供配电工程课程设计报告

电气与电子信息工程学院

供配电工程课程设计报告

名 称： 供配电工程课程设计

专业班级：电气工程及其自动化2021专升本（2）班

学 号： 202120210235 姓 名： 张贤哲 指导教师： 杨毅 陈学珍

设计时刻： 2021年5月8日——2021年5月19日 设计地点： K2——414

供配电工程课程设计任务书

一、设计题目

某塑料五金制品厂供配电系统电气部分设计 二、设计目的及要求

通过本课程设计：熟悉供配电系统初步设计必须遵循的原则、差不多内容、设计程序、设计规范等，锤炼工程设计、技术经济分析比较、工程运算、工具书使用等能力，并了解供电配电系统前沿技术及先进设备。

要求依照用户所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情形，并适当考虑到工厂生产的进展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，选择配变电所主接线方案、高压配电线路接线方式、高低压设备和进出线，确定车间变电所主变压器的台数与容量、类型。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。 三、设计依据

1、总平面图如附图。 2、负荷情形

该厂由注塑车间、挤出车间、锻工车间、模具车间、热处理车间、铆焊车间、五金装配车间等组成，主营产品有五金配件、门窗密封胶条、折叠门塑料配件、家私装饰条、各种挤出异型材、周密注塑加工、代客开模、玻璃垫片等。

工厂部分车间负荷情形见附表。该厂大部分车间为两班或三班制，年最大有功负荷利用小时数为5100h。该厂属于二级负荷。

2、供电电源情形

按照工厂与当地电业部门签订的供用电协议规定，本厂可由从某35／10kV地区变电站

取得工作电源。该35／10kV地区变距离本厂约为1km，10kV母线短路数据：Sk3.max500MVA、

3。 Sk.min200MVA要求该厂：①过电流爱护整定时刻不大于1.0s；②在工厂10kV电源侧进行电能计量；③功率因数应不低于0.92。

3．工厂自然条件

年最高气温39℃，年平均气温23℃，年最低气温-5℃, 年最热月平均最高气温33℃，年最热月平均气温26℃，年最热月地下0.8m处平均温度25℃．主导风向为南风，年雷暴日数52。平均海拔22m，地层以砂粘土为主。

4．电费制度

按两部电价制交纳电费,差不多电价20元/千伏·安/月，电度电价0.5元/度。

四、设计任务

设计内容包括：配变电所的负荷运算及无功功率的补偿运算，车间变压器台数和容量、型式的确定，变配电所主接线方案的选择，高压配电线路接线方式的选择，高低压配电线路及导线截面选择，短路运算和开关设备的选择，继电爱护的整定运算，防雷爱护与接地装置设计等。

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附表：

编号 1 2 3 4 厂房名称 注塑车间 备料车间 压铸车间 模具车间 设备容量/kW 489 238 520 450 需要系数 0.40 0.60 0.40 0.35 功率因数 0.65 NO.1车间 0.65 变电所 0.75 0.65 NO.2车间 变电所 5 五金装配车间 610 0.40 0.75 6 7 8 9 10 11 机加工车间 锅炉房 试验室 材料库 油泵房 办公、食堂 430 200 125 110 15 215 0.35 0.70 0.35 0.25 0.65 0.70 0.65 0.75 0.75 0.75 0.70 0.85 NO.3车间 变电所 备注

摘 要

众所周知，电能是现代工业生产的要紧能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于操纵、调剂和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。

负荷运确实是设计的基础,它决定设备容量的选用,管网系统的规模以及工程总造价等,这是技术人员熟知的事实。通过负荷的统计运算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为运算负荷（calculated load）。 在交流电路中,由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率,一种是无功功率。无功功率比较抽象,它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和坚持磁场的电功率。

短路电流运算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电爱护装置的整定运算。关于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一样只需采纳阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后运算短路电流和短路容量。

电气主接线要紧是指在发电厂、变电所、电力系统中,为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、说明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。

供电系统的电气设备要紧有断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、电抗器、互感器、母线装置及成套配电设备等。电气设备选择的一样要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。

导线和电缆截面的选择与校验。对10kV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件来选择导线和电缆截面，再校验其电压缺失、机械强度、短路热稳固等条件

目 录

1.设计概要…………………………………………………………………………1 1.1 工厂供电的意义和要求……………………………………………………1 1.2 选题的背景和意义…………………………………………………………1 2.负荷运算的意义及相关参数的运算……………………………………………2 2.1 负荷运算的意义……………………………………………………………2 2.2 参数的运算…………………………………………………………………2 2.3 车间负荷运算结果…………………………………………………………3 2.4 无功补偿的运算………………………………………………………………4 3.变压器的台数、容量和类型的选择……………………………………………8 3.1 车间变压器的选择原则……………………………………………………8 3.2 选择车间变压器的台数、容量和类型……………………………………8 4.电气主接线………………………………………………………………………10 4.1 电气主接线的意义及重要性………………………………………………10 4.2 电气主接线的设计…………………………………………………………10 5.短路电流的运算…………………………………………………………………12 5.1 产生短路电流的缘故、危害及运算方法…………………………………12 5.2 短路电流点的运算…………………………………………………………16 6.高、低压电气一次设备的选择…………………………………………………17 6.1 电气设备的选择对工厂企业的意义………………………………………17 6.2 电气设备的选择及其校验理论……………………………………………17 6.3 要紧设备的选择校验………………………………………………………18 6.4 电线电缆的选择与校验……………………………………………………20 7.防雷与接地………………………………………………………………………23 7.1 防雷接地的理论基础………………………………………………………23 7.2 防雷接地的爱护措施………………………………………………………24 8.总结………………………………………………………………………………25 参考文献……………………………………………………………………………26

