电气安全课程设计冷镦车间配电系统设计.docx

沈阳航空航天大学课 程 设 计（说明书）题目 冷镦车间配电系统设计 班级 / 学号 学 生 姓 名 指 导 教 师 沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 电气安全课程设计 院/系 安全工程学院 专业 安全工程 班级 1 学号 姓名 课程设计题目 冷镦车间配电系统设计 课程设计时间 2016年 11 月 7 日2016年 11 月 18 日 课程设计的内容及要求： 根据学院本科专业学生毕业后的工作去向及其工作性质，为了完善学生知识结构，实现能力培养的目的，使每一位学生能够学会综合运用所学知识，并能够对所学知识进行较为系统、科学的归纳，本次课程设计选择工程设计类题目。 （一）内容 1完成冷镦车间日常安全检查电气安全检查表设计； 2根据选定设计依据条件，完成冷镦车间配电系统设计。 （二）要求 设计步骤包括： 1）依据技术经济比较，确定配电方案；选择配电线路种类、敷设方式等；2）采用“ABC”法进行负荷计算，选择导线截面和主要电气设备；3）采用需要系数法进行车间负荷计算，并与采用“ABC”法计算结果比较； 4）进行电压损失校核、热稳定性校核和保护接零安全性校核； 5）绘制配电系统图和配电平面图；6）撰写课程设计说明书。其主要内容应包括：配电方案选择经济技术比较及方案确定，导线截面和主要电器选择的主要计算公式、步骤、结论，校核计算公式、结论，其它相关说明等。课程设计说明书要求使用蓝黑或碳素墨水笔在课程设计专用纸张上手工书写，语言要流畅简练，语意表达要清晰。配电系统图和配电平面图可以采用计算机或手工绘制，要求图面整洁，线条清晰，线型使用符合要求。 课程设计说明书总体结构应包括摘要、目录、正文、参考文献部分；章节序号采用1.，1.1，1.1.1方式编排，章节标题不缩进。课程设计说明书封面要求计算机打印。 （三）设计依据 1、冷镦车间平面布置图如附图1。 2、冷镦车用电设备明细表如表1。3、冷镦车间供配电范围车间变电所设在东北角，只为冷镦车间配电4、冷镦车间的负荷性质 生产为三班工作制，年最大负载利用时数为5500小时。属于三级负荷。 5、供电电源条件 电源从35/10千伏厂总降压变电所10千伏母线采用电缆线路受电，线路长度为300米。配电系统短路数据如图1。10kV10kV10/0.4/0.23kVt=0.1sl=300m0.08W/km电缆线路Sd=200MVA图1 配电系统示意图 6、自然条件 （1）室内最热月份平均温度为30C （2）地中最热月份平均温度为25C（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20C。 （3）土壤冻结深度为1.10米。 （4）生产环境特征：正常干燥环境。表1 用电设备名称、型号及台数明细表设备代号设备名称、型号台数单台容量（千瓦）总容量（千瓦）备注1普通车床C3363390.52普通车床C3363390.53普通车床C3363390.54冷镦机A1212360.55冷镦机A1212360.56牛头刨床26120.57牛头刨床26120.58插床B50203390.59插床B50203390.510插床B50203390.511砂轮床S3SL30021.530.512砂轮床S3SL30021.530.513普通车床C620126120.514普通车床C620126120.515铣床X62W27.5150.516铣床X62W27.5150.517摇臂钻床24.590.518摇臂钻床24.590.519搓丝机48320.520搓丝机48320.521搓丝机48320.522搓丝机48320.523冷镦机A12326120.524冷镦机A12326120.525冷镦机A16426120.526冷镦机A16426120.527冷镦机GB-32511020.528冷镦机GB-32511020.5指导教师 2016 年 11 月 7 日负责教师 年 月 日学生签字 2016 年 11 月 7 日目录1.配电方案的选择及设备分组81.1配电方案81.2设备分组82.负荷计算92.1应用ABC法对负荷进行计算92.2分组负荷计确定122.2干线负荷计算132.3车间总负荷计算152.3.1计算车间负荷152.3.2转供负荷163.电气设备选择173.1配电线路导线确定173.1.1支导线截面面积计算173.1.2干线导线截面面积选择183.2配电箱选择183.3变压器选择193.4开关电器与保护原件选择193.4.1熔断器的选择193.4.2开关电器的选择214.