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小型工厂供配电系统的电气部分进行设计

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小型工厂供配电系统的电气部分进行设计

河南城建学院本科毕业设计(论文)摘要I摘要本论文主要是对小型工厂供配电系统的电气部分进行设计。工厂由户外引入10kV的高压电源,经过工厂变电所降为220/380V的低压电,直接供给工厂车间的动力系统和照明系统。在选择电气设备之前,先对工厂负荷进行计算,确定工厂总的负荷容量,同时在低压母线侧进行无功功率的补偿,以提高功率因数。根据补偿后的负荷容量,选择工厂变电所变压器的容量和台数,然后确定工厂采用的供电系统,选择合适的车间配电方案。高压一次设备、低压一次设备和导线截面积选择时,都必须满足电路正常条件下和短路故障条件下工作的要求。电气设备不仅要满足在短路故障条件下的工作要求,还必须按最大可能的短路故障时的动稳态度和热稳态度进行校验。最后,进行继电保护和防雷接地,来提高系统的安全性和可靠性。关键词负荷计算,主接线,继电保护,设备选择河南城建学院本科毕业设计(论文)电力负荷及其计算2目录1绪论2电力负荷及其计算2.1负荷分级及供电电源措施2.1.1工厂电力负荷的分级工厂的电力负荷,按GB50052----1995供配电系统设计规范规定,根据对供电可靠性及中断供电在政治、经济上造成的损失或影响的程度进行分级,负荷可以分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。①一级负荷符合下列条件之一的,为一级负荷1)中断供电,将造成人身伤亡的负荷;2)中断供电,将在政治、经济上造成重大损失的负荷;3)中断供电,将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作的负荷。②二级负荷符合下列条件之一的,为二级负荷1)中断供电,将在政治上、经济上造成较大损失的负荷;2)中断供电,将影响重要用电单位的正常工作的负荷。③三级负荷不属于一、二级负荷者为三级负荷。2.1.2各级负荷的供电措施①一级负荷的供电措施两个电源间无联系;(1)发生任何一种故障时,两个电源的任何部分应不致同时受到损坏;(2)发生任何一种故障且保护装置正常时,有一个电源不中断供电,并且在发生任何一种故障且主保护装置失灵以至两电源均中断供电后,应能在有人值班的处所完成各种必要操作,迅速恢复一个电源供电。②二级负荷的供电措施二级负荷应有两个电源供电,即应有两回路供电。当发生电力变压器故障或线路常见故障时不至于中断供电(或中断后能立即回复)。③三级负荷的供电措施三级负荷对供电无特殊要求,可采用单回路市电供电。但应使配电系统简洁可靠,尽量减少配电级数,低压配电级数一般不超过四级,并且应在技术经济合理的情况下,尽量减少电压偏差和电压波动。河南城建学院本科毕业设计(论文)电力负荷及其计算32.2工厂计算负荷的确定2.2.1负荷计算的目的和意义计算负荷是一个假想的持续负荷,其热效应与同时间内实际变动负荷所产生的热效应相等。在供配电系统中,以30min的最大计算负荷作为选择电气设备的依据,并认为只要电气设备能承受该负荷的长期作用,即可在正常情况下长期运行。一般将这个最大计算负荷简称计算负荷Pc。负荷计算的目的是计算负荷是确定供电线路导线截面、变压器容量、开关电器以及互感器等的额定参数的重要依据。若要使供配电系统在正常条件下可靠地运行,必须正确选择电力变压器、开关设备及导线、电缆等,这就需要对电力负荷进行计算。计算负荷是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据,也是整定继电保护的重要数据。计算负荷确定的是否正确合理,直接影响到电器和导线的选择是否合理。如计算负荷确定过大,将使电器和导线截面选择过大,造成投资和有色金属的浪费;如计算负荷确定过小,又将使电器和导线运行时增加电能损耗,并产生过热,引起绝缘过早老化,甚至烧毁,以至发生事故。为此,正确进行负荷计算是供电设计的前提,也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。