网站地图
【www.scfx8.com--热门资讯】
毕 业 设 计 （朝阳矿供电系统设计）
姓 名 专 业 电气自动化 年 纪 目 录 第一章 绪论 4 1.1朝阳矿供电系统简介 4 1.2 本设计的原始资料 4 1.2.1 电压等级 4 1.2.2 设计容量 4 1.2.3 进出线及负荷情况 5 1.2.4.环境条件 5 第二章 负荷计算 6 2.1 负荷计算目的 6 2.2负荷计算 6 2.2.1 与负荷计算有关的物理量 6 2.3 计算负荷的实用计算方法 8 2.3.1求计算负荷 8 第三章 电气主接线选择设计 14 3.1 几种常用主接线方式比较与选择(厂区供电) 14 3.1.1双母线接线 14 3.1.2单母线分段接线 14 3.2 变压器的选择 15 3.2.1 变压器台数选择 15 3.2.2 变压器的选择计算 16 第四章 短路计算 19 4.1短路计算的方法与步骤 19 4.4.1 欧姆法 19 4.4.2标幺值法 19 4.2 短路计算 19 第五章 电气设备的选择 23 5.1 导线截面的选择 23 5.2 母线的选择 27 5.3 断路器及隔离开关的选择 30 5.3.1 断路器的选择 30 5.3.2 隔离开关的选择 31 5.3.3 按短路条件进行校验 31 第六章 无功补偿 33 6.1 功率因数的基本概念 33 6.2 提高功率因数的方法 33 6.3 并联电容器的补偿方式 33 6.3.1 低压集中补偿 33 6.4 无功功率补偿计算 34 第七章 防雷与接地 37 7.1 避雷针 37 7.1.1 避雷针的作用 37 7.1.2 避雷针的装设原则 37 7.2 避雷器 38 7.2.1 避雷器的作用 38 7.2.2 避雷器的工作原理 38 7.3 保护接地 38 7.3.1 工作原理 38 7.3.2 适用范围 39 7.3.3 接地类型 39 第八章 结 束 语 40 参 考 文 献 41 前 言 毕业设计是我们本科结业最后一个综合性环节,它主要考察了我们两年多来对理论知识的掌握程度，是学习的深化和升华。通过毕业设计可以有力地衡量我们的独立思考、自行分析、理论应用以及现场实际操作能力。
本论文题目是《朝阳矿供电系统设计》，是根据朝阳矿负荷的特点，就供电系统设计的主要内容展开说明，其内容包括电气主接线方案的比较和选择，负荷计算和统计，变压器的选择，三相短路计算，母线的选择和导线的选择、计算及校验，设备的选择，无功功率的补偿容量的计算和无功补偿方式的选择，防雷及接地。当然，在做毕业设计的过程遇到了许多的困难，为了更好的巩固所学的专业知识，解决毕业设计过程中出现的问题，我参考了《电力工程设计手册》、《供电技术》、《电气工程》、《电力系统继电保护原理》、《发电厂电气部分》等书籍 。同时得到了王老师的悉心指导和其他同学的帮忙，由于我的水平有限，在设计中难免有一些错误和不当之处，恳请各位老师批评指正。
第一章 绪论 1.1朝阳矿供电系统简介 矿区供电电源为110KV双回路电源，一路由宝阳变电站采用LGJ—150型铝绞线供至矿区110KV变电站，线路总长23.8KM，混凝土杆；
另一路由王寨变电站采用LGJ—185型铝绞线供至矿区变电站，线路总长13.9KM。矿区变电站安装2台SFSL1型和SFSL6型2万千伏安变压器，主要担负矿区和附近农村用电，平时一台工作，一台备用。变压器输出6KV供各井使用。
一井供电由矿区110KV变电站双回路(架空线号LGJ-240)6KV供电至一井地面变电所，目前正准备安装 3回路。110KV变电站往西风井扇风机房有两条专用高压线路。全井总装机容量11140KW，其中地面1640KW，井下9600KW。高压电动机共安装30台，最大负荷5023KW。地面有一个变电所，井下两个水平面共四个变电所。地面往井下中央变电所共用5趟铠装电缆，型号ZLQP-3×185型，长度740米。-10变电所往-250变电所用三趟电缆，长度779米。
二井供电由矿区110KV变电站双回路(架空线号LGJ-185)6KV供电线路至地面变电所，长度为1.04KM，全井总装机容量6565KW。，其中地面1890KW，井下4675KW。高压电动机共安装5台，最大负荷2460KW。地面有一个变电所，井下两个采区共四个变电所。地面往井下中央变电所共用2趟铠装电缆，型号ZLQP-3×95型，长度900米。中央变电所往戊2平台变电所用2趟电缆，长度1400米。戊2平台变电所往戊2采区变电所用2趟电缆，长度584米。
三井供电由矿区110KV变电站双回路(架空线号LGJ-120)6KV供电线路供至地面变电所，长度为1.67KM，全井总装机容量2620KW，其中地面1120KW，井下1500KW。最大负荷491KW。地面有一个变电所，井下共2个变电所。矿井供电能力满足安全生产要求。地面往井下中央变电所共用2趟铠装电缆，型号ZLQP-3×70型，长度210米。中央变电所往采区变电所用两趟电缆，长度480米。
1.2 本设计的原始资料 1.2.1 电压等级 10KV/660V,380V；
1.2.2 设计容量 拟设计安装五台主变压器；
1.2.3 进出线及负荷情况 (1)、由矿中央变电所引进两趟110KV进线；
(2)、变电所出线为电缆出线；
(3)、负荷功率因数为0.8左右；
1.2.4.环境条件 当地最高气温37.6摄氏度，最低气温-25摄氏度，最热月份平均温度23.3摄氏度，变电所所处海拔高度200M，污秽程度中级。
第二章 负荷计算 电力负荷的计算，对合理配置电源，合理布局供电线路，以及正确选择各种电器设备和导线、电缆等都是不可缺少的。负荷计算得准确，使设计工作建立在可靠的基础资料之上，得出的工程设计方案经济合理。反之，若负荷计算得过大或过小，则会造成投资和设备器材的浪费，或使设备承受不了符合电流而造成事故，影响安全供电。
