工廠供電課設

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1、 課程設計報告 課程名稱： 工廠供電課程設計 設計題目： 光明機械廠降壓變電所的防雷與接地設計 院 系： 機電工程學院 班 級： 電氣四班 姓 名： 李煥煥 學 號： 20093499 指導教師： 王立晶 設計時間： 目 錄 第一章 緒 論 1 第一節(jié) 防雷與接地 1 第二節(jié) 設計任務及要求 2 第二章 負荷計

2、算 5 第一節(jié) 單組用電設備的負荷計算 5 第二節(jié) 多組用電設備的負荷計算 5 第三章 變電所位置與型式的選擇 8 第一節(jié) 變電所的任務、類型和選址 8 第二節(jié) 變電所位置與型式的選擇 8 第四章 變電所防雷與接地裝置的設計 10 第一節(jié) 變電所的防雷保護 10 第二節(jié) 變電所接地裝置的設計 13 第五章 設計總結 16 參考文獻 16 第一章 緒 論 第一節(jié) 防雷與接地 近幾年來隨著高層建筑物的不斷興起，防雷與接地越來越成為高層建筑物的重要組成部分，而在工廠供電中，防雷與接地的設計也不可小

3、覷。變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分,也是防雷與接地的重要考慮部位。如果變電所發(fā)生雷擊事故,將造成大面積的停電,甚至設備損壞，造成不可估量的經(jīng)濟損失，給社會生產(chǎn)和人民生活帶來不便,這就要求防雷措施必須十分可靠。接地是保障電力系統(tǒng)中的電氣設備安全穩(wěn)定運行的重大安全技術之一，如果接地措施不到位，將會存在 很大的安全隱患，直接關系到設備和人員的安全，為了確保變電所內設備和微機自控系統(tǒng)的安全運行，設計一個良好的接地地網(wǎng)對于變電所來講是至關重要的。 所以，本課程設計根據(jù)光明機械廠取得的電源和本廠用電負荷、地形地勢的實際情況，按照安全可靠、技術先進、經(jīng)濟合理的要求，確定變電所的位置、形式，并選擇變電所的

4、防雷設計方案，確定接地裝置的設計。最后，按照要求寫出設計說明書，繪制了變電所防雷保護范圍圖。 第二節(jié) 設計任務及要求 一、設計題目 光明機械廠降壓變電所的防雷與接地設計。 二、設計要求 要求根據(jù)本廠所能取得的電源及本廠用電負荷、地形地勢的實際情況，按照安全可靠、技術先進、經(jīng)濟合理的要求，確定變電所的位置、型式，并選擇變電所的防雷設計方案，確定接地裝置的設計。最后按要求寫出設計說明書，繪制變電所防雷保護范圍圖。 三、設計依據(jù) 1.工廠總平面圖如圖1-1所示 2.工廠負荷情況 本廠多數(shù)車間為兩班制， ，日最大負荷持續(xù)時間為6h。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐

5、房屬二級負荷外，其余均屬三級負荷。本廠的負荷統(tǒng)計資料如表1-1。 圖1-1 光明機械廠總平面圖 3.供電電源情況 按照工廠與當?shù)毓╇姴块T低昂的供電用電協(xié)議規(guī)定，本廠由附近距本廠8km地方的一條10kV的公用電源干線取得工作電源。該干線的走向參看工廠總平面圖。干線導線型號LGJ-150，導線為等邊三角形排列，線距為2米，干線首端所裝設的高壓斷路器斷流容量為。廠內建筑屬于三類防雷建筑物，其中最高建筑物鍋爐房煙筒，距水平地面高30m。 4.氣象資料 本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為，年平均氣溫為，年最低氣溫為，年最熱月平均最高氣溫為，年最熱月平均氣溫為，年最熱月地下0.8米處平均氣溫為。當?shù)?/p>

