1、電氣工程基礎課程設計車間動力及照明設計專 業：電氣工程及其自動化班級：學生姓名：指導教師：完成時間：目錄摘要 31 設計任務 41.1 設計題目 41.2 設計要求 41.3 設計依據 42 車間變電所負荷計算 52.1 車間負荷計算 52.2 無功補償計算 83 車間變電所系統設計 93.1 變電所主變壓器臺數和容量確定 93.2 車間變電所的所址和型式 113.3 車間變電所主接線方案設計 123.4 短路電流的計算 143.4 變電所一次設備的選擇 163.5 電纜型號與敷設方式選擇 204 二次回路與繼電保護 234.1 二次回路方案的選擇 234.2 二次回路方案的選擇與繼電保護的整

2、定 244.3 變電所防雷保護和接地裝置 264.4 變電所電氣照明 284.5 車間配電線路布線方案的確定 284.6 線路導線及其配電設備和保護設備的選擇 295 結束語 336 參考資料 34電氣工程課程設計一一車間動力及照明設計摘要電能是現代工業生產的主要能源和動力。隨著現代文明的發展與進步，社會生產和生活 對電能供應的質量和管理提出了越來越高的要求。本次設計的題目為車間動力及照明的設 計，考慮到題目的條件，決定采用建立車間變電所的方式給車間動力及照明供電。因此，本次課程設計的主要工作為車間變電所的設計。一個安全、經濟的變電所，是極為重要的。次車間的供電設計包括：負荷的計算及無功功率的

3、補償；變電所主變 壓器臺數和容量、型式的確定；變電所主接線方案的選擇；進出線的選擇；短路計算和開關 設備的選擇；二次回路方案的確定及繼電器保護的選擇和整定；防雷保護與接地裝置的設 計；車間配電線路布線方案的確定；線路導線及其配電設備和保護設備的選擇；以及電氣照 明的設計。最后用 autoCAD給出了電路圖的繪制。3電氣工程課程設計一一車間動力及照明設計1設計任務1.1設計題目車間動力及照明設計1.2設計要求1. 計算低壓配電線路的負荷以及選擇電纜和導線；2. 選擇低壓配電設備和保護設備；3. 確定低壓配電線路敷設方式；4. 設計防雷與接地裝置等。1.3設計依據1 用電設備明細表用電設備明細表如

4、圖表1所示表1用電設備明細表序號設備名稱（型號）臺數設備容量備注單臺設備總容量1皮帶車床1992普通車床 C62045.5223扭頭刨床 B66543124立式銑床 Z5351995砂輪機S35L30011.751.756工具磨床 M602511.751.757插床B593214.54.58普通車床 C620-127.5159普通車床 C6301111110弓形鋸床 G7211.51.511萬能銑床 X62W19912滾齒機Y381454513普通車床 C611001454514龍門刨床 B20126170705電氣工程課程設計一一車間動力及照明設計15立式鉆床 Z53515.55.516鏜床

5、T681101017搖臂鉆床Z3517.57.518電動單梁吊車 Q=3噸112.512.519三相墻壁插座91513520通風機1101021照明102.電源條件從本廠25/6kV總降壓站引入，距離 400米，6kV，出口容量100MVA，出線定時限過流保護，整定時間為1.0秒，要求供電系統功率因數在0.9以上，在高壓側計量。3.負荷等級車間負荷采用三級負荷2車間變電所負荷計算2.1車間負荷計算1. 電力系統負荷計算的目的用電設備按其工作制，可分為長期連續工作制、短時工作制和反復短時工作 制三類。各用電設備電力負荷的大小也有很大的差別。為了確定供電系統中各個 環節的電力負荷大小，正確地選擇供

6、電系統中的各個元件，有必要對電力負荷進 行統計計算。通過負荷的統計計算求出的，用來按發熱條件選擇供電系統中各組成元件的 負荷值，稱為計算負荷。計算負荷是供電設計的基本依據。計算負荷確定得是否 合理，直接影響到電器和導線的選擇是否經濟合理。如果計算負荷確定過大，將 使電器容量和導線截面選得過大，造成投資和有色金屬的浪費；如計算負荷確定 過小，又將使電器和導線運行時增加電能損耗，并產生過熱，引起絕緣過早老 化，甚至燒毀，以致發生事故，同樣給國家造成損失。由此可見，正確確定計算 負荷具有很大意義。但是由于負荷情況復雜，影響計算負荷的因素很多，雖然各類負荷的變化有一定的規律可循，但很難準確地確定計算負