2.1 负荷计算目的 在进行工厂供电设计时，基本的原始资料为工艺部门提供的各种用电设备的产品铭牌数据，如额定容量、额定电压等，这是设计的依据。但是，能否简单地用设备额定容量来选择导体和各种供电设备呢?显然是不能的。因为所安装的设备并非都同时运行，而且运行着的设备实际需用的负荷也并不是每一时刻都等于设备的额定容量，而是在不超过额定容量的范围内，时大时小地变化着。所以直接用额定容量(也称安装容量)选择供电设备和供配电系统，必将导致有色金属的浪费和工程投资的增加。因而，供配电设计的第一步．需要计算全厂和各车间的实际负荷。
负荷计算主要包括：
(1)求计算负荷(也称需用负荷)。目的是为了合理地选择工厂各级电压供电网络变压器容量和电器设备型号等。
(2)算出尖峰电流。用与计算电压波动、电压损失，选择熔断器和保护元件等。
(3)算出平均负荷。用来计算全厂电能需要量、电能损耗和选择无功补偿装置等。
2.2负荷计算 2.2.1 与负荷计算有关的物理量 一、年最大负荷和最大负荷利用小时数 年最大负荷是指全年中最大工作班内半小时平均功率的最大值，并用符号Pmax、Qmax和Smax分别表示年有功、无功和视在最大负荷。
所谓最大工作班，是指一年中最大负荷月份内最少出现2—3次的最大负荷工作班，而不是偶然出现的某一个工作班。
年最大负荷利用小时数Tmax，是一个假想时间。其物理意义是：如果用户以年最大负荷Pmax持续运行Tmax小时所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能，那么Tmax即为年最大负荷利用小时数。如图2—2所示，年持续负荷曲线与两轴所包围的面积等于Pmax与Tmax的乘积(即面积I等于面积II)所以Tmax可表达为 Tmax=Wp/Pmax(h) (2—1) 同理 Tmax(无功)=WQ/Qmax (2—2) 式中W——全年消耗的电量；
Wp—有功电量(kw·h)；
WQ——无功电量(kvar·h)；
Tmax一是标志工厂负荷是否均匀的一个重要指标。这一概念在计算电能损耗和电气设备选择中均要用到。
二、 平均负荷和负荷系数 (1) 平均负荷 平均负荷是指电力用户在一段时间内消费功率的平均值，记作Ppj、Qpj、Spj。如图2—1(b)所示为平均有功负荷，其值为用户在由0到t时间内所消费的电能Wp(KW·h)除以时间t，即 Ppj＝Wp/t (kw) (2—3) 式中 Wp——由0到t时间内消托的有功电能Wp(kW·h)。
对于年平均负荷，全年小时数t取8760，Wp是全年消费的总电能。
在最大工作班内，平均负荷与最大负荷之比称为负荷系数．并用分别表示有功、无功负荷系数。其关系式为 ＝Ppj/Pmax (2—4) ＝Qpj/Qmax (2—5) (2) 负荷系数 负荷系数也称负荷率，又叫负荷曲线填充系数。它是表征负荷变化规律的一个参数。其值愈大，则负荷曲线愈平坦，负荷波动愈小。根据经验数字，一般工厂负荷系数年平均值多为＝0．70—0．75；
＝O．76—0．82。
上述数据说明无功负荷曲线的变动比有功负荷曲线平坦。除了大量使用电焊设备的工厂或车间外，一般 值比值高10％一15％左右。相同类型的工厂或车间具有近似的负荷系数。
需用系数和利用系数 在工厂供配电系统设计和运行中，常使用需用系数和利用系数，其定义为 需用系数 Kx=Pn (2—6) 利用系数 KL= Pn (2—7) 式中Pn——额定功率。
实践表明，同类型的工厂，需用系数Kx，利用系数KL十分相近，可以分别用典型数值表示它们。
2.3 计算负荷的实用计算方法 常用的计算方法有需用系数法、二项式法、利用系数法等。在实际工程供配电设计中，广泛采用需用系数法。因此这种方法计算简便，多用于方案估算、初步设计和全厂、大型车间变电所的施工设计。
根据负荷类型，选择需用系数法求出计算负荷。
2.3.1求计算负荷 一、设备容量的确定 进行负荷计算时，需按性质将用电设备分为不同的用电设备组，然后确定设备容量(或称设备功率)。
由于各用电设备的额定工作条件不同，有的长期工作，有的短时工作，因而在求计算负荷时，不能将额定功率直接相加，而需将不同工作制的用电设备额定功率换算为统一规定工作条件下的功率。这个功率称为用电设备的设备功率(或设备容量)，并用PS表示。其值分别为：
(1)对长期工作制的用电设备，PS＝Pn(额定功率)；
(2)对短时但连续工作制的用电设备，PS＝Pn；
(3)以反复短时工作制的用电设备，设备功率是将某一暂载率下的铭牌额定功率统一换算为标准暂载率下的功率。
所谓暂载率，是指用电设备工作时间与整个工作周期时间之比值，用Jc表示 Jc＝100% (2—8) 式中 tg——工作时间；
tx——停歇时间。
设备铭牌上所给的额定功率时的哲载率用JCn表示，称额定暂载率。
二、按需用系数法求计算负荷 (1)用电设备各组的计算负荷 用电设备组是由工艺性质相同、需用系数相近的一些设备合并成的一组用电设备。在一个车间中，可根据具体情况将用电设备分为若干组。再分别计算各用电设备组的计算负荷。
其计算公式为 (2—9) 式中Pjs、Qjs、Sjs——该用电设备组的有功、无功和视在计算负荷；
Ps——该用电设备组的设备容量总和，但不包括备用设备容量(kW)；
Un——额定电压(kv)；
——与运行功率因数角相对应的正切值；
Ijs——该用电设备组的计算电流(A)；
Kx——该用电设备组的需用系数；
需用系数的物理意义是：
(2—10) 式中——用电设备组平均效率(用电设备在运行时要产生功率损耗，用电设备(如电动机)输出的功率与实际输人的功率之比即用电设备的效率，＜1)；
K∑——同时系数(用电设备组的设备并非同时都运行。该设备组在最大负荷时工作着的用电设备容量与该组用电设备总容量之比即为同时系数，K∑＜1，参见表2—1，对于一台电动机而言K∑=1)；
Kf ——负荷系数(工作着的用电设备一般并非全在满负荷下运行。该设备组在最大负荷时，工作着的用电设备实际所需功率与工作着的用电设备总功率之比称为负荷系数，Kf＜1)；