1.设计概要

1.1 工厂供电的意义和要求

工厂供电，确实是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。 众所周知，电能是现代工业生产的要紧能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于操纵、调剂和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。

电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后能够大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，假如工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严峻的后果。

因此，做好工厂供电工作关于进展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义，关于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。 工厂供电工作要专门好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下差不多要求：

（1） 安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。 （2） 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。 （3） 优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求

（4） 经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。

1.2选题的背景和意义

本课题应用供配电设计的差不多原则和方法进行塑料五金厂供配电系统电气部分设计。通过本课程设计,培养学生综合运用所学的理论知识、差不多技能和专业知识分析和解决实际问题的能力,培养学生独立猎取新知识、新技术和新信息的能力,使学生初步把握科学研究的差不多方法和思路,学生能够明白得“安全、可靠、优质、经济”的设计要求,把握工厂供电系统设计运算和运行爱护所必须的差不多理论和差不多技能。

2.负荷运算的意义及相关参数的运算

2.1负荷运算的意义

负荷运确实是设计的基础,它决定设备容量的选用,然而近几年来用估算的方法替代了负荷运算,给制定方案、工程审核造成一定的困难。

通过负荷的统计运算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为运算负荷（calculated load） 2.2 参数的运算

目前，对工矿企业的电力负荷运算要紧采纳三种方法：单位容量法、需要系数法、用系数法。在本设计中采纳的是需要系法来进行负荷运算。

（一）一组用电设备的运算负荷 要紧运算公式有：

有功运算负荷：Pc= KdPe (2-1) 无功运算负荷：Qc= Pctan (2-2) 视在运算负荷：Sc=Pc/cos (2-3) 运算电流： Ic=Sc/3UN (2-4) 式中Kd为用电设备组的需要系数值；cos为用电设备组的平均功率因数；

tan为功率因数cos的正切值；UN为用电设备组的额定电压。

（二）多组用电设备的运算负荷

在确定低压干线上或低压母线上的运算负荷时，可结合具体情形对其有功和无功运算负荷计入一个同时系数K∑。

0.38kVPc , QcSc , Ic 图2-1 多组用电设备的运算负荷

Pc1 , Qc1Pc2 , Qc2Pci, Qci 关于干线，可取K∑P=0.85-0.95;K∑Q=0.90-0.97关于低压母线，由用电设备运算负荷直截了当相加来运算时，可取K∑P=0.8-0.9, K∑Q =0.85-0.95。由干线负荷直截了当相加来运算时，可取K∑P=0.95, K∑Q =0.97。

其运算公式如下：

(2-5) QcKqQc.iScPc2Qc2 ScIcPKPcpc.i (2-6) 3UN由此确定五金厂各车间变电所总的电力负荷。

2.3 车间负荷运算结果

由该工厂车间负荷表可确定五金厂各车间变电所电力负荷运算表，分别如下表：

表2-1 工厂的负荷情形

编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 厂房名称 注塑车间 备料车间 压铸车间 模具车间 五金装配车间 机加工车间 锅炉房 试验室 材料库 油泵房 办公、食堂 设备容量/kW 489 238 520 450 610 430 200 125 110 15 215

需要系数 0.40 0.60 0.40 0.35 0.40 0.35 0.70 0.35 0.25 0.65 0.70 功率因数 0.65 0.65 0.75 0.65 车间变电所代号 STS1 STS2 0.75 0.65 0.75 0.75 STS3 0.75 0.70 0.85

表2-2：各车间变电所负荷运算情形

某塑料五金制品厂NO.1车间变电所电力负荷运算表 编号 1 2 3 厂房名称 注塑车间 备料车间 压铸车间 Pe(kW) 489 238 520 1247 合计 Kd cosa tana Pc(kw) Qc(kvar) Sc(kV.A) 228.68 166.95 183.44 579.07 561.70 300.92 219.69 277.33 764.82 Ic(A) 791.90 578.14 729.82 1162.03 0.4 0.65 1.17 195.60 0.6 0.65 1.17 142.80 0.4 0.75 0.88 208.00 1.4 2.05 3.22 519.08 0.65 546.40 K∑P=0.95; K∑Q=0.97 某塑料五金制品厂NO.2车间变电所电力负荷运算表 4 5 厂房名称 模具车间 五金装配车间 Pe(kW) 450 610 1060 Kd cosa tana Pc(kw) Qc(kvar) Sc(kV.A) 184.14 215.19 399.33 387.35 242.31 325.33 543.62 Ic(A) 637.65 856.14 825.94 0.35 0.65 1.17 157.50 0.4 0.75 0.88 244.00 0.75 1.40 2.05 401.50 0.67 381.43 合计 K∑P=0.95; K∑Q=0.97 某塑料五金制品厂NO.3车间变电所电力负荷运算表 6 7 8 9 10 11 厂房名称 机加工车间 锅炉房 试验室 材料库 油泵房 办公、食堂 Pe(kW) 430 200 125 110 15 215 1095 Kd cosa Tana Pc(kw) Qc(kvar) Sc(kV.A) 175.95 123.47 38.58 24.25 9.95 93.27 465.48 451.51 231.54 186.67 58.33 36.67 13.93 177.06 670.66 Ic(A) 609.31 491.23 153.51 96.49 36.65 465.94 1018.96 0.35 0.65 1.17 150.50 0.7 0.75 0.88 140.00 0.35 0.75 0.88 43.75 0.25 0.75 0.88 27.50 0.65 0.70 1.02 9.75 0.7 0.85 0.62 150.50 3 4.45 5.45 522.00 0.70 495.90 合计 K∑P=0.95; K∑Q=0.97 2.4无功补偿的运算

