机械加工车间供配电设计.doc

目录
一、 设计任务·······················································1
（一） 设计要求·······················································1
（二） 设计目的·······················································1
二、车间用电计算负荷··················································1
（一）电力负荷的概念及车间概况········································1
（二）计算负荷的含义及其确定方法······································1
三、供电方式及主接线设计··············································6
（一）车间供电方式的确定··············································6
（二）车间供电主接线设计··············································7
四、短路计算及设备选择················································8
（一）电源供电系统短路电源计算········································8
（二）设备选择························································10
五、配电柜设计························································10
六、电气平面布局······················································13
七、致谢······························································13
参考文献······························································14
附录··································································15

机械加工车间供配电设计
摘  要 ：
根据设计内容及要求，分析机械加工车间的负荷性质、负荷大小和负荷的分布情况，设计出主变压器的主接线方式，解决该机械加工车间车间负荷及负荷可靠性的问题。再通过短路电流的计算，从而选择合适的导线电缆，按所得计算结果选择低压设备。实现安全、可靠、优质、经济的供电，增加产量,提高产品质量，提高劳动生产率,降低生产成本为目的。完成对机械加工车间供配电系统的设计。 
关键词：   负荷计算；供电方式；短路计算；低压配电系统

一、设计任务
（一）设计要求
通过提供的简单数据设计出具体可行的工厂供配电系统，使得设计具有一定的可行性。通过所学习的计算负荷的计算、供电方式及短路计算等。设计出所要求的设计内容。
二、车间用电计算负荷
（一）电力负荷的概念及车间概况 
1.电力负荷的概念
在电力系统中，电气设备所需用的电功率称为负荷或电力（W或KW）。由于电功率分为视在功率、有功功率和无功功率， 一般用电流表示的负荷，实际上是对应视在功率而言。
电力负荷又称电力负载。它有两种含义：一是指耗用电能的用电设备或用电单位，如说重要负荷、不重要负荷、动力负荷、照明负荷等。另一种是指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小，如说轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。电力负荷的具体含义视具体情况而定。电力负荷的分级按用户电力负荷的重要性及要求对其供电连续性和可靠性程度的不同，一般将电力负荷分三等级。一级负荷、二级负荷、三级负荷。 
三级负荷 ：所有不属于一级和二级负荷的电能用户均属于三级负荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可采用单回路供电。
2.机械加工车间概况
编号
用电设备名称
数量
铭牌上额定功率
需要系数
功率因数
备注
1
冷加工机床
30
合计60KW
0.14~ 0.16
0.5

2
吊车组
1
10.5KW
0.12
0.5
FC=25%
3
1号电焊机
1
22KVA
0.5
0.6
FC=60%
4
2号电焊机
2
8.95KVA
0.5
0.6
FC=100%
(1)本车间的负荷性质 
 车间大部分为一班制，少部分车间为两班制，年最大有功负荷利用小时数为4000h，工厂属三级负荷。 
(2)供电情况
①该车间由车间外630KVA箱变供电，箱变由10KV架空线路馈电。该箱变距车间100m。
②在箱变10KV进线侧进行电能计量。工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9。 
(3)自然条件 
车间内最热月份平均温度为30°C；地中最热月份平均温度为25°C（当埋入深度为0.5米以上），而埋入深度为1米以下是的平均温度为20°C；土壤冻结深度为1.10米；车间环境特征，正常干燥环境。 
（二）计算负荷的含义及其确定方法 
1.计算负荷含义
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 计算负荷是供电设计的基本依据。通常取半小时平均最大负荷（亦即年最大负荷）作为计算负荷。但是由于负荷情况复杂，影响计算负荷的因素很多，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，因而负荷计算也只能力求实际。 
2.计算负荷的确定
为选择变压器容量、电气主接线、电气设备以及供电网络接线和导线型号等提供依据。负荷确定得是否正确合理，直接影响到电气设备和导线的选择是否经济合理。若负荷确定得过大，将使电器和导线过大，造成投资增大和有色金属的浪费；若负荷确定得过小，又将使电器和导线运行时增加电能损耗，并产生过热，加速电气设备的绝缘老化，降低设备的使用寿命，影响供电系统的安全性、可靠性。因而必须正确进行计算负荷的计算。
目前负荷计算的常用计算方法有：需要系数法、二项式系数法如表1.2负荷计算方法及适用范围。
表 1.2 负荷计算的方法及其适用范围
序号
计算方法
适用范围
①
需求系数法
当用电设备台数较多、各台设备容量相差不太悬殊时，特别
在确定车间和工厂的计算负荷时，宜于采用
②
二项式法
当用电设备台数较少、有的设备相差悬殊时，特别在确定干
线和分支线的计算负荷时，宜于采用
根据表 1.2所示，通过比较两种计算负荷的适用范围得出本设计宜采用需要系数法来计算机械加工车间的负荷。
（1）需要系数法确定计算负荷 
    需要系数法是将电力设备的额定容量加起来，再乘以需要系数，就得到计算负荷。由于需要系数法的需要系数值是根据设备台数较多、容量差别不是很大的一般情况来确定的，未考虑设备容量相差悬殊时少数大容量设备对计算机负荷的影响，因此此法较适用于设备台数较多的车间及全厂范围额的计算负荷的确定。需要系数法的基本公式为： 
 有功计算负荷：
为设备组的同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与全部设备容量之比；
为设备的负荷系数，即设备组在最大负荷时的输出功率与运行的设备容量之比：
为设备组的平均效率，即设备组在最大负荷时的输出功率与取用功率之比；
为配电线的平均效率，即配电线路在最大负荷时的末端功率与首端功率之比。
令，称为需要系数
（2）单组设备计算负荷确定
有功计算负荷： Kd Pe
视在计算负荷：
无功计算负荷：
计算电流：
式中 Kd ——需用系数
——计算有功功率，单位为kW
——计算无功功率，单位kvar
——计算视在功率，单位kVA
——功率因数角的正切值
——电气设备额定电压，单位kV
——计算电流，单位A
（3）冷加工车床
设备容量就是设备的铭牌额定功率Pn即
Pe=Pn
(4)吊车电动机组
要求统一换算到，因此可得换算后的设备容量为：

