加工车间配电系统毕业设计(薛长超)

'酒泉职业技术学院毕业设计（论文）2012级机电一体化技术专业题目：加工车间配电系统设计毕业时间：二〇一四年三月学生姓名：薛长超指导教师：张万明班级：12盐湖电气2014年3月20日 酒泉职业技术学院12届各专业毕业论文（设计）成绩评定表姓名薛长超班级12盐湖电气专业电气自动化指导教师第一次指导意见年月日指导教师第二次指导意见年月日指导教师第三次指导意见年月日指导教师评语及评分成绩：签字（盖章）年月日答辩小组评价意见及评分成绩：签字（盖章）年月日教学系毕业实践环节指导小组意见签字（盖章）年月日学院毕业实践环节指导委员会审核意见签字（盖章）年月日说明：1.以上各栏必须按要求逐项填写。2.此表附于毕业论文(设计)封面之后。 目录一、车间配电与线路敷设方式的确定2（一）车间配电线路敷设方式确定与导体的选择21.车间内配电线路敷设方式………………………………………………22.导体的选择………………………………………………………………2二、负荷计算3（一）电气设备分组与支干线、干线回路数确定3三、主要电气设备与线路截面选择9（一）导线截面选择9（二）配电箱选择10（三）变压器选择11（五）开关电器与保护元件选择11四、数据计算14（一）线路电压损失计算12（二）线路热稳定计算12（三）保护接零可靠性校核13参考文献13附件机械加工车间配电平面图及车间配电系统图14 加工车间配电系统设计摘要：本设计是机械厂机加工车间的35/10千伏低压配电系统及车间变电所供电系统。本文首先进行了负荷计算，从经济和可靠性出发确定主接线方案。其次，通过短路电流计算出最大运行方式和最小运行方式下的短路电流，确定导线型号及各种电气设备。最后根据本厂对继电保护要求，确定相关的保护方案，再仔细研究各负荷的实际数据，并严格按照国家规定，依照以上设计步骤设计本供电系统设计方案，以到达提高生产效益的目的。关键词：：低压配电；负荷计算；主接线；短路计算一、车间配电与线路敷设方式的确定（一）车间配电方式的确定本次设计的机械加工车间电源是从35/10千伏厂总降压变电所10千伏母线采用架空线路受电，线路长度为200米,通常有以下几种配电方式：放射式配电，它的优点：配电回路故障只影响单一负荷，可靠性较高；配电设备集中，配电线故障发生后，影响范围较小，切换操作方便；负荷间的相互影响小，电能质量高；保护和自动化易于实现。缺点：需要的回路数多，配电设备投资大，占用空间大；有色金属消耗量较大，造价较高。基于以上优缺点，放射式配电多用于向重要负荷配电，或向单台功率较大的设备配电。树干式配电，它的配电方式特点是一回线路顺次向若干负荷配电，即每一负荷都是通过分支线向干线索取所需电能的，其优、缺点与放射式配电正好相反，配电线路和高压开关柜数量少且投资少，但事故后范围影响较大，供电可靠性较差。因此适用于向不重要的负荷或小功率用电设配，或用于设备的布置比较均匀、容量不大、又无特殊要求的场合。-13- 环式配电，是树干式配点的一种延伸，将树干式配电干线的末端接回到电源端，就构成了环式配电，有闭路环式和开路环式两种运行方式，由于闭环运行需要满足一些特定的条件，运行控制要求也相对较高，因此常采用开环式运行，即正常运行时环路中有一只环路开关是出于断开状态的。环式配电可靠性较高，网络中任何一段线路故障均不会造成用户停电且网络结构清晰，但环路中的配电线路和所有开关都要承受环路功率，因此投资较树干式配电较大，保护整定和运行切换也较为复杂。链式配电方式，特点与树干式相似，适用于距配电屏较远而彼此相距又较近的不重要的小容量用电设备；链式的设备一般不超过三台，其总容量不大于10KW，其中一台不超过5KW。基于以上几种方式及结合机械加工车间的特点综合考虑，选择配电系统、配电方案时要充分考虑节省基建投资，降低运行费用，减少有色金属消耗量。本机械加工车间配电方案综合选择主体为树干式配电方式，其中的几台大设备（大功率）采用放射式。此外，低压配电系统应满足生产所必须的供电可靠性，电能质量好，满足生产要求：同时应注意接线简单，操作安全，便于检修，具有一定灵活性；能适应车间生产上的变化和设备检修的需要。（二）车间配电线路敷设方式确定与导体的选择1．