车间配电箱的负荷分配方案表序号配电箱代号设备代号1NO.112342NO.256783NO.391718244NO.42021235NO.51011121314156NO.6161922河南城建学院本科毕业设计(论文)电力负荷及其计算42.2.3需要系数法确定计算负荷①基本公式需要系数法确定用电设备组的有功计算负荷的基本公式为30dePKP式(2.1)无功计算负荷为3030tanQP式(2.2)视在计算负荷为3030/cosSP式(2.3)计算电流为3030/3NISU式(2.4)dK–----------需要系数30P-------有功计算负荷,单位为kW30Q-----无功计算负荷,单位为kvar30S------视在计算负荷,单位为kVAcos---用电设备组的平均功率因数tan---用电设备组平均功率因数的正切值②多组用电设备计算负荷的确定在确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时,应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。因此在确定多组用电设备的计算负荷时,应结合具体情况对其用功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数pK和qK。对车间干线,取p0.850.95K河南城建学院本科毕业设计(论文)电力负荷及其计算50.900.97qK对低压母线,分两种情况1)由用电设备组计算负荷直接相加来计算时,取p0.800.90K0.850.95qK2)由车间干线计算负荷直接相加来计算时,取p0.900.95K0.930.97qK总的有功计算负荷为3030.piPKP式(2.5)总的无功计算负荷为3030.qiQKQ式(2.6)以上两式中的30.iP和30.iQ分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和。总的视在计算负荷为22303030SPQ式(2.7)总的计算电流为3030/3NISU式(2.8)由于各组设备的功率因数不一定相同,因此总的视在计算负荷和计算电流一般不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和来计算。2.2.4二项式法确定计算负荷二项式法的基本公式是30exPbPcP式(2.9)式中,ebP表示用电设备组的平均功率,其中eP是用电设备组的总容量,其计算方法如前需要系数法所述;xcP表示用电设备组中x台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷,其中xP是x台最大容量的设备总容量,b.c为二项式系数。由于二项式法不仅考虑了用电设备组最大负荷时的平均负荷,而且考虑了少河南城建学院本科毕业设计(论文)电力负荷及其计算6数容量最大设备投入运行时对总计算负荷的额外影响,所以二项式法比较适合确定设备台数较少而容量差别较大的低压干线和分支线的计算负荷。2.2.5工厂负荷的计算采用二项式系数法确定多组用电设备组的计算负荷时,同样要考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。具体计算方法是,在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷,再加上各组平均负荷,即max30xiecPbPPmaxmax30tantanxiecPbPQ式中,iebP为各组有功平均负荷之和;iebPtan为各组无功平均负荷之和;maxxcP为各组中最大的一个有功附加负荷;maxtan为maxxcP的那一组设备的正切值。总的视在计算负荷为22303030SPQ总的计算电流为3/3030NUSI2.3.1各台设备的计算负荷以皮带车床为例单台容量为Pe9kW,额定功率因素0.700.90COS,额定效率0.750.9230920.1330.380.80.85eNPIAUCOS其他设备的计算方法同上,各台设备的计算负荷如表2-1所示表2-1设备代号设备名称、型号台数单台容量(kW)总容量(kW)30IA1皮带车床619920.12普通车床C61614.6254.62510.33牛头刨床B6651336.7河南城建学院本科毕业设计(论文)电力负荷及其计算74立式钻床Z35L30014.1254.1259.25砂轮机S35L30011.51.53.46工具磨床M602511.451.453.27牛头刨床B6651336.58牛头刨床B6651336.59插