小型工厂供配电设计

新 疆 工 业 高 等 专 科 学 校

毕 业 设 计（ 论 文）

课题名称： 动力车间配电系统

系 别： 电气与信息工程系

专业班级：

学生姓名：

指导教师： 庞 晓 虹

2007 年 06 月 18 日

毕业设计（论文）格式要求：

（一）论文目录分三级，统一按1，1.1，1.1.1等层次编写，并注明页码，正文中没有第三级小标题的，可以只列二级目录。目录还应包含参考文献、附录。

（二）正文一般应分为几个大的部分，每个部分应由小标题；正文中引用的符号较多，可在正文前列出符号表；正文中引用的技术数据要注明出处；正文中引用的重要论断要注明作者，年份。 （三）正文中的注释采用脚注或尾注。其格式为：

1．著作：作者姓名，《书名》，xx出版社[M]，xxxx年第x版，第xx页

２．论文：作者姓名，《论文题目》，《杂志名称》[D]，xxxx年第x期，第xx页

以英文大写字母方式标识各种参考文献,专著[M]、论文集[C]、报纸文章[N]、期刊文章[J]、学位论文[D]、报告[R]

（四）参考文献一般不低于4本（篇），引用格式与正文注释一致。

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毕 业 设 计 成 绩 评 定 报 告

班级：自动化04-28 专业：电气自动化 姓名： 王增云 日期： 2007.06.21

1、设计题目： 氯碱厂动力车间空压、冷冻装置配电系统 专 题： 2、指导教师：姓名：庞 晓 虹 职称： 教 授

单位： 新疆工业高等专科学校 3、设计评阅人: 姓名： 职称：

单位： 4、答辩评定意见：

成绩： 5、答辩委员会（签名）： 日 期：

毕业设计评定意见参考提纲

1.学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。

2.设计或论文（说明书）的优缺点，包括：学生理论水平、独立实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力、勤勉态度等。 3.设计或论文（说明书）中较成功的部分。

4.作毕业设计或论文（说明书）时遇到的困难和问题。

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毕 业 设 计 任 务 书

班级：自动化04-28 专业：电气自动化 姓名： 王增云 日期： 2007.06.21

1、设计题目： 氯碱厂动力车间空压、冷冻装置配电系统

专 题： 2、原始资料： 空压、冷冻装置相关原始参数 3、设计要求

说明书： 按照国家标准GB50052-95 《供配电系统设计规范》、GB50053-94 《10kv及以下设计规范》、GB50054-95 《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供配电设计。

图 纸： 4、设计日期：任务下达日期2007.5.15完成日期 2007.6.18 5、设计指导教师： 庞 晓 虹 设计内容： 答疑教师： 设计内容： 答疑教师： 设计内容： 答疑教师： 6、教研室审核（签名）： 7、系部负责人审核（签名）：

动力车间配电系统设计

车间低压装置合计 （380V） 乘以同时系数 低压无功补偿 补偿后计算负荷 …… …… …… 车间总合计 乘以同时系数 高压无功补偿 补偿后计算负荷 车间变压器损耗 6KV侧计算负荷 P30（KW） 2594.9 Kp=0.9 2335.41 2335.41 …… …… …… 10632.31 Kp=0.9 9569.079 9569.079 4.404 9573.483 Q30（Kvar） 1734.42 Kq=0.95 1647.699 -677.2689 970.4301 …… …… …… 5258.2801 Kq=0.95 4995.3661 -2775.032 2220.3341 21.12 2241.4541 S30（KVA） 3121.17 921.052 2529.01 (依此数据选车间变压器) …… …… …… 12108.11 7670.476 9832.38 备注： 低压（380V）侧： I30=3842.5A ；高压(6KV)侧： I30=946.1A