——线路供电效率(因为电功率通过电力线路在线路上要产生功率损耗，所以末端功率要小于始端功率。其线路末端功率与端功率之比称为线路供电效率，一般为0．95—0．98)。
由此可看出，需用系数是一个综合系数，它标志着用电设备组投入运行时，从供电网络实际取用的功率与用电设备组设备功率之比。需用系数一般小于l。
表2—1、需用系数法的同时系数K∑ (供参考) 应用范围 K∑ 一、确定车间变电所低压母线的最大负荷时所采用的有功负荷同时系数 1、冷加工车间 2、热加工车间 3、动力站 二、确定配电所母线的最大负荷时采用的有功负荷同时系数 1、计算负荷小于5000kW 2、计算负荷为5000kW-10000Kw 3、计算负荷超过10000kW 0.7-0.8 0.7-0.9 0.8-1.0 0.9-1.0 0.85 0.80 注：、无功负荷的同时系数一般采用与有功负荷的同时系数K∑相同数；
、当由全厂各车间的设备容量直接计算全厂最大负荷时，应同时乘以表中两中同时系数。
(2)多个用电设备组的计算负荷 在配电干线上或车间变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但是各个用电设备组的最大负荷也非同时出现，因此在求配电干线或车间变电缩低压母线的计算负荷时，应在计入一个同时系数K∑。具体如下：
(2—11) 式中Pjs、Qjs、Sjs――为配电干线或变电站低压母线的有功、无功、视在计算负荷；
K∑――同时系数，参见表2—1；
m――该配电干线或变电站低压母线上所接用电设备总数；
Kxi,,Psi――分别为某一用电设备组的需用系数，功率因数角正切值，总设备容量；
Ijs――为该干线或变电站低压母线上的计算电流；
(A) Un―― 为该干线或低压母线上的额定电压；
(kV) 对于五个变压器，代入以上公式计算如下：
(1)变压器一：已知P＝934kW，取cos=0.75，Kd=0.8，现求其总的计算负荷,并取有功同时系数.无功同时系数都为Ksi=0.9，则：
= 根据负荷电流,选择自动开关的额定电流为800A。
(2)变压器二：已知P＝770kW，取cos=0.8，K∑ =0.8，现 求其总的计算负荷,并取有功同时系数.无功同时系数都为Ksi=0.9，则：
根据负荷电流,选择自动开关的额定电流为700A。
(3)变压器三：已知P＝590kW，取cos =0.7，Kd=0.7，现求其总的计算负荷,并取有功同时系数.无功同时系数都为K∑=0.9，则：
根据负荷电流,选择自动开关的额定电流为800A。
(4)变压器四：已知P＝694kW，取cos=0.85，Kxi=0.8，现求其总的计算负荷,并取有功同时系数,无功同时系数都为K∑=0.9，则：
根据负荷电流,选择自动开关的额定电流为600A。
(5)变压器五：已知P＝991kW，取cos=0.8，Kxi=0.8，现求其总的计算负荷，并取有功同时系数、无功同时系数都为K∑=0.9,则：
根据负荷电流,选择自动开关的额定电流为800A。
根据以上计算， P,Q值可以作为第三章变压器选择，第四章短路电流计算，第六章无功补偿提供数据，其中电流值可以作为选择电缆型号和选择自动开关的依据。
表2－2 各个变压器负荷统计结果汇总 变压 器名 P/kW Q/kvar S/kVA cos I/A sin tan 一号 934 593.127 896.64 0.75 784.38 0.661 0.662 0.75 1.01 0.62 0.75 二号 770 415.8 693.0 0.8 606.235 0.6 三号 590 379.134 464.62 0.7 705.945 0.714 四号 694 309.802 587.859 0.85 514.859 0.527 五号 1195 645.3 1075.5 0.8 940.846 0.6 第三章 电气主接线选择设计 主接线设计主要包括选择变压器的容量、台数和电气接线方式。要研究常用类型的电气接线方案，并根据工厂对供电可靠性的要求，经技术经济比较选出最合理的电气主接线。
3.1 几种常用主接线方式比较与选择(厂区供电) 3.1.1双母线接线 图3.1 双母线接线 如图3.1所示，为不分段的双母线主接线图。它具有两组母线W1、W2，两组母线之间用母线联络短路器QF(简称母联)连接起来，每一个回路都经过一台断路器和两组隔离开关接到两组母线上。但母连短路器QF短开时，一组母线带电，另一组母线不带电。带电的称为工作母线，不带电的称为备用母线。正常运行时，接至工作母线的隔离开关接通，接到备用母线的隔离开关断开。
3.1.2单母线分段接线 图3.2 单母线分断接线 如图3.2,单母线用分段断路器QF1进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性。对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电，当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段隔离。保证正常段母线不间断供电，不致重要用户停电。
通过比较可知，方案一比方案二可靠性要高,但从经济技术条件来说，结合设备选型，综合考虑，方案二在保证供电可靠性的前提下，是比较经济的最佳方案。
3.2 变压器的选择 3.2.1 变压器台数选择 变压器台数选择原则是：
(1)选择一台,适用范围：
a、总计算负荷不大于1250kVA的三级负荷变电所；
b、变电所另有低压联络线，或有其它备用电源，而总的计算负荷不大于1250kVA的含有部分一、二级负荷的变电所。
(2)选择两台，适用范围：
a、供含有大量一、二级负荷的变电所；
b、供总的计算负荷大于1250kVA的三级负荷变电；
c、季节性负荷变化较大，从技术经济上考虑经济运行有利的。
(3)选择多台,适用范围：
a、供电网过大,接地电流过大，对人身及设备安全不利。
b、供电会造成电压严重波动的设备较多。
