建筑电气设计与分析.pdf
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1、前言前言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。从另一方面来说,
2、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1/40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.经济 供电系统的投资
3、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。2/40目录目录第一章第一章 设计原始资料及任务书设计原始资料及任务书 4 4第二章第二章 全厂负荷统计及主变压器的选择全厂负荷统计及主变压器的选择 3 3第三章第三章 全厂供电系统草图全厂供电系统草图 8 8第四章第四章 计算短路电流计算短路电流 9 9第五章第五章 35KV35KV,6KV6KV 供电线路的选择供电线路的选择 1616第六章第六章 选择电气设备选择电气设备2929附录附录参考文献参考文献3/40第一章第一章设计原始资料及任务书设计原始资料及任务书该厂为大型国有企业。下属企九个车间,两个车站,各车间站用设备安装容量
4、见表 1.1,其中水压机钢车间,煤气氧气站为一级负荷,其他为二三级负荷。供电电源取自 12KM处一 110/35KV变电所 35KV两段母线,母线最大运行方式,最小运行方式短路容量分别为SK min=215MVA,和SK min=150MVA,35KV架空线进线继电保护动作时间为 1.5s.5KV电气设备及主变压器采用户外布置,6KV为成套高压开关柜,户内布置,长变电所35KV采用内桥接线,6kv 采用单母线分段接线,一级负荷分别从 6KV两端目线配出两条回线路,其余为单回路供电。该地区年最高气温 38 度。设计任务设计任务:1.全厂负荷统计,选择主变压器2.拟制全厂供电系统草图3.计算短路电
5、流4/404.选择 35KV,6KV 供电线路5.选择电气设备6.3 号图纸绘制供电系统图表 1.1站用电容量安装表负荷名称安装Kdcos容量(KW)11430.790.82577548218865851644760.710.810.830.830.700.850.650.790.550.800.630.750.590.820.520.770.800.840.840.86供 电tg距 离(KM)0.700.80.720.61金工车间2铸钢车间3铸铁车间4567891011水压机车间冷作车间附件车间热处理车间0.670.420.620.750.780.930.750.80.880.980.700
6、.520.831.150.651.220.590.95铸件清理车间475机修车间煤气站氧气站154128810835/40第二章第二章全厂负荷统计及主变压器的选择全厂负荷统计及主变压器的选择一全厂负荷统计一全厂负荷统计负荷计算是指导体通过一个等效负荷时,导体的最高温升正好和通过实际的变动负荷时其产生的最高温升相等,该等效负荷就称为计算负荷。工业企业电力负荷计算的主要目的是:1.全厂在工程设计的可行性研究阶段要对全厂用电量作出估算以便确定整个工程的方案。2.在设计工厂供电系统时,为了正确选择变压器的容量,正确选择各种电气设备和配电网络,以及正确选择无功补偿设备等,需要对电力负荷进行计算。确定负荷
7、计算的方法有多种,包括估算法、需要系数法、二项式法和单相复合的计算,在这里我们采用需要系数法。对于单组用电设备的计算负荷公式如下:有功功率:Pca KdPe无功功率:Qca Pcatan6/40视在功率:ScaPca2Qca2计算电流:IcaSca3UN式中:Kd该用电设备组的需要系数tan 功率因数角的正切值UN该用电设备组的额定电压,KV所以本厂的负荷统计如下:金工车间有功功率:Pca1 KdPe1 0.791143 902.97KW无功功率:Qca1 Pca1tan 902.970.7 630.28KVAR视在功率:Sca1Pca1Qca1902.972 630.2821101.18KV
8、A22计算电流:Ica1铸钢车间Sca13UN1101.1836105.96A有功功率:Pca2 KdPe2 0.715775 4100.25KW无功功率:Qca2 Pca2tan 4100.250.72 2968.53KVAR视在功率:Sca2Pca2Qca24100.252 2968.532 5062.04KVA227/40计算电流:Ica1Sca13UN5062,0436 487.11A其他车间的负荷计算和以上的一样,见表2.1:表 2.1 车间负荷计算表计算容量序负荷名称有功无功视在号(KW)(KVAR)(KVA)1金工车间902.97630.281101.182铸钢车间4100.25
9、2968.535062.043铸铁车间400.06268.84482.004水压机车间1320.20818.191553.1856789101112冷作车间附件车间热处理车间铸件清理车间计算电流(A)105.96487.1146.38149.4646.3210.8538.4832.89380.2590.20299.88280.2580.081030.40909.729794.26295.1167.65264.47195.6266.36665.57539.806780.40481.33112.75399.84341.77机修车间煤气站氧气站合计104.0010.011226.67118.0410
