1緒論1.1工廠供電的意義和要求工廠是工業生產的主要動力能源。工廠供電設計的任務是從電力系統取得電源，經過合理的傳輸，變換，分配到工廠車間中的每一個用電設備上。隨著工業電氣自動化技術的發展，工廠用電量的迅速增長，對電能的質量，供電的可靠行以及技術經濟指標等的要求也日益提高。電能是現代工業生產的主要能源和動力。電能既易于由其他形式的能量轉換而來，也易于轉換為其他形式的能量以供應用。電能的輸送和分配既簡單經濟，又便于控制,調節和測量，有利于實現生產過程自動化，而且現代社會的信息技術和其他高新技術無一不是建立在電能應用的基礎之上的。因此電能在現代工業生產及整個國民經濟生活中應用極為廣泛。在工廠里，電能雖然是工業生產的主要能源和動力，但是它在產品成本中所占的比重（除電化工業外）一般很小。例如再機械工業中，電費開支僅占產品成本的5%左右。從投資額來看，有些機械工廠在供電設備上的投資，也僅占總投資的5%左右。所以電能在工業生產重要性，并不在于它在產品成本或投資總額中所占的比重多少，而在于工業生產實現電氣化以后，可以大大增加產量，提高產品質量提高勞動效率，降低生產成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現生產自動化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應突然中斷，則對工業生產將造成嚴重的后果。例如某些對供電性要求很高的工廠，即使是極短時間的停電，也會引起重大設備的損壞，或引起大量產品報廢，甚至可能發生重大得人身事故，給國家和人民帶來經濟上甚至政治上的重大損失。因此，搞好工廠供電工作對于發展工業生產，實現工業現代化，具有十分重要的意義。工廠供電工作要很好的為工業生產服務，切實保證工廠生產和生活用電的需要，并搞好能源節約，就必須達到以下要求：A安全在電能的供應，分配和使用中，不應發生人身事故和設備事故。B可靠應滿足電能用戶對供電可靠性的要求。C優質應滿足電能用戶對電壓質量和頻率等方面的要求。D經濟供電系統的投資要少，運行費用要低，并盡可能的節約電能和減少有色金屬消耗量。此外，在供電工作中，應合理的處理局部和全局，當前和長遠等。及照顧局部和當前的利益，又要有全局觀點，能照顧全局，適應發展。工廠變電所分總降壓變電所和車間變電所。變電所的任務是：接受電能，變換電壓，分配電能。而配電所的任務是：接受電能，分配電能和在這個過程中不改變電壓。配電所和變電所的根本區別在于是否改變電壓。1.2工廠供電設計的一般知識及、任務供電設計的任務是從廠區以外的電網取得電源，并通過廠內的變配電中心分配到下廠的各個供電點。它是工程建設施下的依抓，也是日后進行驗收及運行維修的依據。工廠供電設計是整個工廠設計的重要組成部分。工廠供電設計的質量直接影響到工廠的生產機器發展。作為從事工廠供電工作的人員，有必要了解和掌握工廠供電設計的有關知識。以便適應設計工作的需要。供電設計首先要確定供電系統并進行用電負荷計算，然后將設計的供電系統圖及用電容量向供電部門申請。申請用電容量的大小應滿足生產需要，也要考慮到節省投資和節約能源，這就要求設計者對對工藝專業和公用專業用電負荷系數有足夠的把握。在設計計算中除了查找資料外，還必須借助于設計者在實踐中長期積累的經驗數據。由于機械工廠車間組成類型多，產品，工藝日新月異，對供電要求各不相同，非專業設計院或個體設計者一不了解機械生產工藝和生產規律，要作出好的設計，相對來說要困難些。下面我簡單的介紹工廠供電設計的一般設計原則，設計內容及要求。