车间内配电线路敷设方式按敷线的方式可分为明配线和暗配线两种。导线沿墙壁、天花板、柱子等明敷设为明配线，通常有塑夹板配线、瓷瓶配线、瓷珠配线、板槽配线、钢（塑料）管配线等等。导线穿管埋设在地下，墙内，或装设在顶棚内称为暗配线。施工中常用的线管有电线管、水煤气管、硬塑料管、和半硬塑料管四种。水煤气管的管壁比较厚，适用于有机械外力和轻微腐蚀气体场所内明敷或暗敷；电线管的管壁比较薄，适用于干燥场所；硬塑料管适用于腐蚀性较大的场所；半塑料管刚柔结合、易于施工、加工的劳动强度低且质轻，广泛应用于民用建筑暗配管。因本车间自然条件为：（1）车间内最热月份平均温度为30°C；（2）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；（3）土壤冻结深度为1.10米；（4）车间环境特征，正常干燥环境。因此，本次连接设备的电线选用聚氯乙烯绝缘电线水煤气钢管地下暗敷设。2.导体的选择根据《低压配电规范》第2.2.1条规定：-13- 导体的类型应按敷设方式及环境条件选择。绝缘导体除满足上述条件外，尚应符合工作电压的要求。选择导体截面，应符合下列要求：一、线路电压损失应满足用电设备正常工作及起动时端电压的要求；二、按敷设方式及环境条件确定的导体载流量，不应小于计算电流；三、导体应满足动稳定与热稳定的要求；四、导体最小截面应满足机械强度的要求，固定敷设的导线最小芯线截面应符合规定，本次实验选择铜导体。二、负荷计算（一）电气设备分组与支干线、干线回路数确定1.电气设备的分组根据方便操作、方便选择电器、就近原则、不同班组等原则把机械加工车间共为六组。具体分组为:表1设备分组组别设备序号设备容量（KW）11、2、3、49、4.625、3、4.12525、6、7、8、91.5、1.45、3、3、4.5317、189、9422、244.625、6.925510、11、12、13、14、15、164.625、7.125、7.125、10.125、4.625、4.625、1.5623、259.8、10对于19、20、21三台设备因其功率较大，采用放射式配电直接接到电源端。2.支干线、干线回路数确定本次设计采用的是干线放射式的配电方案，又根据各种机械设备的位置和工作性质，在此次设计中，划分为三个供电回路进行配电。三个配电回路分别为：第一个供电回路：第一组、第二组、第三组、第四组；第二个供电回路：第五组、第六组。3.分组、干线负荷计算（1）单台设备负荷计算-13- 单台设备的有功计算负荷（Pjs）：Pjs=Pe/公式中的效率取值为功率大的设备，效率相对较大。相反，功率小的设备效率相对较小，本次设计中讲效率定为1。确定了有功计算负荷（Pjs）后，无功计算负荷Qjs:Qjs=Pjstg（2.1）式中：Qjs为无功计算负荷（KVar）；tg为用电设备的平均功率因数cos对应的正切值；（2.2）式中：Sjs为视在负荷（KVA）；计算电流Ijs：（2.3）式中：Ijs为计算电流（A）；Ue为电压380V。按式2.1，2.2，2.3计算单台用电设备有功计算负荷、无功计算负荷、计算电流，查询《工厂供电简明设计手册》确定导线截面积。其中得到具体数据如表2。表2单台用电设备有功计算负荷、无功计算负荷、计算电流设备设备名称、型号Pjs（KW）CosQj（KVar）Ijs（A）整合电流Ih导线截面积Sm1普通车床C6204.6250.66.16711.712121.02砂轮机S35L3001.50.623.798121.03工具磨床M60251.450.61.9333.672121.04万能铣床X62W90.5313.5924.7662845滚齿机Y3841.9350.655.913106.189107356普通车床C6110041.9350.655.913106.189107357龙门刨床B2012Q67.550.690.067171.053210958立式钻床Z5354.6250.66.16711.712121.09镗床T689.80.5314.79828.09438610摇臂钻床Z356.9250.69.23317.536222.511通风机100.87.518.992222.5（2）分组负荷计算-13- 从整个机械加工车间设备布置考虑，将25台设备分为6组，分别布置在两条干线上。