床B503214.54.510.210普通车床C62014.6254.62510.311普通车床C620-117.1257.12515.912普通车床C620-117.1257.12522.613普通车床C630110.12510.12510.314普通车床C62014.6254.62510.515普通车床C62014.6254.62590.116滚齿机Y-38141.93541.93520.117立式铣床X2519923.218万能铣床X6219910.319普通车床C61100141.93541.93593.720龙门刨床B2012167.5567.5515.921立式钻床2S3514.6254.625152.322镗床T6819.89.810.323摇臂钻床Z3516.9256.92521.924电动单梁吊车Q30吨(ε25)18.98.922.425三相插座510A510A10.326单相插座65A65A15.62.3.2配电箱的负荷计算用第一号配电箱A1为例配电箱A1上接有接有冷加工机床电动机4台,共20.75kW,其中较大容量的电动机有9kW1台,4.625kW1台,其它为较小容量的电动机。14.0b,0.4c,5x,5.0cos,73.1tan其设备总容量为20.75ePkWx台最大容量的设备容量为294.62513.625xPPkWkW河南城建学院本科毕业设计(论文)电力负荷及其计算8其计算负荷为300.1420.750.413.6258.4exPbPcPkW()308.41.7314.5varQk22223030308.414.516.8SPQkVA3016.825.530.38IA其余配电箱也按照上面的方法计算,各配电箱的计算负荷见表2-22.3.3整个车间的负荷计算1.各设备组的负荷计算1机床组73.1tan,5.0cos,5,4.0,14.0xcb,则10.14263.2236.85ebPkWkW10.4171.34568.5xcPkWkW2吊车0.06,0.2,1,cos0.5,tan1.73bcx,则20.068.90.53ebPkWkW2.车间干线的负荷计算比较以上三组的附加负荷xcP可知,机床组1xcP最大,因此,总的计算负荷为30max36.850.5368.5105.88eixPbPcPkW30maxmaxtantan36.851.730.061.7368.51.73182.4vareixQbPcPk223037.8559.9211.76SkVA3030211.76321.730.3830.38SIAA在符合计算中,新型低损耗电力变压器的功率损耗可按下列简化公式计算河南城建学院本科毕业设计(论文)电力负荷及其计算9有功损耗300.01TPS无功损耗300.05TQS30S为变压器二次侧的视在计算负荷机器厂变压器高压侧的有功计算负荷P301P3020.01S30293KW机器厂变压器高压侧的无功计算负荷Q301Q3020.05S30335.35Kvar机器厂变压器高压侧的视在计算负荷S301446KVACOSΦ0.6导线编号30P(kW)30Qkvar30SkVA30IA配电箱A18.414.516.825.5配电箱A23.656.326.3211.1配电箱A310.8818.821.733配电箱A440.970.781.7124配电箱A515.126.13045.8配电箱A646.680.7116.4176.8车间干线(母线)105.88182.4211.76321.7表2-22.3无功功率补偿2.3.1功率因数①功率因数低对供配电系统的影响功率因数低是无功功率大的表现,无功功率大会对系统造成如下影响1)增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能损耗2)统中输送的总电流增加3)使线路的电压损耗增大河南城建学院本科毕业设计(论文)电力负荷及其计算104)使电力系统内的电气设备容量不能充分利用②提高功率因数的意义1提高用电质量,改善设备运行条件,可保证设备在正常条件下工作,这就有利于安全生产。2可节约电能,降低生产成本,减少企业的电费开支。3能提高企业用电设备的利用率,充分发挥企业的设备潜力。4可减少线路的功率损失,提高电网输电效率。5发电机的发电容量的限定,故提高cos也就使发电机能多出有功功率。