6、主導風向為東北風，年雷暴日數(shù)為20。 5.地質水文資料 本廠所在地區(qū)平均海拔500m，地層以砂粘土為主，地下水位為2m。 四、設計任務 1.設計說明書，其中包括： （1）緒論 （2）目錄 （3）變電所位置和型式的選擇 （4）變電所防雷保護方案的設計 （5）變電所接地裝置方案的設計 2.設計圖樣，包括：變電所防雷保護范圍圖1張（A4紙張） 五、設計時間 2012年6月18日至2012年6月23日（一周） 表1-1 工廠負荷資料 廠房編號 廠房名稱 負荷類別 設備容量/kW 需要系數(shù) 功率因數(shù) 1 鑄造車間 動力 300 0．3 0．7 照明 6

7、 0．8 1．0 2 鍛壓車間 動力 350 0．3 0．65 照明 8 0．7 1．0 3 金工車間 動力 400 0．2 0．65 照明 10 0．8 1．0 4 工具車間 動力 360 0．3 0．60 照明 7 0．9 1．0 5 電鍍車間 動力 250 0．5 0．8 照明 5 0．8 1．0 6 熱處理車間 動力 150 0．6 0．80 照明 5 0．8 1．0 7 裝配車間 動力 180 0．3 0．7 照明 6 0．8 1．0 8 機修車間 動力

8、 160 0．2 0．65 照明 4 0．8 1．0 9 鍋爐房 動力 50 0．8 0．8 照明 1 0．8 1．0 10 倉庫 動力 20 0．4 0．8 照明 1 0．8 1．0 生活區(qū) 照明 350 0．7 0．90 第二章 負荷計算 第一節(jié) 單組用電設備的負荷計算 一、單組用電設備的負荷計算的計算公式 （1）有功計算負荷（單位為KW） = ， 為系數(shù) （2-1） （2）無功計算負荷（單位為kvar）

9、 = tan （2-2） （3）視在計算負荷（單位為kvA） = （2-3） （4）計算電流（單位為A） = （2-4）為用電設備的額定電壓（單位為KV） 二、計算負荷計算 以鑄造車間為例，將數(shù)據(jù)帶入式2-1、2-2、2-3、2-4得： 有功計算負荷

10、 無功計算負荷 視在計算負荷 計算電流 其他負荷計算同上。 第二節(jié) 多組用電設備的負荷計算 一、多組用電設備的負荷計算的計算公式 （1）總的有功計算負荷（單位為KW） = （2-5） 式中是所有設備組有功計算負荷之和，是有功負荷同時系數(shù)，可取 （2）總的無功計算負荷（單位為kvar） = （2-

11、6） 是所有設備無功之和；是無功負荷同時系數(shù)，可取 （3）總的視在計算負荷（單位為kvA） = （2-7） （4）總的計算電流（單位為A） = （2-8） 經(jīng)過計算，得到各廠房和生活區(qū)的負荷計算表，如表2-1所示（額定電壓取380V） 表2-1 各廠房和生活區(qū)的負荷計算表 編號 名稱 類別 設備容量/kW 需要系數(shù) cos tan 計算負荷 /kW /kvar /kVA /A 1

12、 鑄造 車間 動力 300 0．3 0．7 1.02 90 91.8 —— —— 照明 6 0．8 1．0 0 4.8 0 —— —— 小計 306 —— 94.8 91.8 132 201 2 鍛壓 車間 動力 350 0．3 0．65 1.17 105 123 —— —— 照明 8 0．7 1．0 0 5.6 0 —— —— 小計 358 —— 110.6 123 165 251 3 金工 車間 動力 400 0．2 0．65 1.17 80 9

13、3.6 —— —— 照明 10 0．8 1．0 0 8 0 —— —— 小計 410 —— 88 93.6 128 194 4 工具 車間 動力 360 0．3 0．6 1.33 108 144 —— —— 照明 7 0．9 1．0 0 6.3 0 —— —— 小計 367 —— 114.3 144 184 280 5 電鍍 車間 動力 250 0．5 0．8 0.75 125 93.8 —— —— 照明 5 0．8 1．0 0 4 0 —— —