校核214.1线路电压损失校核214.2线路热稳定校核23 4.3导线的电阻计算255.结论26摘要近年来国家经济建设取得了很大的成果，我国很多的工厂企业的规模也逐渐增大，安全隐患也就随之而来。本次课程设计主要针对冷镦车间的配电系统进行安全性设计。依据技术经济比较，确定了冷镦车间的配电方案;合理的选择配电线路种类、敷设方式和异体的选择等;采用了“ABC”法进行分组、干线负荷计算和车间配电室总负荷计算，并选择干线截面积和配电箱及变压器等主要电气设备;随后又进行电压损失校核、热稳定性校核和保护接零安全性校核;最后绘制配电系统图和配电平而图。关键词:冷镦车间；配电系统；负荷计算1.配电方案的选择及设备分组1.1配电方案一般车间厂区的配电方式可分为：放射式、干线放射式、环式以及链式。该冷镦车间存在大量的技术操作与使用差别很大的用电设备，所以不采用链式配电线路；且该车间存在两台较大功率的集中负荷设备以及不同型号的车床、钻床、冷镦机，所以该冷镦车间采用放射式和干线放射式的混合。该车间的配电方案如图所示。1.2设备分组1.2.1设备分组基本要求（1） 车间内不宜跨区域供电（2） 分组设备的负荷相近包括设备的性质，大小（3） 分组要符合配电箱的回路数根据电气设备负荷的大小、区域和已选定的配电方案以及方便设备操作、就近原则、功能性原则、生产性质是否相同等原则把机械加工车间共为8组。第一组：1,2,3号用电功率相近，且都属于车床，就近原则将其分为一组；第二组：4,5,6,7号在同一区域，且用电功率相近，就近原则将其分为一组；第三组：8,9,10,11,12号在同一区域，且用电功率接近，就近原则将其分为一组；第四组：13,14号设备，设备间同时运行不产生影响，同时采取近因原则将其分为一组；第五组：,15,16,17,18号设备为小功率设备，用电功率接近，同时依据就近原则将其分为一组；第六组：19,20,21,22号设备为小功率设备，用电功率接近，依据就近原则将其分为一组；第七组：23,24,25,26号设备，设备间同时运行不产生影响，同时采取近因原则将其分为一组；由于27,28号设备是全车间设备中功率与其他设备相比较大的，利用率高，要求的可靠性高，所以对这两台设备采取放射式配电方式，组别是第八组：27,28号1.2.2设备分组明细表分组设备代号设备名称台数单台容量总容量功率因数11-3普通车床C3363390.524、5冷镦机A1212360.56、7牛头刨床26120.538-10插床B50203390.511、12砂轮床S3SL30021.530.5413、14普通车床C620126120.5515、16铣床X62W27.5150.517、18摇臂钻床24.590.5619-22搓丝机48320.5723、24冷镦机A12326120.525、26冷镦机A16426120.5827、28冷镦机GB-32511020.5干线回路组别设备号配电方式供电回路111、2、3干线放射式24、5、6、7319、20、21、22423、24、25、26供电回路258、9、10、11、12613、14715、16、17、18供电回路3827、28放射式2.负荷计算2.1应用ABC法对负荷进行计算计算负荷是用来按发热条件条件选择供电系统中各原件的负荷值。用电设备组计算负荷的确定，在工程中常用的有需要系数法和“ABC”法，而前者应用最为普遍。当设备台数较多，各台设备容量又相差不甚悬殊时，通常采用需要系数法计算。ABC法是应用单元功率的概念，把复杂的功率运算简化为台数运算的方法。该方法运用概率论的原理求出计算负荷与设备容量之间的关系，计算结果比较准确。此方法进行列表计算，易于观察。其计算公式为 式中：平均功率； 计算系数，=3时出现概率为99.9%，=1.5时出现概率为93.3%，一般情况下取=1.5即可。 负荷均方差，如令P为有功功率，则。 对于多台设备，ABC法的实用计算式为 式中：D单台等值功率，取值越大，计算精度越低；取值越小，计算精度越高。一般取D=3kw； KL利用系数。 系数A按下式计算： 式中：等值台数，按计算（为第台设备的额定功率），并按四舍五入的原则取整数； 第种功率设备的台数。 系数B按下式计算： 系数C按下式计算： 欲求得计算电流，则需求得成组设备的功率因素。成组设备的功率因素角的正切值按下式计算： 各种设备的cos和tan见电气安全工程126页表5-11。取得成组设备的计算功率和功率因素以后，可按下式计算三相设备的电流 对于本车间，需对各组上所连接的各个设备运用“ABC”法进行功率的计算，具体以第一组为例，使用ABC法进行负荷计算进行说明。