根据朝阳矿的负荷特点选用五台变压器对厂区供电。
3.2.2 变压器的选择计算 在负荷计算中变压器的有功功率和无功功率损耗可以按照以下简化公式计算: 对SJL1等型的电力变压器 △PT = 0.02Sjs (3－1) △QT ≈ 0.08Sjs (3－2) 对SL7,S7,S9等低损耗电力变压器 △PT = 0.0015Sjs (3－3) △QT ≈ 0.06Sjs (3－4) (1)对于变压器一：现已知P=934KW，Sjs=896.64KVA,其有功和无功损耗计算，及其变压器的视在功率，功率因数计算如下: 根据以上计算的视在功率，选择变压器一的容量为1000kVA。再根据工程手册工变压器的型号，现选用S9－1000/10型的三相电力变压器，它表示三相、油浸自冷式、铜导线绕组、额定容量为1000kVA、高压侧绕组电压为10kV，第九次系列设计的电力变压器，联结组别为Y，yn0。
(2)对于变压器二：现已知,其有功和无功损耗计算，及其变压器的视在功率，功率因数计算如下: 根据以上计算的视在功率，选择变压器二的容量为800kVA。再根据工程手册工变压器的型号，现选用S9－800/10型的三相电力变压器，它表示三相、油浸自冷式、铜导线绕组、额定容量为800kVA、高压侧绕组电压为10kV，第九次系列设计的电力变压器，联结组别为Y，yn0。
(3)对于变压器三：现已知，其有功和无功损耗计算，及其变压器的视在功率，功率因数计算如下: 根据以上计算的视在功率，选择变压器三的容量为630kVA。再根据工程手册工变压器的型号，现选用S9－630/10型的三相电力变压器，它表示三相、油浸自冷式、铜导线绕组、额定容量为630kVA、高压侧绕组电压为10kV，第九次系列设计的电力变压器，联结组别为Y，yn0。
(4)对于变压器四：
现已知，其有功和无功损耗计算，及其变压器的视在功率，功率因数计算如下: 根据以上计算的视在功率，选择变压器四的容量为630kVA。再根据工程手册工变压器的型号，现选用S9－630/10型的三相电力变压器，它表示三相、油浸自冷式、铜导线绕组、额定容量为630kVA、高压侧绕组电压为10kV，第九次系列设计的电力变压器，联结组别为Y，yn0。
(5)对于变压器五：现已知，其有功和无功损耗计算，及其变压器的视在功率，功率因数计算如下: 根据以上计算的视在功率，选择变压器五的容量为1250kVA。再根据工程手册工变压器的型号，现选用S9－1250/10型的三相电力变压器，它表示三相、油浸自冷式、铜导线绕组、额定容量为1250kVA、高压侧绕组电压为10kV，第九次系列设计的电力变压器，联结组别为Y，yn0。根据以上计算制表如下：
表3－1各个变压器型号统计 变压器名 型号 容量(KVA) cos 联结组别 一号 二号 三号 四号 五号 958.492 704.428 555.917 607.253 1079.56 S9-1000/10 S9-800/10 S9-630/10 S9-630/10 S9-1250/10 1000 800 630 630 1250 0.720 0.787 0.681 0.823 0.673 Y，yn0 Y，yn0 Y，yn0 Y，yn0 Y，yn0 第四章 短路计算 为保证电力系统的安全、可靠运行，在电力系统设计和运行分析中，不仅要考虑系统在正常状态下的运行情况，还应该考虑系统发生故障时的运行情况及故障产生的后果等。电力系统短路是各种系统故障中出现最多、情况最严重的一种。所谓“短路”，就是电力系统中一切不正常的相与相之间或相与地(指中性点直接接地系统)之间发生通路的情况。
4.1短路计算的方法与步骤 4.4.1 欧姆法 (1) 计算短路回路中各主要元件的阻抗；
(2) 绘短路回路等效电路，按阻抗串并联求等效阻抗求等效阻抗的方法，化简电路，计算短路回路的总阻抗；
(3) 计算三相短路电流周期分量有效值及其它短路电流和三相短路容量；
(4) 列出短路计算表。
4.4.2标幺值法 (1) 设顶基准容量Sd和基准电压Ud，计算短路点基准电流Id；
(2) 计算短路回路中各主要元件的电抗标幺值；
(3) 绘短路回路的等效电路，按阻抗串并联回路求等效阻抗的方法，化简电路，计算短路回路的总电抗标幺值；
(4) 计算三相短路电流周期分量有效值及其它短路电流和三相短路容量；
(5) 列出短路计算表。根据朝阳矿的特点及短路类型选用欧姆法进行短路计算。
4.2 短路计算 (1)对于第一台变压器，如图4－1为变压器低压侧发生三相短路。现已知电力系统为∞系统，不考虑电抗，即电抗为0，电力变压器为1000kVA，短路电流Uk(%)为4.5。
按照欧姆法计算进行三相计算，计算顺序内容，K点短路计算。
图4－1 电力系统图1 电力系统的电抗为 据已知得 X1=0 电力变压器的电抗为：,计算得 三相短路电流 ：
及 三相短路容量 (2)对于第二个变压器，如图4－2为变压器低压侧发生三相短路。现已知电力系统为∞系统，不考虑电抗，即电抗为0，电力变压器为800kVA，短路电流Uk(%)为4.5。
图4－2 电力系统图2 按照欧姆法进行三相计算，计算顺序内容，K点短路计算。
电力系统的电抗为 据已知得 X1=0 电力变压器的电抗为：
计算得 三相短路电流：
及 三相短路容量 (3)对于第三台变压器，如图4－3为变压器低压侧发生三相短路。现已知电力系统为∞系统，不考虑电抗，即电抗为0，电力变压器为630kVA，短路电流Uk(%)为4.5。
图4－3 电力系统图3 按照欧姆法进行三相计算，计算顺序内容，K点短路计算。
电力系统的电抗为 据已知得 X1=0 电力变压器的电抗为,计算得 三相短路电流 及 三相短路容量 (4)对于第四台变压器，如图4－4为变压器低压侧发生三相短路。现已知电力系统为∞系统，不考虑电抗，即电抗为0，电力变压器为630kVA，短路电流Uk(%)为4.5。
图4－4 电力系统图4 按照欧姆法进行三相计算，计算顺序内容，K点短路计算。