式中， 为吊车电动机的铭牌容量；
为与对应的负荷持续率；
为其值等于25%的负荷持续率。
(5)电焊机设备
要求统一换算到100%，因此可得换算后的设备容量为：
Pe=Snn
式中，Sn设备铭牌额定容量；
设备铭牌功率因数
冷加工机床的计算负荷： Pe=Pn=60KW
Kd Pe =0.14*60=8.4KW
=8.4*1.73=14.5Kvar
=16.7KVA
=25.3A
吊车组的计算负荷： =2*10.5*0.25=5.25KW
Kd Pe=0.12*5.25=0.63KW
=0.63*1.73=1Kvar
=1.2KVA
=1.8A
1号电焊机的计算负荷： Pe=Snn =22*0.6*0.65=8.58KW
Kd Pe=0.5*8.58=4.29KW
=4.29*2.68=11.5Kvar
=12.3KVA
=18.6A
2号电焊机的计算负荷： Pe=2*Snn =2*8.95*0.6*0.65=7KW
Kd Pe=0.5*7=3.5KW
=3.5*2.68=9.4Kvar
=10KVA
=15.1A
（2）多组设备的计算负荷
当供电范围内有多个性质不同的电气设备组时，先将每一组都按上述步骤计算在各自负荷曲线上不可能同时出现，以一个同时系数来表达这种不同时率，因而本车间的总计算负荷为：
总的有功计算负荷：=0.8*（8.4+0.63+4.29+3.5）=13.5KW
总的无功计算负荷：=0.9*(14.5+1+11.5+9.4))=32.7Kvar
总的视在计算负荷： =35.4KVA
总的计算电流： =53.6A
式中 ——有功同时系数，对于用电设备组计算负荷直接相加， 取值范围一般都在0.8～0.9；对于车间干线计算负荷直接相加，取值范围一般在0.85～0.95。
——无功同时系数，对于用电设备组计算负荷直接相加,取值范围一般都在0.90～0.95；对于车间干线计算负荷直接相加，取值范围一般在0.93～0.97。
三、供电方式及主接线设计
（一）工厂供电方式的确定
工厂供电时必须对负载的大小、性质做深入的了解，然后按照设备功率的确定方法选择适当的容量。为了降低电能损耗，供电应该选择低损耗、节能型。
1．工厂主变压器的选择
工厂的负荷为三级负荷，根据用电设备总的计算负荷和电源情况，设计工厂变电所的主变压器选择一台。只安装一台主变压器时，主变压器的额定容量Sn.t应满足全部用电设备总的计算负荷S30的需要：Sn.t>=S30
Sn.t=630KVA>S30=35.4KVA
因此本工厂主变压器只选择一台。型式采用S9，而容量根据SN。 T=630KVA>S30=35.4KVA选择， 即选一台S9-630/10型低损耗配电变压器。至于工厂的备用电源，由与邻近单位相联的高压联络线来承担。
（二）工厂供电主接线设计
按上面考虑的两种主变压器的方案可设计一台主变压器主结线方案：
一次侧无母线、二次侧为单母线的主接线方式。

