随着社会的发展和科学技术的进步，人们在生产以及生活中接触的高速、高能设备以及机电设施的愈来愈多，与之相关的安全问题也就愈来愈受到全社会的关注，这为安全工程的发展提供好了物质基础和社会基础。

本次课程设计是以电气为范围，以安全为中心，根据给定设计依据、条件完成机械加工车间配电系统设计。依据技术经济比较，确定车间配电方案；选择合适的敷设方式；然后采用“ABC”法进行负荷计算，同时用需要系数法计算，与其进行比较，选择导线和保护元件，并进行稳定和保护性校核，最后根据确定的配电方案绘制配电系统图和配电平面图，撰写课程设计说明书。

关键词：电气安全；变配电室；机械加工；“ABC”系数法；配电系统设计

目  录

摘要    I

1 车间配电方案与线路敷设方式的确定    1

1.1车间配电方式概述    1

1.2 机械加工车间配电特点    1

1.3 机械加工车间配电方案的确定    1

1.4车间配电线路敷设方式的确定    2

2 负荷计算    3

2.1 电气设备分组与支干线、干线回路数确定    3

2.1.1电气设备分组    3

2.1.2支干线、干线回路数确定    3

2.2 分组、干线负荷计算    3

2.2.1机加一车间单台用电设备负荷计算    3

2.2.2分组负荷计算    5

2.2.3干线负荷计算    7

2.2.4用需要系数法计算本车间负荷：    9

2.2.5转供电力负荷计算    11

2.3 车间配电室总负荷计算    11

3 主要电气设备与线路截面选择    12

3.1 导线截面选择    12

3.1.1机加一车间单台用电设备导线截面积选择    12

3.1.2机加一车间干线导线截面积选择    12

3.2 变压器选择    12

3.3 开关电器与保护元件选择    14

3.3.1低压开关柜的选择    14

3.3.2配电箱和熔断器的选择    14

4 校核    17

4.1 线路电压损失校核    17

4.2 线路热稳定性校核    18

4.2.1阻抗计算    18

4.2.2线路热稳定性校核    18

4.3 线路接零可靠性校核    19

总   结    20

参考文献    21

1  车间配电方案与线路敷设方式的确定

1.1车间配电方式概述

工业企业车间低压配有3种方式，即：放射式，树干式和环式三种。

1.放射式配电方式，其特点是各个引出线在发生故障时相互之间不产生影响，供电可靠性高，配电设备集中，切换操作方便，保护简单，便于自动化，但系统灵活性较差，有色金属消耗多，造价较高。使用范围主要是用电设备容量大负荷性质重要，潮湿易腐蚀的车间或者有爆炸危险性的厂房。

2.树干式配电方式，其省去了变电所低压侧整套低压配电装置，使变电所结构简单，投资大为降低，系统灵活性好，但发生故障时，影响范围较大，供电可靠性较差。一般用于设备的布置比较均匀、容量不大、又无特殊要求的场合。

3.环式配电方式，有闭路环式和开路环式，为简化保护，一般采取开路环式。供电可靠性较高，运行比较灵活，但切换操作较繁琐。

综上所述，根据《供配电系统设计规范》GB50052/95第6.0.2条规定在正常环境的车间或建筑物内，当大部分用电设备为中小容量，且无特殊要求时，宜采用树干式配电。结合机械加工车间的特点进行考虑分析，本机械加工车间配电方案应选择树干式配电方式。

1.2 机械加工车间配电特点

1.3 机械加工车间配电方案的确定

1.4车间配电线路敷设方式的确定

机械加工车间的负荷性质:车间为三班工作制，年最大负载利用时数为5500小时。属于三级负荷。机械加工车间，电源从35/10千伏厂总降压变电所10千伏母线采用架空线路受电，线路长度为300米。三级负荷对供电电源无特殊要求，可用单回线路供电。

一般工业企业配电主要有两种，第一种是企业高压配电，另一种是企业低压配电。本机械加工车间为一般中小型工业企业，因此选择低压配电。低压配电系统的供电可靠性必须满足生产需求，操作必须安全简便，易于检修，可以适应车间环境的变化。在功能上满足要求的同时，更要充分考虑节省基础建设的投资，降低费用成本，减少有色金属消耗量。

电气线路是电力系统的重要组成部分，它必须满足供电可靠性或控制可靠性的安全要求。电气线路可分为电力线路和控制线路，前者主要完成输送电能的任务，后者供保护和测量的连接之用。