7、荷的大小。實際上，負荷也不是一成不變的。因此，負荷計算只能力求切合實際，相對合理。2. 電力系統計算負荷的方法目前普遍采用的確定用電設備計算負荷的方法有需要系數法和二項式法。需 要系數法簡單方便，較適用于用電設備臺數較多，各臺設備容量相差不大的 情況。二項式法局限較大，應用于確定設備臺數較少而容量差別較大的情 況。因此，此本次設計采用需要系數法確定計算負荷。下面將需要系數法參 數作簡單介紹。用電設備的計算負荷？?？指用電設備組從供電系統中取用的半小時最大負荷。用電設備組的設備容量？?？指用電設備組的所有設備（不包括備用設備）的額定容量？?之和，即Ps =刀P。需要系數？?？用電設備在最大負荷時

8、需要的有功功率與其設備容量的比值。 由于用電設備組的多數設備實際上不一定都同時運行，運行的設備又不太可 能都滿負荷，另外設備和配電線路都有有功功率損耗，所以用電設備的有功 計算負荷應為：？?= ?0?3. 該車間計算負荷計算經查閱資料，用電設備明細表中設備序號1至設備序號17所列的各種機床可以為視為大批和流水作業生產的冷加工機床電動機。取?= 0.25tan ? = 1.73對于電動單梁吊車，有= 2 X y/EP其中，?= 40%，取?= 0.3tan ?2 = 1.73對于三相墻壁插座，通風機，照明這三類設備，取?勿？= 1tan ? = 0計算過程如下：1）冷加工機床： 總容量：?= 9

9、 + 22 + 12 + 9 + 1.75 + 1.75 + 4.5 + 15 + 11 + 1.5 + 9 + 45 + 45 + 70+ 5.5 + 10 + 7.5 = 279.5kW有功計算負荷：?1= ? 奢 0.25 X 279.5 = 69.875?無功計算負荷：?= ?佃 n ? = 69.875 X 1.73 = 120.884?2）電動單梁吊車：總容量：= 2 x=2 x VO,4 x 12.5 = 15,811fclV有功計算負荷：?2= ?X 洗 0.3 X 15.81 = 4.743?無功計算負荷：?2= ?2tan ? = 4.74X 1.73 = 8.200?3）

10、三相墻壁插座，通風機與照明：總容量：?3= 135 + 10 + 10 = 155?有功計算負荷：?3= ?X ?3= 1X 155 = 155?無功計算負荷：?3= ?3tan ? = 0?取有功計算負荷同時系數？= 0.9，無功計算負荷同時系數？輕0.95。求得 車間總的計算負荷：?= ?2 X (?+ ?2+ ?3= 0.9 X 69.875 + 4.743 + 155 )= 206.6?= ?sX (? + ?2+ ?)= 0.95 X (120.884 + 8.200 = 129.08?視在計算負荷:+ Qc2 = 706,62 + 129.082 = 243.61kV *A功率因數

11、:0.8482.2無功補償計算1. 無功補償的目的變電所的無功功率補償的目的是為了減小通過變壓器、線路和開關的無功功 率，從而減小這些元件的規格，降低變壓器、線路的功率損耗和電壓損耗。變電所功率因數降低是由于有大量的感應電機、電焊機、電弧爐及氣體放電 燈等感性負荷，如在充分發揮設備潛力、改善設備運行性能、提高其自然功率因 數的情況下，尚達不到工廠規定的功率因數要求時，則考慮人工補償。在變壓器 低壓側裝設了無功補償裝置后，由于低壓側總的視在計算負荷減小，從而可使變 電所主變壓器的容量選擇得小一些。這不僅降低了變電所的初投資，而且可減少 工廠的電費開支。2. 無功補償的方法及計算變電所普遍采用并聯