2.4车间变压器的选择

变压器是电力系统中数量极多且地位十分重要的电器设备，它的作用就是升高和降低电压。

车间变电站变压器台数的选择原则：

（1） 对于一般的生产车间尽量装设一台变压器；

（2）如果车间的一、二级负荷所占比重较大，必须两个电源供电时，则应装设两台变压器。每台变压器均能承担对全部一、二级负荷的供电任务。如果与相邻车间有联络线时，当车间变电站出现故障时，其一、二级负荷可通过联络线保证继续供电，则亦可以只选用一台变压器。

（3）当车间负荷昼夜变化较大时，或由独立（公用）车间变电站向几个负荷曲线相差悬殊的车间供电时，如选用一台变压器在技术经济上显然是不合理的，则亦装设两台变压器。

变压器容量的选择：

（1） 变压器的容量ST（可近似地认为是其额定容量SN·T）应满足车

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动力车间配电系统设计

间内所有用电设备计算负荷S30的需要，即 ST≥S30 ；

（2）低压为0.4Kv的主变压器单台容量一般不宜大于1000KV·A（JGJ/T16—92规定）或1250 KV·A（GB50053—94规定）。如果用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，亦可选用较大容量的变压器。[这样选择的原因：一是由于一般车间的负荷密度，选用1000-1250 KV·A的变压器更接近于负荷中心，减少低压配电线路的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量；另一是限于变压器低压侧总开关的断流容量。]

低压为230/400V的配电变压器联结组别的选择： （1） 选择Y,yn0联结组别的几种情况：

① 三相负荷基本平衡，其低压中性线电流不致超过低压绕组额定电流25%时；

② 供电系统中高次谐波干扰不严重时；

③ 低压单相接地短路保护的动作灵敏度达到要求时； （2） 选择D,yn11联结组别的几种情况：

① 由单相不平衡负荷引起的中性电流超过变压器低压绕组额定电流25%时；

② 供电系统中存在较大的“谐波源”，三次及以上高次次谐波电流比较突出时；

③ 需要增大单相短路电流值，以确保低压单相接地短路保护的动作灵敏度；

除此之外,考虑到空压、冷东装置在整个厂生产过程中所起到的作用，车间应该设有四台变压器，四套设备同时运行；每台变压器承担50%的计算负荷，两台变压器互为暗备用；但两台变压器的容量均按计算负荷的70%∽80%来选择。这样，变压器在正常运行时的负载率β不超过下列百分值：

β=(50/80)%∽(50/70)%≈62.5%∽71%

基本上满足经济运行的要求。在故障的情况下,不用考虑变压器的过负荷能力就能担负起对全部负荷供电的任务。 综上所述:

依据车间低压装置的计算负荷可以选定催化车间变压器为： 选用10KV级S10系列节能型电力变压器四台。 其技术参数如下：

额定容量：1600KVA 一次侧额定电压：6000V

二次侧额定电压：400V 联结组别：Y,yn0或Dyn11 空载损耗：ΔPk=2.20KW 短路损耗：ΔPe=13.8KW

短路电压百分值：ud %=4.5 空载电流百分值：Ik %=0.6

当电流通过变压器时，就要引起有功功率和无功功率的损耗，这部分功率损耗也需要由电力系统供给。因此，在确定车间主结母线时需要考虑到这部分功率损耗。

变压器的负荷率：β=S30/Se =2529.01/1600·4≈40% 变压器的有功损耗为：ΔPb=ΔPk+β2·ΔPe

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动力车间配电系统设计

ΔPb =2.20+0.42·13.8=4.408Kw

变压器的无功损耗为：ΔQb=ΔQk+β2·ΔQe

ΔQb = Ik %/100 ·Se+β2·[ud %/100 · Se ]

=0.6/100·1600+0.42·[4.5/100 ·1600 ] =21.12Kva

3 短路及短路电流的计算

3.1 短路的概述

“短路”是电力系统中常发生的一种故障。所谓短路是指电网某一相导体未通过任何负荷而直接与另一相导体或地接触。电器设备载流部分绝缘损坏是形成短路的主要原因，它带来的危害也是相当严重的后果：