在交流电路中,由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率,一种是无功功率。无功功率比较抽象,它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和坚持磁场的电功率。它不对外作功,而是转变为其他形式的能量。由于它不对外做功,才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示,单位为乏(Var)或千乏(kVar)。从发电机和高压输电线供给的无功功率,远远满足不了负荷的需要,因此在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率,以保证用户对无功功率的需要,如此用电设备才能在额定电压下工作。这确实是电网需要装设无功补偿装置的道理。

依照电容器在工厂供电系统中的装设位置，有高压集中补偿，低压成组补偿和低压补偿三种方式。

由于本设计中上级要求工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.92,而由上面运算可知COS=0.6<0.9，因此需要进行无功补偿。 综合考虑在那个地点采纳并联电容器进行低压集中补偿。 以NO1(STS1)车间变电所为例,运算它的功率补偿

QN.C = 519.08×（tanarc cos0.65－tanarccos0.92）kvar=385.74kvar 依照补偿柜的规格要求,初选BCMJ0.4-16-3,每组容量qN.C =16kvar,则需要安装的电容组数为

n= QN.C /qN.C =385.74 kvar/16 kvar=24.1125 无功补偿后，变电所低压侧的视在运算负荷为：

ScPc2Qc2

Pc=519.08 Qc=(561.7-390)kvar=171.70kvar

Sc=546.74kV.A cosa=0.95 又考虑到变压器的功率损耗为：

SS (2-7) PTPFePcu.NcP0PkcSN.TSN.T2I%U%S2 SckQTQ0QNcSN.T0S100100SN.TN.T (2-8) 22简化公式有：

ΔPT=0.01Sc，ΔQT=0.05Sc (2-9)

即： ΔPT=0.01Sc=5.47kW

ΔQT=0.05Sc=27.34kvar

变电所高压侧运算负荷为：

Pc'.1= =

PC +Δ

PT =524.55kW

QTQc'.1QC-QN.C +Δ =199.04kvar

'2S'c.1Pc'2.1Qc.1=561.04kVA

补偿后的功率因数为：

Cosφ=

各个车间的补偿结果如下表2-3

表2-3 功率补偿结果运算（低压侧） 无功功率补偿前 车间容变电Qc 所代号 Sc 功率器容(kvar) (kV.A) 因素 量 561.70 764.82 Pc'.1/Sc'.1=0.93

电补偿容个量 数(kvar) 组 Qc 无功功率补偿后 运算Sc 功率电流 (kvar) (kV.A) 因素 (A) 变压STS1 0.65 800 0.67 630 390 270 25 171.70 546.74 0.95 830.69 17 117.35 399.07 0.96 606.32 STS2 387.35 543.62 STS3 451.51 670.66 0.70 800 300 19 151.51 518.53 0.96 787.82

由运算,能够算出在变压器的高压侧无功补偿后的结果,见下表2-4

表2-4功率补偿后结果（高压侧）

车间变电所 代号 STS1 STS2 STS3 △Pt △Qt Pc (kW) Qc Sc Ic cosa (kW) (kvar) (kvar) (kV.A) (A) 32.39 23.62 30.69 0.93 0.94 0.96 5.47 27.34 524.55 199.04 561.04 3.99 19.95 385.42 137.30 409.14 5.91 25.93 501.09 177.44 531.57

考虑到低压母线的同时系数： 由式（2-5）(2-6)式及表2-4可确定：

补偿后总的有功运算负荷： =1340.51kW PKpPcc.i总的无功运算负荷： = 498.37kvar QcKqQc.i总的视在运算负荷：Sc= Pc2Qc2=1430.15kV.A Cosφ=Pc/Sc= 0.94

Ic=Sc/ 3UN= 86.70A

由表和运算可得各变电所折算到高压侧的功率因数均大于0.92,整个工厂的功率因数为0.94即功率补偿的电容选择合理, 符合本设计的要求。

按两部电价制交纳电费,差不多电价20元/千伏·安/月，电度电价0.5元/度,该工厂采取补偿可节约能量为△S1+△S2+△S3=（800-630）+(630-500)+(800-630) kV.A=470 kV.A采取无功补偿后该工厂每月可节约20×470=9400元

我国《供电营业规则》规定：容量在100kVA及以上高压供电用户,最大负荷使得功率因数不得低于0.9，假如达不到要求，则必须进行无功补偿。因此，在设计时，可用此功率因数来确定需要采纳无功补偿得最大容量。由两部电费制度可知采纳无功补偿为工厂节约了资金。