12、電容器來補償供電系統中的無功功率。它一般分為三種：高壓集中補償、低壓集中補償、低壓分散補償。在 2.1節中，求得用電設備的 功率因數cos ? = 0.848 I d = 5.57KA 滿足要求。動穩定度：i max= 25.5KA ish(3) = 19.48KA滿足要求。熱穩定度：It2t= (10KA)2 X 5 = 500KA I(3) T?=?7.642 X 2.25 = 131KA滿足要求。其中，It為設備的t秒熱穩定電流(KA), t為設備的熱穩定實驗 時間，T?為短路假象時間(s)T ?=?t ?+ 0.05s, ?= ?+ ?= 2 + 0.25 = 2.25 高壓斷路器(S

13、N10-10/630)的校驗：額定電壓：?= 10KV滿足要求。額定電流：In =630AI 30=41.15A滿足要求斷流能力：loc=16KAl k=7.64KA滿足要求.動穩定度：imax=40KAi sh(3)=19.48KA滿足要求熱穩定度：It2t=(16KA) 2X 2=512KAk(3)2tima=7.642X 2.25=131KA滿足要求 電流互感器(LQJ-10)的校驗：額定電壓：Un=10KV滿足要求額定電流：In=100AI 30=41.15A滿足要求動穩定度:電氣工程課程設計一一車間動力及照明設計Kes21/2Iin=225x2/2 X 0.1=31.8KA Sh=1

14、9.48KA 滿足要求。熱穩定度：(KiliN)2t=(90 X 0.1X2=1623)2tima=131KA滿足要求。校驗結果列表如下：表3 GG-1A ( F) -07進線開關柜校驗結果表選擇校驗項 目裝設地點數據設備的型號規格參數數據參數高壓斷路器高壓隔離開關電流互感器SN-10 10/630GN8-10/200LQJ-10,100/5電壓Un10KVUn10KV10KV10KV電流I3041.15AIN630A200A100/5A斷流能力IK7.64KAI OC16KA-動穩定jsh19.48KAi max40KA25.531.8KA熱穩定I* 2tima131KAIt2t512500

15、162結論合格合格合格2) 選GG-1A (F) -54作為互感器柜其器件有：GN8-10/200RN2-10/0.5 JDZ-10 FS4-10其校驗方法與上同，可列表格如下：表4 GG-1A (F) -54互感器柜校驗結果表選擇校驗 項目裝設地點數據設備的型號規格參數數據參數高壓隔離開關高壓熔斷器電壓互感器避雷器22電氣工程課程設計一一車間動力及照明設計GN8-10/20RN2-10/0.5JDZ-10FS4-10電壓Un10KVUn10KV10KV10KV10KV電流|3041.15AIN200A0.5A-斷流能力Ik7.64KAIoc16KA50KA動穩定jsh19.48Ai max2

16、5.5KA-熱穩定I =2tima131KAIt2t500結論合格合格合格合格3）選GG-1A（J）-03作為計量柜其器件為：GN6-10/200 RN2-10/0.5 JDZ-10校驗表格如下:表5 GG-1A （ J）-03計量柜校驗結果表選擇校驗項 目裝設地點數據設備的型號規格參數數據參數數據GN6-10/200RN2-10/0.5電壓Un10KV電壓Un10KV電壓電流|3041.15A電流|3041.15A電流斷流能力Ik7.64KA斷流能力Ik7.64KA斷流能力動穩定ish19.48KA動穩定ish19.48KA動穩定熱穩定1* 2tima131熱穩定I *2tima131熱穩定

17、結 論合格合格結論4）選PGL-2-05（A ）作為低壓出線柜其器件為：HD13-1500/30 DW15-1500/3 LMZJ1-0.5,1500/5 校驗表格如下:表6 PGL-2-05 （A ）低壓出線柜校驗結果表選擇校驗項目裝設地點數據設備的型號規格參數數據參數數據HD13-DW15-1500/301500/3電壓Un380V電壓Un380V電壓電流|301044A電流|301044A電流斷流能力Ik16KA斷流能 力IK16KA斷流能力結論合格合格結論3.6電纜型號與敷設方式選擇1. 導線電纜的選擇條件為了保證供電系統安全、可靠、優質、經濟地運行，對導線和電纜截面進行 選擇時必須滿