特点是简单经济，供电可靠性高，当变压器电源进线停电检修或发生故障时，可通过备用电源继续供电便可迅速恢复对整个变电所的供电，
1.供电方式的技术经特点
（1） 从安全性看这种主接线方式满足国家的标准的技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全，满足供电要求。
（2） 从可靠性来看，变压器回路断路器检修时,有备用电源供电仍可进行正常供电。
2.机械加工车间低压配电系统主接线
如附录一所示
四、短路计算及设备选择
（一）电源供电系统短路电源计算
短路计算是为了正确选择和校验电气设备，准确地整定供配电系统的保护装置，避免在短路电流作用下损坏电气设备，保证供配电系统中出现短路时，保护装置能可靠动作。
1. 确定基准值
工程设计中通常取 S=100 MV·A,U=10.5 kV, U=0.4 kV
基准电流：

2. 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值
（1）电力系统的电抗标幺值
根据所提供的额定电压及安装条件、工厂设备容量取=500 MVA
==0.2
（2）架空线路的电抗标幺值
由附录表2查得 =0.35(/km)
=0.35(/km)*5Km*=1.59
（3）干式变压器的电抗标幺值
由附录表3查得%=4
=*%=5.0
绘短路等效电路图如附图4.1所示, 图上标出各元件的序号和电抗标幺值， 并标明短路计算点

图4.1 短路电流计算等效电路图
3. 计算k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
（1）总电抗标幺植
0.2+1.59=1.79
（2） 三相短路电流周期分量有效值

（3）其他三相短路电流

（4）三相短路容量

4.计算k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
系统最大运行方式下：闭合低压母线分段开关，主变压器并列运行
（1）总电抗标幺植
0.2+1.59+2.5=4.49
（2） 三相短路电流周期分量有效值

（3） 其他三相短路电流

（4） 三相短路容量

表4.2 短路计算表
短路计算点
三相短路电流（KA）
三相短路容量（MVA）

K-1
3.07
3.07
3.07
7.83
4.64
55.9
K-2
33.6
33.6
33.6
61.8
36.6
23.3
（二）设备选择
1、断路器的选择
根据额定电压、额定电流和所得断流容量=500 MVA 确定断路器型号取为SN10-10Π
2、导线的选择及截面
（1）导线的选择
工厂户外架空线路一般使用裸导线，采用铝绞线，其导电性能好，重量轻，对风雨的抵抗力较强，多用在10KV及以下线路上。
（2）导线的截面
A
由查附录表4得

因此初选的标准截面为95，即LJ-95型铝绞线
五、配电柜设计
配电柜使用成套配电装置，同一回路的开关电器、测量仪表、保护电器和辅助设备都装配在一个或者两个全封闭或半封闭的金属柜中。安装和检修比较方便。 低压开关柜对低压电网具有隔离作用，尤其是对于企业及车间的大型设备的运作，可实现迅速送电或断电，具有隔离电网的作用，可有效减少电机的线损，实现电机的充分利用及运作，还可有效实现低压控制开关的作用。本机械加工车间配电柜共一台采用GGD型。低压配电柜结构图