10、57.81101.79二无功补偿二无功补偿由负荷统计表可知道,全厂总的有功功率PcaPcai 9794.26KW,无功功率Qca 6780.4KVAR,由于5000KW Pca10000KW,取同时使用系数K 0.9.则全厂总的计算负荷如下:有功功率:Pca KPcai 0.99794.26 8814.83KW8/40无功功率:Qca KQcai 0.96780.4 6102.36KVAR视在功率:ScaPcaQca8814.832 6102.36210721.01KVA22则此时的功率因数为:cosPca8814.83 0.822Sca10721.01取补偿后的功率因数为 0.93,则补偿电
11、容为:Qc Pcatan(arccos0.822)tan(arccos0.93)8814.830.2976 2623.29KVAR补偿电容采用的并联电容器选择BWF6.31001W,其工作电压为 6.3KV,额定容量为 100KVAR,额定电容为 8.0uF.补偿电容个数:n Qc/Qc1 2623.29/100 26.23(个)取 27 个,每 相 装 设 9 个,此 时 实 际 补 偿 电 容27100 2700KVAR三三.选主变压器选主变压器无功补偿后的全厂总视在功率:ScaPca(QcaQc)28814.83 (6102.36 2700)9448.67KVA222由于本设计接线采用内
12、桥接线方式,选两台主变压器,并且厂中一级负荷所占比重较大,考虑本厂以后的发9/40展状况,采用全负载备用工作方式,即单台变压器工作就能给全厂负载供电。根据变压器的工作环境,电压等级,容量选择主变压器的型号是:Sz9-10000/35.其主要数据参数见表 1.2表 1.2 变压器数据参数表额定容量KVA10000354*2.56.3YnD11高压KV高压分接 X围()低压KV连接组标号空载11.60负载50.58损耗 KW空载电流阻抗电压()()0.87.5该变压器的计算损耗如下:PT P0 Pk(Sca29448.672)11.650.58()56.756KWSNT10000QT SNTI0%
13、Uk%Sca2()100100SNT9448.672)749.58KVAR10000100000.008 0.075(则变压器高压侧的计算负荷为:有功功率:Pca高 Pca pT 8814.83 56.756 8871.586KW无功功率:Qca高 Qca QTQc 6102.36 749.58 2700 4151.94视在功率:Sca高Pca高Qca高8871.5862 4151.942 9746.2KV A10/4022第三章第三章 全厂供电系统草图全厂供电系统草图根据设计要求,35KV 采用内桥接线,6KV 采用单母线分段接线,见图 3.1.图 3.1.采用内桥接线的特点是:线路的投切比
14、较方便,变压器的投切比较复杂。单母线分段接线的特点是:母线分段后,对于重要用户可由分别接于两段母线上的两条出线同时供电,当任一组母线故障或检修时,重要用户11/40仍可通过正常母线段继续供电,而两段母线同时故障检修的概率很小,大大提高了对重要用户的供电可靠性。第四章第四章 计算短路电流计算短路电流短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备,以及进行继电保护装置的整定计算。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。对于工厂供电系统来说,常将电力系统当作无限大容量电源。常用的计算方法有欧姆法(有称有位制法)和标幺制法(又称相对单位制法)。在本设计中取三个短路点,分
15、别是:主变压器高压侧,变压器低压侧以及 6KV 线路末端。计算方法采用标幺制法,取Sd100MVA,UdUav,电缆X0 0.08/km,架空线X0 0.4/km.一、最大运行方式。一、最大运行方式。最大运行方式就是两台变压器同时工作,母联断开时的工作方式。其阻抗图 4.1 示:12/40图 4.1电路中各主要元件的电抗标幺值如下:电源内阻 S:X*SSd100 0.465Sk215线路 L1,L2:X*L1 X*L2 X0l变压器 T1,T2:X*T1 X*T 2金工车间:X*1 X0l1铸钢车间:X*2 X0l2SdUav2SdUav2120.4100 0.351237Uk%Sd7.5 1
16、00 0.75100 SNT100 10 0.080.8100 0.16126.3100 0.12126.3SdUav2 0.080.6其余车间的算法一样,见表 4.1。13/40表 4.1车间电抗标值统计表序号1234567891011负荷名称金工车间铸钢车间铸铁车间水压机车间冷作车间附件车间热处理车间铸件清理车间机修车间煤气站氧气站供电距离(KM)0.80.60.420.750.930.80.980.521.151.220.95电抗标值0.1610.1210.0850.1510.1870.1610.1980.1050.2320.2460.1911.1.K1K1 点发生短路时的短路电流点发生