3.变压器的台数、容量和类型的选择

3.1 车间变压器的选择原则 （1）变电所主变压器台数的选择 选择主变压器台数时应考虑下列原则：

1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。

2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采纳经济运行方式的变电

所。

3）除上述两种情r况外，一样车间变电所宜采纳一台变压器。 4）在确定变电所主变压器台数时，应当考虑负荷的进展，留有一定的余量。

（2）变电所主变压器容量的选择

1）只装一台主变压器的变电所

主变压器的容量SN.T应满足全部用电设备总运算负荷S30的需要，即 SN.T≥S30 2）装有两台主变压器的变电所

每台变压器的容量SN.T应同时满足以下两个条件：

①任一台单独运行时，SN.T≥（0.6～0.7）S30 ②任一台单独运行时，SN.T≥S30（Ⅰ+Ⅱ）

3.2 选择车间变压器的台数、容量和类型

1、依照表4-1选择变压器的台数、容量和类型。关于三个车间变电站STS1、 STS2 、STS3的容量分别为：546.74kVA、399.7kVA、518.53 kVA 。本工厂属于二级负荷然而考虑到相应得精进基础和技术参数，在节能和留有余量方面负荷率为70%-80%，选定三台SC（B）10其额定容量分别为630、500、630kVA,从而保证工厂得负荷正常得运行。

2、该工厂得自然条件为;年最高气温39℃，年平均气温23℃，年最低气温-5℃, 年最热月平均最高气温33℃，年最热月平均气温26℃，年最热月地下0.8m

处平均温度25℃．主导风向为南风，年雷暴日数52。平均海拔22m，地层以砂粘土为主。考虑到土壤电阻率较高，和防雷要求得提高选用此型别为sc(B)10型变压器

初步选定变压器得容量型号如下表：

表3-1 车间变电所变压器的台数、容量和型号

Sc 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 厂房名称 /kV·A 注塑车间 备料车间 压铸车间 模具车间 五金装配车间 机加工车间 锅炉房 试验室 材料库 油泵房 办公、食堂 300.92 219.69 277.33 242.31 1×500 325.33 231.54 186.67 58.33 36.67 13.93 177.06 1×630 SC（B）10 STS3 SC（B）10 STS2 1×630 SC（B）10 STS1 及容量 型号 代号 变压器台数 变压器 车间变电所

4.电气主接线方案选择

4.1 电气主接线的意义及重要性

电气主接线要紧是指在发电厂、变电所、电力系统中,为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、说明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。一样在研究主接线方案和运行方式时,为了清晰和方便,通常将三相电路图描画成单线图。在绘制主接线全图时,将互感器、避雷器、电容器、中性点设备以及载波通信用的通道加工元件（也称高频阻波器）等也表示出来。

对一个电厂而言,电气主接线在电厂设计时就依照机组容量、电厂规模及电厂在电力系统中的地位等,从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、进展和扩建的可能性等方面,经综合比较后确定。它的接线方式能反映正常和事故情形下的供送电情形。电气主接线又称电气一次接线图。 电气主接线应满足以下几点要求：

1）运行的可靠性：主接线系统应保证对用户供电的可靠性,专门是保证对重要负荷的供电。

2）运行的灵活性：主接线系统应能灵活地适应各种工作情形,专门是当一部分设备检修或工作情形发生变化时,能够通过倒换开关的运行方式,做到调度灵活,不中断向用户的供电。在扩建时应能专门方便的从初期建设到最终接线。 3）主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下,做到经济合理,尽量减少占地面积,节约投资。 4.2 电气主接线的设计

变配电所的电气主接线是一电源进线和引出线为差不多环节，以母线为中间环节的电能输配电路。 1、主接线方式

其差不多形式按有母线接线和无母线接线。母线又称汇流排，起着聚拢电能的作用。在拥护的变配电所中，有母线的主接线按母线的设置不同，又有单母线接线，单母线分段接线，双母线接线。

2、主接线方案的选择

该机械厂本厂可由邻近35/10kV地区变电站取得工作电源，因此直截了当经车间变电所，降为一样低压用电设备所需的电压如380V、220V。

该工厂属于二级负荷，直截了当引入10kV的高压电，选择二路电源进线的接线。采纳冷备用的工作方式。

（1）单母线接线

又称典型单母线接线，图4-1所示。所有电源和引出线回路都连接在同一母线上，优点是简单，清晰，设备少，运行操作方便且有利于扩建。

（2）各车间变点站相互独立

如图4-2所示。由于该工厂为二级负荷，对供电的可靠性要求不是专门高，采纳如图所示的接线方式具有接线简单，操作方便，设备少，投资小等优点。

图4－1 单母线接线 图4-2各变电站低压侧相互独立

通过综合考虑,本方案一次侧选择单母线分段接线,二次侧各变电站相互独立接线方式。

5.短路电流的运算

5.1产生短路电流的缘故、危害及运算方法

短路电流产生的缘故：（1）设备绝缘损坏。老化、污闪、雾闪、盐碱击穿。（2）外力破坏。雷击、鸟害、动物接触、人员或植物距离太近。（3）设备机械损害。疲劳严峻、断线、倒塔、倒杆、电动力太大拉断导线。（4）运行人员误操作、带地线合隔离开关、带负荷拉隔离开关。（5）其他缘故。

