金工车间 毕业设计 方法.docx

金工车间 毕业设计 方法
电能是现代工业生产的主要能源和动力，电能具有易于由其他形式的能量转换而来，以易于转换为其他形式的能量以供应用。电能的输送分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产自动化。因此，点能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。

一般中小型金属加工车间的电源进线电压是6～10KV。电能先经车间配电所集中，车间变电所内装设有电力变压器，将6～10KV的高压降为一般低压用电设备所需的电压（如220/380V）然后由低压配电线路将电能分送给各用电设备。本厂属于此类情况，采用10KV供电电源，经车间变电所将6～10KV的高压降为一般低压用电设备所需的电压（如220/380V），然后由低压配电线路将电能分送给各用电设备。其他各项设计，均应根据本车车间用电负荷的实际情况，并适当考虑到车间生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求进行设计。
计算负荷是变配电界限设计计算的基本依据，计算负荷确定的是否合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否合理；变配电所主接线方案的确定直接影响供电系统的可靠性及安全性。合理的主接线方案可以使供电系统安全可靠的运行，且节省企业的投资；变压器将电力系统电压升高或降低再配送给用电设备，是变配电所中最关键的一次设备，合理选择变压器十分重要；低压侧提高功率因数进行无功补偿可节约电能，提高电压质量，可选择较小容量的供电设备和导线电缆，为供电系统和节省企业开支大有好处；因此做好供配电工作，对于保证企业生产和社会生活的正常运行和实现整个国民经济现代化具有十分重要的意义。
关键词：安全、可靠、节能
目录
一、摘要………………………………………………………………1
二、计算负荷…………………………………………………………3

一、负荷计算
1、计算负荷的概念
计算负荷：是指通过计算求出的、用来按照发热条件选择供配电系统各元件的负荷值。
2、负荷计算的内容和目的
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。计算负荷包括所有设备总的有用功率、无功功率、视在功率、电流。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。
3、负荷的计算方法
负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二
项式等几种。
本设计采用需要系数法确定。
主要计算公式有：
有功计算负荷为：

无功计算负荷为：

视在计算负荷为：

计算电流为：

多组用电设备计算负荷的确定：
在确定多组用电设备的计算负荷时，应结合具体情况对其有功负和无功负荷分别进入一个综合系数对低压母线，由车间干线计算负荷直接相加来计算时取：

总的有功计算负荷为：

总的无功计算负荷为：

总的视在计算负荷为：

总的计算电流为：

计算负荷的确定
根据上述公式及各车间负荷情况表计算得到各车间负荷计算情况，如下表所示：

编号
名称
数量
设备容量
需要系数

计算负荷

1
大型设备
3
330
0.25
0.5
1.73
82.5
142.75
165
250.7
2
北干线车床组
24
536.6
0.25
0.5
1.73
160.98
278.5
321.96
489.17
3
南干线车床组
24
536.6
0.25
0.5
1.73
160.98
278.5
321.96
489.17
4
照明
15
3
0.8
1.0
0
2.4
0
—
—
总计(380V侧）
66
—
—
—
—
406.86
699.73
—
—
取

0.49
—
386.74
678.74
781.1
118.76

总的

二、 无功补偿计算
在工厂有功功率不变的条件下，提高功率因数，无功功率将减少，视在功率也将减小。相应的负荷电流也得以减小，这将使系统电能损耗和典雅损耗相应降低，既节约了电能，又提高了电压质量，而且可以选择较小的容量的供电设备和导线电缆，因此提高功率因数对供电系统大有好处。无功补偿可以节省企业的电费开支，提高设备的利用率，而且还改善电压质量。
1、无功补偿方法：
本设计采用低压侧补偿，低压侧补偿变电所低压母线以前包括
变压器及其前面高压线路和电力系统的无功补偿，可以选择较小容量的变压器，可使工厂开支减少，因此比较经济。
由于本设计要求cosf=0.85,而且由上面公式可知tanf=0.62,
因此需要进行无功补偿。
2、无功补偿计算
装设无功补偿装置的容量为：
Qc=
电容个数：n=
注意：选择电容时，对单相电容器来说，应取为3的倍数，以便三相均衡分配。无功补偿后工厂计算负荷为：

