某学校生活区工厂供电设计

前言现如今，电能是现代生产生活的主要能源和动力。电能即易于由其他形式的能量转换而来，也易于转换为其他相识的能量以供应用。我国的电力工业已居世界前列，但与发达国家相比还是有一定的差距，我们人均电量水平还很低，电力工业分布也不均匀，还不能满足国民经济发展的需要。电力市场还未完善，管理水平、技术水平都有待提高。随着我国经济的快速发展，电力用户的配电装置和用电设备的容量不断增加，对建筑配电和用电设备的安装提出了更高的要求。我国的改革开放，为建筑电器领域大量采用新设备新工艺创造了条件。为了配合实现建筑电器现代化，适应内线安装技术迅速发展的需要，提高建筑安装电工的业务技术水平，确保电气安装、施工质量安全可靠，保证低压电网的安全、经济运行，对建筑的供配电进行合理的负荷计算以及对相应的变电所进行继电保护和瓦斯保护是有必要的。第一章负荷计算及无功补偿1.1负荷的分级1.1.1电力负荷的概念电力负荷又称电力负载。它有两种含义：一是指耗用电能的用电设备或用电单位，如说重要负荷、不重要负荷、动力负荷、照明负荷等。另一种是指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小，如说轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。电力负荷的具体含义视具体情况而定。1.1.2电力负荷的分级电力负荷分级的意义，在于正确地反映电力负荷对供电可靠性要求的界限，以便恰当地选择适合我国实际水平的供电方式，满足我国四个现代化建设的需要，提高投资的效益。根据对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级：（1）一级负荷①中断供电将造成人身伤亡者。②中断供电将在政治、经济上造成重大损失者，例如重大设备损坏、重大产品报废、重要原料生产的大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。③中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作者，例如重要交通纽约、重要通信纽约、重要宾馆、大型体育场、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。④在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。（2）二级负荷①中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，例如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复、重要企业大量减产等。②中断供电将影响重要用电单位的正常工作者，例如交通纽约、通信纽约等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要公共场所次序混乱者。（3）三级负荷不属于一级和二级负荷者。1.1.3各级电力负荷对供电电源的要求（1）一级负荷对供电电源的要求由于一级负荷属于重要负荷，如中断供电造成的后果十分严重，因此要求由两个电源供电，当其中一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其它负荷接入应急供电系统。常用的应急电源可使用下列几种电源：1）独立与正常电源的发电机。2）供电网络中独立于正常电源的专门馈电路线。3）蓄电池。4）干电池。（2）二级负荷对供电电源的要求二级负荷，要求由两回路供电，供电变压器也应有两台（这两台不一定在同一变电所）。在其中一回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。只有当负荷较小或者当地供电条件困难时，二次负荷可由一回路6kv及以上的专用架空线路供电。这是考虑架空线路发生故障时，较之电缆线路发生故障时易于发生且易于检查和修复。当采用电缆线路时，必须采用两根电缆并列供电，每根电缆应能承担全部二级负荷。（3）三级负荷对供电电源的要求由于三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对电源无特殊要求。1.2用电设备组计算负荷的确定1.2.1计算负荷的含义及其确定方法计算负荷：计算负荷是指通过负荷的统计计算确定的、用来按发热条件选择供电系统中的各元件（包括设备和线路）的一种负荷值。根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆等，如以计算负荷持续运行时，其发热温度不会超过正常允许值。计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费；如计算负荷确定过小，将使电器和导线处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘老化甚至烧毁，同样造成损失。由此可见，正确计算负荷意义重大。计算负荷确定的方法：（1）需要系数法利用一个需要系数乘以设备容量即可求得设备的有功计算负荷的一种方法。该方法计算十分简便，它是最早提出的也是至今应用最为普遍的一种方法。但由于需要系数值是根据设备台数较多、容量差别不是很大的一般情况来确定的，未考虑设备容量相差悬殊时少数大容量设备对计算机负荷的影响，因此此法较适用于设备台数较多的车间及全厂范围的计算负荷的确定。需要系数法的基本公式为：①有功计算负荷：NxPKP.30（1）式中：xK：称为需要系数；NP：为该组内各设备额定功率之和，即NP=NP；30P：为有功功率负荷；其中：WLLxKKK..K：设备组的同时使用系数（即最大负荷时运行设备的容量与设备组总额定容量之比）；LK：设备组的平均加权负荷系数（表示设备组在最大负荷时输出功率与运行的设备容量的比值）；：设备组的平均加权效率；WL：配电线路的平均效率。