14、— 小計 255 —— 129 93.8 160 244 6 熱處理車間 動力 150 0．6 0．8 0.75 90 67.5 —— —— 照明 5 0．8 1．0 0 4 0 —— —— 小計 155 —— 94 67.5 116 176 7 裝配 車間 動力 180 0．3 0．7 1.02 54 55.1 —— —— 照明 6 0．8 1．0 0 4.8 0 —— —— 小計 186 —— 58.8 55.1 80.6 122 8 機修

15、 車間 動力 160 0．2 0．65 1.17 32 37.4 —— —— 照明 4 0．8 1．0 0 3.2 0 —— —— 小計 164 —— 35.2 37.4 51.4 78 9 鍋爐 房 動力 50 0．7 0．8 0.75 35 26.3 —— —— 照明 1 0．8 1．0 0 0.8 0 —— —— 小計 51 —— 35.8 26.3 44.4 67 10 倉庫 動力 20 0．4 0．8 0.75 8 6 —— —— 照明

16、 1 0．8 1．0 0 0.8 0 —— —— 小計 21 —— 8.8 6 10.7 16.2 11 生活區(qū) 照明 350 0.7 0.9 0.48 245 117.6 272 413 總計 動力 2219 1014.3 856.1 —— —— 照明 403 計入=0.8, =0.85 0.75 812.2 727.6 1090 1656 第三章 變電所位置與型式的選擇 第一節(jié) 變電所的任務、類型和選址 一、變電所的任務和類型 變電所擔負著從電力系統(tǒng)受電，經(jīng)變壓，然后

17、配電的任務。是工廠供電系統(tǒng)的樞紐，在工廠中占有特殊重要的地位。 工廠變電所分為總降壓變電所和車間變電所，主要類型有：車間附設變電所、車間內變電所、露天變電所、獨立變電所、地下變電所、樓上變電所、移動式變電所等 二、變配電所所址選擇 變配電所所址的選擇，應根據(jù)下列要求并經(jīng)技術、經(jīng)濟分析比較確定： (1) 盡量靠近負荷中心，以降低配電系統(tǒng)的電能損耗、電壓損耗和有色金屬消耗量 (2) 進出線方便，特別是要考慮便于架空進出線。 (3) 靠近電源側，特別是在選擇工廠總變配電所所址時要考慮這一點。 (4) 設備運輸方便，以便運輸電力變壓器和高低壓開關柜等大型設備。

18、 (5) 不應設在有劇烈振動或高溫的場所。 (6) 不宜設在多塵或有腐蝕性氣體的場所；當無法遠離時，不應設在污源盛行風向的下風側。 (7) 不應設在廁所、浴室或其他經(jīng)常積水場所的正下方，且不宜與上述場所相貼鄰。 (8) 不應設在有爆炸危險環(huán)境的正上方或正下方，且不宜設在有火災危險環(huán)境的正上方或正下方。當與有爆炸或火災危險環(huán)境的建筑物毗連時，應符合GB50058-1992《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》的規(guī)定。 (9) 不應設在地勢低洼和可能積水的場所。 第二節(jié) 變電所位置與型式的選擇 變電所的位置應盡量接近工廠的負荷中心，工廠的負荷中心按負荷功率矩法

19、來確定。在工廠平面圖的下邊和左邊，分別作一直角坐標的軸和軸，然后測出各車間（建筑）和宿舍區(qū)負荷點的坐標位置，、、......分別代表廠房1、2、3...10號的功率，設定（4，7.5）、（5，5.5）、（8.3，2.5）、（8.5，9.3）、（8.5，7）、（8.5,4.8）、（11.5，9.3）、（11.5，7）、（11.5，4.8）、（5.5，9.3），并設（1.2，1.7）為生活區(qū)的中心負荷，如圖3-1所示。而工廠的負荷中心假設在P(,),其中P=+++=。因此仿照《力學》中計算中心的力矩方程，可得負荷中心的坐標： （3-1）