电气线路的种类很多，就其敷设方式来分可分为，架空敷设、电缆线路、穿管敷设、等。环境温度采用敷设地点最热月份平均最高温度。该车间自然条件为：车间内最热月份平均温度为30C；地中最热月份平均温度为25C（当埋入深度为0.5米以上），而埋入深度为1米以下是的平均温度为20C；土壤冻结深度为1.10米；车间环境特征，正常干燥环境。考虑到机加车间的环境因素，机加设备有弄断导线的危险，因此机械加工车间选用聚氯乙烯绝缘电线穿钢管敷设。

根据《低压配电设计规范》GB50054-95规定：导体的类型应按敷设方式及环境条件选择。绝缘导体除满足上述条件外，尚应符合工作电压的要求。

选择导体截面，应符合下列要求：

一、线路电压损失应满足用电设备正常工作及起动时端电压的要求；

二、按敷设方式及环境条件确定的导体载流量，不应小于计算电流；

三、导体应满足动稳定与热稳定的要求；

该车间的敷设方式是穿管敷设，因此选择铜芯线，其导电性比较好，价格比较便宜，比较符合要求。

2  负荷计算

2.1 电气设备分组与支干线、干线回路数确定

2.1.1电气设备分组

根据车间内各种电气设备的布置情况，依据设备性质相近、容量相近的原则将34台设备分成8组：第1组包括设备1、2、3、4、5、6；第2组包括设备7、8、9、10、11、12、13；第3组包括设备14、15、16、17、18；第4组包括设备19、20、21、22、23；第5组24、25、26、27；第6组包括设备28、29、30；第7组包括设备31、32、33；第8组包括设备34。

2.1.2支干线、干线回路数确定

由于分成了8组，所以有支干线。并且将第3、4、5、6号支干线连接在1号干线上；将第1、2、7号支线连接在2号干线上，将第8号支干线连接于3号干线上。整个车间有34台设备，故有34条支干线回路；3条干线回路，见表2.1。

表2.1  分组明细表

2.2.1机加一车间单台用电设备负荷计算

从整个机械加工车间设备布置考虑，将34台设备分为8组，分别布置在三条干线上。每台用电设备的有功计算功率P：

       P=                                 （2.1） 

式中: P：有功计算功率(KW)；

P：第i台设备的容量(KW),。

根据公式（2.1）计算获得的每台设备的有功计算功率P的数值见表2.1。

有功计算负荷P与无功计算功率Qjs的关系如下：

               Qjs= Pjs                               （2.2）

式中：Qjs：无功计算功率（KVar）；

：用电设备的平均功率因数()对应的正切值。

依据上面计算获得的每台设备的有功计算功率（Pjs），根据公式（2.2）可以算得无功计算功率Qjs:的数值见表2.1。

视在功率Sjs与有功计算功率Pjs、无功计算功率Qjs有如下计算关系式：

                Sjs=                             （2.3）

式中：Sjs：视在功率（KVA）。

依据上面计算获得的每台设备的有功计算功率（Pjs）无功计算功率，根据公式（2.2）可以算得无功计算功率Qjs:的数值见表2.1。

计算电流Ijs；

                     Ijs=                                  （2.4）

式中：Ijs：计算电流（A）；

Ue：电压380V。

按式（2.1），（2.2）,（2.3）,（2.4）计算机加一车间单台用电设备有功计算功率Pjs、无功计算功率Qjs、视在功率Sjs，计算电流Ijs详见表2.2。

表2.2  机加一车间单台设备有功计算功率、无功计算功率、视在功率、计算电流

设备

从整个机械加工车间设备布置考虑，将34台设备分为8组，分别布置在三条干线上。由于每组设备型号基本一致，容量相近，因此对于每组负荷计算时都采用叠加计算，对于干线负荷计算时采用ABC法计算。