具体步骤如下：表2.1第一组设备的具体参数设备代号设备名称、型号台数单台容量（千瓦）总容量（千瓦）备注一1普通车床1392普通车床1393 普通车床139机械加工车间机械加工设备有车床、钻床、刨床、铣床、插床等，根据电气安全工程表5-11利用系数KL值可知：该机械加工车间 Kl=0.14， C=3.7， cos=0.6， tan=1.33。由K1=3/3=1，同理可得K2=3/3=1，K3=3/3=1第一组机械加工设备的具体的ni 、ki值如表2.2所示。 表2.2 分组1负荷计算参数表编号Pi（千瓦）nikini kiKL1311110.143.72231111331111333.72 =1+1+1=3 =30.14（3+3.73）=5.92KW Qjs=Pjs tan=5.921.33=7.87KVar视在功率Sjs与有功计算功率Pjs、无功计算功率Qjs有如下计算关系式： Sjs= 式中：Sjs：视在功率（KVA）；Pjs：有功计算功率（KW）；Qjs：无功计算功率（KVar）。依据上面计算得到的每组设备有功计算功率（Pjs）和无功计算功率（Qjs），根据公式可以算得视在功率Sjs Sjs= 计算电流Ijs； 式中：Ijs：计算电流（A）；Sjs：视在功率（VA）；Ue：电压380V。 所以Ijs= 2.2分组负荷计确定对于本车间，需对各组上所连接的各个设备运用二项系数法进行功率的计算，具体以第一组为例，使用二项系数法进行负荷计算进行说明。设备具体参数如 表2.3 各组电气设备计算负荷组别 设备序号有功计算功率Pjs（KW）无功计算功率Qjs（Kvar）视在功率Sjs（KVA）计算电流Ijs(A)11、2、3 5.92 7.87 9.85 14.9724、5丶6、7 7.89 10.50 13.1 19.938、9、10、11、12 5.92 7.87 9.85 14.97413、14 7.89 10.50 13.1 19.9515、16丶17、18 9.86 13.1 16.40 24.90619、20、21、22 8.79 15.5 17.86 27.1723、24丶25、26 7.89 10.50 13.1 19.9827、28 53.7 71.4 89.35 135.762.2干线负荷计算 表2.4供电回路1设备具体参数分组设备代号设备名称台数单台容量总容量功率因数11.2.3普通车床C3363390.524.5冷镦机A1212360.56.7牛头刨床26120.5319-22搓丝机46240.5423、24冷镦机A12326120.525、26冷镦机A16426120.5 Sjs= Ijs=Pjs=34.66Px=12+12+24+48故Pjs=48Qjs=48*1.73=63.8Sjs=79.9Ijs=121.3 表2.5计算回路2分组设备代号设备名称台数单台容量总容量功率因数58-10普通车床C3363390.5613.14普通车床C62012360.5717、18摇臂钻床24.590.515、16铣床X62W27.5150.5 Sjs= Ijs=Pjs=21.6Px=30PjsPx故取Pjs(实际)=Px=30Qjs=30*1.33=39.9Sjs=49.9Ijs=75.8 表2.6计算回路3分组设备代号设备名称台数单台容量总容量功率因数827.28冷镦机GB-32511020.5 由于干线3上所放置的两台大功率机械，故直接采用累加计算PxPx=102Qjs=102*1.33=135.6Sjs=169.73Ijs=257.8 表2.7车间各回路计算负荷值干线回路 Pjs(kw) Qjs(Kvar) Sjs(KVA) Ijs(A)供电回路14863.879.9121.3供电回路23039.949.975.8供电回路3102135.6169.73257.8180239.4 2.3车间总负荷计算2.3.1计算车间负荷 用需要系数法计算总负荷=0.95（48+30+102）=171KW=0.95（63.8+39.9+135.6） =227.4KVar总的视在负荷 = =284.5 KVA 总的计算电流 =432.3A2.3.2转供负荷 变压器除上述车间供电还为其他车间供电，其他车间计算负荷如下表所示：利用需要系数法对车间配电室总负荷计算总干线上：总的有功计算负荷 = 总的无功计算负荷 = 总的视在负荷 = 总的计算电流 = 同期系数K一般为0.9-1.0，在此计算取0.95；所以，总的有功计算负荷 =0.95（171+330）=475.9KW 总的无功计算负荷 =0.95（227.4+554） =742.3KVar总的视在负荷 = =881.8 KVA 总的计算电流 =1339.7A3.