1.低压电器的规格选择原理
（1）电器的额定电压应与所在回路标称电压相适应；
（2）电器的额定电流不应小于所在回路的计算电流；
（3）电器的额定频率应与所在回路的频率相适应；
（4）电器应适应所在场所的环境条件；
（5）电器应满足短路条件下的动稳定与热稳定的要求，用于断开短路电流的电器，应满足短路条件下的通断能力。
2.低压电器的选择
(1)隔离开关的原理与作用
隔离电源:将需要检修的电气设备用隔离开关与电网的带电部分可靠的隔离，使被检修的电气设备与电源有明显的断开点，以保证检修工作的安全。作用就是开断电路，断开两点的电气连接，但它不能开断短路电流，只能开断额定电流，一般都和断路器配合使用，在断路器开断以后，为了让电路有明显的电气分界点，或者是检修断路器，都必须要装隔离开关。
(2)塑壳断路器的原理与作用
空气断路器、塑壳断路器，俗称空气开关，指具有保护自动分断功能并在空气介质中完成分断灭弧作用的自动断路器，一般常用的多具有过负荷热脱扣和短路瞬间电磁脱扣作用，脱扣后可以重新合闸。
(3)交流接触器
当接触器电磁线圈不通电时，弹簧的反作用力和衔铁芯的自重使主触点保持断开位置。当电磁线圈通过控制回路接通控制电压(一般为额定电压)时，电磁力克服弹簧的反作用力将衔铁吸向静铁心，带动主触点闭合，接通电路，辅助接点随之动作。
（4）热继电器原理与作用
热继电器是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。
3.保护措施
（1）短路保护
配电线路的短路保护，应在短路电流对导体和连接件产生的热作用和机械作用造成危害之前切断短路电流。
(2)负载保护
配电线路的过负载保护，应在过负载电流引起的导体温升对导体的绝缘、接头、端子或导体周围的物质造成损害前切断负载电流。
（3）接地故障保护
接地故障保护的设置应能防止人身间接电击以及电气火灾、线路损坏等事故。接地故障保护电器的选择应根据配电系统的接地型式，移动式、手握式或固定式电气设备的区别，以及导体截面等因素经技术经济比较确定。
（4）保护电器的装设位置
保护电器应装设在操作维护方便，不易受机械损伤，不靠近可燃物的地方，并应采取避免保护电器运行时意外损坏对周围人员造成伤害的措施。保护电器应装设在被保护线路与电源线路的连接处，但为了操作与维护方便可设置在离开连接点的地方，并应符合下列规定：
①路长度不超过3m；
②将短路危险减至最小的措施；
③近可燃物。
（5）当将从高处的干线向下引接分支线路的保护电器装设在距连接点的线路长度大于3m的地方时，应满足下列要求：
①分支线应敷设于不燃或难燃材料的管、槽内。
②支线装设保护电器前的那一段线路发生短路或故障时，离短路点最近的上一级保护
(6) 电器应能保证符合规范规定的要求。
短路保护电器应装设在低压配电线路不接地的各相（或极）上，但对于中性点不接地且N 线不引出的三三线配电系统，可只在二相（或极）上装设保护电器。
六、电气平面布局
如附录5所示
七、致谢
一份努力，一份收获。这半个多月的毕业设计让我获益匪浅，使我对供电系统有了更深的认识，更加巩固加深了所学知识的深度和宽度，发现自己的各种办公软件及cad比以前应用的更加游刃有余。
我之所以能够最终完成这次毕业设计不仅在于自己的努力更在于张老师的悉心指点，同时同学的帮助也非常重要，非常的感谢他们。当然了最主要的是应该感谢那些我所查阅的资料的作者，是他们的知识充实了我的内容，让我在手足无措的时候找到这么多默默的无声的老师们。

参考文献
[1]张莹主编，《工厂供配电技术》. 北京：电子工业出版社，2015
[2] 刘介才编，《工厂供电》.北京：机械工业出版社，2003
[3] 刘介才主编，《工厂供电简明设计手册》.北京：机械工业出版社，1998
[4] 李宗纲等编，《工厂供电设计》.辽宁：吉林科学技术出版社，2009
[5] 中国航空工业规划设计研究院等编，《工业与民用配电设计手册》.北京：水利电力出版社，1997
[6] 机械工程手册、电机工程手册编委会编.《电气工程师手册》.北京： 机械工业出版社，2008
[7] 翁双安编，《供配电工程设计指导》.北京：机械工业出版社，2009
[8] GB50054－95 低压配电设计规范，北京：中国计划出版社，1996
[9] GB50059－92 35-110kV变电所设计规范，北京：中国计划出版社，1993
[10] GB50053－94 10kV及以下变电所设计规范，北京：中国计划出版社，1994
[11] JBJ6－96 机械工厂电力设计规范，北京：中国计划出版，1997
[12] 刘磊，《淮化404C循环水变电所及配电系统设计》.
[13] GB/T 10228-2008《干式电力变压器技术参数和要求》
[14] 王雷鸣，《电气主设备继电保护装置的整定计算研究》.

附录1
机械加工车间主接线图

一 十 八 十 一 二 起 照 补
号 五 号 六 号 号 重 明 偿
车 号 车 号 电 电 机 线 电
间 车 间 车 焊 焊 路 容
间 间 机 机 器
附录表2
表2电力线路每相的单位长度电抗平均值

35KV及以上
6-10KV
220/380V
架空线路
0.40
0.35
0.32
电缆线路
0.12
0.08
0.066

附录表3
表3 S9系列6-10KV级铜绕组低损耗电力电压器的技术数据
额定容量
（KVA)
额定电压（KV）
空载损耗
（W）
负载损耗
（W）
阻抗电压
（%）
空载电流
（%）
一次
二次
30
10.5，6.3
0.4
130
600
4
2.1
50
10.5，6.3
0.4
170
870
4
2.0
63
10.5，6.3
0.4
200
1040
4
1.9
80
10.5，6.3
0.4
240
1250
4
1.8

附录表4
表4 我国规定的经济电流密度

3000h以下
3000--5000h
5000h以上
铝线、钢芯铝线
1.65
1.15
0.90
铜线
3.00
2.25
1.75
铝芯电缆
1.92
1.73
1.54
铜芯电缆
2.50
2.25
2.00

附录5
机械加工车间平面布局图

19