补偿后总的实在计算负荷为：

补偿后的有功计算负荷：

电容器集中装设在车间的低压配电室，选用PGJ1型抵押自动补偿屏。查表选用并联电容为BKMJ0.4-20-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）6台相组合，总共容量为120×6=720。因此无功补偿后车间380V侧和10KV侧的负荷计算如表2.1所示。
表2.1无功补偿后工厂的计算负荷
项 目

计算负荷

VA

380V侧补偿前负荷
0.49
386.52
678.74
781.1
1186.76
380V侧无功补偿容量
—
—
720
—
—
380V侧补偿后负荷
0.89
386.52
198.74
434.6
660.3
变压器功率损耗
—
0.015
0.06
—
—
10KV
0.87
393.02
224.74
452.74
26
无功补偿后低压侧功率因数COS=0.87>0.85,因此符合设计要求。

三、变电所主变压器台数和容量的选择
1、变电所主变压器容量的选择
（1）．装有一台主变压器的变电所的变电所主要变压器容量S应不小于总计算负荷,即：

（2）．装有两台主变压器的变电所
每台主变压器容量不应小于总计算负荷的60%-70%，即：

同时每台主变压器容量不应小于全部，一、二级负荷之和，即

（3）、主变压器单台容量上限 单台10(6)/0.4的配电变压器容量一般不宜大于1250KVA。当用电设备容量较大、负荷集中运行合理时，亦可选用1600-2000KVA的变压器。生活区变电所的单台主变压器容量一般不宜大于630KVA。
变电所主变压器台数和容量的选择，还应结合变电
所主接线的设计方案的设计来综合考虑。
综合各方面因素考虑：本设计选用容量为500KV变压器。

变压器选择表
露天变电所
型号
台数/台
额定容量/kVA
额定电压/kV
联接组标号
高压
低压
一
S11-M.R-500
1
500
10.5
0.4
Dyn11
四、变电所主接线图方案的设计
1、变电所主接线方案的选择
于该厂的负荷属于三级负荷，对于电源的供电可靠性要求不高，所以只采用一台变压器。该配电所只有一条进线，其电源进线，其电源电压为10KV。
高压配电所的高压母线，由于只有一路电源进线，因此采用一次侧无母线、二次侧为单母线的主接线，一次侧采用高压断路器做主开关。如果工作电源发生故障或检修时，在切除进后线，整个变电所将要停电。如图所示:

车间变电所是将10KV电压降为一般用电设备所需低压220/380V的降压变电所，主接线方案通常比较简单。
车间变电所变压器的负荷均为三级，因此采用一次侧无母线、二次侧为单母线的主接线，一次侧采用高压断路器作主开关，其特点是简单经济，但供电可靠性不高，只适用于三级负荷的企业。
2、车间平面布线图
车间平面布线图如下图所示：

馈电给大型设备1、2、3、的线采用BV-500-（30×185＋1×95）-PC75
馈电给每台车床的支线采用BV-500-(3×85＋1×50)-PC40
电力配电箱引线采用BV-500-(3×85＋1×50)-PC40
五、短路计算
1、有关断路的概念
电力系统的断路是指三相系统中相与相之间或与地不正常的连接，以中性点直接接地系统中相与地（N）及相与地线（PE）直接的非正常连接。
2、短路计算的方法
进行短路计算首先绘出电路图，表示元件额定参数，确
定短路计算点，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，

并计算电路中主要元件的阻抗，然后将等效电路化简，求出其等效总阻抗，最后计算短路电流和短路容量。
短路计算的方法有欧姆法利用欧姆法及标幺制法等几种
3、短路电路中各元件阻抗计算
（1）、电力系统（电源）阻抗计算
电力系统的电阻对于电抗来说很小，一般不予考虑
电力系统的电抗为：