每组用电设备的有功计算功率P：

                P=                                  （2.5） 

式中: P：每组用电设备有功计算功率 (KW)；

P：第i台设备有功计算功率(KW)。

按式（2.5）计算每组用电设备的有功计算负荷,见表2.3。

每组用电设备的无功计算功率Q：

                Q=                                   （2.6） 

式中: Q：每组用电设备无功计算功率 （KVar）；

Q：第i台设备无功计算功率（KVar）。

按式（2.6）计算每组用电设备的无功计算负荷Q,见表2.4。

每组用电设备的视在功率S：

                S=                                   （2.7） 

式中: S：每组用电设备视在功率 （KVA）；

S：第i台设备视在功率（KVA）。

按式（2.7）计算每组用电设备的视在功率S,见表2.5。

每组用电设备的计算电流I：

                I=                                   （2.8） 

式中: I：每组用电设备计算电流 （A）；

I：第i台设备计算电流（A）。

按式（2.8）计算每组用电设备的计算电流I,见表2.6。

表2.3  每组用电设备有功计算功率

    根据本车间的工作负荷特点和课程设计要求，在本次课程设计中采用“ABC”法进行负荷计算，从而进一步选择导线截面和主要电器。

在采用“ABC”对设备进行功率计算时，一般要求设备台数大于3-5台，即“ABC”法适用于设备台数较多的情况。对于本车间，具体以第三条干线为例对使用ABC法进行负荷计算进行说明。具体步骤如下：

第一条干线，即：第三组、第四组、第五组、第六组。

                                             （式2.9）

式中：D—单台等值功率，取值越大，计算精度越低，取值越小，计算精度越高。一般D

取3KW；—利用系数。

                                                                                                      系数A按公式2.2计算

                                                          （式2.10）

式中：—等值台数，按照计算（为第i台设备的额定功率），并按照四舍

五入的原则取整数；—第i种功率设备的台数。

系数B按照公式2.3计算

                                                    （式2.11）

系数C按照公式2.4计算

                                                        （式2.12）

由《工厂简明设计手册》上查得：

机械加工车间机械加工设备： KL=0.14 ；

电阻加热设备：   KL=0.65  cos=0.95 tan=0.33。

又因为当三相电路中，单相负荷的总容量小于该电路三相负荷总容量的15%时，可全部按三相对称负荷计算，本回路中有3台单项设备，可把最大容量设备乘3，即可保证线路负荷计算要求。因此在进行负荷计算时，30号设备可以按三相对称负荷计算。

    在第三个供电回路中，包括机械加工设备和电阻加热设备，因此应分成两组计算。

1.机械加工设备负荷计算

K3=40.624÷3≈14,K4=37.344÷3≈12,K5=13÷3≈4;

由式2.2得A=K6+K7+K8=28;

由式2.3得B=1*14(14-1)/2+12*11/2+4*3/2=163

由式2.4得    C=1.5√ 1/0.14-1= 3.7

由式2.1得Pjs=3*0.14*(28+3.7*<28+163*2>)=40.99

  54.53

2.电阻加热设备负荷计算

    三台电阻加热设备需要连续工作，利用系数较大，且台数较少，对最大容量设备乘3倍即可保证最大负荷。

Pjs=45*3=135

  =135*0.33=44.55

3.第三个供电回路的负荷计算

供电回路的负荷只需将机械加工设备的负荷和电阻加热设备的负荷相加即可求得。

201.9

Ijs=306.86A

利用ABC法，相同步骤可以分别求出其他回路的负荷，如表2.3所示。

表  机械加工车间一计算负荷表

根据手册查询选择同期系数为=0.9。

 425.86

2.2.4用需要叙述法计算本车间负荷：

需要系数法公式为：一、每组计算有功负荷 Pjs=Kx*Pe  （KW）                式（2.13）

            Kx-需要系数，它与设备的台数、工作性质和线损等因素有关，若只有一台设备kx=1。

2计算无功负荷 Qjs=Pjstan&   （kvar）

3计算视在负荷 Sjs=

需要系数的确定并未考虑用电设备中少数容量很大的设备对计算负荷的影响。因此在确定设备台数较少容量差别较大的干线和支干线时，结果往往偏小。 

2.2.5转供电力负荷计算

车间变电所除为机加一车间配电外，尚要为机加二、铸造、铆焊、电修等车间配电。按式（2.3）计算各回路及各工段干线上的计算视在功率，按式（2.4）计算各回路及各工段干线上的计算电流，具体数值见表2.7。

表2.7 转供电力负荷计算负荷表

机加一、机加二、铸造、铆焊、电修车间配电的总干线上。 

总的有功计算负荷：

=k

=0.9*(349.35+46.5+36++56+72+45+51+45+43.85)=727.83（KW）

总的无功计算负荷：

=k 

=0.9*(319.15+54.4+42.12+65.3+57.12+73.44+.1+100.98+79.+

77.85) =863.415（KVar）

总的视在负荷：

  ==

       =1129.257（KVA)