（1）损坏电气设备：短路电路要产生很大的电动力和很高的温度，可使故障设备造成严重的损坏，并可能损坏电路其它设备。

（2）造成停电事故：由于电路中装设有短路保护装置，因此在电路短路时，将使得短路电路断开，从而造成停电。短路点越靠近电源，短路引起停电的范围越大，给国民经济造成的损失越大。

（3）引起电压骤降：短路时电压要骤降，从而严重影响电气设备的运行。电压的严重下降，还可能破坏各发电厂并列运行的稳定性，使得并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列.

（4）造成电磁干扰：不对称短路电流产生的不平衡磁场，对附近的通信线路、信号系统及电子设备等产生严重的干扰，影响其正常运行，甚至可能造成误动作。

常见的几种短路类型 （1） 对称短路： （2） 三相短路k(3)：

（3） 不对称短路：

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动力车间配电系统设计

两相短路k(2)

两相接地短路k(1.1)

单相短路k:

(1)

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动力车间配电系统设计

进行短路电流计算的目的是为了保证电力系统安全运行，在设计选择电器设备时都要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发短路故障引起的发热效应和电动理效应的巨大冲击。同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，采用了各种继电保护和自动装置，这些装置的整定计算也需要准确的短路电流数据。

为了校验各种电器设备，必须找出可能出现的最严重的短路电流。经分析，发现在空载线路上且恰好当某一相电压过零时刻发生三相短路，在该相中就会出现最为严重的短路电流。

3.2 电力网络中的短路计算

3.2.1 短路计算的相关公式

（表3.1） 有名值与标幺值换算公式

参数名称 有名值 标幺值 说明 SS? 功率 S 一般取Sd=100MVA ?Sd电压 U U??I??U UdI Id一般取Ud=Uev 电流 I Id?Sd3Ud 电抗 X X??XXSd=2 XdUdUk%Sd 100SNX1LSd 2UdX?是以Sd为基准容量的标幺值 变压器电抗 UK%U2N XT?100SNXL?X1L XT?? 线路电抗 XL??X1为线路每公里电抗值 13

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电抗器电抗 XR?XR%UN1003 INXR??XR%UNSd21003INUdXR%为电抗器铭牌上数值 XS??系统等值电抗 U2XS?N SKSdSd?SK3IKUNSK（MVA） IK（KA） SK为某点短路容量，Ik为该点的三相短路电流 UK%U2电动机电''N XM?Sd''X? KST为启动电流倍数 100SN抗 MKSTSN 根据经验值，一般6KV 电压级的基准数据如下示：

Sd=100MVA；Ud=Uav；基准电压为6.3KV；基准电抗为0.397?；基准电流为

9.16KA

高压网络中对于无穷大电源系统三相短路标幺值法计算公式： ''I??I???It??1XX?? ??为系统电源到短路点间的总阻抗；

I''?I??1X??Sd3Ud（KA） Ud为短路点处的平均电压，I''为次暂态短路电流；

'S'K=3I''UN（MVA）；

ish?2kshI''（KA） ish为冲击电流，ksh为短路电流冲击系数；

低压配电网络中短路电流的计算： （1） 高压侧系统的的等值电抗

配电变压器容量较小，阻抗值较大，一般可认为短路时其高压侧母线电压保持不变，即为无穷大电源系统。可据下式算出系统的等值阻抗（折算到400V 侧）：

4002 Sk配电变压侧短路容ZS?m?；RS?0.1XS；XS?0.995ZSm?；SK量，KVA

（2） 变压器的阻抗

?PKU2UK%U222NNRT?m?；ZT?m?；XT?ZT?RTm? 2100SNSN式中，?PK的单位为KW；UN的单位为V；SN的单位为KVA

（4） 低压电网内电阻值较大，不能略去。用Z?R2?X2来代替计算中

的电抗X。

（5） 一般采用标幺值法或有名值计算比较简便。

采用有名值计算时电压单位用V，电流用KA，容量用KVA，阻抗用m?。

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动力车间配电系统设计

有关计算公式：

UavUav（3）‘’（2）（3） I?I?I??；IK?K?0.866IK 223Z?3R??X?式中，Z? 为短路回路每相的总阻抗，m?；R?、X?分别为短路回路每