电力系统的电抗为 据已知得 X1=0 电力变压器的电抗为,计算得 三相短路电流 及 三相短路容量 (5)对于第五台变压器，如图4－5为变压器低压侧发生三相短路。现已知电力系统为∞系统，不考虑电抗，即电抗为0，电力变压器为1250kVA，短路电流Uk(%)为4.5。
图4－5 电力系统图5 按照欧姆法进行三相计算，计算顺序内容，K点短路计算。
电力系统的电抗为 据已知得 X1=0 电力变压器的电抗为,计算得 三相短路电流 及 三相短路容量 这时可以根据三相短路容量选择出口断路器的容量。
第五章 电气设备的选择 正确地选择电气设备的目的是为了使导体和电器无论在正常情况或故障情况下，均能安全、经济合理的运行。在进行设备额选择时，应根据工程实际情况，在保证可靠、的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。
电气设备选择的一般原则：
(1)选择设备的额定电压和额定电流、按短路故障电流校验设备的动稳定和热稳定性。
(2)按工作环境，运行要求，经济效果和货源情况，选择设备的型号规格。例如选屋外或室内设备，选防爆型或普通型设备，选不适于频繁操作的少油断路器还是选用适于频繁操作的真空断路器等。
(3)按装设地点的三相短路容量Sd，校验开关电器的断流能力(断流容量)。要求设备的额定断流容量不小于装设地点的Sd，即 式中 ——设备在额定电压下的切断电流；
——安装地点的三相短路电流。
开关电器安装在低于额定电压电路时，其断流容量有所降低，可按下式计算：
式中 ——开关电器的额定电压 ——安装地点的实际电压 ——对应实际电压的新断流容量 电气设备要能安全、可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路条件来校验其热稳定和动稳定性。
5.1 导线截面的选择 架设电网时，为保证整个供电系统供电的安全、可靠，减少建设的初期投资，及以后每年支付的运行费用，选择导线和电缆截面时应满足以下条件：
一、按发热条件选择导线截面 每一种导线通过电流时,由于导线本身的电阻及电流的热效应都会使导线发热,温度升高.如果导线温度超过一定限度,导线绝缘就要加速老化,甚至损坏或造成短路失火等事故.为使导线能长期通过符合电流而不过热,对一定截面的导线就有一个规定的容许电流值,称为允许载流量.这个数值是根据导线绝缘材料的种类＼允许温升＼表面散热情况及散热面积的大小等条件来确定的.按发热条件选择导线截面,就是要求根据计算负荷求出的总计算电流不可超过这个允许载流量,即: (5－1) 若视在负荷为,电网额定线电压为 ,则有 (5－2) 若导线敷设点的环境温度与导线允许载流量采用温度不同时，则导线的允许载流量应乘校正系数：
(5—3) 式中 ——导线正常工作时的最高允许温度；
——导线的允许载流量所采用环境温度；
—一导线敷设地点实际环境温度。
必须注意：按发热条件选择的导线截面积还必须注意与保护装置(熔断器及短路器等)配合，若配合不当可能导致导线因过流而发热起燃，但保护装置不动作的情况。
二、按线路电压损失选择导线 (1)同一截面法 根据允许电压损失％，计算出允许电压损失．再算出导线电抗产生的电压损失 (5—4) 式中 ——导线每公里之电抗值()；
——各干线通过的无功功率(kvar)与本段干线长度(km)的乘积 ——线路额定电压(kv)。
—般架空线路可假定=0.4()，再算电阻产生的电压损失 ＝— (5—5) (5—6) 然后利用公式求出所需截面：
(5—7) 式中 ——导线材料的电导系数；
一一各段干线上通过的有功功率(kw)与该段干线(km)的乘积；
算出截面后，选出标准截面与允许电流 (A)值。
(2)不同截面法 利用下式求出不同线段导线的计算截面：
(5—8) 第一段导线截面积：
(5—9) 第段导线截面积()：
(5—10) 式中 ——第—段导线上通过的有功功率(kw)；
——第j段导线上通过的有功功率(kW)。
线路电压损失的大小是与导线的材料、截面的大小、线路的长短和电流的大小密切相关的，线路越长，负荷越大，线路电压巡视也越大。在工程计算中，可采用计算相对电压巡视的一种简单公式：
(5－11) 或用下式来进行计算 (5－12) 式中，P――有功负荷(kW)；
L――从负荷点到线路首端的长度(km)；
――单位长度线路的相电阻；
――单位长度线路的相电抗；
U ――线路电压(kV)；
――三相线路每kWkm的电压损失百分值(％)。
求出计算截面积。选用标称截而时．对靠近电源的线段可稍向大套用。靠近负荷的线段尽量向小靠。
三、按经济电流密度选择导线截面 把投资和运行费用全面考虑，比较经济合理的电流密度称之为经济电流密度，由于电线,电缆截面的大小,直接关系到线路投资和电能损耗的大小,截面小一些可节约线路的投资,但却会增加线路上能量的损耗;而截面选择得大,虽然可以减少线路上的能量损耗,但投资则会相应地增加.因此,在选择导线截面时要综合考虑线路的投资效益和经济运行,可以用一个最经济的电流密度来确定电线和电缆的截面.其计算方法为: I=SJ (5－13) 式中: I---线路上流过的电流; S---导线的横截面积; J ---经济电流密度。
四、按机械强度选择导线截面 架空线路经常遭到大风．覆冰及低温的考验，为保证安全运行，可靠供电，我国规定架空导线允许使用的最小截面如表4—8所示。如计算出截面低于表中规定数值．也必须按表上数值选用。
上述四种选择方法，必须同时满足机械强度、发热、允许电压损失等要求方可保证 安全使用，对电缆或较短架空线路，可按允许载流量选择，再以允许电压损失校验。
下面以变压器一(出线)为例进行导线选择计算: 由前变压器的选择中可知，所选变压器的额定容量为1000kVA，低压侧平均功率因数为，从变压器出线的长度为180m。
①按发热条件选择 采用三相铜芯聚氯乙烯绝缘电缆 由 查表可知，选择电缆铜芯截面为3×70mm²时 25ºC载流量为1285A＞874A，因此选择线芯为210 mm²的三相铜芯油浸纸绝缘电缆，即ZQ22－3×70型。