短路电流产生的要紧危害：（1）短路电流的弧光高温直截了当烧坏电气设备。（2）短路电流造成的大电动力破坏其它设备，造成连续的短路发生。（3）电压太低阻碍用户的正常供电。

短路电流运算的方法：常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）。绘制短路电路图5-1如图

图5-1 短路运算电路

5.2短路电流点的运算

本设计采纳标幺制法进行短路运算 1.在最大运行方式下:

以STS2变电所为例Sk.max=500MVA (1)确定基准值

取Sd=100 MVA Vc1=10.5kV Vc2=0.4kV 而Id1Sd/3Uc1100MVA/(3*10.5kV)5.5kA

Id2Sd/3Uc2100MVA/(3*0.4kV)144.34kA

（2）运算短路电路中各要紧元件的电抗标幺值

*Sd/Sk=100 MVA /500MVA=0.2 ①电力系统：x1*②架空线路：x2= x0L Sd/ Uc2=0.332

③电力变压器（由附录表Uk%6）

*X3Uk%Sd/100SNT=4×100×1000kVA/100×500kVA=8

绘制等效电路如图5-2，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路运算点。

图5-2 等效电路

(3)求k-1点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流 1）总电抗标幺值

**=0.2+0.332=0.532 X*(k1)x1x22）三相短路电流周期重量有效值

3*Ik1Id1/x(k1)=5.5kA/0.532=10.34kA

3)其他三相短路电流

(3)(3)Ik'''(3)1=Ik1=Ik1=10.34kA (3)ish=2.55*5.73kA=26.36kA (3)Ish=1.51*5.73kA=15.61kA

4)三相短路容量

*Sk(3)1=Sd/x(k1)=100 MVA /0.532=187.97MVA （4）求k-2点的短路总电抗标幺值及短路电流 1）总电抗标幺值

**x*(k2)=x1*+x2+x3=0.2+0.332+8=8.532 2）三相短路电流周期重量有效值

*Ik(3)2=Id2/x(k2)=144.34kA/8.532=16.92kA 3)其他三相短路电流

(3)(3)Ik''(3)2Ik2=Ik2=16.92kA (3)ish=2.26×16.92kA=38.24kA (3)Ish=1.31×16.92kA=19.12kA

4)三相短路容量

*Sk(3)2=Sd/x(k2)=100/8.532=11.72MVA 短路运算结果表见表5-1

其它车间K-1点即变压器高压侧短路时的短路电流和短路容量是相同的,只需运算K-2点变压器低压侧短路时的短路电流和短路容量;依照相同的方法可运算其它车间K-2点短路电流和短路容量。

表5-1 STS2短路运算

总电抗短路运算点 三相短路电流/kA 标幺值 x* 0.532 8.532 (3)IK (3)IU (3)I (3)ish (3)Ish 三相短路容量 MVA 187.97 11.72 k-1 k-2 10.34 16.92 10.34 16.92 10.34 16.92 26.36 38.24 15.61 19.12 2.最小方式运行情形下:

以STS2为例运算Sk.min=200MV·A (1)确定基准值

取Sd=100MVA Uc1 =10.5kV Uc2=0.4kV

而Id1Sd/3Uc1=100MVA/（3*10.5kV）=5.50kA

Id2Sd/3Uc2=100MVA/( 3*0.4kV)=144.34kA (2)运算短路电路中各要紧元件的电抗标幺值

1）电力系统 x1*=Sd/Sk=100MVA/200MVA =0.5

*2）架空线路x2=x0LSd/Uc2=0.35/km×1km×100MVA/(10.5kV)2=0.332

*3)电力变压器x3= Uk%Sd/100SNT=4×100×103kVA/100×200kVA =8

(3)求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）总电抗标幺值x*(k1)= x1*+ x2=0.5+0.332=0.832

*2）三相短路电流周期重量有效值Ik(3)1Id1/ x(k1)=5.5kA/0.832=6.61kA (3)(3)3)其他三相短路电流I(''(3)IIk1)k1k1=6.61kA

(3)ish=2.55×6.61kA=16.86kA (3)Ish=1.51×6.61kA=9.98kA

4)三相短路容量

*Sk(3)1Sd/x(k1)=100MVA /0.832=120.19MVA (4)求k-2点的短路电路总电抗标幺值三相短路电流的短路容量

***x2x31）总电抗标幺值x*(k2)= x1=0.5+8=8.832

2）三相短路电流周期重量有效值

*Ik(3)2= Id2/x(k2)=144.34KA/8.832=16.34kA 3)其他三相短路电流

(3)(3)II(''(3)k2Ik2=16.34kA k2)(3)ish =2.26×16.34kA=36.93kA (3)Ish=1.31×16.34kA=21.41kA

4)三相短路容量

*Sk(3)2x(k2)=100MVA/8.832=11.32MVA 其短路运算表如下：

表5-2 STS2短路运算

总电抗短路运算点 xk-1 三相短路电流/kA 标幺值 三相短路容量 (3)IK (3)IU (3)I (3)ish (3)Ish * MVA 120.19 0.83 6.61 6.61 6.61 16.86 9.98 k-2 8.832 16.344 16.34 16.34 16.34 21.41 11.32 同上：以STS1变电所为例Sk.max=500MVA变压器容量为630KVA