2.3.2无功补偿的选择要使供配电系统的功率因数提高①提高自然功率因数的方法1)合理选择电动机的规格、型号防止电动机空载运行保证电动机的检修质量合理选择变压器的容量交流接触器的节电运行②采用人工补偿提高功率因数的方法同步电动机补偿调相机仅发无功功率的同步发电机补偿动态无功补偿2采用并联电容器补偿是目前供配电系统中普遍采用的一种无功补偿方法,也叫移相电容器静止无功补偿。它具有功损耗小、运行维护方便、补偿容量增减方便、个别电容器的损坏不影响整体使用等特点,但不能实现无级调节。2.3.3无功补偿的计算要使功率因数由cos提高到cos,必须装设无功补偿装置,其容量为30303030tantanccQQQPqP式(2.11)tantancq,称为无功补偿率①工厂无功功率的补偿30tantancQPP300.9Kavr260Kavr取cQ为262Kavr河南城建学院本科毕业设计(论文)电力负荷及其计算11②补偿后变压器的容量和功率因数补偿后变压器器低压侧的视在计算负荷主变压器的功率损耗变压器高压侧的计算负荷有功计算负荷无功计算负荷视在计算负荷2222301301301396.83184.49437.62SPQkVA功率因数COSΦ0.93补偿后功率因数满足要求。河南城建学院本科毕业设计(论文)变压器的选择及其电气主接线123变压器的选择及其电气主接线3.1变压器的选择3.1.1电力变压器及其分类电力变压器是变电所中最关键的一次设备,其主要功能是将电力系统的电能电压升高或降低,以利于电能的合理输送、分配和使用。常用变压器的种类,在中低压供配电系统中,常用的电力变压器有如下几种分类方式①按相数分类有三相电力变压器和单相电力变压器。②按绕组导电材料分类有铜绕组变压器和铝绕组变压器。③按绝缘介质分类有油浸式变压器和干式变压器两大类。④按绕组联结组别分类有Yyn0和Dyn11两种。3.1.2电力变压器的连接组别电力变压器的联结组别,是指变压器一、二次绕组因采取不同的联结方式而形成变压器一、二次侧对应的线电压之间不同相位关系。中压配电变压器有Yyn0三相电力变压器用于三相四线制配电系统中,供电给动力和照明的混合负载,和Dyn11D标识高压侧绕组为三角形(detailed)接线,Y标识低压侧绕组为星型接线,N标识星型绕组的中性点直接接地1标识低压侧绕组的电压相位超前高压侧绕组的电压相位30。两种常见的联结组,配电变压器用Dyn11联结较之采用Yyn0联结有一下优点①有利于抑制高次谐波电流②有利于单相接地短路故障的切除③能充分利用变压器的设备能力GB50052-1995供配电系统设计规范规定,低压为TN及TT系统时,宜与选用Dyn11联结变压器。Dyn11联结变压器的低压侧中性线电流允许达到低压绕组额定电流的75以上,其承受单相不平衡负荷的能力远比Yyn0联结变压器大。因此,工厂厂的电力变压器选择Dyn11联结形式。河南城建学院本科毕业设计(论文)变压器的选择及其电气主接线133.1.3变压器台数和容量的选择①选择主变压器台数应考虑下列原则主变压器台数的确定原则是为了保证供电的可靠性。当符合下列条件之一时,宜装设两台及以上变压器。①、有大量一级负荷及虽为二级负荷但从保安需要设置时如消防等。②、季节性负荷变化较大时。③、集中负荷较大时。对大型枢纽变电所,根据工程的具体情况可以安装2~4台主变压器。2、一般三级负荷或容量不太大的动力与照明宜共负荷只用一台变压器。3、当属下列情况之一时,可设专用变压器①、当照明负荷较大或动力和照明采用共用变压器严重影响照明质量及灯泡寿命时,可设照明专用变压器。②、单台单相负荷较大时,宜设单相变压器。③、冲击性负荷较大,严重影响电能质量时,可设冲击负荷专用变压器。④、当季节性负荷如空调设备等约占工程总用电负荷的1/3及以上时,宜配置专用变压器。②变压器容量的选择1)只装一台主变压器的变电所装有一台变压器的变电所,主变压器的容量应满足全部用电设备总计负荷的需要,即.30NTSS式(3.1)2装有两台主变压器的变电所每台变压器的容量SN.T应该同时满足以下两个条件a.任一台变压器单独运行时,宜满足总的计算负荷S30的大约60--70的需要,即.300.60.7NTSS()式(3.2)b.任一台变压器单独运行时,应满足全部一、二级负荷的要求。即.30NTSS式(3.3)③车间变电所主变压器的单台容量上限车间变电所变压器容量的上限值一般不宜大于1250kVA。④适当考虑负荷的发展应适当考虑今后510年电力负荷的增长,留有一定的余地。