相的总电阻、总电抗，m?；Uav为平均额定线电压V。

3.2.2短路计算中应注意的问题

（1） 短路电流冲击系数ksh的取值 在高压电网中其它地点短路取1.8；在1000V 及以下变压器低压侧0.4KV 短路时取1.3。

（2）对电网中异步电动机负荷的处理

一些接在短路点附近（5m内）且容量较大的异步电动机（电动机容量大于100KW或总容量大于100 KW的感应电动机），在短路初瞬次暂态阶段，短路点的电压为零，这些电动机因为有较大的惯性，转速不能立即降到零，因此其反电动势大于电网的剩余电压。此时看作一台发电机，能向短路点反馈次暂态短路电流和冲击短路电流。可按下公式计算：

'E'M0.9''IMN?5.3IMN； IM?''?IMN?0.17XM'ish(M)?2Ksh(M)I'M?2Ksh(M)?5.3IMN?7.48KshIMN；

'式中，E'M为电动机次暂态电势标幺值，一般取0.9； 'X'M一般取0.17；Ksh(M)为电动机短路电流冲击?为电动机次暂态电抗标幺值，

系数，一般高压电动机取1.4~1.6，低压电动机取1.0。

（3）系统等值电抗的估算：

SXS??d， Sk为系统分界母线处的短路容量（有时用该处断路器额定断

Sk流容量代替）

(4)短路时母线残压的计算：

电网中发生三相短路时，短路点的电压降为零，短路点附近的电压也大为降低。为分析短路时电力系统的运行状态或因继电保护整定计算的要求，需要计算系统中某点在短路时的电压（残压）

Ure??I??X? X?为由短路点算起到系统某点的电抗标幺值。

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动力车间配电系统设计

4 导线及其截面的选择

4.1 导线和电缆的选择

导线和电缆选择是工业企业供电网络设计中的一个重要组成部分，因为它们是构成供电网络的主要元件，电能必须依靠它们来输送分配。在选择导线和电缆的型号及截面时，既要保证供电的安全可靠，又要充分利用导线和电缆的负载能力。

选择导线和电缆截面时，必须考虑以下几个因素，这些因素也是我们的选择原则：

（1）发热问题 电流通过导线或电缆时将引起发热，从而使其温度升高。当通过的电流超过其允许电流时，将其绝缘线和电缆的绝缘加速老化，严重时将烧毁导线或电缆，或引起其它的事故，不能保证安全供电。另一方面为了避免浪费有色金属，应该充分利用导线和电缆的负荷能力。因此，必须按导线或电缆的允许载流量来选择其截面。

（2）电压损失问题 电流通过导线时，除产生电能损耗外，由于线路上有电阻和电抗，还产生电压损失。当电压损失超过一定的范围后，将使用电设备端子上的电压不足，严重影响用电设备的正常运行。

（3）架空线路的机械强度 架空线路经受风、雪、覆冰和温度变化的影响，因此必须有足够的机械强度以保证其安全运行，其截面不得小于某一最小允许截面。

（4） 经济条件 导线和电缆截面的大小，直接影响网络的出投资及电能损耗的大小。截面选的小些，可节约有色金属和减少电网投资，但网络中的电能损耗增大。反之，网路中的电能损耗虽然减少，但有色金属耗用量和电网投资都随之增大。因此这里有一个经济运行的问题，即所谓按经济电流密度选择导线和电缆截面，此时网路中的年运行费用最小。 4.2 导线截面选择及校验的方法

