某厂10KV供配电系统设计

某厂10KV供配电系统设计
目录
摘要 (3)
1 设计任务 (4)
1.1设计题目 (4)
1.2设计要求 (4)
1.3设计依据 (4)
1.3.1工厂总平面图 (4)
1.3.2工厂负荷情况 (4)
1.3.3供电电源情况 (5)
2 负荷计算和无功功率补偿 (5)
2.1负荷计算 (5)
2.2无功功率补偿................................. 错误!未定义书签。

3 变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择 (9)
3.1年耗电量的估算 (9)
3.2变电所主变压器台数的选择 (12)
3.3变电所主变压器容量的选择 (12)
3.4变电所主接线方案的选择 (13)
4 变电所高、低压线路的选择.......................... 错误!未定义书签。

4.1高压线路导线的选择........................... 错误!未定义书签。

4.2低压线路导线的选择........................... 错误!未定义书签。

5 电气设备的选择 (13)
5.1设备的选择与校验原则 (13)
5.1.1按工作电压选择 (13)
5.1.2按工作电流选择 (13)
5.1.3按断流能力选择 (13)
5.1.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验 (14)
5.2高压侧一次设备的选择 (14)
5.3低压侧一次设备的选择 (14)
5.4继电保护及二次接线设计 (14)
6 防雷与接地装置的设置 (14)
6.1直接防雷保护 (15)
6.2雷电侵入波的防护 (15)
6.3接地装置的设计 (15)
结束语 (16)
参考文献 (16)
摘要：
众所周知，电能是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；电能的输送的分配既简单，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。

电能在工业生产中的重要性，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。

若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工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。

当下供配电系统的发展趋势是：
◆提高供电电压：以解决大型城市配电距离长，配电功率大的问题，这在我
国城市已经有先例。

◆逐步淘汰等级: 因为过细的电压分级不利于电气设备制造的发展。

◆降低功率损耗: 扩大异步电动机的制造容量，只是由于我国在设备上还不
能全面配套而尚未推广。

◆供配电系统自动化：借助计算机技术和网络通信技术，对配电网进行离线
和在线的智能化监控管理。

做到保护、运行、管理的自动化，提高工作效率，增强供配电系统的可靠性。

关键词：电能、供配电系统、生产过程自动化
1.设计任务
1.1设计题目：某厂10KV供配电系统设计(以某一冶金机械厂为例)
1.2设计要求：要求有两台变压器（有BZT）,先设配电所，再到各车间降压为380V/220V。

1.3设计依据：
1.3.1工厂总平面图：
1.3.2 工厂负荷情况：
该厂多数车间为两班制，年最大负荷小时数为4600h，日最大负荷持续时间为6h。

该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余为三级负荷。

该厂的负荷统计资料如下：
厂房编号厂房名称负荷类
别设备容量
（kw）
需要系数
Kx
功率因数cos
φ
tan
φ
1 铸造
车间动力520 0.4 0.7 1.02 照明10 0.9 1.0 0
2 锻压
车间动力240 0.3 0.65 1.17 照明10 0.9 1.0 0
3 金工
车间动力390 0.32 0.65 1.12 照明10 0.9 1.0 0
4 工具
车间动力290 0.35 0.65 1.33 照明10 0.9 1.0 0
5 电镀动力450 0.
6 0.8 0.75
1.3.3 供电电源情况：
按照工厂与当地供电部门登定的供电用电协议规定，本厂由附近一条10KV 的公用电源干线取得工作电源。

该干线的走向参看工厂总平面图。

从干线中取得工作电源后，送往配电所对各个车间进行电能分配。

分配好的电能经过变压器降压到380V/220V，再送往各车间。

2.负荷计算和无功功率补偿
2.1负荷计算：
负荷计算的目的是：
（1）计算变配电所内变压器的负荷电流及视在功率，作为选择变压器容量的依据。

（2）计算流过各主要电气设备(断路器、隔离开关、母线、熔断器等)的负荷电流，作为选择这些设备的依据。

（3）计算流过各条线路(电源进线、高低压配电线路等)的负荷电流，作为选择这些线路电缆或导线截面的依据。

（4）为电气设计提供技术依据。

采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明和动力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。

具体步骤如下:
计算公式：
有功功率 )(s 30kW P K P x = 无功功率 ）（kvar tan 3030φP Q =
视在功率 )k (2
3023030VA Q P S +=
计算电流 ))(3/(3030A U S I N =
式中，为需要系数；为功率因数；为功率因数角的正切值；UN 为用电设备组的额定电压；＝1.732。