（2）、电力变压器的阻抗计算
电力变压器的电阻为：
△
电力变压器电抗为：

(3）、电力线路阻抗计算
线路的电阻为：

线路电抗为：

在计算短路电路的阻抗时，假如电路为含有电力变压器时，电路内各元件的阻抗都应统一换算到短路点的短路点的短路计算电压，阻抗等，换算条件是元件功率损耗不变。
阻抗等效换算公式为：

（4）．三相短路电流和短路容量计算
三相短路电流周期分量有效值为：

在高压电路短路计算中，通常总电抗远比总电阻大，所以一般只计电抗不计电阻。因此：

三相短路次暂态电流和稳态电流为：

三相短路冲击电流为：

三相短路冲击电流有效值为：

在高压电路发生三项短路时，一般可取，因此：

三相短路容量为：

4、车间变电所三相短路计算
（1）．短路计算电路图与短路计算点的确定
车间变电所短路计算点如下图所示：

（2）、车间变电所短路等效电路图如下图所示：

（3）．车间变电所短路计算结果
根据上述公式及短路计算图和等效电路图计算车间变电所的短路点的三相短路电流及三相短路容量，如下表所示：
短路计算点
三相短路计算电流/kA
三相短路容量/MVA

K-1
15．95
15．95
15．95
40．67
24．08
290
K-2
18．92
18．92
18．92
34．81
20．6
13．1
六、变电所一次设备的选择效验

1、10KV侧一次设备的选择效验如下表所示
选择效验项目
电压
电流
断流能力
动稳定度
热稳定度
其他
装置地点条件
参数

数据
10kV
28.8A
15.95kA
40.67kA

设备型号规格
额定参数

高压少油断路器SN10-10II
10kV
1000A
31.5kA
80kA
__

高压隔离开关GN6-10/200
10kV
200A
--
25.5kA
--

高压隔离开关GN8-10/200
10kV
200A
--
25.5kA
--

高压熔断器RN2-10
10kV
0.5A
50kA
--

电流互感器LQJ-10
10kV
100/5A
--
31.8kA

二次负荷
电压互感器JDJ-10
10/0.1kV
—
—
—
—
—

2、变压器侧低压电气设备的选择效验如图所示；
选择效验项目
电压
电流
断流能力
动稳定度
热稳定度
其它
装置地点条件
参数

-
数据
380V
660.3A
18.92KA
34.81KA
18.92*0.7=250.6
-
设
备
型
号
规
格
额定参数

-
低压短路器DW15-1000
380V
800A
40KA
—
—
-
低压刀开关HD13-1000/31
380V
1000A
--
--
--
-
电流互感器LMJZ1-0.5
500V
1000/5A
--
--
--
-

（三）单台设备保护电器的选择效验如下表所示
选择效验项目
电压
电流
断流能力
动稳定度
热稳定度
其他
装置地选择
参数

数据
380V
660.3A
18.92KA
34.81KA
18.92*0.7=250.6

设
备
型
号
规
格
额定参数

一般设备单台容断器RT0-200/120
380V
120A
50KA
--
--
--
配电箱熔断器RT200/120
380V
120A
50KA
--
--
--
一般设备单台短路器DW15-200
380V
100A
20KA
--
--
--
大型设备低压短路器DW15-200
380V
400A
25KA
--
--
--
照明低压刀容开关HR-100
380V
16A
--
--
--
--

七、变电所进出线的选择
1、低压母线的选择
参照表5-28，380V母线选LMY-3（80*6）+50*5，即相母线尺寸为80mm*6mm,而中性线母线尺寸为50mm*5mm.
2、380V侧低压出线的选择
（1）．馈电给车间北干线车床组的线路
采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接接地敷设。
（2）安发热条件选择
由I=489.17及地下中最热月平均温度为,查GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》，初选缆芯截面积240，其>,满足发热条件。
（3）效验电压损耗
由于车间平面布置图得由变电所至北侧车床组距离约为100m，而由表8-42查得240的铝芯电缆的（按缆芯工作温度75计），，又北侧车床组的,，因此按式（8-14）得：
△
故满足允许电压损耗的要求。
（4）短路热稳定度效验
按式（5-42）计算满足短路热稳定度的最小截面积：