常用选择导线截面的方法有：按发热条件选择；按照允许电压损失条件

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动力车间配电系统设计

选择；按照机械强度条件选择；按照经济电流密度条件选择。

从原则上讲，上述四个条件都满足，以其中最大的截面作为我们应该选取的导线截面。但是，对一般工业企业6~10KV线路来说，因为电力线路不长，如按照经济电流密度来选择导线的截面，则往往偏大，所以一般只作为参考数据。只有大型工业企业的外部电源线路，但负荷较大、线路较长时，特别是35KV 及以上的输电线路，主要应按经济电流密度来选择导线截面。

对于一般的工业企业内部6~10KV 线路，因线路不长，其电压损失不大，所以一般按发热条件选择，然后按其它条件进行校验。对于380V 低压线路，虽然线路不长，但因电流较大，在按发热条件选择的同时，还应按允许电压损失的条件进行校验。

按照允许电压损失条件选择条件：

R0nX0n?U%?pL?qL≤5% 进行校验，各设备导线的选择均满2?aa2?aa10UN110UN1足此条件。

式中，R0、X0为每公里线路的电阻和电抗； R0npaLa为由有功负荷及电阻引起的电压损失； ?10U2N1X0nqaLa为由无功负荷及电抗引起的电压损失； ?10U2N1除此校验条件外，还需考虑到熔断器和自动开关与导线截面的配合问题，它们之间也需要满足一定的关系：

（1） 对于动力支线采用电缆敷设时，熔断器和电缆允许电流的倍数关系是Ier?2.5（Ier 为熔断器熔体的额定电流，A；IY 为电缆允许的电流，）自动开IYIgzdI关和电缆允许电流的倍数关系是?1.0，szd?4.5（Igzd 为长延时脱扣器整

IYIY定电流，Iszd为瞬时脱扣器整定电流，A）。 （2） 对于动力干线采用电缆敷设时，熔断器和电缆允许电流的倍数关系是

IgzdIerI?1.5；自动开关和电缆允许电流的倍数关系是?1.0，szd?4.5。 IYIYIY（3） 对于有爆炸危险的厂房中选择电缆截面的条件为

IY>1.25。 IN综上所述：

动力车间各用电设备导线及其截面的选择和校验情况如下表所示：

（表4.1） 车间各用电设备导线截面的选择和校验

IN(A) 设备名称 电缆型号 IY（A） IY>1.25 IN合格 5℃冷凝器水泵 VLV29-3?4 17

30 11.6 动力车间配电系统设计

-35℃冷凝器水泵 机封水循环水泵 5℃冷凝器风扇 -35℃冷凝器风扇 氨冷机组 氨冷机组出线 电容柜 空气压缩机 7℃水泵 5℃水泵 排风机 现场仪表电源 控制室仪表电源 -35℃盐水泵 蒸发器搅拌机 配电室抽风机 -35℃搅拌泵 螺杆压缩机油泵 干燥塔 冷干机 高压干线 低压干线

VLV29-3?25 VLV29-3?4 VLV29-3?16 VLV29-3?16 VLV29-3?16 VLV29-3?16 VLV29-3?16 VLV29-3?25 VLV29-3?25 VLV29-3?25 VLV29-3?25 VLV29-3?25 VLV29-3?6 VLV29-3×4 VLV29-3×25 VLV29-3×25 VLV29-3×10 VLV29-3×4 VLV29-3×4 VLV29-3?4 2 (VLV29-3×240) 2×(VV-1×800) 87 30 67 67 67 67 67 87 87 87 87 87 38 30 87 87 51 51 87 67 473 1921 56.8 11.1 42 42 42 42 42 56.8 56.8 56.8 56.8 56.8 29.4 11.1 56.5 56.5 35.5 3505 56.5 42 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 18