1. 铸造车间 动力部分:
30(11)5200.9468P kW kW =⨯=； 30(11)468 1.02477.36var Q kW k =⨯=
30(11)668.5S kVA ==； 30(11)668.51015.711.7320.38kVA
I A kV
=
=⨯
照明部分：30(12)100.99P kW kW =⨯=；30(11)0Q = 2. 锻压车间 动力部分:
30(21)2400.372P kW kW =⨯=； 30(21)72 1.1784.24var Q kW k =⨯=
30(21)110.82S kVA == 30(21)110.82168.371.7320.38kVA
I A kV
=
=⨯
照明部分:30(22)100.99P kW kW =⨯=； 30(22)0Q = 3. 金工车间 动力部分:
30(31)3900.32124.8P kW kW =⨯=； 30(31)124.8 1.12139.78var Q kW k =⨯=
30(31)187.38S kVA == 30(31)187.38284.711.7320.38kVA
I A kV
=
=⨯
照明部分:30(32)100.99P kW kW =⨯=； 30(32)0Q = 4. 工具车间 动力部分:
30(41)2900.35101.5P kW kW =⨯=； 30(41)101.5 1.33135var Q kW k =⨯=
30(41)168.9S kVA == 30(41)168.9256.621.7320.38kVA
I A kV
=
=⨯
照明部分:30(42)100.99P kW kW =⨯=； 30(42)0Q = 5. 电镀车间 动力部分:
30(51)4500.6270P kW kW =⨯=； 30(51)2700.75202.5var Q kW k =⨯=
30(51)337.5S kVA == 30(51)337.5512.791.7320.38kVA
I A kV
=
=⨯
照明部分:30(52)100.99P kW kW =⨯=； 30(52)0Q = 6. 热处理车间 动力部分:
30(61)2600.62161.2P kW kW =⨯=； 30(61)161.20.82132.18var Q kW k =⨯=
30(61)208.47S kVA == 30(61)208.47316.741.7320.38kVA
I A kV
=
=⨯
照明部分:30(62)100.99P kW kW =⨯=； 30(62)0Q =
7. 装配车间 动力部分:
30(71)1700.75127.5P kW kW =⨯=； 30(71)127.5 1.02130.05var Q kW k =⨯=
30(71)182.12S kVA == 30(71)182.12276.721.7320.38kVA
I A kV
=
=⨯
照明部分:30(72)100.99P kW kW =⨯=； 30(72)0Q = 8. 机修车间 动力部分
30(81)1000.330P kW kW =⨯=； 30(81)30 1.1735.1var Q kW k =⨯=
30(81)46.17S kVA == 30(81)46.1770.11.7320.38kVA
I A kV
=
=⨯
照明部分:30(82)50.9 4.5P kW kW =⨯=； 30(82)0Q = 9. 锅炉房 动力部分:
30(91)1150.892P kW kW =⨯=； 30(91)92 1.0596.6var Q kW k =⨯=
30(91)133.4S kVA == 30(91)133.4202.691.7320.38kVA
I A kV
=
=⨯
照明部分:30(92)30.9 2.7P kW kW =⨯=； 30(92)0Q = 10.仓库 动力部分 ：
30(101)500.420P kW kW =⨯=； 30(101)200.7515var Q kW k =⨯=
30(101)25S kVA == 30(101)2537.981.7320.38kVA
I A kV
=
=⨯
照明部分：30(102)20.9 1.8P kW kW =⨯=；30(102)0Q = 11. 生活区照明
30(112)4000.8320P kW kW =⨯= 30(112)0Q =
取全厂的同时系数为：0.95p K ∑=，0.97q K ∑=，则全厂的计算负荷为：
1111
3030(1)30(2)1
1
0.95()0.9518591766.05i i i i P P P kW kW
===+=⨯=∑∑11
3030(1)1
0.970.971447.81var =1404.38var i i Q Q k k ===⨯∑
302256.37S kV A ==⋅；303428.3I A ==
2.2无功功率补偿：
由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：30
2256.37S k V A =⋅ 这时低压侧的功率因数为：(2)
1766.05
c o s 0.782256.37
φ==，为使高压侧的功率因数≥0.90，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.90，取95.0cos =φ。