总的计算电流

==（A）。

3  主要电气设备与线路截面选择

3.1 导线截面选择

根据车间的环境条件与自然环境条件，导线选择三根线芯聚氯乙烯绝缘BV铜芯导线，导线工作最高允许温度为70℃，车间的工作平均温度为30℃。综合考虑车间的环境因素与保证用电安全，防止机加设备弄断线路等因素，现采用地下穿钢管敷设。所以我们选择的铜芯导线的最小截面积为2.5㎜2，当根据用电设备的要求选择的导线截面积不足2.5㎜2时，应该进行修正使其的截面积为2.5㎜2，当根据用电设备的要求选择的导线截面积大于2.5㎜2时，则选择其所需的导线截面积。

3.1.1机加一车间单台用电设备导线截面积选择

根据上面的计算电流，进行导线的截面积的选择，选择的截面积具体情况如下表3.1所示。

表3.1  机加一车间单台设备计算电流与所选导线截面积

设备

根据机加车间的用电负荷情况，干线导线选择3根线芯聚氯乙烯（BV）绝缘铜导线穿钢管地下敷设，导线工作最高允许温度为65℃，导线埋入深度为0.5m，地中最热月份平均温度为25℃。

根据上面各个干线的计算电流，进行导线的截面积的选择，选择的截面积具体情况如下表3.2所示。

表3.2  各个干线计算电流与所选导线截面积选择

S9系列电力变压器是全国统一设计的二代新产品，是体积小、质量小

损耗小、效率高的新型节能产品，是目前国内技术经济指标处于领先地位的配电变压器，因此选择10kv级S9系列变压器，通过计算容量选择型号。

机加一、机加二、铸造、铆焊、电修车间配电的总干线上，由于各组用电设备不一定同时使用，确定干线上的计算负荷时，可结合具体情况计入一个同期系数=0.9。

总的有功计算负荷：

=×

=0.9×(349.35+46.5+36++56+72+45+51+45+43.85)=727.83（KW）

总的无功计算负荷：

=× 

=0.9 (319.15+54.4+42.12+65.3+57.12+73.44+.1+100.98+79.+

77.85) =863.24（KVar）

总的视在负荷：

  ==

       =1129.26（KVA)

变压器容量=/0.8=1411.57(KVA)。

根据计算所得的变压器容量选择变压器型号为S9-1600/10,连接组标号Y.d11，阻抗电压5.5%,空载电流1.3%，空载损耗2400w，负载损耗14500w，外形尺寸1950*2360*2530（mm）。

3.3 开关电器与保护元件选择

3.3.1低压开关柜的选择

熔断器选择的计算公式如公式

                        （3.1）

     根据式（3.1），根据，计算出熔断器的熔体电流，从而选择熔断器的型号。设备电流熔断器型号选择如表3.3所示。

表3.3各支线电流熔断器型号

3.3.2配电箱和熔断器的选择

由于配电箱的种类繁多，选择的方案也很多，但我们根据用户反映较好的产品，选择配电箱系列：XL-21系列与XLL2型低压配电箱。

XL-21型动力配电箱适用于工业与民用建筑中作交流频率为50Hz、电压500伏及其以下的三相四线电力系统，作动力配电和照明配电用。XL-21型动力配电箱系户内封闭配电箱，箱体结构用薄钢板弯制焊接而成，其正面为单扇左开门，门上装有电压表、电流表等等测量仪表和操作电器、信号电器。刀开关操作手柄装在箱前右柱上部，箱体上部有可拆卸的盖板，箱内右侧设有固定电缆之线夹。配电箱靠墙安装，进出线电缆由底部引入。

XLL2型低压配电箱，适合于工业和民用建筑交流频率为50Hz、额定电压380伏额定工作电流630A及其以下的电力系统中作电机控制，动力配电和照明配电用。本产品箱体一E（20mm）为模数，采用冷轧型刚和钢板加工成结构件，用螺栓组装而成。箱体结构为封闭式靠墙安装分上下两室。上室安装主开关，下室安装出线回路开关。主开关与小室门有机械连锁装置，合上主开关则小时不能开启，在非常情况下亦能解锁开门。各组支干线选择的配电箱与开关如下表3.4所示。