动力车间配电系统设计

5 车间高、低压电气设备及其选择

5.1电气设备

低压设备 刀开关

? 开启式负荷开关 （胶盖闸） 常见型号HK1 、HK2型

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动力车间配电系统设计

开启式负荷开关（胶盖闸）实物图（5-1）

? 封闭式负荷开关 （铁盖闸）

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动力车间配电系统设计

封闭式负荷开关（铁盖闸）实物图（5-2）

低压断路器——自动空气开关 是电路发生过载、短路或欠电压时能自动分断电路的电器。 它是低压交、直流配电系统中的重要保护电器之一。

断路器原理图（5-3）

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动力车间配电系统设计

断路器实物图（5-4）

低压熔断器

熔断器是最简单的保护电器，当其熔体被通过大于额定值很多的电流时，熔体发生过热而熔断，实现对电路的保护。 熔断器按其结构可分为开启式、半封闭式和封闭式三类。开启式很少采用，半封闭式如瓷插式熔断器，封闭式又可分为有填 料管式、无填料管式及有填料螺旋式等。

? 瓷插式熔断器 ? 螺旋式

? 无填料管式 ? 有填料管式

低压熔断器实物图（5-5）

各主要电器设备简介：

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动力车间配电系统设计

LMZJ1-0.5型电流互感器为母线式、浇注绝缘、户内产品，适用于交流50HZ、500V及以下的线路中，供电流、电能和功率测量以及继电保护用。

RT0系列有填料封闭管式熔断器，适用于交流50 HZ、额定电压380V及以下短路电流大的网络或配电装置中，作为电缆、导线及电器设备的短路保护及导线、电缆的过负荷保护。尤其适用于供电线路或断流能力要求较高的场所。

CJ10 系列交流接触器为一般任务接触器，适用于50HZ、电压380V及以下，电流150A及以下电力线路中，并适用于频繁启动和控制交流电动机。

JR15系列热继电器是一种双金属片式热继电器，适用于长期工作的一般交流电动机的过载保护。

低压电气的选择及校验条件 按工作电压选择

一般电器额定电压UNe应不低于所在电路额定电压UN即UNe?UN 按工作电流来选择熔断器熔体的额定电流

一般电器额定电流INe应不低于所在电路的计算电流I30即INe?I30

A 保护动力线路的熔断器的选择

a. 熔体的电流IN?FE应不小于电路的计算电流I30，即 IN?FE?I30 b. 熔体电流IN?FE应躲过电路的尖峰电流Ipk，即 IN?FE?K·Ipk 轻载起动电动机K=0.25~0.3； 供多台电动机K=0.5~1

c. 熔体电流IN?FE应与被保护线路配合，以免线路过负荷引起过热甚至绝缘燃烧而熔体不熔断F，因此需要满足 IN?FE≤KOL·Ial

Ial 为导线或电缆的允许载流量；KOL为导线或电缆的允许短时过负荷系数(当

熔断器只作短路保护时，对电缆导线取 KOL =2.5；当熔断器同时作短路保护和过载保护时，KOL =1)。

B. 保护照明线路的熔断器的选择

IN?FE≥KI·I30 对于荧光灯或高压汞灯取KI=1

根据经验一般选择RC1A型熔断器 C. 保护变压器的熔断器的选择

保护变压器的熔断器的熔体电流IN?FE应躲过变压器的允许过负荷电流和励磁涌流,须按下式选择:

IN?FE=（1.5~2.0）I1N?T；I1N?T为变压器一次侧额定电流

D. 保护电容器的熔断器的选择

保护并联电容器的熔断器容体电流应躲过电容器的合闸电流，一般应按下公式选择：

IN?FE= KC·IN?C 式中IN?C为电容器的额定电流； KC为计算系数 （一台电容器 KC = 1.5~2.0）

E. 保护电压互感器的熔断器的选择

根据经验: 保护电压互感器的熔断器熔体电流IN?FE=0.5A 低压熔断器的选择

低压熔断器宜选择限流式熔断器（RT、RS 等型）。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4bma.html