各设备的功率不是很大可以把各个设备的功率和作为该组支干线的功率的用直接叠加的方法计算功率。根据机械加工车间内最热月份平均温度为30℃，地下温度为25℃（0.5米以上），20℃（一米以下），但为确保更加安全可靠，在计算过程中均按最高平均室温计算，确定导线截面积。每组用电设备的有功计算负荷Pjs：（2.4）式中:Pjs为有功计算负荷(KW)；Pi为第i台设备的容量(KW)。按式2.4计算每组用电设备的有功计算负荷。表3各组导线截面积的确定组号计算功率视在功率计算电流圆整电流导线截面积120.7535.01653.2026816213.4522.41734.0638631832.649.5325310411.5519.2529.248386539.7566.148100.49510735619.829.8245.30815310（3）“ABC”法干线负荷计算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，计算出结果比较准确。这种方法可列表计算，简单易行。本车间共分为两条干线，第一条干线供第1、2、3、4组，另一条干线是供5、6组。计算功率的公式为：（2.5）式中：D——单台等值功率取值越小，计算精度越高。一般取D=3kW；（2.6）-13- 式中：——等值台数，按=计算（为第i台设备的额定功率），并按四舍五入的原则取整数；系数B按下式计算：（2.7）系数C按下式计算：（2.8）本机械加工车间是普通的加工车间，利用系数取0.14，取1.33，取0.6，并根据以上公式求取各组的计算功率进而求取视在功率（根据公式2.2）和计算电流（根据公式2.3）。以第一条干线为例用“ABC”法进行负荷计算如下：A=1*（20.75/3）+1*（13.45/3）+1*（18/3）+1*（11.55/3）=21B=（7*6）/2+(4*3)/2+(6*5)/2+（4*3）/2=48C=3.7;Pc=3*0.14*(21+3.7*)=25.6291KW;Qjs=25.6291*1.33=34.0867Kvar;Sjs=25.6291/0.6=42.7151KVA;Ijs==64.8989A计算结果如下表：表4干线负荷计算结果干线Pjs（KW）Qjs（Kvar）Sjs（KWA）Ijs（A）125.629134.086742.715164.8989230.871841.059569.4325103.9755车间变电所除为机械加工车间配电外，尚要为金工工段、锻铸工段、木模工段、检修工段等车间配电。按2.2式计算各回路及各工段干线上的计算视在负荷，按式2.3计算各回路及各工段干线上的计算电流。-13- 表5转供电力负荷计算负荷表序号车间名称容量（KW）计算负荷Ijs（A）Pjs（KW）Qjs（KW）Sjs（KWA）1金工工段443.378.64117.76141.6039215.14492锻铸工段No1供电回路1606465.3No2供电回路1405657.12No3供电回路1807273.44锻铸工段干线182.4186.048260.5448398.86853木模工段No1供电回路1504589.1No2供电回路17051100.98木模工段干线91.2180.576202.2996307.37154检修工段No1供电回路1504579.89No2供电回路146.243.8577.85检修工段干线84.4075149.8514171.9886261.3173多组用电设备的干线上，由于各组用电设备不一定同时使用，因此在确定干线上的计算负荷时，可结合具体情况计入一个同期系数（或叫混合系数），用K∑表示。K∑可取0.85-0.95,这里取0.9。总的有功计算负荷Pjs=K×∑Pjsi=0.9×(25.6291+30.8718+41.935+41.935+67.55+78.64+182.4+91.2+84.4075)=580.1125（KW）。总的无功计算负荷Qjs=K×∑Qjsi=757.9407（Kvar）。