本工厂的负荷属于三级负荷,并且补偿后230425.16SkVA()河南城建学院本科毕业设计(论文)变压器的选择及其电气主接线14可选500kVA的变压器,考虑到今后发展的要求,选择S11-M-30/10型变压器一台。3.1.4电力变压器的校验电力变压器的额定容量SN.T是在一定温度条件下的持续最大输出容量。如果安住地点的年平均气温0.av20C时,则年平均气温每升高1C,变压器容量相应地减少1,户外电力变压器的实际容量为0.av.-201100TNTSS式(3.4)对于户内变压器,由于散热条件差,一般变压器室的出风口与进风口间有约15C的温差,从而使处于室内中间的变压器环境温度比户外变压器环境温度要高出大约8C,因此户内变压器的实际容量较之上式所计算的容量还要小8。对于S11-M-30/10型变压器,考虑本地年平均气温为23.2C,即年平均气温不等于20C,对于室内变压器,其实际容量为0.av.-2023.2-200.920.92-630100100TNTSSkVA()599.44425.16kVAkVA因此,选择的变压器满足要求。3.2工厂变配电所的主接线图3.2.1电气主接线的概况电气主接线的形式,将影响配电装置的布置、供电可靠性、运行灵活性和二次接线、继电保护等问题。电气主接线对变电所以及电力系统的安全、可靠和经济的运行起着重要作用。因此,对变配电所主接线有下列基本要求。1安全应符合有关国家标准和技术规范的要求,能充分保证人身和设备的安全。2可靠应满足电力负荷特别是其中一、二级负荷对供电可靠性的要求。3灵活应能适应必要的各种运行方式,便于切换操作和检修,且适应负荷的发展灵活性包括以下几方面。1)操作的方便性电气主接线应该在服从可靠性的基本要求条件下,接线简单,操作方便,尽可能地使操作步骤少,以便于运行人员掌握,不致在操作过程中出差错。2)调度的方便性电气主接线在正常运行时,要根据调度要求,方便的改河南城建学院本科毕业设计(论文)变压器的选择及其电气主接线15TaTbQSTcQSFUTdQLFUTeFDFVTfQSFVTgQSFVFU变运行方式。并且发生事故时,要能尽快地切出故障,故停电时间最短,影响范围最小,不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。3)扩建的方便性对将来要扩建的发电厂和变电站,其主接线必须具有扩建的方便性。③经济性采用简单的接线方式,少用设备,节省设备上的投资。3.2.2车间和小型工厂变电所的主接线图①车间变电所的主接线图车间变电所的主接线分两种情况1)有工厂总降压变电所或高压配电所的车间变电所其高压侧的开关电器、保护装置和测量仪表等,一般都安装在高压配电线路的首段,即总配电所的高压配电室内,而车间变电所只设变压器室和低压配电室,其高压侧多数不安装开关,或只安装简单的隔离开关、熔断器、避雷器等,如图3.1所示。图3.1车间变电所高压侧主接线方案a)高压电缆进线,无开关b)高压电缆进线,装隔离开关c)高压电缆进线,装隔离开关-熔断器d)高压电缆进线,装负荷开关-熔断器e)高压架空进线,装跌开式熔断器和避雷器f)高压架空进线,装隔离开关-熔断器和避雷器g)高压架空线,装隔离开关-熔断器和避雷器由图可以看出,凡是高压架空进线,变电所高压侧必须装设避雷器,以防雷电波沿着架空线路侵入变电所击毁电力变压器及其他设备的绝缘。而采用高压电缆进线时,避雷器则装设在电缆的首端,而且避雷器的接地端要连同电缆的金属河南城建学院本科毕业设计(论文)变压器的选择及其电气主接线16TQSFU610KV电源进线QFTAFD220/380VTQLFU610KV电源进线QFTA220/380VFDL外皮一起接地。此时变压器高压侧一般可以不再装设避雷器。如果变压器高压侧为架空线又经过一段电缆引入时,则变压器高压侧仍应装设避雷器。2)工厂无总变、配电所的车间变电所工厂内无总降压变电所和高压配电所时,其车间变电所往往就是工厂的降压变电所,其高压侧的开关电器、保护装置和测量仪表等,都必须配备齐全,所以一般要设置高压配电室。在变压器容量较小、供电可靠性要求不高的情况下,就可以不设高压配电室,其高压侧的开关电器就装在变压器室的墙上或电杆上,而在低压侧计量电能,或者其高压柜就装在低压配电室内,在高压侧计量电能。②小型工厂变电所的主接线图1)只装有一台主变压器的小型变电所主接线图只装有一台主变压器的小型变电所,其高压侧一般采用无母线的接线。根据其高压侧采用的开关电器不同,有以下三种比较经典的主接线方案。a.