STS1的短路运算如下表：

表5-3 STS2短路运算

总电抗短路运算点 三相短路电流/kA 标幺值 x* 0.532 10.612 (3)IK (3)IU (3)I (3)ish (3)Ish 三相短路容量 MVA 187.97 9.92 k-1 k-2 10.34 13.6 10.34 13.6 10.34 13.6 26.36 30.74 15.61 17.82 以STS1为例运算Sk.min=200MV·A

表5-4 STS2短路运算

总电抗短路运算点 xk-1 k-2 三相短路电流/kA 标幺值 三相短路容量 (3)IK (3)IU (3)I (3)ish (3)Ish * MVA 120.19 9.92 0.83 10.912 6.61 13.22 6.61 13.22 6.61 13.22 16.86 29.9 9.98 17.32

6.高、低压电气一次设备的选择

6.1电气设备的选择对工厂企业的意义

电器是指能够依照外界施加的信号和要求，自动或手动地接通和断开电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电路或非电量对象的变换、检测、操纵、爱护、调剂和传递信息用的电气器具。工厂供电系统的安全运行对工业企业来说至关重要，专门是关于大型企业，企业供电的可靠性、连续性和安全性要求专门高。

6.2 电气设备的选择及其效验理论

供电系统的电气设备要紧有断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、电抗器、互感器、母线装置及成套配电设备等。电气设备选择的一样要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。

关于高压设备器件的校验项目见表6-1：

表6-1 高压设备器件的校验项目

电器设备名电压/kV 称 真空断路器 旋转式隔离√ 开关 高压熔断器 电流互感器 电压互感器 √ √ √ 设备的额定选择校验的条件 电压应不小于装置地点的额定电压 √ √ － 设备的额定开断（或功电流应不小率）应不小于于通过设备它可能开断的运算电流 的最大电流和流校验 校验 冲击电电流热假象时刻按三相短路稳态短路发√ － － 设备的最大按三相短路－ √ － － √ － √ － √ √ √ √ √ 电流/A 断流能力/kA 短流能力 √ 热稳固度 √ 短路电流校验 （或功率） 电气设备按在正常条件下工作进行选择，确实是要考虑电气装置的环境条件和电气要求。环境条件是指电气装置所处的位置（室内或室外）、环境温度、海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。电气要求是指电气装置对设备的电压、电流、频率（一样为50Hz）等的要求；对一些断流电器如开关、熔断器等，应考虑其断流能力。

6.3要紧设备的选择校验

在本设计中所用到的10kV的高压成套设备为XGN56-12交流金属封闭式开关设备(考虑到设备的选择性，出线柜的断路器设备容量可小一些，经校验也符合要求，因此三台出线柜与进线柜选择相同的型号)。该设备是三相交流50Hz单母线及单母线带旁路系统的户内成套设备，具有安全连锁、防误性能、运行安全可靠、真空灭弧室免爱护等特点。在该设计的车间变电所用到该系列的开关柜有如下器件：

电流互感器LZZB6-12，真空断路器ZN98B(VK),熔断器RN2-12，电压互感器JDZ-12，隔离开关GN19-12C HY5W避雷针 带电显示器 （1）电流互感器LZZB6-12的选择和校验

电流互感器应按装设 地点条件及额定电压，一次电流，二次电流（一样为5A），准确级等进行选择，并应校验其短路动稳态和和热稳态。校验结果见表6-2

表6-2 LZZBJ-12校验

安装地点的电气条件 项目 1 2 3 UN IC IK(3) LZZB6-12 结论 项目 UN IN IK 数据 12kV 100A 合格 合格 合格 数据 10kV 64.70A 10.34kA 4 5 i(3)sh 26.36kA (10.34kA)×2ish It 244kA 446.25kA.S 2合格 合格 ItIMA 21.5S=160.37kA.S 2

（2）RN2-12高压熔断器的选择校验，见下表6-3

表6-3 RN2-12高压熔断器的选择校验表

序 号 项目 1 2 3 安装地点的电气条件 数 据 10kV 0.5 10.34KA 项目 RN2-12高压熔断器 数 据 12kV 0.5A 31.5kA 结论 合格 合格 合格 UN UN Ic (3)IK Ic IK

（3）高压侧其他设备的选择校验表

断流能选择校验项目 参数 安装地点(10.34kA )的电气条×1.6S 件 16.54 kA.S 参数 设备型号规格 真空断路(20kA) 器 12kV ZN98B(vk1600kA.S )-12 2222 电压 UN 电流 力 IC IK (3)动稳固度 i(3)热稳固度 ItIMA 2结论 合 格 合sh 数据 10kV 64.70A 10.34KA 26.36kA = UN IN IK ish It 格 2合630A 20kA 50kA ×4S= 格 电压互感12kV 器JDZ-12 隔离开关 (31.5kA)×GN30-12 GN19-12 10kV 630A 80kA 22合- - - - 格 合4S=3969 kA.S 格 表6-4 高压侧设备校验表

（4）低压侧电气设备的选择校验

低压侧进线柜要紧是CW1-2000/1600/3断路器 EH-0.66[]/5x3[4]电流互感器其校验与变压器高压侧一致其校验结果如下表： 表6-5 低压侧部分电器设备校验表