20、 （3-2） 把各車間的坐標代入（3-1）、（3-2），得到=6.27，=4.85。由計算結果可知，工廠的負荷中心在2號廠房（工具車間）的東南角。考慮到周圍環(huán)境及進出線方便，決定在2號廠房的東側緊靠廠房建造工廠變電所，器型式為外附設式。 圖3-1 按負荷功率矩法確定負荷中心 第四章 變電所防雷與接地裝置的設計 第一節(jié) 變電所的防雷保護 一、雷電過電壓 雷電過電壓又稱大氣過電壓，也稱外部過電壓，它是由于電力系統(tǒng)中的線路、設備或建（構）物遭受來自大氣中的雷擊或雷電感應

21、而引起的過電壓。雷電過電壓產(chǎn)生的雷電沖擊波，其電壓幅值可高達1億伏，其電流幅值可高達幾十萬安，因此對供電系統(tǒng)危害極大，必須加以防護。雷電過電壓有三種基本形式： （1）直接雷擊 它是雷電直接擊中電氣設備、線路或建（構）物，其過電壓引起強大的雷電流通過這些物體放電入地，從而產(chǎn)生破壞性極大的熱效應和機械效應，相伴的還有電磁脈沖和閃絡放電。這種雷電過電壓成為直擊雷。 （2）間接雷擊 它是雷電未直接擊中電力系統(tǒng)的任何部分，而是由雷電對線路、設備或其他物體的靜電感應或電磁感應所產(chǎn)生的過電壓。這種雷電過電壓也稱感應雷或雷電感應。 （3）雷電波入侵 由于架空線路或金屬管道遭受直接雷擊或間接雷擊而引

22、起的過電壓波，沿架空線路或金屬管道侵入變配電所或其他建筑物。由于雷電波侵入而造成的雷害事故，占整個雷害事故的50%--70%，因此對于雷電波侵入的防護應予以足夠的重視。 二、防直擊雷保護 1.防雷設備 接閃器是專門用來接受直接雷擊（雷閃）的金屬物體，包括避雷針、避雷線、避雷帶和避雷網(wǎng)，本設計中選用避雷針。 避雷針的作用是引雷，是防止直擊雷的有效措施，一般采用避雷針作為直擊雷的防護裝置，并要求所有被保護的電氣設備和建筑物均應處于避雷針的保護范圍之內。一定高度的避雷針下面，有一個安全區(qū)域，此區(qū)域內的物體基本上不受雷擊，我們把這個安全區(qū)域叫做避雷針的保護范圍。避雷針的保護范圍可用“滾球法”或

23、“折線法”來確定，本設計采用折線法。 2.防雷方案設計 根據(jù)光明機械廠降壓變電所的工廠總平面圖，設計出兩套防雷方案。 方案1：使用三座避雷塔（分別為1號、2號和4號）和一支避雷針（3號）。1號設置在倉庫（10）南側；2號設置在裝配車間（7）南側；3號設置在鍋爐房（9）煙囪上；4號設置在金工車間（3）西北側。 方案2：使用四座避雷塔（分別為1號、2號、3號和4號）和一只避雷針（5號）。1號設置在鑄造車間（1）和倉庫（10）之間；2號設置在工具車間（4）、電鍍車間（5）、熱處理車間（6）和裝配車間（7）之間；3號設置在鍛壓車間（2）東北側；4號設置在金工車間（3）西北側；1號設置在鍋爐房（

24、9）煙囪上。 以上兩個方案中，變電所所有廠房均在避雷針保護范圍內，但是考慮到資源保護和經(jīng)濟效益，選用方案1。變電所在其它建筑物的直擊雷防護范圍內，不必另設獨立的避雷針。在裝避雷針的桿塔附近做一排和多邊形排列，管間距離5 m，打入地下，管頂距地面0.6 m。接地管間用40mm4mm 的鍍鋅扁剛焊接相接。引下線用25 mm 4 mm的鍍鋅扁剛，下與接地體焊接相連，并與裝避雷針的桿塔及其基礎內的鋼筋相焊接，上與避雷針焊接相連。避雷針采用直徑20mm的鍍鋅扁剛，長1～2m。本設計采用2m長避雷針，避雷塔高度均為32m。 3.防雷方案計算 因為該廠為三類防雷建筑物，且其中最高建筑物距水平面高30米