高压侧采用隔离开关-熔断器或户外跌开式熔断器的变电所主接线图(图3.2)这种主接线,受隔离开关和开式熔断器切断空载变压器容量的限制,一般只用于500kVA及以下容量的变电所。图3.2高压侧采用隔离开关-熔断器图3.3高压侧采用负荷开关-熔断器或跌开式熔断器的变电所主接线图或负荷跌开式熔断器的变电所直接线图这种变电所相当简单经济,但供电可靠性不高,当主变压器或高于侧停电检修或发生故障时,整个变电所要停电。由于隔离开关和跌开式熔断器不能带负荷操作,因此变电所送电和停电的操作程序比较复杂,如果稍有疏忽,还容易发生带负荷拉闸的严重事故,而且在熔断器熔断后,更换熔体需一定时间,从而影响供电的可靠性。但是这种主接线简单经济,对于三级负荷的小容量变电所是相当适宜的。河南城建学院本科毕业设计(论文)变压器的选择及其电气主接线17TQF1610KV电源进线QF2TA2TA1220/380VQS2QS1FUTVVVFVT610KV电源进线QF2TA2220/380VTA1FUTVVVQS3QS4QF1QS1QS2b.高压侧采用负荷开关-熔断器或负荷跌开式熔断器的变电所主接线图(图3.3)由于负荷开关和负荷跌开式熔断器能带负荷操作,从而使变电所停、送电的操作简便灵活得多,也不存在着在带负荷拉闸的危险。但在发生短路故障时,只能是熔断器熔断,因此这种主接线仍然存在着在排除短路故障时恢复供电的时间较长的缺点,供电可靠性仍然不高,一般也只用于三级负荷的变电所。图3.4高压侧采用隔离开关图3.5高压双回路进线的一台主-断路器的变电所主接线图变压器变电所主接线图c.高压侧采用隔离开关-断路器的变电所主接线图(图3.4)这种主接线由于采用了高压断路器,因此变电所的停、送电操作十分灵活方便,而且在发生短路故障时,过电流保护装置动作,断路器会自动跳闸,如果短路故障已经消除,则可立即合闸回复供电。如果配备自动重合闸装置,则供电可靠性更高。但是如果变电所只此一路电源进线时,一般也只用于三级负荷;但如河南城建学院本科毕业设计(论文)变压器的选择及其电气主接线18T1QK1TA3220/380VTA1TV1VVQS1QF1QF3QS3FV1T2QK2TA4TA2TV2VVQS2QF4QS4FV2QF2QF5610KV电源进线果变电所低压侧有联络线与其他变电所相连时,或另有备用电源时,则可用于二级负荷。如果变电所有两路电源进线,如图3.5所示,则供电可靠性相当提高,可供二级负荷或少量一级负荷。图3.6高压侧无母线、低压侧单母分段的变电所主接线图2)装有两台主变压器的小型变电所主接线图a.高压无母线、低压单母线分段的变电所主接线图(图3.6)这种主接线的供电可靠性较高,当任一主变压器或任一电源进线停电检修或发生故障时,该变电所通过闭合低压母线分段开关,即可迅速恢复对整个变电所的供电。如果两台主变压器高压侧断路器装设互为备用的备用电源自动投入装置,则任一主变压器高压侧断路器因电影断电而跳闸时,另一主变压器高压侧的断路器在备用电源自动投入装置作用下自动合闸,恢复整个变电所的供电。这是变电所可供一、二级负荷。河南城建学院本科毕业设计(论文)变压器的选择及其电气主接线19220/380VT1QK1TA3TVVVQS1QF1QF4T2QK2TA4QS2QF5QS3QF2610KV电源进线QS4FU联络线QF3610KV图3.7高压采用单母线、低压单母线分段的变电所主接线b.高压侧采用单母线、低压侧采用单母分段的变电所主接线图(图3.7)这种主接线适用于装有两台及以上主变压器或具有多路高压出线的变电所,其供电可靠性也较高。任一主变压器检修或发生故障是,通过切换操作,即可迅速恢复对整个变电所的供电。但是高压母线或电源进线进线检修或发生故障时,整个变电所仍要停电。这时只能供电给三级负荷。如果有与其他变电所相连的高压或低压联络线时,则可供一、二级负荷。c.高低压侧均采用单母线分段的变电所主接线图(图3.8)这种主接线的两段高压母线,在正常时可以接通运行,也可以分段运行。任一台主变压器或任一路电源进线停电检修或发生故障时,通过切换操作,均可迅速恢复整个变电所的供电。因此,其供电可靠性相当高,可供一、二级负荷。河南城建学院本科毕业设计(论文)变压器的选择及其电气主接线20TQF1610KV电源进线QF2TA2TA1220/380VQS2QS1FUTVVVFV图3.8高低压侧均为单母线分段的变电所主接线图3.2.3本工厂变电所主接线的确定本工厂为三级负荷,供电可靠性要求不高,因此选择高压侧采用隔离开关-断路器的变电所主接线图。