断流能选择校验项目 参数 安装地点(16．92kA )的电气条数据 件 =302．4kA.S 参数 设备型号规格 电流互感器EH-0.66 断路器 CW1-2000/1600 0.4kV 630A 50kA 150kA (50kA)×4S=10000 kA.S 2222 电压 UN 电流 力 IC IK (3)动稳固度 i(3)热稳固度 ItIMA 2结论 sh 合 格 合格 0.38kV 21.61A 16．92kA 101.94kA ×1.6S UN IN IK ish It 20.38kV 50A - 160KA- 3500 kA.S 2合格 合格 6.4电线电缆选择与校验 1、电线电缆选择的条件

（1）发热条件（2） 电压缺失条件（3）经济电流密度条件（4） 机械强度

条件 (5)短路热稳固条件用户的

对电力电缆不必校验机械强度。其具体校验条件如下：

a 按发热条件选择导线和电缆截面按发热条件选择三相系统中的相线截面时，应使其承诺载流量Ial大于通过相线的运算电流Ic，即 Ial ＞Ic 所谓导线和电缆的承诺载流量，确实是在规定的环境温度条件下，导线能够连续承担而不致使其稳固温度超过承诺值的最大电流。

阻碍导线和电缆的承诺载流量的要紧因素：导线和电缆的导体材料与绝缘材料、导线和电缆的环境温度、导线和电缆的敷设方式、导线和电缆的并列根数。按发热条件选择导体截面后，再校验电压缺失、机械强度、短路热稳固等条件。

b按电压缺失条件选择导线和电缆截面 。当先按电压缺失条件选择导线(或电缆，下同)截面时，由于截面未知，故有两个未知数，即导线的电阻和电抗。可先假定一个单位长度的电抗值x0 ,然后再进行选择运算。

n1nrpLxqL0iiUal%20ii (6-1) 10UNi1i1

n12r0n10UUal%xqLN0ii (6-2) i1pLi1iAir0 (6-3)

式中 是导线材料电阻率的运算值，铜取18.8 ，单位Ω·m×10－9。 c经济电流密度

35kV以上高压线路考虑经济截面，用户的10kV及以下线路通常不按此条件选择。 d校验机械强度

导线截面应不小于其最小承诺截面 e短路热稳固

对绝缘导线电缆和母线应校验其短路热稳固性校验公式如下：

I103Atima (6-4) C2、对该工厂我们只选择架空线、母线及高压侧进出线的导线 1）10kV架空进线选择

初定线路为LJ型铝绞线,取x0=0.35Ω/km,则据

ΔUAC%=(r0p1L1+x0q1L1)/(10UN2) （6-5）

=(r0×979.08kW+0.35Ω/km×426.52kvar)/(10×(10kV)2)=0.98r0+0.15≤5 则r0≤4.95Ω/km A>=ρ/r0=6.40mm2

选取LJ-16型导线,并查得其r0=2.054Ω/km,x0=0.390Ω/km,算得ΔUAC%≤5。

可见LJ-16导线满足电压缺失要求。再对该导线做发热条件校验，因为导线最大负荷电流为61.6A,而查附录表29，得LJ-16导线在35℃下载流量为92A,满足发热条件要求,接着做机械强度校验依照相关规定,10kV架空线路铝绞线的最小截面为35 mm2，因此所选LJ-35型是满足机械强度要求的。 2）母线的选择：

关于10kV母线初选TMY-3X(40X4)承诺载流量为625A>64.70A符合条件，而据(7-4)得Amin=74.05㎜

2

A=160 ㎜2>Amin 符合热稳固的条件 其他条件不做考

虑。对线路中低压母线也初步选定该母线。 3）进出线电缆的选择：

考虑高压侧进线的电缆选定YJV8.7/10kV-3型电缆承诺载流量为235A>64.70A（而出线相对电流要小一些也可选择考虑到经济效益从略，也选择此电缆）据(6-4)也可求得A=95㎜2>Amin=88.6㎜2均符合条件。

7.防雷接地

7.1防雷接地的理论基础

1、雷击电磁脉冲（代号LEMP）是一种电磁干扰源，它是在建筑物防雷装置和邻近遭受直击雷击的情形下，由雷电的强大闪电流引起的静电场、电磁场和电磁辐射等所产生的效应。为了保证信息系统的防雷安全，必须对雷击电磁脉冲采取必要的防护措施，以便在建筑物内实现良好的电磁兼容性（代号EMC）。关于建筑物内的信息系统来说，屏蔽、接地和等电位连接能够操纵不同防雷区雷击电磁环境，达到人为操纵雷击电磁脉冲干扰程度的作用。 2、过电压的概念

雷电过电压。由大气中的雷云对地面放电而引起的。雷电过电压的连续时刻约为几十微秒，具有脉冲的特性，故常称为雷电冲击波。雷闪击中带电的导体 ，如架空输电线路导线，称为直截了当雷击。雷闪击中正常情形下处于接地状态的导体，如输电线路铁塔，使其电位升高以后又对带电的导体放电称为反击。直击雷过电压幅值可达上百万伏，会破坏电工设施绝缘，引起短路接地故障。感应雷过电压是雷闪击中电工设备邻近地面，在放电过程中由于空间电磁场的急剧变化而使未直截了当遭受雷击的电工设备（包括二次设备、通信设备）上感应出的过电压。因此，架空输电线路需架设避雷线和接地装置等进行防护。通常用线路耐雷水平和雷击跳闸率表示输电线路的防雷能力。 3、接地与接地装置 1)接地电流与对地电压