故满足短路热稳定要求，即选VLV22-1000-3﹡240＋1﹡120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同。
3．馈电给车间南干线车床组的线路
亦采用VLV22-1000-3﹡240＋1﹡120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋敷设（方法同上，从略）。
4．采用聚氯乙烯绝缘导线穿硬塑料管敷设。
(1)、按发热条件选择
由及车间内最热平均温度为35,查表
（8-40），初选铜芯塑料线（BV）线芯截面积185，其,满足发热条件。
（2）、效验电压损耗
由车间平面布置图得由变电所至北侧车床组距离约
为20m，而由表（8-39）查得185的铜芯塑料线（BV）的R=0.12（按线芯工作温度60C计）。X=0.018，又北侧车床组的,，因此按式（8-14）得：

U=

△ U%=
故满足允许电压损耗的要求。
（3)、短路热稳定度效验按式（5-42）计算满足短路热稳定度的最小截面积：

由于前面按发热条件所选的线芯截面小于，不满足短路热稳定要求，故改选线芯截面为120的聚氯乙烯绝缘铜芯塑料线(BV),即选 BV-500-(3*120+1*160)-PC65，中心线芯按不小于相线芯一半选择，下同。
（4）、馈电给车间照明设备的线路 亦采用BV-250-(1*1.0+1*1.0)-PC15（方法同上，从略）。
5、单台设备配电线路的选择
（1）．大型设备配电线路选择
亦采用BV-500-(3*185+1*95)-PC75(方法同上，从略)。
（2）.一般设备配电线路选择
亦采用BV-500-（3*85+1*50）-PC40(方法同上，从略)

（3）．电力配电箱引线线路选择
亦采用BV-500-（3*85+1*50）-PC40(方法同上，从略).
八、 变电所的防雷保护与接地装置和车间接地装置的设计
1、变电所的防雷保护与接地装置
（1）．变电所防雷装置的设计
在变电所屋顶设置避雷针或避雷带，并引出两根
接地线与变电所公交接地装置相连。避雷针采用直径20mm的镀锌圆钢，避雷带采用25mm*4mm的镀锌扁钢。
（2）．变电所公共接地装置的设计
1)、接地电阻的要求 按表9-23，本变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：

且
式中
因此公共接地装置接地电阻应满足
2）、接地装置的设计
采用长2.5m、直径50mm的镀锌钢管数，按式（9-24）
计算初选16根，沿变电所的三面均匀布置（变电所前面布置两排），管距5m,垂直打入地下，管顶离地面0.6m,
管间用40mm*4mm的镀锌扁钢焊接相连。变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地干线与室外公共接地装置焊接相连。接地干线均匀采用25mm*4mm的镀锌扁钢。
接地电阻的验算：

满足 的要求。
3）.车间接地装置的设计
亦采用长2.5m、直径50mm的镀锌扁钢40根，沿车间的四面均匀布置，管距5m, 垂直打入地下，管顶离地面0.6m,管间用40mm*4mm的镀锌扁钢焊接相连。车间有两条接地干线与室外公共接地装置焊接相连。接地干线均匀采用25mm*4mm的镀锌扁钢。车间接地装置平面布置示意图如下图所示：
14
3
1

九、 车间照明的设计
根据车间结构，选用GC1-A-2G型工厂配电灯（内装220V、200W荧光高压汞灯即GGY-200）作车间一般照明，照明灯具宜悬挂在桁架上，如灯具下吊0.5m,侧灯具离地面高度为5.5m-0.5m=5m。这一高度符合表8-6规定的最低悬挂高度要求。四台车床共一个供配电灯，大型加工设备一台配一个工厂配电灯。灯具布置方案如下图所示：