17、短路时的短路电流基准电流:Id1Sd3Uav1003371.56KA总电抗:X*K1 X*SX*L10.351 0.465 0.64122Id11.56 2.434KAX*K10.64114/40短路电流次暂态值:I短路冲击电流值:Ish2KshI 2.552.434 6.207KA暂态短路功率:Sk13UavI3372.434 155.985MVA2 2K2K2 点发生短路时的短路电流点发生短路时的短路电流基准电流:Id2Sd3Uav10036.3 9.165KA总电抗:X*K2 X*K1X*T10.75 0.6411.01622Id29.165 9.021KAX*K21.016短路电流次暂
18、态值:I短路冲击电流值:Ish2KshI 2.559.021 23.004KA暂态短路功率:Sk13UavI36.39.021 98.436MVA3 3K3K3 点发生短路时的短路电流点发生短路时的短路电流基准电流:Id3金工车间:总电抗:X*K3 X*K 2 X*11.016 0.161 1.177短路电流次暂态值:IId39.165 7.787KAX*31.177Sd3Uav10036.3 9.165KA短路冲击电流值:Ish2KshI 2.557.787 19.857KA暂态短路功率:Sk13UavI36.37.787 84.971MVA其他车间的计算方法一样,见表 4.2.15/40表
19、 4.2最大运行方式各车间短路电流统计表序号负荷名称1金工车间2铸钢车间3铸铁车间4水压机车间567891011冷作车间附件车间热处理车间铸件清理车间机修车间煤气站氧气站Ik(3)(KA)ish(KA)Sk(MVA)7.7878.5108.3278.3977.6167.7857.5528.1777.3458.0478.24619.85721.70021.23321.41219.42019.85219.25820.85218.73020.51921.02684.97192.85590.85991.62183.09884.94882.40889.22580.14587.80189.973二、最小运
20、行方式二、最小运行方式最小运行方式就是一台变压器工作,另一台备用,母联闭合,且一级负荷一路供电时的工作方式。其阻抗图如图 4.2 所示:16/40图 4.2电路中各主要元件的电抗标幺值除电源内阻不一样外,其余的同最大运行方式时一样,这里不再计算电源内阻 S:X*SSd100 0.667Sk1501 1K1K1 点发生短路时的短路电流点发生短路时的短路电流基准电流:Id1Sd3Uav1003371.56KA总电抗:X*K1 X*S X*L1 0.667 0.351 1.018短路电流次暂态值:IId11.561.532KAX*K11.018两相短路电流:Ik(2)0.866I 0.461KA2
21、2K2K2 点发生短路时的短路电流点发生短路时的短路电流基准电流:Id2Sd3Uav10036.317/40 9.165KA总电抗:X*K2 X*K1 X*T11.018 0.75 1.768短路电流次暂态值:IId29.165 5.184KAX*K21.768两相短路电流:Ik(2)0.866I 4.489KA3 3K3K3 点发生短路时的短路电流点发生短路时的短路电流基准电流:Id3金工车间:总电抗:X*K3 X*K 2 X*11.768 0.1611.929短路电流次暂态值:IId39.165 4.751KAX*31.929Sd3Uav10036.3 9.165KA两相短路电流:Ik(2
22、)0.866I 4.114KA其他车间的计算方法一样,见表 4.3表 4.3 最小运行方式各车间短路电流统计表序号12345678负荷名称金工车间铸钢车间铸铁车间水压机车间冷作车间附件车间热处理车间铸件清理车间Ik(3)(KA)Ik(2)(KA)4.7515.0945.1945.0144.9214.9884.8965.13818/404.1144.4124.4984.3424.2624.3204.2404.45091011机修车间煤气站氧气站4.8124.7784.9114.1674.1384.253第五章第五章 35KV35KV,6KV6KV 供电线路的选择供电线路的选择为了保证供电系统安全
23、、可靠、优质、经济地运行,对导线和电缆截面进行选择时其选择方法如下::在本设计中,为了保证导线和电流选择的可靠安全和经济,我们分别对架空线按允许载流量、允许电压损失、经济电流密度、机械强度进行计算,选出截面积最大值为架空线的截面积。对电缆按允许载流量、允许电压损失、经济电流密度、热稳定性进行计算,选出截面积最大值为电缆的截面积。从经济和技术方面考虑,由于 35KV 电压等级较高,输电距离较长,选择架空线,6KV 电压等级低,输电距离较短,选择电缆且地中直埋。一、一、35KV35KV 架空线选择架空线选择19/401、按允许载流量选择35KV 架空线上流过的计算电流为:IcaSca高3UN974
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