3.8河南城建学院本科毕业设计(论文)短路电流的计算214短路电流4.1短路的原因、后果及其形式4.1.1短路的原因系统中最常见的故障就是短路,短路就是指不同电位的导电部分对地之间的低阻性短接。产生短路的原因有①电气设备绝缘被损坏由于设备长期运行,绝缘自然老化,被正常电压击穿②设备质量低劣,绝缘强度不够,被正常电压击穿③设备绝缘满足要求,但被过电压击穿设备绝缘受外力损伤,造成短路,像被老鼠咬坏绝缘这类人为原因比如工作人员发生误操作或者将低电压设备接入高电压的电路可能造成短路。鸟兽等,像蛇,鼠之类的越在裸露的相线或者相线与接地物体之间也会造成短路4.1.2短路的后果1短路电流的热效应使设备急剧发热,可能导致设备过热损坏;2短路电流产生很大的电动力,可能使设备永久变形或严重损坏;3短路时系统电压大幅度下降,严重影响用户的正常工作;4短路可能使电力系统的运行失去稳定;5不对称短路产生的不平衡磁场,会对附近的通讯系统及弱电设备产生电磁干扰,影响其正常工作。4.1.3短路的形式在三相系统中,短路的形式有三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路等,其中两相接地短路,实质是两相短路。按短路电路的对称性来分,三相短路属于对称性短路,其他形式短路均不为对称短路。电力系统中,发生单相短路的可能性最大,而发生三相短路的可能性最小。但一般情况下,特别是远离电源的工厂供电系统中,三相短路的短路电流最大,河南城建学院本科毕业设计(论文)短路电流的计算22因此造成的危害也最为严重。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠的工作,因此作为选择和校验电气设备用的短路计算中,以三相短路计算为主。实际上,不对称短路也可以按对称的短路电流分解为对称的正序、负序、零序分量,然后按对称量来分析和计算,所以对称的三相短路分析计算也是不对称短路分析计算的基础。河南城建学院本科毕业设计(论文)设备选择与校验23电源三相设备单相负荷ABCPEN5车间的配电5.2低压配电系统的接地型式我国220/380V低压配电系统,广泛采用中性点直接接地的运行方式,而且引出有中性线N、保护线PE或保护中性线(PEN)。中性线(N线)的功能一是用来接用额定电压为系统相电压的单相用电设备;二是用来传导三相系统的不平衡电流;三是减小负荷中性点的电位偏移。保护线(PE线)的功能它是用来保障人身安全、防止发生触电事故用的接地线。系统中所有设备的外露可导电部分(指正常不带电压但故障情况下可带电压的易被触及的导电部分,例如设备的金属外壳、金属构架等)通过保护线接地,可在设备发生基地故障是减少触电危险。保护中性线(PEN线)的功能它兼有中性线和保护线的功能。这种PEN线在我国通常称为“零线”,俗称地线。低压配电系统接地型式,分为TN系统、TT系统和IT系统。①TN系统TN系统的中性点直接接地,所有设备的外露可导电部分均接公共的保护线(PE)线或公共的保护中性线(PEN线)。这种公共PE线或PEN线的方式,通称为“接零”。TN系统又分为TN-C系统、TN-S系统和TN-C-S系统。1TN-C系统图5.3图5.3TN-C系统其中的N线与PE线全部合为一根PEN线。PEN线中可有电流通过,因此对某些接PEN线的设备将产生电磁干扰。如果PEN线断线,还可造成断线点后边的外露可导电部分带电而造成人身触电危险。该系统由于PE线与N线合为一根PEN线,因而节约了有色金属和投资。较为经济。该系统在发生单相接地故障时,线路的保护装置应该动作,切除故障线路。TN-C系统过去在我国低压配电系统中应用最为普遍,但不适用对人身安全和抗电磁干扰要求高的场所。河南城建学院本科毕业设计(论文)设备选择与校验24电源三相设备单相负荷ABCPEN电源三相设备单相负荷ABCPEN单相PEN2TN-S系统图5.4其中的N线与PE线全部分开,设备的外露可导电部分均接PE线。由于PE线中无电流通过,因此设备之间不会产生电磁干扰。PE先断线时,正常情况下不会使断线点后边接PE线的设备外露可导电部分带电;但在断线点后边有设备发生一相接壳故障是,将使断线点后边其他所有接PE线的设备外露可导电部分带电,而造成人身触电危险。该系统在发生单相接地故障时,线路的保护装置应该动作,切除故障线路。该系统较之TN-C系统在有色金属消耗量和投资方面有所增加。