18、足下列條件。1）發熱條件導線和電纜（包括母線）在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產生的發 熱溫度，不應超過其正常運行時的最高允許溫度。2）電壓損耗條件導線和電纜在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產生的電壓損耗， 不應超過其正常運行時允許的電壓損耗。對于工廠內較短的高壓線路，可不進 行電壓損耗校驗。3）經濟電流密度35KV及以上的高壓線路及電壓在 35KV以下，但距離長電流大的線路，其導 線和電纜截面宜按經濟電流密度選擇，以使線路的年費用支出最小。所選截面， 稱為“經濟截面”。此種選擇原則，稱為“年費用支出最小”原則。工廠內的 10KV及以下線路，通常不按此原則選擇。4）機械強度導線（包

19、括裸線和絕緣導線）截面不應小于其最小允許截面。對于電纜，不 必校驗其機械強度，但需校驗其短路熱穩定度。母線也應校驗短路時的穩定度。 對于絕緣導線和電纜，還應滿足工作電壓的要求。一般對高壓線路，常按經濟電流密度選擇，用其他三種方法校驗。對10KV及以下高壓線路及低壓動力線路，通常先按發熱條件來選擇截面，再由電壓損耗 和機械強度校驗。對低壓架空線路，常按長時允許電流選擇，其余校驗。對低壓 照明線路，因其對電壓水平要求較高，因此通常先按允許電壓損耗進行選擇，再 發熱條件和機械強度進行校驗。對長距離大電流及35KV以上的高壓線路，則可先按經濟電流密度確定經濟截面，再校驗其它條件。高低壓一次設備選擇原則

20、：根據以上負荷計算和短路電流計算選擇高低壓一 次設備。2電纜型號選擇為了保證供電的可靠性，選用雙回路供電線路，每回供電線路計算負荷:|x 206,6 = 103.30kW計算變壓器的損Qmo 二* X (Qc 一 QJ 二扌 X 78.3 = 39.15kvar耗:PT = 0.0 15S2 = 0.015 x 220,94 = 331kWAQt 0.065 = 0.06 X 220.94 = 13.26/tvarp = +APr = 103.30 + 331 二 106,61kWQ* = Qq + AQt = 39.15 + 13.26 = 52.41/cmr”總 + Q,2 二 V106.

21、612 + 52-412 =先按經濟電流密度選擇電纜經濟截面。設定該車間的年最大負荷利用小時數為6000h，查表可得銅芯導線的經濟電流密度 ？?=? 2.0A/?2，又占也=不5 =，所以可得經濟截面：Aec = = 3.30mm2Jec查表后決定選用 VV22-6系列電纜，這是一種聚氯乙烯絕緣銅芯細鋼絲鎧 裝聚氯乙烯保護套電纜，可以敷設在室內，地下，隧道，豎井中，能承受機械 外力和拉力，足以滿足本次設計的需要。其參數如圖表7所示。表7 VV22-6試驗參數序號項目單位技術指標1導體直流電阻（20 C）Q /km符合 GB/T3956-2008 規定2交流電壓試驗kV/min3.5/5,不擊穿

22、34小時交流電壓試驗（4Uo）kV2.4,不擊穿420 C絕緣電阻常數 KiMQ .km570 C絕緣電阻常數 KiMQ .km0 0376絕緣機 械物理 性能老化前抗張強度N/mm 212 5斷裂伸長率%150老化后抗張強度N/mm 2 12.5斷裂伸長率%150抗張強度變化率% 25斷裂伸長率變化率%20聚氯乙烯絕緣沖擊試驗不開裂9聚氯乙烯絕緣抗開裂試驗不開裂10護套機 械物理 性能老化前抗張強度N/mm 2 12.5斷裂伸長率%150老化后抗張強度N/mm 2 12.5抗張強度變化率%150斷裂伸長率變化率%20聚氯乙烯護套沖擊試驗不開裂13聚氯乙烯護套抗開裂試驗不開裂14聚氯乙烯護套的