25、，其他廠房高度為8米，設該最高建筑物上安裝一支高2米的避雷針，則：， （1）計算在上的保護半徑 根據(jù)單支避雷針的計算公式： 當時， (4-1) 當時， (4-2) 式中，h——避雷針高度(m)； ——被保護物高度(m)； ——在上的保護半徑(m)； ——避雷針的有效高度(m)； P——高度影響系數(shù)，當時，p=1，當30

26、120m時，，h>120m時，取120m進行計算。 所以,本設計中 (4-3) （2）計算在水平面上的保護范圍最小寬度 已知 ，則 （4-4） 計算得， D=120m時 （4-5） 查《電氣工程師手冊》知 ，所以 同理D=80m時， 式中，D ——兩避雷針間的距離； ——水平面上的保護范圍最小寬度。 三、防雷電侵入波防護 1.防雷設備 避雷器是用來防止線路的感應雷及沿線路

27、侵入的過電壓波對變電所內的電氣設備造成的損害。它一般接于各段母線與架空線的進出口處，裝在被保護設備的電源側，與被保護設備并聯(lián)，要求避雷器應盡量靠近主變壓器安裝。主要類型有： （1）管型避雷器 主要用于變配電所的進線保護和線路絕緣弱點的保護，保護性能較好的管型避雷器可用于保護配電變壓器。 　?。?）閥型避雷器 由火花間隙和閥片組成，裝在密封的磁套管內。當系統(tǒng)出現(xiàn)雷電過電壓時，火花間隙很快被擊穿，使雷電沖擊電流很容易通過閥性電阻而引入大地，釋放過電壓負荷，閥片在大的沖擊電流下電阻由高變低，所以沖擊電流在其上產(chǎn)生的壓降（殘壓）較低，此時，作用在被保護設備上的電壓只是避雷器的殘壓，從而使電氣

28、設備得到了保護。 （3）金屬氧化物避雷器 又稱壓敏避雷器，它是一種沒有火花間隙只有壓敏電阻片的閥型避雷器。在工頻電壓下，金屬氧化物避雷器呈現(xiàn)極高電阻，能迅速有效地阻斷工頻續(xù)流，無需火花間隙來熄滅由工頻續(xù)流引起的電??；而當雷電過電壓的作用下，其電阻變?yōu)楹苄?，能較好地泄放雷電流。 2.防雷方案設計 變配電所中一般需要通過裝設閥式避雷器或氧化鋅避雷器對變壓器進行雷電侵入波的防護。避雷器的選擇，必須使其伏秒特性與變壓器伏秒特性合理配合，并且避雷器的殘壓必須小于變壓器絕緣耐壓所能允許的程度。避雷器應盡可能靠近變壓器安裝。避雷器接地線應與變壓器低壓側接地中性線及金屬外殼連在一起接地。在10K

29、V電源進線的終端桿上裝設FS4—10型閥式避雷器。引下線采用25 mm 4 mm的鍍鋅扁剛，下與公共接地網(wǎng)焊接相連，上與避雷器接地端栓連接。 圖4-1 避雷器的連接 第二節(jié) 變電所接地裝置的設計 一、接地裝置與接地電阻 1.接地裝置 接地裝置是由接地極 (埋入地中并與大地接觸的金屬導體)和接地線 (電氣裝置、設施的接地端子與接地極連接用的金屬導電部分)所組成。由若干接地極在大地中相互連接而組成的總體，稱為接地網(wǎng)。接地一般指將電力系統(tǒng)及其電氣設備或電力生產(chǎn)用設備的某些部分經(jīng)接地線接到接地體 2.決定接地電阻的因素 （1）土壤電阻:土壤電阻的大小用土壤電阻率表示。土壤