TN-S系统限制广泛应用于对安全要求较高的场所(如浴室和居民住宅等)及对电磁干扰要求较高的数据处理和精密检测等试验场所,也越来越多地用于住宅供电系统。图5.4TN-S系统1TN-C-S系统(图5.5)该系统的前一部分全部为TN-C系统,而后边有一部分为TN-C系统,有一部分则为TN-S系统,其中设备的外露可导电部分姐PEN线或PE线。该系统综合了TN-C系统和TN-S系统的特点,因此比较灵活,对安全要求和电磁要求高的场所,宜采用TN-S系统。而其他一般场所则采用TN-C系统。图5.5TN-C-S系统河南城建学院本科毕业设计(论文)设备选择与校验25电源三相设备单相负荷ABCNPEPE电源三相设备单相负荷ABCPEPEZ②TT系统TT系统的中性点直接接地,而其中设备的外露可导电部分均各自经PE线单独接地,如图5.6所示。由于TT系统中各设备的外露可导电部分的接地PE线是分不开的,互无电气联系,因此相互之间不会发生电磁干扰问题。该系统如发生单相接地故障,则形成单相短路,线路的保护装置动作于跳闸,切除故障线路。但是该系统在出现绝缘不良而引起漏电事,由于漏电电流较小可能不足以使线路的过电流保护动作,从而是漏电设备的外露可导电部分长期带电,增加了触电的危险,因此该系统必须装设灵敏度较高的漏电保护装置,以确保人身安全。该系统适用于安全要求较高的场所。这种配电系统在国外应用较为普遍,现在我国也开始推广使用。GB50096-1999住宅设计规范就规定住宅供电系统“应采用TT、TN-C-S或TN-S接地方式”。图5.6低压配电的TT系统③IT系统IT系统的中性点不接地,或经高电阻(约1000欧)接地。该系统没有N线,因此不适用于接额定电压为系统相电压的单相用电设备,只能接额定电压为系统线电压的单相设备和三相设备,该系统中所有的外露可导电部分均经各自的PE线分别接地,如图5.7所示。河南城建学院本科毕业设计(论文)设备选择与校验26图5.7低压配电的IT系统由于IT系统中性点中设备外露可导电部分的接地PE线也是彼此分开的,互无电气联系,因此相互之间也不会发生电磁干扰问题。由于IT系统中性点不接地或经高阻抗接地,因此当系统发生单相接地故障时,应发出报警信号,以便供电值班人员及时处理,消除故障。IT系统主要用于对连续供电要求较高及有易燃易爆危险的场所特别是矿山、井下等场所的供电。6设备选择与校验6.1导线的选择与校验6.1.1车间导线截面电流通过导线包括电缆、母线,下同时,要产生电能损耗,使导线发热。裸导线的温度过高时,会使接头处的氧化加剧,增大接触电阻,使之进一步氧化,如此恶性循环,最终可发展到断线。而绝缘导线和电缆温度过高时,可使其绝缘加剧老化甚至烧毁,或引起火灾事故。按发热条件选择三相系统中的相线截面时,应使其允许载流量Ial不小于通过相线的计算电流I30,即30IIal所谓导线的允许载流量,就是在规定的环境温度条件下,导线能连续承受而不致使其稳定温度超过允许值的最大电流。如果导线敷设地点的环境温度与导线允许载流量所采用的环境温度不同时,则导线的允许载流量应乘以以下温度校正系数00alalK式中,al为导线额定负荷时的最高允许温度;0为导线允许载流量所采用的环境温度;0为导线敷设地点实际的环境温度。由资料可得线明敷、穿钢管和穿塑料管时的允许载流量。必须注意按发热条件选择的导线和电缆截面,还必须用式alOLFENIKI或式alIKIOLop来校验它与其相应的保护装置熔断器或低压断路器的过流脱扣器是否配合得当。如果配合不当,可能发生导线或电缆因过电流而发热起燃但保护装置不动作的情况,这当然是不允许的。3.1.2金工车间导线和电缆截面的选择与敷设1.配电导线型号和截面的选择河南城建学院本科毕业设计(论文)设备选择与校验27以第1号配电箱A1的导线选择为例,采用BLV型铜芯塑料绝缘线穿钢管延墙敷设,当地最热月平均最高温度为30℃。由上文计算3025.5IA,在30℃时4根单芯线穿钢管SC的BV-500型截面为4mm2的导线允许载流量26alIA3025.5IA。因此选A6mm2,保护线截面选择根据上表3-1所示当216mmA时,选PEAA6mm所以该线路所选的导线型号规格可表示为BLV-500-3616SC15-WS。选择电缆敷设路径时,应考虑以下原则1电缆应根据现场走向情况沿最短的路径敷设,以节省电缆;2应尽量集中敷设,排列整齐;3电缆敷设应避开人孔、设备起吊孔、防爆门孔、窥视孔等

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