同样利用式2.2计算总的视在负荷Sjs=954.4604(KVA），用式2.3计算总的计算电流Ijs=1450.1951（A）。-13- 三、主要电气设备与线路截面选择（一）导线截面选择计算各台设备的计算电流，计算电流公式如公式3.1所示（式3.1）由公式3.1可以求出通过各个设备导线的计算电流。根据具体的条件，导线选择BV聚氯乙烯绝缘导线，导线工作最高允许温度为65℃，环境工作温度30℃。另外，三相用电设备导线截面应与管径相配合，并且从提高导线强度角度，从而得出最终各支线的导线截面积。聚氯乙烯绝缘，制造工艺简便，没有敷设高差限制。重量轻，弯曲性能好，接头制作简便，耐油，耐酸碱腐蚀，不延燃，具有内装结构，钢丝免受腐蚀，价格便宜。综上本次加工车间的支线选择聚氯乙烯绝缘铜线芯导线。根据导线所通过的载流量选择导线截面见表3.1。表6各设备所选导线设备序号计算电流所选导线设备序号及干线计算电流所选导线211.712BV-1.5-15-15122.790BV-6-38-1538.2551325.639410.4451724.76653.7981824.76663.6722328.09477.5791118.042BV-2.5-22-1587.5791218.042911.3952417.5361011.7122518.9921411.71219106.189BV-35-107-321511.71220106.189163.79821171.053BV-95-210-502211.712第1条支干线166.015BV-95-210-50第2条支干线147.743BV-95-210-50-13- （二）配电箱选择本次设计选择XL-15型动力配电箱主要用于工厂车间、交流频率50Hz、500V以下三相电力系统中控制电动机、电气设备及照明等，是户内装置，防尘式，钢板结构，内装有组合开关及RL1或RTO型熔断器，组合开关手柄露在箱壳外面，容易更换熔断器。表7各组用电设备配电箱的型号第1组计算电流（A）I（A）配电箱型号122.79045.58XL-15-2200211.71223.42438.25516.51410.44520.89第2组计算电流（A）I（A）配电箱型号53.7987.596XL-15-600063.6727.34477.59715.19487.59715.194911.39522.79第3组计算电流（A）I（A）配电箱型号1724.76649.532XL-15-22001824.76649.532-13- （三）变压器选择根据2.3小节中计算所得到的结果，为了确保实际中变压器正常工作，通常要有一定的余量，在功率（954.4604kv）除以0.8得到的数，即1193.1755kvA来选择变压器，查询《李友文工厂供配电》变压器选型为SJL1-1250，空载损耗2.35KW，阻抗电压4.5％，空载电流1.6％。（四）开关电器与保护元件选择1.熔断器的选择XL-15型动力配电箱用于电压500伏以下的三相电力系统，作动力配电用，系户内装置。用薄钢板弯制焊接而成。打开箱内，箱内全部电器敞露，便于检修。RM3（RM10）型熔断器装在由角钢焊成的框架上。框架用螺丝钉固定在箱壳上。正常工作时，熔体的额定电流应大于或等于回路的计算电流，因此本次设计将计算电流乘以系数2得到短路电流I，以保证熔断器中熔体不会被烧坏，根据电流I来选择熔体。2.开关电器的选择用作架空进线的一次线路侧的计算电流=1450.1951A。选择的电器额定电流应大于1450.1951A，查询《工厂供电设计手册》选择BFC-10B-02型低压开关柜，方案编号02，额定电流为630-1600A，主要电气设备DW5-200型自动空气开关和LMZJ1-0.5型电流互感器同样选择方式，可以选出动力配电侧的方案，如表3.10所示。