23、不延燃試驗通過其參數為？?= 0.226 Q ?，?= 0.06 Q ?6kV線路的功率損耗： ?= 3?o2? = 3 X 26(0.226 X 0.4 = 11.81W ?= 3?02? = 3 X 2 X600.06 X 0.4 = 3.14線路首段功率：P = P+APl = 106.61 + 1L81 = 118.42*14/Q 二 + AQi = 52.41 + 344 = 55,56fcvarS = JP2 + 卩=丿帀必 + 55.56? = 130.8QkVA4二次回路與繼電保護4.1二次回路方案的選擇1. 二次回路的定義與分類工廠供電系統或工廠變配電所的二次回路，是指用來控

24、制、指示、監視和保 護一次電路運行的電路，包括控制系統、的二次回路，是指用來控制、指示、監 視和保護一次電路運行的電路，包括控系統信號系統、監測系統及繼電器保護和 自動化系統等。其也稱為二次系統。二次回路按電源性質分可分為直流電源電路和交流電源回路。交流回路又可 分為交流電流回路和交流電壓回路。交流電流回路由電流互感器供電，交流電壓 回路由電壓互感器供電。二次回路按其用途分，有斷路控制回路、信號回路、測 量回路、繼電器保護和自動裝置回路等。2. 二次回路的意義供電系統在運行中，由于絕緣老化，機械損傷和外界的某些影 響，可能發生故障和不正常工作狀態。弓I起電流增大，電壓頻率降低或升高，使 供電系

25、統的正常工作遭到破壞，嚴重影響生產，甚至造成巨大損失。為了防止事 故的擴大，保證非故障部分仍能可靠地供電，必須盡快切除故障，靠運行人員來 發現并切除故障是無法滿足要求的，只有借助于設備上具有自動保護作用的繼電 保護裝置來實現快速切斷。對于危害不大的不正常工作狀態也可由繼電保護裝置 發出信號。為了提高供電系統運行的可靠性，繼電保護裝置必須具備快速性、選擇性、 靈敏性和可靠性。4.2二次回路方案的選擇與繼電保護的整定1. 高壓斷路器的操動機構控制與信號回路斷路器采用手力操動機構，其控制與信號回路如圖 3所示:W 控制小母線 WS信號小母線 GN 綠色指示燈 Ri、R2 限流電阻 YR 脫扣器KA

26、保護裝置QF1s6斷路器輔助觸點QM 手力操動機構輔助 觸點圖3手力操動的斷路器控制與信號回路2. 變電所的電能計量回路變電所高壓側裝設專用計量柜，裝設三相有功電鍍表和無功電度表，分別計 量全廠消耗的有功電能和無功電能。3. 變電所的測量和絕緣監察回路變電所高壓側裝有電壓互感器一避雷器柜，其中電壓互感器為3個JDZJ10型，組成Yo/Yo/（開口三角形）的接線，用以實現電壓測量和絕緣監察。4. 主變壓器的保護裝置對電力變壓器的下列故障及異常運行的方式，應裝設相應的保護裝置：（1）繞組及其出線的相間短路和在中性點直接接地的單相接地保護。（2）繞組的乍間短路。（3）外部相間短路引起的過電流。（4）

27、中性點直接接地電力網中外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓。（5）過負荷。（6）油面降低。（7）變壓器溫度升高或油箱壓力升高或冷卻系統故障。5. 裝設瓦斯保護瓦斯保護又稱為氣體繼電保護，是保護油浸式電力變壓器內部故障的一種基 本的保護裝置。它裝設在變壓器的油箱與油枕之間的連通管上，當變壓器油箱內 故障產生輕微故障時，就會發生“輕瓦斯”動作。當變壓器的油箱內部發生嚴重 故障時，由故障產生的氣體很多，帶動油迅速地由變壓器油箱通過連通管進入油 枕，這時下觸點接通跳閘回路，使斷路器跳閘，這稱為“重瓦斯動作”。6. 裝設定時限過電流保護采用GL15型感應式過電流繼電器作啟動繼電器，兩相兩繼電器式接線，電流互感變比為100/5A。利用下式|op=K relKwl l.max/KreKi其中