1.2.1工廠供電設計的一般原則A遵守規程，執行政策必須遵守國家的有關規程和標準，執行國家的有關方針政策，2包括節約能源，節約有色金屬等技術經濟政策。B安全可靠，先進合理應做到保障人身和設備的安全，供電可靠，電能質量合格，技術先進和經濟合理，采用效率高，能耗低和性能較先進的電氣產品。C近期為主，考慮發展應根據工程特點，規模和發展規劃，正確處理近期建設與遠期發展的關系，做到遠，近期結合，以近期為主，適當考慮擴建的可能性。D全局出發，統籌兼顧必須從全局出發，統籌兼顧，按照負荷性質，用電容量工程特點和地區供電條件等，合理確定設計方案。1.2.2設計內容全廠總降壓變電所及配電系統設計，是根據各個車間的負荷數量和性質，生產工藝對負荷的要求，以及負荷布局，結合國家供電情況。解決對各部門的安全可靠，經濟的分配電能問題，其基本內容有幾方面：A負荷計算全廠總降壓變電所的負荷計算，是在車間負荷計算的基礎上進行的?？紤]車間變電所變壓器的功率損耗，從而求出全廠總降壓變電所高壓側計算負荷及總功率因數，列出負荷計算表，表達計算成果。B工廠總降壓變電所的位置和主變壓器的臺數及容量選擇參考電源進線方向，綜合考慮設置總降壓變電所的有關因素，結合全廠計算負荷以及擴建和備用的需要，確定變壓器的臺數和容量。C配電線路設計工廠配電線路設計分廠區配電線路設計和車間配電線路設計。廠區配電線路設計，包括廠區高壓供配電線路設計及車間外都低壓配電線路的設計。其設計內容應包括：配電線路路徑幾線路結構形式的確定，負荷的計算，導線或電纜及配電設備和保護設備的選擇，架空線路桿位的確定及電桿與絕緣子，金具的選擇，防雷保護與接地和接零的設計等。最后需編制設計說明書，設備材料清單及工程概算，繪制廠區配電線路系統圖和平面圖，電桿總裝圖及其它施工圖紙。車間配電線路設計，包括車間配電線路布線方案的確定，負荷的計算，奚落導線及配電設備和保護設備的選擇線路敷設設計等。最后也需編制設計說明說，設備材料清單及工程概算，繪制車間配電線路系統圖，平面圖等。2負荷計算2.1工廠的電力負荷的概念，分級與計算供電系統要能夠在正常條件下可靠地運行，則其中各個元件（包括電力變壓器，開關設備及導線，電纜等）都必須選擇得當，除了應滿足工作電壓和頻率地要求外，最重要地就是要滿足負荷電流地要求。因此有必要對供電系統中各個環節地電力負荷進行統計計算。通過負荷的統計計算求出的，用來按發熱條件選擇供電系統中各元件的負荷值，稱為計算負荷。根據計算負荷選擇的電氣設備和導線電纜，如以計算負荷連續運行，其發熱溫度不會超過允許值。2.1.1電力負荷的概念電力負荷又稱電力負載。它有兩種含義：一是指耗用電能的用電設備或用電單位（用戶），如說重要負荷，不重要負荷，動力負荷，照明負荷等，另一是指用電設備或用電單位所耗用的電功率或電流大小，如說輕負荷（輕載），重負荷（重載），空負荷（空載），滿負荷（滿載）等。電力負荷的具體含義視具體情況而定。2.1.2工廠電力負荷的分級工廠的電力負荷，按GB50052-59規定，根據其對供電可靠性的要求及中斷供電造成的損失或影響的程度分為三級：A一級負荷一級負荷為中斷供電將造成人身傷亡者：或者中斷供電將政治，經濟上造成重大的損失者，如重大設備損壞，重大產品報廢，用重要原料生產的產品大量報廢，國民經濟中重點企業的連續生產過程被打亂需要長時間才能恢復等。在一級負荷中，中斷供電將發生中毒，爆炸和火災等情況的負荷，以及特別重要場所的不充許中斷供電的負荷，應視為特別重要的負荷。