30、電阻率就是 的正立方體土壤的電阻值。 （2）接地線:自然接地線包括建筑物的金屬結構，生產(chǎn)用的金屬構架如吊車軌道、配電裝置外殼，布線的鋼管，電纜外皮以及非可燃和爆炸危險的工業(yè)管道等。 （3）接地極:自然接地極主要有：地下水管道，非可燃、非爆炸性液、氣金屬管道；建筑物和構筑物的金屬結構和電纜外皮。 二、變電所接地設計 1.變電所的接地裝置 本設計的變電所所涉及接地裝置主要有三類： （1）中性點接地：作用是保證電力系統(tǒng)正常工作而接地，能在運行中維持三項系統(tǒng)中想線對地電壓不變。 （2）避雷針接地：為防止對地泄放雷電流，實現(xiàn)防雷保護的要求，按規(guī)定，獨立

31、的避雷針的接地裝置接地電阻。 （3）外殼接地：是指一切正常時不帶電的電氣設備外殼、配電裝置的金屬結構（構架）接地。 2.接地計算 （1） 接地電阻計算 按接地電阻的要求及查表，本變電所的公共接地裝置的接地電阻應滿足以下條件： 由經(jīng)驗知 ，， 且 （4-6） 其中 因此公共接地裝置接地電阻應滿足 （2） 接地裝置的設計 查表得砂質粘土的可得單根鋼管的接地電阻為 （4-7） 根據(jù)，并考慮到管間的電流屏蔽效應的影響，因此初選15根直徑50mm，長2.5m的鋼管作為接地體。以

32、n=15和a/l=5m/2.5m=2去查表（n=10~20在a/l=2時的中間值）得。因此得 （4-8） 考慮到接地體的均勻對稱布置，采用長2.5m、50mm的鍍鋅鋼管數(shù)16根，沿變電所三面均勻布置，變電所前面布置兩排，管距5m，垂直打入地下，管頂離地面0.6m。管間用40mm4mm的鍍鋅扁鋼焊接相連。變壓器室有兩條接地干線、高低壓配電室各有一條接地線與室外公共接地裝置焊接相連。接地干線均采用采用25mm4mm的鍍鋅扁鋼。變電所接地裝置平面布置如圖4-2所示。 圖4

33、-2 變電所接地裝置平面布置 第五章 設計總結 為期一周的課程設計，是對我們一學期課程學習的一種檢驗，更是我們講書上所學知識加以運用、得以鞏固的一次機會。通過本次課程設計，使我更加明確了在工廠供電系統(tǒng)中“防雷與接地”這兩大問題的重要性與技術性，以前一直以為，防雷就是加根避雷針，接地就是將設備與大地相連，通過這幾天的學習，才發(fā)現(xiàn)，原來自己的想法是如此幼稚，如此狹隘！防雷與接地都要經(jīng)過縝密的設計與計算，除了最重要的安全因素要考慮，還要考慮經(jīng)濟效益、環(huán)境保護、可持續(xù)發(fā)展等諸多因素，并不像想象中那么簡單?！扒Ю镏虤в谙佈ā?，電能供應方面的任何問題大意不得！ 有些同學可能會覺得課

34、程設計是一種負擔，會有抵觸心理，但是，有些問題，恰恰就是在課程設計中得到解決得，有些進步，是在我們完成一份漂亮的報告時深有體會的！所以我們應該感謝課程設計，感謝學院、老師給我們的鍛煉機會。以積極的心態(tài)去面對，要記住，每一次挑戰(zhàn)，都是我們進步的基石！最后更應該感謝我的指導老師王立晶老師，謝謝老師的的細心指導，耐心講解，才讓我順利完成了此次課程設計。 參考文獻 [1] 蘇文成. 工廠供電 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2004　 [2] 劉介才. 工廠供電設計指導 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2008 [3] 黃其勵. 電氣工程師手冊 [M]. 北京：中國電力出版社，2002 [4] 劉介才. 供配電技術 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2005 18