表3.4各支干线配电箱型号

本次课程设计中选择作为工厂的动力配电电器。各个干线的计算电流分别为：

1号干线： ==（A）

2号干线： ==（A）

3号干线： ==（A）

选择的电器额定电流应大于各个干线的计算电流， 各个干线的开关柜选型如下表3.5所示。

表3.5低压开关柜的型号

4.1 线路电压损失校核

为保证用电设备正常工作，动力线路的电压损失不得超过5%，照明线路的电压损失不得超过8%--10%。

对于简单电路，相电压损失：

            （4.1）

式中：                  

线电压损失：

                 （4.2）

式中：

对于多段线路，电压损失按叠加原理计算，即：

                                      （4.3）

经过展开和整理可求得电压损失为

                    （4.4）

电压损失值通常用相对值：即用表示。应用上式可得： 

            （4.5）  

如果导线截面是均匀的，即有（为单位长度导线的电阻和电抗），则电压损失可按下式计算：

        （4.6）

1号干线供电回路电压损失校核：

为了保证有足够的接线长度每台设备的接线长度20m，截面积为185mm2导线的电阻与电抗分别为：

1号干线的导线符合电压损失要求。

2号干线供电回路电压损失校核：

为了保证有足够的接线长度每台设备的接线长度15m，导线的电阻与电抗分别为：

，  。

2号干线的导线符合电压损失要求。

3号干线供电回路电压损失校核：

为了保证有足够的接线长度每台设备的接线长度15m，导线的电阻与电抗分别为：

，  。

3号干线的导线符合电压损失要求。

所以经过电压损失校核，各个干线截面积都符合要求。

4.2 线路热稳定性校核

4.2.1阻抗计算

支干线的最危险点的阻抗包括电源阻抗（Sd =200MVA）、架空线路阻抗（架空线路长度L=300m,K=0.4/km）及变压器阻抗（变压器型号为S9-1600（KVA）,额定容量Sb=1600KVA，阻抗电压=4.5％）。

电源阻抗： ===0.866                                     (4.7)

变压器阻抗： =  =3.44                     (4.8)

架空线路阻抗： = ==0.12                                  (4.9)

以上阻抗均在10KV高压下,折算为低压下需乘变比K0=()2=0.0016

因此总阻抗：Z = =0.0016×(0.866+0.12+3.44)=7.08 m。

短路电流： 

4.2.2线路热稳定性校核

导线的截面应能承受电流的热效应而不致破坏，应具有足够的热稳定性，为此，导线的最小截面积为

                                      （4.10）

式中：—导线芯线最小截面积，㎜；

—短路电流有效值A；

—短路电流可能持续的时间0.1s；

—计算系数，聚氯乙烯铜芯导线取115。

可以看出选取的导线的截面积不能小于85.52，可见三根干线选择均符合要求。

4.3 线路接零可靠性校核

当短路发生时回路属于低压回路，只要考虑回路中的电阻即可，包括变压器的电阻，支干线的导线的电阻以及保护接零的钢管的电阻（零线电阻）。

对于2号干线导线截面积为95，离低压配电室最远距离为13号设备，大约导线长度为36m，导线的的电阻值：

接零的钢管直径为50，则   

则：单项短路电流为

这一电流远远超过该线路中任意熔断器熔断丝的熔断电流的5倍，所以2号干线通过了线路接零可靠性校核。同理，对于1号干线和3号干线经计算均通过校核，所以校核通过。

总   结

通过本次课设，在运用课上学到的知识的同时，学到了很多在书本上学不到的东西。在对某机械加工车间的配电系统进行模拟设计的过程中，使自己对企业的配电方法、配电设计有了一定的了解。对工厂供电手册的使用有了一定的了解。

同时在设计的时候也碰到了很多的问题，比如对定义的了解不深，造成计算电流的错误计算。对手册实用不是很顺利，一部分数据在同学和老师的帮助下解决的。但在设计中还存在很多缺陷和不足，需要在以后的工作和学习中提高。

参考文献

[1] 杨有启，纽英键.电气安全工程.北京：首都经济贸易大学出版社.2000

[2] 李正吾.新电工手册.安徽：安徽科学技术出版社.2003

[3]工厂常用电气设备手册，中国电力出版社，《工厂常用电气设备手册》1997

[5] 王子午，徐泽植.常用供配电选型手册：低压电器.北京：煤炭工业出版社.1997

[6] 沙振顺.电工实用技术手册.江苏：江苏科学技术出版社.2002

[7] 王子午，徐泽植.常用供配电选型手册：低压成套开关设备.北京：煤炭工业出版社.1997 下载本文