电气设备选择3.1配电线路导线确定导线分为支导线和干导线，因此分别对两种导线的截面进行计算。3.1.1支导线截面面积计算计算各台设备的计算电流，计算电流公式如公式所示： 式中：计算电流； 视在计算负荷； 设备额定电压。由公式可以求出通过各个设备导线的计算电流，导线选择为四芯香蕉（BXF）绝缘导线穿钢管暗敷设，导线工作最高允许温度为65，导线埋入深度为0.5m，地中最热月份平均温度为25。 因此根据计算电流选择允许截面流量、导线截面面积和导线截面面积。由于实际需求截面积不足2.5mm的都园整至2.5mm。具体数值见表3.1各支线导线截面面积。 表3.1各设备导线截面面积设备代号计算电流（A）允许截面流量（A）导线截面面积（2）管径（mm）导线型号114.97162.515214.97162.515314.97162.51546.62112.51556.62112.515619.9222.515719.9222.515814.97162.515914.97162.5151014.97162.5151114.97162.5151214.97162.5151319.9222.5151419.9222.5151524.90284201624.90284201715.6162.5151815.6162.5151927.1284202027.1284202127.1284202227.1284202319.9222.5152419.9222.5152519.9222.5152619.9222.51527135.76165705028135.761657050干线放射式回路导线型号为BXF400（44） G20 DA;放射式回路导线型号为BXF-400(470) G50DA3.1.2干线导线截面面积选择根据机械加工工厂的负荷情况，导线选择4芯聚氯乙烯（BV）绝缘导线穿钢管暗敷设，导线工作最高允许温度为65，导线埋入深度为0.5m，地中最热月份平均温度为25。因此根据2.2.2计算的电流值选择允许截面流量、导线截面面积和导线截面面积。具体数值见表3.2各干线导线截面面积。表3.2干线截面面积选择序号Ijs(A)允许截面流量（安培）导线截面面积（2）供电回路112113050供电回路275.98525供电回路3257.6263150干线所选择4芯聚氯乙烯（BV）绝缘导线穿钢管型号为：BV-380-4X150 G90 DA3.2配电箱选择车间内设备组的配电箱采用动力配电箱，根据回路数略大于设备的数量；每一回路的额定电流大于设备的额定电流；设备的总电流值应小于配电箱开关的额定电流。配电箱选择根据工厂供电设计李宗纲（P381），结果如表3.3所示。表3.3各组配电箱型号组别设备号配电箱型号11、2、3XL1210024、5、6、7XL1210038、9、10、11、12XL12100413、14XL12100515、16、17、18XL12100619、20、21、22XL12100723、24、25、26XL12100827、28XL122003.3变压器选择所有车间的有功功率、无功功率分别求和，然后计算有功功率和无功功率平方和再开平方，计算总的视在功率，即可求得总的视在功率，乘以同期系数，求得计算负荷。 对总变压器选型时要考虑变压器余量，所以 根据该结果查电气设备实用手册（上）（P124），查询S7系列10KV级铜绕组低损耗电力变压器的技术数据，择S8-1600/10型变压器，阻抗电压5.5,空载电流0.6。3.4开关电器与保护原件选择3.4.1熔断器的选择熔断器熔体的计算公式如下： 根据公式取，计算出熔断器的熔体电流，从而选择熔断器的型号，RT0系列有填料封闭管式具有高分断能力，极限分断电流可达50KA，用于要求较高、短路电流较大的电力网络或配电装置中，作为导线、电动机、变压器的短路保护和过载保护，因此选择RT0系列，设备电流熔断器型号选择的具体情况如下表所示：（工厂供电简明手册P321）表3.4各支线电流熔断器型号序号计算电流（安培）熔断器熔体电流（安培）熔断器型号114.9729.94RT0-50/30214.9729.94RT0-50/30314.9729.94RT0-50/3046.6213.24RT0-50/2056.6213.24RT0-50/20619.939.8RT0-50/20719.939.8RT0-50/20814.9729