1、 前 言众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。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，又便于控制、调节和测量，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。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外） 。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可以大大增加产量，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
2、一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。工厂供电工作要很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，就必须达到以下基本要求：（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）
3、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。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。 课程设计是检验我们本学期学习的情况的一项综合测试，它要求我们把所学的知识全部适用，融会贯通的一项训练，是对我们能力的一项综合评定，它要求我们充分发掘自身的潜力，开拓思路设计出合理适用的自动控制系统。任务要求；（1） 总计算负荷和无功补偿量。（2） 绘制变电所位置及平面布置图。（3） 绘制一次系统主接线图。（4） 要求对高低压一次系统的设备的型号和容量进行选择。（5） 要求对高低压一次系
4、统线路的型号和截面进行选择。（6） 变电所的防雷保护和接地装置的设计。1.总计算负荷和无功补偿量。解： 全厂负荷计算表及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。在工厂里，除了广泛应用的三相设备外，还有部分单相设备，单相设备接在三相线路中，应尽可能均衡分配。使三相负荷尽可能均衡。如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的 15%，则不论单相设备如何分配，单相可与三相设备综合按三相负荷平衡计算。如果单相设备容量超过三相设备的 15%时，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。综上所述，由于本厂各车间单相设备容量均不超过三
5、相设备容量的 15%，所以可以按三相负荷平衡计算。即： 单 相单 相三 相三 相单 相30三 相30 ededPKPKPP单组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为 KW） = ， 为系数30dedb)无功计算负荷（单位为 kvar） = tanQPc)视在计算负荷（单位为 kvA） =30Scosd)计算电流（单位为 A） = , 为用电设备的额定电压（单30INU位为 KV）多组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为 KW） =30PipK30式中 是所有设备组有功计算负荷之和， 是有功负荷同时系数，iP30 可取 0.80.95b)无功计算负荷（单位为 kvar）
6、=30QiqK30式中 是所有设备无功计算负荷之和； 是无功负荷同时系数，可i qK取 0.850.97c)视在计算负荷（单位为 kvA） =30S230QPd)计算电流（单位为 A） =30INU经过计算，得到个厂房和生活区的负荷计算如下表：无功功率补偿 由上表可知，该厂 380V 侧最大负荷时的功率因数是 0.75，而供电部门要求该厂 10kv 进线侧最大负荷时因数不应低于 0.90.考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此 380V 侧最大负荷时因数应稍大于 0.90，暂取 0.92 来计算 380V 侧所需无功功率补偿容量：Qc=P30(tan1-tan2)=811.4tan(ar
7、ccos0.75)-tan(arccos0.92)kvar=218.47kvar2.绘制变电所位置及平面布置图。变电所位置确定我们的工厂是 10kv 以下，变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。在工厂的平面图下侧和左侧，分别作一条直角坐标的 x 轴和 y 轴，然后测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置，p1、p2、p3p10 分别代表厂房 1、2、310 号的功率，设定p1、p2p10 并设定 p11 为生活区的中心负荷，如图 3-1 所示。而工厂的负荷中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：i321 P)x(PxxP i321 yyy 把各车间的坐标 p1(2.5
8、,5.51)；p2(3.6,3.54)；p3(5.56,1.3)；p4(4,6.7)；p5(6.2,6.7)p6(6.2,5)；p7(6.2,3.4)；p8(8.55,6.7)；p9(8.55,5)；p10(8.55,3.4)；p11(1.2,1.1)带入上式，得到 x=8.14，y=7.35.由计算结果可知，工厂的负荷中心在 10 号厂房的西南方向。考虑到周围环境及进出线方便，决定在 10 号厂房的西侧紧挨着厂房建造工厂变电所，其形式为附设式。3.绘制一次系统主接线图。根据上面考虑的两种主变压器方案可设计出下列两种主接线方案：装设一台主变压器的主接线方案 如图所示：厂房编号 厂房名称 负荷类
9、别 设备容量kW 需要系数 功率因数1 铸造车间 动力 300 O.3 O.70照明 6 O.8 1.O动力 350 O.3 O.652 锻压车间 照明 8 O.7 1.O动力 400 0.2 O.657 金工车间 照明 10 O.8 1.O动力 360 O.3 O.606 工具车间 照明 7 O.9 1.O动力 250 0.5 0.804 电镀车间 照明 5 O.8 1.O动力 150 O.6 O.803 热处理车间 照明 5 0.8 1.O动力 180 O.3 O.79 装配车间 照明 6 0.8 1.O动力 160 O.2 O.6510 机修车间 照明 4 O.8 1.O动力 50 O.