②无功计算负荷：tan.3030PQ（2）tan：用电设备组的功率因数角的正切值；③视在计算负荷：cos3023023030PQPS（3）cos：用电设备组的平均功率因数；④计算电流：NUSI33030（4）UN：用电设备组的额定电压；注意：需要系数值是按设备较多的情况来确定的，对单台设备，xK=1；即NPP30；但对于电动机，它本身损耗较大，因此当只有一台时，NPP30。（2）二项式系数法这是前苏联一位电气工程师1973年首先提出来的，其确定用电设备组有功计算负荷的公式为二项式。[3]它考虑了设备组中容量最大的几台对整个设备组计算负荷的影响，弥补了需要系数法的不足。此法计算也十分简便，至今仍为我国不少设计单位和设计人员所采用。①有功计算负荷：xNcPbPP30（5）NbP：表示用电设备组的平均负荷。xcP：表示用电设备组中的x台容量组大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中xP为x台容量最大的设备之和；b、c：二项式系数，其数值随用电设备组的类别和台数而定；②无功计算负荷：tan.3030PQ（6）③视在计算负荷：cos3023023030PQPS（7）④计算电流：NUSI33030（8）（3）利用系数法这是前苏联在20世纪中叶提出来的，它先根据利用系数求出各用电设备组在最大负荷时的平均负荷，然后求总的平均利用系数和用电设备的有效台数，并由此查出对应的最大系数，最后由各平均负荷之和乘以最大系数，从而求得总的有功计算负荷。[3]利用系数法对于用电设备组无论台数多少和容量差别大小，计算结果都比较准确。但此法计算繁复，因此应用不甚普遍。（4）多组用电设备计算负荷的确定确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因数。因此在确定多组用电设备的计算负荷时，应结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别记入一个同时系数pK、qK对车间干线取：95.0~85.0pK；97.0~90.0qK[5]对低压母线取：①由用电设备组计算负荷直接相加来计算时取90.0~80.0pK；95.0~85.0qK②由车间干线计算负荷直接相加计算时取95.0~90.0pK；97.0~93.0qK1.3在本设计中采用的是需要系数法计算负荷为了合理设计和选择工厂供电系统中的电气设备和导线，需要根据用电设备的容量对有关的电力负荷进行统计计算，即得到计算负荷。如果计算负荷确定过大，会增加投资和造成有色金属的浪费；而计算负荷确定过小，又会造成电气设备和导线长期过热，这不仅增加了电能损耗，而且影响它的使用寿命和用电安全。根据工艺设计提供的各厂房电力负荷清单，全厂都是三级负荷。按需要系数法分别计算出各厂房及全厂的计算负荷。注意，用电设备的总容量Pc值不含备用设备容量。[5]负荷计算表见表1表1负荷计算表编号名称P30/kwQ30/kVA1学生食堂3082102锅炉1001003教师楼2701204校医院130985户外照明25206本所用电1007学生宿舍楼300180总计11437301.4无功功率补偿1补偿前的变压器容量和功率因数1）变压器低压侧计算负荷有功计算负荷kWP5.81085)kW11435.90(P5.9030230）（无功计算负荷var.1708var)7307.90(Q7.9030230kkQ）（变压器低压侧的视在计算负荷为:AkV.31296.17085.81085QPS2222302230230）（）（）（主变压器容量选择条件为SNTS)2(30，因此未进行无功补偿时，主变压器容量应选为了1600kV·A。这时变电所低压侧的功率因数为：83.0.312965.81085cos)2(30)2(302SP2）变压器高压侧计算负荷功率损耗可直接按简化公式计算有功功率损耗：kWSP4.419.31296015.0015.0)2(30无功功率损耗：var8.777.3129606.006.0)2(30kSQ则高压侧有功计算负荷为：计算负荷WkWPk4.713154.419.31296PP230130）（）（）（无功功率计算负荷ark8.8785var1.7088.777QQ230130vkQ）（）（）（3)无功补偿容量按规定，由于要求变电所高压侧的功率因数不得低0.9，而目前只有0.83，因此，需进行无功功率的补偿。提高功率因数的方法分为改善自然功率因数和安装人工补偿装置两种。安装人工补偿装置的方法既简单见效又快，因此，这里采用在低压母线装设电容屏的方法来提高功率因数。考虑到变压器无功功率补偿损耗远大于有功功率损耗。变电所高压侧的9.0cos，考虑到变压器本身的无功功率损耗TQ远大于其有功功率损耗TP，一般TTPQ)5~4(，因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.90，这里取92.0'cos。要使低压侧功率因数由0．83提高到0．92，低压侧需装设的并联电容器容量为:）（）（'tantanQ230cPvar)]92.0tan(arccos)83.0s[tan(arcco.31296kvar.6260var]43.067.0[.31296kk取var261kQc视在功率：AkV7.515328.87854.71315QPS2221302130130）（）（）（功率因数：85.07.51532.741315cos)1(30)1(30)1(SP2补偿后变压器容量和功率因数1）补偿后变电所低压侧的视在计算负荷：2)2(302)2(30)2(30][S'cQQP22]261.1708[.31296AkV4.21371因此主变压器容量可改选为AkV1600，比补偿前减少AkV4002）主变压器的功率损耗有功功率损耗：kWkSP69.520W).241371015.0('015.0')2(30无功功率损耗：var7.282var)4.2137106.0('06.0')2(30kkSQ3）变压器高压侧的计算负荷有功计算负荷：WkWPk7.8131669.520.31296'PP'230130）（）（）（无功计算负荷：')Q(Q'230130QQc）（）（ark7.3529var]7.282261.1708[vk）（视在功率计算负荷：2)1(3