要使低压侧
的功率因数由0.78提高到0.95，则低压侧需装设的并联电容器容量为：
var 11.665var )95.0arccos tan 78.0arccos tan (38.1404k k Q C =-⨯=
取:C
Q
=700v a r k 则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：
VA S k 34.1901)70038.1404(05.176622'
30=-+=
计算电流：
A
V VA
I 87.2888k 38.03901.34k 130=⨯=
’
变压器的功率损耗为： KW S P T 01.1934.190101.001.0'
30
=⨯=≈∆
KVAR S Q T 07.9534.190105.005.0'
30
=⨯=≈∆ 高压侧的计算负荷为：
KW P 06.178501.1905.1766'
'30=+=KVAR Q 45.79907.95)70038.1404(''30=+-=
KVA S 9.195545.79906.178522''30=+=
A I 93.11210
39
.1955''30=⨯=
补偿后的功率因数为：
913
.09
.195506
.1785cos ==
φ满足（大于0.90）的要求。

3.变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择
3.1年耗电量的估算
年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到： 年有功电能消耗量： 30p W PT αα
α⋅= 年无功电能耗电量：
30q W QT αα
β⋅=
结合本厂的情况，年负荷利用小时数
T
α
为4600h ，取年平均有功负荷系数
0.72α=，年平均无功负荷系数0.78β=。

由此可得本厂：
年有功耗电量： 6
0.721766.0546005.8510p W k W h k W h α⋅=⨯⨯=⨯⋅ 年无功耗电量：60.781404.38v a r 46005.0410q W k h k W h α⋅=⨯⨯=⨯⋅
3.2变电所主变压器台数的选择
变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。

当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。

结合本厂的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器，且两台变压器带有备用电源自动投入装置（BZT ）。

装有备用电源自动投入装置的主接线（内桥）
3.3变电所主变压器容量选择
每台变压器的容量N T S ⋅应同时满足以下两个条件：
暗备用条件：任一台变压器单独运行时，宜满足：30(0.6~0.7)N T S S ⋅=⋅ 明备用条件：任一台变压器单独运行时，应满足：30()N T I I I S S ⋅+≥，即满足全部一、二级负荷需求。

代入数据可得：
N T S ⋅=（0.6~0.7）×9.1955kV A ⋅=（1173.54~1369.13）kV A ⋅。

考虑到未来5~10年的负荷发展，初步取N T S ⋅=2000kV A ⋅ 。

考虑到安全性和可
靠性的问题，确定变压器为SC9系列箱型干式变压器。

型号：SC9-2000/10 ，其主要技术指标如下表所示：
（附：参考尺寸（mm）：长：1670宽：1200高：1740 重量（kg）：4500）
3.4 变电所主接线方案的选择
采用内桥接线：
优点：当检修任一回电源进线或线路断路器时，另一线路和两台变压器
仍可继续供电。

当任一回线路故障时，仅断开该故障线路，而其他回路
继续正常工作。

缺点：当任一台变压器检修或发生故障时，则需先断开一回线路，经道
闸操作后才能恢复供电。

4.变电所高、低压线路的选择
为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济的运行，进行导线和电缆截面时必须满足一些条件:
（1）发热条件
导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时的发热温度，不应超过
其正常运行时的最高允许温度。

（2）电压损耗条件
导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。

对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗检验。

（3）机械强度
导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。

对于电缆，不必校验其机械强度，但需要检验其短路热稳定性。

母线也应检验短路时的稳定度。

对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。

根据设计要求和有关资料的考证，10kv 电路，通常先按发热条件来选择截面，在校验电压损耗和机械强度。

低压照明线路，因为其对电压水平要求较高，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再校验发热条件和机械强度。

4.1高压线路导线的选择：
10kv 高压进线的选择LGJ-25,因高压侧计算电流A I 93.112'
'30
=，所选电缆的允许载流量：A I A I 93.112130'
'30
=>=，满足发热条件。

4.2低压线路导线的选择
由于没有设单独的车间变电所，进入各个车间的导线接线采用TN-C-S 系统；从变电所到各个车间及宿舍区用埋地电缆供电，电缆采用LGJ-185型钢芯铝线电缆，根据不同的车间负荷采用不同的截面。

其中导线和电缆的截面选择满足条件：
1) 相线截面的选择以满足发热条件即，30al I I ≥；
2) 中性线（N 线）截面选择，这里采用的为一般三相四线，满足00.5A A ϕ≥；
3) 保护线（PE 线）的截面选择
一、2
35A m m ϕ>时，0.5P E A A ϕ≥； 二、21
6A m m ϕ≤时，PE A A ϕ≥ 三、221635m m A m m ϕ<≤时，2
16P E A m m ≥
4) 保护中性线（PEN ）的选择，取（N 线）与（PE ）的最大截面。