②校验电压损失 查表得，因此 实际电压损耗百分比为 远小于允许电压损耗。
故电压损耗满足要求 ③校验机械强度 根据表规定，机械强度的要求是完全能够满足的。
④校验短路热稳定度 满足短路若稳定度的最小截面为 (5－14) 式中， C查表，得 因此 由此可见，以上所选电缆线芯截面3×70 mm²满足热稳定度的要求。
因此，选择线芯为210mm²的三相铜芯油浸纸绝缘电缆，即ZQ22－3×70型。
按照以上计算方式可以选择其他几组变压器出线都为ZQ22－3×70型。
5.2 母线的选择 一、母线的材料、结构和排列方式 母线的材料有铜和铝两种。铜的电阻率低．机械强度大，抗腐蚀性强。是很好的母线材料。但由于铜在工业上有很多重要用途、而且储量不多，价格较贵，因此铜母线仅用于空气中含腐蚀性气体(如靠近海岸或化工厂等)的配电装置中。
铝的电阻率为铜的1.7—2倍，重量只有铜的30％，而且储藏量多、价格也低，因此广泛应用于屋内外的配电装置中。
工厂供电系统10kv以下母线主要是用矩形铝母线，而母线的三相排列布置则根据具体情况而定。
二、母线截面的选择 母线截面的选择参照导线截面的选择。
三、按短路条件校验母线的热稳定 按正常条件选择的母线截面，必须校验它们在短路时的热稳定。工程上为简化计算常采用短路时发热满足最高允许温度的条件下，当所选的导线截面大于或等于时，便是稳定的，反之不稳定。按下式计算 (5—15) 其中，――三相短路电流(A)；
――集肤效应系数；
――假想时间。
四、按短路条件校验母线的动稳定校验 由《电工基础》知，处在空气中的两平行导体分别通以电流时，两导体的轴线距离为a，导体间的电动力为：
(5—16) 上式适用于圆截面的实芯和空芯导体，对于每项只有一条矩形截面导体的线路一般也适用的，如果三相线路发生两相短路，可应用下式计算导线之间的电动力 (5—17) 式中 ——二相短路冲击电流(A) 如果三相线路中发生三相短路时，则三相短路电流在中间相产生的电动力最大为 (5—18) 对母线等硬导体，一般按短路时所受到的最大应力来校验其动稳定度，满足的条件：
(5—19) 式中 ——作用于母线三相短路冲击电流的计算应力 ——母线最大允许应力，硬铝为70，硬铜为140；
M——母线通过时受到的弯曲力矩；
W——母线截面系数，单位为。
下面以变压器一为例进行母线选择计算：
(1)根据负荷统计中的计算电流知，负荷电流小，同时考虑到年利用小时少，所以采用铜母线。又由于是对较大负荷的供电，且是低压供电，所以母线形状选择矩形。因为它较实心圆母线，具有冷却条件好，交流电阻率小，在相同的条件下，截面较小的优点。
由上所述，选择矩形铜母线。其最大长时工作电流按计算电流来确定，即 根据最大长时工作电流选80×10mm2矩形铜母线，查得其最大允许载流量为1747A。
由于环境最高温度为42ºC，其长时允许电流根据公式 (5－20)来修正。
其中，――母线最高允许温度，一般为70ºC；
――最高环境温度；
――母线截面长时最大允许电流(A)；
――长时允许电流修正值。
所以可得 考虑到动稳定度，母线采用平放，其允许电流值应降低8％，故为 故长时允许电流符合要求。
(2)母线的动稳定校验 GCK配电柜宽1.2m柜间空隙为0.018m，母线中心距a为0.25m。由于采用中间进线，故并联运行时，母线两端短路母线所受的电动力最大，其数值根据公式来计算。其中短路电流=22kA(这在第五章的短路电流计算中算出)。
母线的最大弯矩为 母线的计算应力为 小于铜材料的允许弯曲应力1.372×108N/m2, 故其动稳定符合要求。
(3)母线的热稳定校验 根据公式 (5－21) 来确定母线最小热稳定截面。
查得 C＝175，取 小于所选铜母线截面80×10mm2，故其热稳定符合要求。
按照以上计算方法可以得到另外四个变压器母线截面也为80×10mm2，符合要求。
对于其他与变压器相接的电气设备的电缆型号经查表、计算与统计，结果见供电系统大图标识。
5.3 断路器及隔离开关的选择 5.3.1 断路器的选择 断路器是供电系统中重要的电器设备之一。它能在有负荷的情况下接通和断开电路，当系统产生短路故障时，能迅速切断短路电流。它不仅能通断正常负荷电流，而且能通断一定的短路，它还能在保护装置的作用下自动跳闸切除短路故障。
断路器是根据其主要技术参数来选择的。除了前面所述之一般条件外，还应满足额定切断电流或切断容量的条件，即 (5—22) 式中——断路器在额定电压下的切断电流(切断容量)；
——断路器安装地点发生三相短路时的次暂态短路电流；
——短路容量；
选择断路器时，除考虑电流和电压的额定值外，还要校验断流容量，短路时的动稳定和热稳定是否符合要求。其他技术指标和运行指标是否能够满足。同时还要选择配套的操作机构。
根据以上原则，10KV侧断路器选择型号ZN28A-12/630-25, ZN28A-12系列户内高压真空断路器是三相交流50HZ、额定电压12KV的户内装置。主要装设在固定开关柜中，用于工矿企业、发电厂及变电站电路的保护和控制，并适用于频繁操作的场所，是少油路器开关柜改造、换断代的产品。本断路器总体结构为开关本体与操作机构于一体式或分体式安装两种形式。一体式结构即为ZN2812基本型；
分体式结构为ZN28A-12型，可安装于各种固定式开关柜中，如GG-1A(Z)、XGN2-10(Z)等。
5.3.2 隔离开关的选择 隔离开关是一种没有灭弧装置的控制电器，其功能主要是隔离高压电源，以保证其他电气设备的安全检修，因此不允许带负荷操作。
选用时，应根据其额定电压，额定电流，安装地点环境条件规格型号，然后按短路电流进行校验。选隔离开关同时还需选定配套的操作机构。
根据以上原则10KV侧隔离开关选择型号GN19-12C系列, GN19-12、12C/400、630、1000、1250型户内高压隔离开关(以下简称隔离开关)额定电压为12KV，三相交流50Hz户内装置，作为有电压而无负荷的情况下分合电路之用。