10、7 O.808 锅炉房 照明 1 O.8 1.O动力 20 O.4 O.805 仓库 照明 1 O.8 1O装设两台主变压器的主接线方案要求对高低压一次系统的设备的型号和容量进行选择 1.1 负荷计算的目的、意义及原则（1）供电系统要能安全可靠地正常运行，其中各个元件（包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等）都必须选择得当，除了满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因次，有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。（2）计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷确定的是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定的过大，将使电器和导线电
11、缆选的过大，造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定的过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至燃烧引起火灾，同样会造成更大损失。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。（3）平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。（4）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。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
12、选择电器或导体的依据。4.电气设备选择的一般原则电气设备选择的一般原则主要有以下几条：（1）按工作环境及正常工作条件选择电气设备。根据设备所在位置(户内或户外)、使用环境和工作条件，选择电气设备型号。（2）按工作电压选择电气设备的额定电压。 （3）按最大负荷电流选择电气设备的额定电流。电气设备的额定电流 IN 应不小于实际通过它的最大负荷电流 Imax(或计算电流 Ij)，即INImax或 INIj(71)（4）按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定。为保证电气设备在短路故障时不至损坏，按最大可能的短路电流校验电气设备的动稳定和热稳定。动稳定：电气设备在冲击短路屯流所产生的电动力作用下，电气设
13、备不至损坏。热稳定：电气设备载流导体在最大隐态短路屯流作用下，其发热温度不超过载流导体短时的允许发热温度。5.要求对高低压一次系统线路的型号和截面进行选择。查表得到 10kv 母线选 LMY-3（40*4mm），即母线尺寸为 40mm*4mm,380V 母线选 LMY-3（120*10）+80*6，即母线尺寸为 120mm*10mm，而中性母线尺寸为 80mm*6mm。 6.变电所的防雷保护和接地装置的设计。变电所的防雷设计直击雷保护在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在配电所外面的适当位置装设独立避雷针（
14、器），装设高度应使其防雷保护范围保卫整个变电所。如果变电所在其他建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻 RE10 欧，通常采用 3-6 根长 2.5 米的钢管，再装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5m，打入地下，管顶距地面 0.6m，接地管间用 40mm*4mm 的镀锌扁钢焊接相连。引下线用 25mm*4m 的镀锌扁钢，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针相连接。避雷针采用直径 20mm 的镀锌扁钢，长 1 至 1.5.独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有 3m 以上的距离。雷电侵入波的
15、防护a）在 10kv 电源进线的终端杆上装设 FS4-10 型阀式避雷器。引下线采用25mm*4mm 的镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。b）在 10kv 高压配电室内装设有 GG-1A-54 型开关柜，其中配有 FS4-10 型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器保护，防雷电波的危害。c）在 380V 低压架空线的出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护低压架空线侵入的电雷波。变电所公共接地装置的设计接地电阻的要求按工厂供电设计指导此边点的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：本变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件： AIVREEE 27350)8(14.24所以公共接地装置接地电阻为： 4ER接地装置的设计采用 2.5m，直径 50mm 的钢管 16 根，沿变电所三面均匀布置，管距 5m，垂直打入地下，管顶距地面 0.6 米，管间用 40mm*4m 的镀锌扁钢焊接而成。变电所的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而成，接地干线均采用 25mm*4mm 的镀锌扁钢。变电所接地装置平面布置图如图所示，接地电阻的验算：85.36.012/)( mnRE