表8低压开关柜的型号序号车间名称型号额定电流I（A）主要电器设备1金工工段BFC-2-04400DW5-400型自动空气开关、LMZJ1-0.5型电流互感器2铸造工段BFC-2-04400DW5-400型自动空气开关、LMZJ1-0.5型电流互感器3木模工段BFC-2-04400DW5-400型自动空气开关、LMZJ1-0.5型电流互感器4检修工段BFC-2-04400DW5-400型自动空气开关、LMZJ1-0.5型电流互感器5机加总车间No1供电回路BFC-2-04200DW5-200型自动空气开关、LMZJ1-0.5型电流互感器-13- 四、数据计算（一）线路电压损失校核导线在正常计算电流时产生得电压损失应小于正常运行时得允许电压损失，以保证供电质量。电压损失的计算公式如下：△u%=；（4.1）△U=Uc-U；（4.2）△U=IRcos+IXsin；（4.3）式中，Uc为低压端母线出口电压，即为额定电压值；注意：每一段的△U都不一样，干线总△U要将各条线路上△Ui（i=1、2、3、4……）相加。以第二条干线为例，选择最远端的第十号设备进行校核，其中三段线路的电阻r分别为14/km、0.292/km和0.292/km，电抗x分别为0.138/km、0.088/km和0.088/km，计算电流I分别为11.711，100.495和145.8031，所以根据公式计算得：Ui=△U1+△U2+△U3=11.711*9*（14/1000*0.6+0.138/1000*0.8）+100.495*26.4*（0.292/1000*0.6+0.088/1000*0.8）+（100.495+45.3081）*30*（0.292/1000*0.6+0.088/1000*0.8）=10.5910Vu%===4.604%≤5%因此可知第二条干线的导线截面等参数选的合理，可以保证供电质量。同理可计算得出，第一条干线及直接接在低压母线的设备所选参数也符合要求，能够保证供电的质量。（二）线路热稳定校核1.阻抗的计算支干线的最危险点的阻抗包括电源阻抗（Sd=200MVA）、架空线路阻抗（架空线路长度L=200m,K=0.08-13- /km）及变压器阻抗（变压器型号为SJL1-1250（KVA）,额定容量Sb=1250KVA，阻抗电压u=4.5％）。其中U为总降压变电所母线电压,10KV。电源阻抗Z1==0.866变压器阻抗Z2==3.6架空线路阻抗Z3==0.16以上阻抗均在10KV高压下,折算为低压下需乘变比K0=()2=0.0016因此总阻抗Z==0.0016×(0.866+0.16+3.6)=7.4m。2.短路电流计算支干线的最危险点的短路电流（三相），为对称的，因此按单相计算。短路电流Id==29.7(KA)式中UX为电源电压，220V，总阻抗Z=7.4m。4.2.3校核导线的截面应能承受电流的热效应而不致破坏，即保持足够的热稳定性。为此导线最小截面积为Smin=95㎜2≥=82.64㎜2式中:Smin为导线芯线最小截面积（㎜2）；t为短路电流可能持续的时间（s），取t=0.1s；Id为短路电流（A）；K为热效应计算系数为115。因此该导线热稳定性较好。其余导线运用上述方法校核合格。3.保护接零可靠性校核低压系统线缆阻抗中电阻所占比重较大本次试验将忽略电感和电抗，只考虑电阻的影响。单项短路电流的计算公式如下：（4.4）-13- 式中：Id为单项短路电流；U为相间电压（230V）；X∑为阻抗。注意：本次设计只考虑电阻，X∑为电阻。本次校核选择校验10号设备，其中在R相回路中，它的支线导线电阻r1=14/km，它的母线导线电阻r2=0.292/km，则它的电阻：在R零回路中，它的R零支线导线截面面积s1=177，它的母线导线截面面积s2=1962.5，则它的电阻：根据公式4.4计算Id：Id==824.964A所以Id=824.964A≥（5-10）Ire=250A式中，Ire为熔断器的额定电流。单相短路电流大于10倍的熔断器额定电流，因此在单相短路时保护接零是可靠的。参考文献1.董纯华主编.发电厂电气课程设计参考资料.北京：水利电力出版社，20022.范锡普主编.发电厂电气部分.北京：水利电力出版社，20003.李光琦主编.电力系统暂态分析.北京：中国电力出版社20014.电力工业常用设备手册.北京：水利电力出版社20035.王瑞敏主编工业与民用配电设计版.北京：中国航空工业设计研究院2004-13- 附件机械加工车间配电平面图及车间配电系统图4/4 4/4 4/4 4/4'