B二級負荷二級負荷為中斷供電將在政治，經濟上造成較大損失者，如主要設備損壞，大量產品報廢，連續生產過程被打亂需較長時間才能恢復，重點企業大量減產等。C三級負荷三級負荷為一般電力負荷，所有不屬于上述一級，二級負荷者。本設計的負荷除動力有關車間和鍋爐屬于二級負荷外，其余的均屬于三級符合。2.1.3電力負荷對供電的要求A一級負荷對供電電源的要求由于一級負荷屬重要負荷，如中斷供電造成的后果十分嚴重，因此要求有兩個電源供電，當其中一個電源發生故障時，另一個電源應不致同時受到損壞。一級負荷中特別重要的負荷，除上述兩個電源外，還必須增設應急電源。為保證對特別重要負荷的供電，嚴禁將其他負荷接入應急供電系統。常用的應急電源可使用下列幾種電源：a獨立于正常電源的發電機組。b供電網絡中獨立于正常電源的專門饋電線路。c蓄電池d干電池B二級負荷對供電電源的要求二級負荷，要兩個回路供電，供電變壓器也應有兩臺，（兩臺變壓器不一定在同一變電所）在其中一回路或一臺變壓器發生常見故障時，二級負荷應不致中斷供電，或中斷后能迅速恢復供電。C三級負荷對供電電源的要求：由于三級符合為不重要的一般負荷，因此它對供電電源無特殊的要求。2.1.4工廠用電設備的工作制工廠用電設備，按其工作制分一下三類：A連續工作制。這類工作制的設備在恒定負荷下運行，且運行時間長到足以使之達到熱平衡狀態，如通風機，水泵，空氣壓縮機，電機發電機組，電爐和照明燈等。機床電動機的負荷，一般變動較大，但其主電動機一般也是連續運行的。B短時工作制。這類工作制的設備在恒定負荷下運行的時間短（短于達到熱平衡的時間），而停歇的時間長（長到足以使設備溫度冷卻到周圍介質的溫度），如機床上的某些輔助電動機（例如進給電動機），控制匝門的電動機等。C斷續周期工作制。這類工作制的設備周期性地而工作，時而停歇，如此反復運行，而工作周期一般不超過10min，無論工作或停歇，均不足以使設備達到熱平衡，如電焊機和吊車電動機等。2.2計算負荷供電系統要能夠在正常條件下可靠地運行，則其中的各元件（包括電力變壓器，開關設備及導線，電纜等）都必須選擇的當，除了應滿足工作電壓和頻率的要求外，最重要的就是要滿足負荷電流的要求。因此有必要對供電系統中各個環節的電力負荷進行統計計算。按通過負荷的統計計算求出的，用來按發熱條件選擇供電系統中各個元件的負荷值，稱為負荷值。根據計算負荷選擇的電氣設備和導線電纜，如以計算負荷連續運行，其發熱溫度不會超過充許值。計算負荷是供電設計的基本依據。計算負荷確定將是否正確合理。直接影響到電器和導線電纜的選擇是否經濟合理。如果計算負荷確定的過大，將使電器和導線電纜選得過大，造成投資和有色金屬的浪費。如果計算負荷確定的過小，又將是電器和導線電纜處于過負荷下運行，增加電能損耗，產生過熱，導致絕緣過早老化甚至燃燒引起火災，同樣會造成更大損失。由此可見，正確確定計算負荷意義重大。供電系統能夠在正常條件下可靠地運行，則其中各元件都必須選擇得當，除了應滿足工作電壓和頻率的要求外，最重要的就是要滿足負荷電流的要求。因此有必要對供電系統中各個環節的電力負荷進行統計計算。目前普遍采用的確定用電設備組計算負荷的方法，有需要系數法和二項法。需要系數法是世界各國均普遍采用的確定計算負荷的基本方法，簡單方便。二項法是應用局限性較大，但在確定設備臺數少而容量差別特殊的分支干線的計算負荷時，較之需要系數法合理，且計算較簡單。我在這里用需要系數法來計算負荷。2.2.1用需要系數法確定計算負荷A用電設備組的計算負荷有功計算負荷（單位為kW）：(2-1)式中、用電設備組總的容量（不含備用設備容量，單位為kW）；用電設備組的需要系數；無功計算負荷（單位為kvar）：(2-2)式中、對應于用電設備組功率因數的正切值。