结合计算负荷，可得到由变电所到各个车间的低压电缆的型号为： 铸造车间：LGJ-240 两根并联 61021015.71a l I A A =⨯> 锻压车间：LGJ-50 A A I a 37.168210i >= 金工车间：LGJ-95(1) A A I a 71.284330i >= 工具车间：LGJ-95(1) A A I a 62.256330i >= 电镀车间：LGJ-240 610512.79a l I A A => 热处理车间:LGJ-120(1) 380316.74a l I A A => 装配车间：LGJ-95(1) A A I a 72.276330i >=
机修车间：LGJ-16 10570.1a l I A A => 锅炉房： LGJ-70 A A I a 69.202265i >=
仓库： LGJ-16 10537.98a l I A A => 生活区： LGJ-185 515486.20a l I A A =
> 另外，送至各车间的照明线路采用：铜芯聚氯乙烯绝缘导线BV 型号。

5.电气设备的选择
5.1 设备的选择与校验原则
5.1.1按工作电压选择：
设备的额定电压.N e U 一般不应小于所在系统的额定电压N U ，即
.N e
N
U
U ≥，高压设备的额定电压.N e U 应不小于所在系统的最高电压max U ，即.max
N e
U U ≥，10N
kV
U =，max
11.5kV
U =，高压开关设备、熔断器、互感
器及支柱绝缘额定电压.12N e
kV
U =。

5.1.2按工作电流选择：
设备的额定电流.N e I 不应小于所在电路的计算电流30I ，即.30
N e I I ≥
5.1.3按断流能力选择：
设备的额定开断电流oc I 或断流容量oc S ，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能的最大短路有效值(3)
k I 或短路容量(3)
oc S ， 即
(3)
oc k
I I ≥或
(3)
k
oc S I ≥
对于分断负荷设备电流的设备来说，则为max
oc OL I I ≥，max OL I 为最大负荷电流。

5.1.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验: a) 动稳定校验条件:
(3)
max sh
i i ≥ 或
(3)
max sh
I I ≥
max
i
、max I 分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，(3)
sh i 、(3)
sh I 分别为
开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值。

b) 热稳定校验条件: 2
(3)2
t
ima
t t
I I ∞
≥
5.2高压侧一次设备的选择
有真空断路器、高压熔断器、电压互感器、电流互感器、避雷器、接地开关电 压互感器等。

5.3低压侧一次设备的选择
有低压断路器、电流互感器、开关刀闸等。

5.4继电保护及二次结线设计
为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、
高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、
检测和继电器保护装置。

并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。

设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。

6．防雷与接地装置的设置
防雷的设备主要有接闪器和避雷器。

其中，接闪器就是专门用来接受直
接雷击（雷闪）的金属物体。

接闪的金属称为避雷针。

接闪的金属线称为避雷
线，或称架空地线。

接闪的金属带称为避雷带。

接闪的金属网称为避雷网。

避雷器是用来防止雷电产生的过电压沿着电路侵入变配电所或其他建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。

避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。

当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘。

避雷器的型式，主要有阀式和排气式等。

6.1直接防雷保护
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，则应在变电所
外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变
电所。

如果变电所所在其它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R<10（表9-6）。

通常采
用3-6根长2.5 m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间
距离5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。

接地管间用40mm×4mm 的镀锌扁刚焊
接相接。

引下线用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚，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，上与避雷针焊接相连。

避雷针采用直径
20mm的镀锌扁刚，长1～1.5。

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。

6.2雷电侵入波的防护
（1)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
25 mm ×4 mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连
接。

（2）在10KV高压配电室内装设有GG—1A（F）—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来保护，防雷电
侵入波的危害。

（3）在380V低压架空线出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入的雷电波。

6.3接地装置的设计
采用长2.5m、 50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置，管距5 m，
垂直打入地下，管顶离地面0.6 m。

管间用40mm×4mm的镀锌扁刚焊接相接。

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
接地装置焊接相连，接地干线均采用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚。

结束语：
通过此次课程设计，我学到了很多。

这次课程设计把所学理论知识和实际很好的联系起来，真正做到了学以致用。

整个设计过程用了很多时间，从设计之初的模糊、困惑到设计思路渐渐清晰，最终完成设计。

虽然设计还有很多不足之处，但已经能够了解工厂供配电设计的过程。

通过此次课程设计，我明白了对系统的设计不仅要使系统能在正常的环境下工作，还能在一定不正常的环境下正常工作，否则这些设备和系统的使用范围就非常小。

最后要感谢马燕老师，老师丰富的工程经验、对我们的悉心指导，让我们学到了很多关于工厂供配电设计的知识，让我们获益匪浅。

参考文献：
黄纯华、葛少云编著．工厂供电．第2版．天津大学出版社
《变压器、供电线路功率损耗的计算》
《工厂供电课程设计_供配电系统_设计_电力系统自动化》
《某工厂供配电系统设计-任务书》。