.94RT0-50/30914.9729.94RT0-50/301014.9729.94RT0-50/301114.9729.94RT0-50/301214.9729.94RT0-50/301319.939.8RT0-50/501419.939.8RT0-50/501524.9049.8RT0-50/501624.9049.8RT0-50/501715.636.80RT0-50/501815.636.80RT0-50/501927.154.2RT0-100/502027.154.2RT0-100/502127.154.2RT0-100/502227.154.2RT0-100/502319.939.8RT0-100/502419.939.8RT0-100/502519.939.8RT0-100/502619.939.8RT0-100/5027135.76271.52RT0-400/25028135.76271.52RT0-400/2503.4.2开关电器的选择选择的电器额定电流应大于各个干线的计算电流，根据每个车间和供电回路的计算电流选择低压开关柜和主要电气设备的型号，根据 工厂供电设计李宗纲P371，得各个干线的开关柜选型如下表3.5所示。表3.5各车间配电方案的选择序号车间名称方案编号额定电流（安培）主要电器设备1金工车间BFC-2-04400DW5C-400型自动空气开关LMZJI-0.5型电流互感器2机械车间BFC-2-05200DW5C-200型自动空气开关LMZJI-0.5型电流互感器器3供电回路1BFC-2-05200DW5C-200型自动空气开关LMZJI-0.5型电流互感器器4供电回路2BFC-2-05200DW5C-200型自动空气开关LMZJI-0.5型电流互感器器5供电回路3BFC-2-041000DW5C-1000型自动空气开关LMZJI-0.5型电流互感器器4.校核4.1线路电压损失校核为了保证用电设备正常工作，线路的电压损失不得超过5%。相电压损失为： 式中：该相负载有功功率；W Qp该相负载无功功率;var r线路电阻； x线路电抗； 负载端功率因素角。线电压损失计算： 式中：负载额定线电压； P三相有功功率； Q三相无功功率对于多段线路，电压损失按叠加原理计算，即 电压损失常用相对值，即用表示。应用上式可得： 如果导线截面是均匀的，即有。（和为单位长度导线的电阻和电抗）对第一条干线上的电压进行校核：BXF-46- G25 DAr0 =3.48 , x0 =0.112。= 0.26V=1.86V =0.30V =0.064%5%4.2线路热稳定校核图4.1 配电系统图三相短路电流等效图如图4.2所示E内阻Z线阻ZL变压器ZB设备Xj图4.2三相短路电流等效图电源阻抗：=0.4/200=810-4线路阻抗：（UC2/UC1）2 =0.20.08（0.4/10）2=1.610-5电力变压器阻抗： =5.5/100 *0.42 /1600=5.510-3总阻抗；Z=810-4+5.510-3+1.610-5=6.31610-3短路电流的计算公式为 =220/6.13610-3=34.8104=34.8KA导线的截面应能承受电流的热效应而不致破坏，应具有足够的稳定性，所以，导线的最小截面积为:=34.810000.1/100=110.042式中：导线芯线最小截面积，2；I短路电流有效值，A；t短路电流可能持续的时间，s；K计算系数，聚氯乙烯铜芯导线取115。而电缆的横截面积为150，故合适。4.3导线的电阻计算由于第一条干线线路较长，上面的供电设备比较多，保护接零稳定性差，因此对第一条干线进行保护可靠性校核。截面积为150的聚氯乙烯电缆线电阻（查李宗纲工厂供电设计）已知干线长度为30m，r1=0.14。支线长度为6m，截面面积为6,。则干线的电阻为：支线的电阻为：所以，； 因为此值是该条导线上的设备的熔断器的额定电流的5倍以上，所以该熔断器能起到保护作用。5.结论本次课程设计过程中学到了很多，课本中所学的知识运用在实际的设计中，之前对于系统性的变配电方式的了解不是很透彻。但经过两周的课设我对自己之前所存在的疑问和困惑大致都找到了答案，也逐渐有了系统性的认识，对于之后的工作的帮助也很大，通过这次课设我的理解能力和自主学习能力都有了一个较大的提升，在进行电气安全课程设计的过程中，查阅了很多电气安全相关的文献，资料以及法规标准，达到了理论与实际的结合。本次课程设计过程中老师、同学都给了我很大的帮助，给我提出了和很多的的意见和帮助，帮助我完成了我的课程设计。总而言之学会了很多知识。