知，DW16630型低压断路器的过流脱扣器的额定电流INOR200AI3018708A,故初选DW16630低压断路器，其INOR200A。设瞬时脱扣电流整定为3倍，即IOP03200600A而IPK135500A675A,不满足IOP0KPKIPK的要求，因此需增加脱扣电流。KPKIOP04200800AKPKIPK135500A675A,满足躲过若整定为4倍时，尖峰电流的要求。校验断流能力再查工厂供电附录表11可知，所选DW16630低压断路器（3）IOC30KAI56KA，满足要求。故选用DW16630低压