接地是指电气设备为达到安全和功能需要为目的，将其某一部分与大地之间作良好的电气连接。埋入地中并与土壤作良好接触的金属导体称为接地体或称接地极。

电气设备在发生接地故障时，电流将通过接地体以半球形向大地中散开。 在距离接地体越远的地点，半球的球面积越大，其散流电阻越小，相关于接地点处的电位就越低。 2)接地类型

1. 功能性接地为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的接地，又称工作接地。

2. 爱护性接地为了保证电网故障时人身和设备的安全而进行的接地。 3. 功能性与爱护性合一的接地(如屏蔽接地) 7.2防雷接地的爱护措施

防雷设备由接闪器、引下线、接地装置等组成。接闪器是专门用来同意直截了当雷击的金属物体。接闪器包括金属杆状的避雷针，金属线状的避雷线，金属带状或网状的避雷带、避雷网等。

防雷引下线应优先利用自然引下线，还宜利用建筑物的钢柱、消防梯、金属烟囱等作为自然引下线，但其各部分之间均应连成电气通路。引下线的数量及间距应按规范要求设置。

采纳多根引下线时，宜在各引下线距地面0.3m至1.8m之间设置断接卡。当利用混凝土柱或剪力墙中的主钢筋作为自然引下线并同时采纳基础接地体时，可不设断接卡，但应在适当地点设置若干连接板，以便于接地电阻的测量，以及补打人工接地体和作等电位体联结用。

避雷器的选择，必须使其伏秒特性与变压器伏秒特性合理配合，同时避雷器的残压必须小于变压器绝缘耐压所能承诺的程度。

避雷器应尽可能靠近变压器安装。避雷器接地线应与变压器低压侧接地中性线及金属外壳连在一起接地。

接地装置应优先利用建筑物钢筋混凝土基础内的钢筋。当采纳共用接地装置时，其接地电阻应按各系统中最小值要求设置。若接地电阻达不到要求，应加接人工接地体

该工厂得自然条件为年最高气温39℃，年平均气温23℃，年最低气温-5℃, 年最热月平均最高气温33℃，年最热月平均气温26℃，年最热月地下0.8m处平均温度25℃．主导风向为南风，年雷暴日数52。平均海拔22m，地层以砂粘土为主。因此必须设定相应得接地与防雷。本设计中有的开关柜也带有相应得防雷与接地设备以防止线路设备损坏，保持电网和操作人员的安全，使得用户能够安全得用电。

8.总结

在这次的课程设计实践，历时两个星期，是我们同意专业培养的一个教学环节，也是对我们学生的知识、能力和素养的一次培养训练和检验。不仅使我们熟悉了用户供配电系统初步设计必须遵循的原则、差不多内容、设计程序、设计规范，更锤炼了我们关于工程设计、技术经济分析比较、工程运算、工具书使用等的能力，并使我们了解到了供电配电系统前沿技术及先进设备。

通过这两个星期关于某塑料五金制品厂供配电系统的电气部分设计，我发觉了自己的专门多不足，自己知识的专门多漏洞，更看到了自己的实践体会依旧比较缺乏，理论联系实际的能力还有待提高。这次课程设计使我明白得了理论与实际相结合是专门重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立摸索的能力。这次的课程设计，也切切实实的提高了我分析问题、解决问题的能力。

这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。刚开始的时候，大伙儿就分配好了各自的任务，有的负责运算，有的负责设计主接线图，有的就要紧负责画图，而有的积极查询相关资料，同时经常聚在一起讨论各个方案的可行性。在课程设计中只有一个人明白原理是远远不够的，必须让每个人都明白，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们成功的一项专门重要的保证。而这次设计也正好锤炼我们这一点，这也是专门宝贵的。

对我而言，知识上的收成重要，精神上的丰收更加让我快乐，让我明白了学无止境的道理。我们每一个人永久不能满足于现有的成就，人一辈子就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。

参考文献

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【8】 焦留成主编.供电设计手册.北京：中国打算出版社，1999 【9】 部分参照.中国工控网. gongkong

配电工程课程设计成绩评定表

姓 名 专业班级 张贤哲 电气工程及其自动化专升本(2)班 学号 202120210235 课程设计题目： 某塑料五金制品厂供配电系统电气部分设计 课程设计答辩记录： 无功补偿的原理: 电流在电感元件中作功时,电流超前于电压90℃.而电流在电容元件中作功时,电流滞后电压90℃.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180℃.假如在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力。 短路电流运算的目的和意义是什么? ⑴选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳固性和动稳固性。 ⑵选择和整定继电爱护装置，使之能正确的切除短路故障。 ⑶确定合理的主接线方案、运行方式及限流措施。 ⑷爱护电力系统的电气设备在最严峻的短路状态下不损坏，尽量减少因短路故障产生的危害。 短路电流运算的意义能够用于熔断器的选型，防止设备烧坏。 为系统设计，新建站设备选型，运行方式制定，继电爱护整定等环节提供依据。 成绩评定及依据： 1. 课程设计考勤情形（20%）： 2. 课程设计答辩情形（30%）： 3. 完成设计任务报告规范性（50%）： 最终评定成绩： 指导教师签字：