5.3.3 按短路条件进行校验 一、热稳定校验 校验电气设备的热稳定性，就是校验设备的载流部分在短路电流的作用下，其金属导电部分的温度不应超过最高允许值。如能满足这一条件，则所选出的电器设备符合热稳定的要求。
做动稳定校验时，以通过电气设备的三相短路电流为依据，工程计算中常用下式校验所选用的电气设备是否满足热稳定的要求，即 (5－23) 式中，-----三相短路电流周期分量的稳定值(KA)；
-----等值时间；
Ith-----制造厂规定的在t秒内电器的热稳定电流(KA)；
T ---为与Ith相对应的时间(s)。
二、动稳定校验 当电气设备中有短路电流通过时，将产生很大的电动力，可能对电气设备产生严重的破坏作用。用最大允许电流的幅值或最大有效值表示其电动力稳定的程度，它表明电器通过上述电流时，不致因电动力的作用而损坏。满足动稳定的条件为 或 (5－24) 式中，或----三相短路时的冲击电流及最大有效值电流。
三、断路器校验如下：
(1)额定电压=12KV, =10KV,所以≥符合技术条件。
(2)额定电流=630A,最大长期工作电流为 所以≥符合技术条件。
(3)断路器开断电流为 =40KA, =32.07KA, > ,符合技术条件。
(4), ,，满足动稳定校验。
(5),, , ,, , 四、隔离开关校验如下：
10KV侧隔离开关型号为GN19-12C/400, GN19-12C/630。
(1)额定电压=12KV,＝10KV，＝，符合技术条件。
(2)额定电流＝1250A，最大长期工作电流 =1250A 因此符合技术条件。
(3)＝63KA，＝15.7KA,满足动稳定校验。
第六章 无功补偿 6.1 功率因数的基本概念 工厂供配电系统中的用电设备绝大多数都是根据电磁感应原理工作的。一部分用于作功，将电能转换为机械能，称为有功功率；
另—部分用来建立交变磁场，将电能转换为磁能，再由磁能转换为电能，这样反复交换的功率，称为无功功率。这两种功率构成视在功率。有功功率P、无功功率Q和视在功率S之间存在下述关系：
(6—1) (6—2) 而称为功率因数。功率因数的大小与用户负荷性质有关。当有功功率需感性无功功率越大，其功率因数越小。
6.2 提高功率因数的方法 改善功率因数的途径主要在于减少各用电设备的无功功率，主要方法是调整自然和人工功率因数。
6.3 并联电容器的补偿方式 无功功率的人工补偿设备有并联电容器和同步补偿机两类。由于并联电容器无旋转部分，运行维护方便安全，且便于安装，能耗低，投资省，因此一般工厂都广泛采用并联电容器进行无功补偿。并联电容器的补偿方式如下：
6.3.1 低压集中补偿 装设地点一般接在变电所低压母线,其电容器柜装设在低压配电柜内。其原理电路图如图6－1所示: 其主要特点是能补偿低压母线以前的无功功率,可使变压器的无功功率得到补偿,从而有可能减少变压器容量,且运行维护也较方便。适用范围适于中小型工厂或车间变电所低压侧基本无功功率的补偿。
图6－1 低压集中补偿电路原理图 本厂由于采用低压供电，所以补偿方式采用低压集中补偿方式，即在变压器的出线端采取电容器补偿。
6.4 无功功率补偿计算 (1)对于变压器一来说：
由前面得负荷统计可知，变压器出线回路的计算负荷为P＝690.413kW。我们假设采用无功功率补偿后的功率因数要达到cos＝0.9，则未采用无功功率补偿时，我们需要把功率因数提高到cos＝0.95，则 这时已知变压器一补偿前的自然平均功率因数为cos＝0.72则 就可利用 ，求出补偿容量Qc为 即需要补偿235.431kvar的无功功率，才是补偿后的功率因数由原来的0.72提高到0.95。
(2)对于变压器二来说：
由前面得负荷统计可知，变压器出线回路计算负荷为P＝554.4kW。我们假设采用无功功率补偿后的功率因数要达到cos＝0.9，则未采用无功功率补偿时，我们需要把功率因数提高到cos＝0.95，则 这时已知变压器二补偿前的自然平均功率因数为cos＝0.787则 就可利用 ，求出补偿容量Qc为 即需要补偿85.551kvar的无功功率，才是补偿后的功率因数由原来的0.787提高到0.95。
(3)对于变压器三来说：
由前面得负荷统计可知，变压器出线回路的计算负荷为P＝378.669kW。我们假设采用无功功率补偿后的功率因数要达到cos＝0.9，则未采用无功功率补偿时，我们需要把功率因数提高到cos＝0.95，则 这时已知变压器三补偿前的自然平均功率因数为cos＝0.681则 就可利用 ，求出补偿容量Qc为 即需要补偿173.809kvar的无功功率，才是补偿后的功率因数由原来的0.681提高到0.95。
(4)对于变压器四来说：
由前面得负荷统计可知，变压器出线回路的计算负荷为P＝499.074kW。我们假设采用无功功率补偿后的功率因数要达到cos＝0.9，则未采用无功功率补偿时，我们需要把功率因数提高到cos＝0.95，则 这时已知变压器四补偿前的自然平均功率因数为cos＝0.823则 就可利用 ，求出补偿容量Qc为 即需要补偿31.974kvar的无功功率，才是补偿后的功率因数由原来的0.823提高到0.95。
(5)对于变压器五来说：
由前面得负荷统计可知，变压器出线回路的计算负荷为P＝796.899kW。我们假设采用无功功率补偿后的功率因数要达到cos＝0.9，则未采用无功功率补偿时，我们需要把功率因数提高到cos＝0.95，则 这时已知变压器五补偿前的自然平均功率因数为cos＝0.673则 就可利用 ，求出补偿容量Qc为 即需要补偿386.404kvar的无功功率，才是补偿后的功率因数由原来的0.673提高到0.95。
根据以上计算选用低压自动无功补偿及滤波装置,型号为KDCF-300/0.4。
第七章 防雷与接地 供配电系统防雷保护和接地装置是安全供配电的重要设施之一。为确保运行中人身安全、供电可靠，应根据工程特点、规模和发展规划，以及当地的雷电情况和地质特点等，合理地确定防雷接地设计方案。