总结
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．
说实话，课程设计真的有点累．然而，当我一着手清理自己的设计成果，漫漫回味这一个月的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消．虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多，另我有了一中”春眠不知晓”的感
通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致．课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱．但一想起潘老师的耐心指导和细心的纠正，我还是心平气和的坚持了下来。此时我告诫自己在以后的工作中一定要耐心，仔细，心平气和
这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练． 短短一个月的课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，几年来的学习了那么多的课程，今天才知道自己并不会用．想到这里，我真的心急了，但是老师的亲切鼓励给了我信心，使我更加自信．
最后，我要感谢我的老师们，是您的敬业精神感动了我，是您的教诲启发了我，是您的期望鼓励了我，我感谢老师您今天又为我增添了一幅坚硬的翅膀．今天我为你们而骄傲。

感谢
经过一个月的努力和细心的查阅资料，我的课程设计终于竣工了。
回想这一个月的忙碌，想想一个月的坚持，看着手中拿着一个月的劳动成果，在累也值得啊。但是有今天的这样的成果，当然离不开指导老师的细心指导，虽然她有繁重的工作但是还是依然耐心的教导，在此表示忠心的感谢，除了老师当然也离不开同学的帮助与支持要是没有他们的支持我想我早就放弃了，正是你们的支持才换来了今天的成过，在此再次表示忠心的感谢。
在这次课程设计中我懂得了很多，知道了我的专业知识还是不够扎实，但是在以后的工作中我一定回努力的学习。谢谢老师和同学们的支持和关心。在此表示由衷的感谢。

附录
附表1 1-3kV油纸及聚氯乙烯绝缘电缆直埋敷设时允许载流量
1-3kV油纸、聚氯乙烯绝缘电缆直埋敷设时允许载流量（A）
绝缘类型
不滴流纸
聚氯乙烯
护套
有钢管护套
无钢管护套
有钢管护套
电缆导体最高工作温度（℃）
80
70
电缆芯数
单芯
二芯
三芯或四芯
单芯
二芯
三芯或四芯
单芯
二芯
三芯或四芯

电
缆
导
体
截
面
（mm）
4

34
29
47
36
31

31
30
6

45
38
58
45
38

43
37
10

58
50
81
62
53
77
59
50
16

76
66
110
83
70
105
79
68
25
143
105
88
138
105
90
134
100
87
35
172
126
105
172
136
110
162
131
105
50
198
146
126
203
157
134
194
152
129
70
247
182
154
244
184
157
235
180
152
95
300
219
186
295
226
189
281
217
180
120
344
251
211
332
254
212
319
249
207
150
389
284
240
374
287
242
365
278
237
185
441

275
424

273
410

264
240
512

320
502

319
433

310
300
584

365
561

347
543

347
400
676

639

625

500
776

729

715

630
904

846

819

800
1032

981

963

土壤热阻系数（K）
1.5
1.2
环境温度（℃）
25
注：1、适用于铝芯电缆；铜芯电缆的允许持续载流量值可乘以1.29
2、单芯适用于直流

附表2 人工接地体和接地线的最小尺寸规格
种类和规格
地上
地下
室内
室外
交流回路
直流回路
圆钢、直径mm
6
8
10
12
扁钢
截面/mm
60
100
100
100
厚度/mm
3
4
4
6
角度、厚度/ mm
2
2.5
4
6
钢管、壁厚/mm
2.5
2.5
3.5
4.5

参考文献
[1].陈家眉。包晓军 主编《供配电系统及其电器设备》 中国水利水电出版社出版，2004.8
[2]戴绍基，刘建才 编《工厂供电设计指导》 第2版，北京：机械工业出版社2008.4
[3]刘介才 编《供配电技术》 第2版 ，北京：机械工业出版社2005.1 （2008.4重印）
[4]姚锡禄 主编《工厂供电》 电子出版社出版，2003.6
[5]孙成群 编《供配电注册电气工程师工作图表手册》 北京：中国水利水电出版社，2005
[6]王京伟 主编《供电所电工突破手册》 北京：中国水利水电出版社