7.1 避雷针 7.1.1 避雷针的作用 一、避雷针的作用：
吸引雷，并将雷电流通过避雷针安全地泄入大地，从而保护避雷针附近的电力设备和建筑物免受直击雷危害。
7.1.2 避雷针的装设原则 (1) 独立避雷针宜设独立的接地装置。在非高土壤电阻地区，其工频接地电阻不宜超过10欧姆。当有困难时，该接地装置可与主接地网连接，使两者的接地电阻都得到降低。但为了防止经过接地网反击35kV及以下设备，要求避雷针与主接地网的地下连接点至35kV及以下设备与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15M。经15M长度，一般能将接地体传播的雷电过电压衰减到对35kV及以下设备不危险的程度。独立避雷针不应该设在人经常通过的地方，避雷针及其接地装置与道路或出路口等的距离不宜小于3m否则应采取均压措施，或铺设沥青或砾石地面。
(2) 独立避雷针与配电装置带电部分间的空气中距离，以及独立避雷针的接地装置与接地网间的地中距离，应符合下列要求：
1)独立避雷针与配电装置带电部分、变电所电力设备接地部分、架构接地部分之间的空气中距离，应符合下列要求：
SK ≥0.3Rch+0.1h (7—1) 式中 SK— 空气中的距离(m) RCh—独立避雷针的接地电阻(Ω) h—避雷针效验点的高度(m) 2) 独立避雷针的接地装置与发电厂、变电所接地网间的地中距离应符合下式要求：
Sb≥0.3R ch (7—2) 式中 Sb—地中距离(m) 3) 除上述要求外，对避雷针，空气中距离不益小于5m地中距离不宜小于3m。对63kV及以下设备包括组合导线、母线廊道等，因尽量降低感应过电压，当条件许可时，空气中距离应尽量增大。
单只避雷针的保护范围：
避雷针的保护范围为折线构成的上、下两个圆锥形的保护空间。用公式表示为：
当Hx≥H/2时 Rx=(H—Hx)Kh=HaKh (7—3) 当Hx30m时,Kh=5.5/。
7.2 避雷器 7.2.1 避雷器的作用 用来防止雷电产生的大气过电压(即雷电侵入波)沿架空线路侵入变电所或其他建筑物时，危害电气设备绝缘。避雷器与被保护的设备并联，其放电电压低于被保护设备绝缘耐压值。
7.2.2 避雷器的工作原理 在架空导线上发生感应雷击后，雷电波沿导线向两个方向传播，如果雷电冲击波的对地电压超过了电气设备绝缘的耐压值，其绝缘必被击穿而导致电气设备立即烧毁。显然，同连于一条线路上的电气设备，必定是耐压水平最低的设备首先被雷击穿。避雷器就是专设的放电电压低于所有被保护设备正常耐压值的保护设备。由于它具有良好的接地。故雷电波来到时，避雷器首先被击穿并对地放电，从而使其它电气设备受保护。当过电压消失后，避雷器又能自动恢复到起始状态。
7.3 保护接地 7.3.1 工作原理 保护接地是为保证人身安全和防止触电事故的进行的接地；
在中性点不接地系统，当电气设备绝缘损坏发生一相碰壳故障时、设备外壳电位将上升为相电压，此时，人接触设备时，故障电流将全部通过人体流人地中，这显然是很危险的：若此时电气设备外壳经电阻接地，与人体电阻形成并联电路，则流过人体的电流将是的一部分。接地电流通过人体和接地体后经电网对地绝缘阻抗形成问路，流过每一条回路的电流值与电阻大小成反比，即为：
(7—5) 式中 ——流经人体的电流(A)；
——流经接地体的电流(A)；
——接地体的接地电阻()；
——人体的电阻()。
从上式可知，接地体的接地电阻愈小．流经人体的电流也就愈小。此时，漏电设备对地电压主要决定于接地保护的接地体电阻的大小。
7.3.2 适用范围 接地保护适用于三线三相制或三相四线制电力系统，在供电系统中，凡由于绝缘破坏或其他原因而可能呈现危险电压的金属部分，例如变压器、电机、电器等的外壳和底座，均应采用接地保护。
7.3.3 接地类型 一、工作接地 为了保证电气设备在正常和事故情况下可靠地工作而进行的接地叫工作接地。例如变压器和旋转电机的中性点接地。根据接地方式的不同，工作接地又分为；
中性点直接接地，即变压器或旋转电机的中性点直接或经小阻抗与接地装置连接的接地；
中性点非直接接地，即中性点不接地或经消弧线圈、电压互感器、高电阻与接地装置连接的，非直接接地系统又称小电流接地系统。防雷设备的接地也属于工作接地。
二、保护接地 电气设备的金属外壳、钢筋混凝土杆和金属杆塔，出于带电导体绝缘损坏，有可能使其带电，为了防止危及人身安全而设的接地，称保护接地。
第八章 结 束 语 在这段的时间里，先后完成了资料的收集、设计方案的拟定、计算、画图等多方面的工作。深深的体会到了设计过程的复杂和艰辛，同时在设计中的乐趣和收获也是前所未有的。
在本设计中，根据朝阳煤矿负荷的特点，就供电系统的主要内容展开说明，其内容包括电气主接线的选择，负荷计算，变压器的选择，无功补偿，电气设备的选择和校验。最后对低压保护装置，设备防雷接地进行了说明。
毕业设计过程中全面培养了我各方面能力，同时更加巩固了专业课知识。但是设计中也遇到了不少问题。例如短路电流的计算，许多参考书上并没有针对朝阳煤矿讲述，因而给实际计算带来了一定的麻烦。还有电气设备的选择，书上所介绍的设备已跟不上发展的需要。为了解决类似这样的问题，经过我多次查阅不同的资料，以及及时向指导老师的请教和与同学们讨论，终于解决了这些问题。
参 考 文 献 [1]刘介才、韩永元主编.工厂供电简明设计手册.北京：机械工业出版社，1998 [2]范锡普主编.发电厂电气部分.北京：中国电力出版社，1995 [3]孙国凯、霍利民、柴玉华主编.电力系统继电保护原理.北京：中国水利水电出版社，2002 [4]王崇林、邹有明主编.供电技术.北京：煤炭工业出版社，1997 [5]吴希再、熊信银、张国强编.电力工程.武汉：华中科技大学出版社，1997 [6]胡天禄、虞瑞增、张宏勋、张洪钧主编.煤炭电工手册.北京:煤炭工业出版社,1987