視在計算負荷(單位為KV·A)：(2-3)計算電流(單位為A)：(2-4)式中、用電設備組的額定電壓（單位為KW）。（2）多組用電設備計算負荷的確定總的有功計算負荷（單位為kW）：（2-5）式中、所有用電設備有功計算負荷之和；有功負荷同時系數，可取0.85～0.95。總的無功計算負荷（單位為kvar）:（2-6）式中、所有用電設備有功計算負荷之和有功負荷同時系數，可取0.9～0.95.總的視在計算負荷（單位為KV·A）：（2-7）總的計算電流（單位為A）：（2-8）我們采用的需要系數法來計算八鋼機修廠車間變電所負荷。先求各設備的負荷。機加工車間：NO.1：NO.2：，，NO.3：鑄造車間:NO.4：NO.5：NO.6：NO.7：鉚焊車間：NO.8：NO.9NO.10：，，電修車間NO.11：，，NO.12：，，NO.13：，，總的計算負荷為：表2-2二車間負荷序號車間名稱供電回路代號設備容量kW計算負荷P30kWQ30kvarS30kVAI30A1No.1供電回路2605290114173No.2供電回路2505086100152No.3供電回路50101720392鑄造車間No.4供電回路15010589140212No.5供電回路1208471112170No.6供電回路150105896599No.7供電回路70494256833鉚焊車間No.8供電回路18072192205313No.9供電回路18072192205313No.10供電回路100401071141734電修車間No.11供電回路21031556396No.12供電回路2003052104156No.13供電回路8012212436總計20007121104131419972.3工廠的功率因數及功率因數補償2.3.1工廠功率因數的概念A工廠的功率因數a瞬時功率因數可有相位表(功率因數表)直接測出,或用功率表,電壓表,電流表的讀數通過式(2-9)求得(間接測量)：（2-9）式中,P為功率表測出的三相功率讀數(KW);U為電壓表測出的線電壓讀數(KV);I為電流表測出的線電流讀數(A)。瞬時功率因數可用來了解和分析工廠或設備在生產過程中某一時間的功率因數數值,借以了解當時無功功率變化情況,研究是否需要和如何進行無功補償的問題。b平均功率因數又稱加權平均功率因數,按下式計算：（2-10）式中,為某一段時間(通常取一月)內消耗的有功電能,由有功電能表讀??；為某一段時間(通常取一月時間)內消耗的無功電能,由無功電能表讀取。c最大負荷功率因數最大負荷功率因數指在年最大負荷時間的功率按式(2-11)計算：(2-11)2.3.2提高功率因數的意義和方法A功率因數提高的意義在用電設備中，除了白知燈，電阻電氣等設備負荷的功率因數接近于1外，其它如三相交流異步電動機，三相變壓器，電焊機，電抗器，架空線路的功率因數均小于1，特別是在輕載情況下，功率因數更為降低，將帶來許多不良后果，所以，有必要對用電氣設備進行功率因數的提高。B功率因數提高的方法提高功率因數的途徑主要在于如何減少電力系統中，各部分所需的無功功率，特別是減少負荷取用的無功功率，使電力系統在輸送一定的有功功率時，可降低，其中通過的無功電流。其方法很多，一般可分為兩大類：a提高自然功率因數的方法。b提高功率因數的補償方法?，F在在工業企業中，具體采用的補償設備均用移相電容器，它有維護方便，有功功率損耗小等優點。2.3.3工廠功率因數補償工廠中由于有大量感應電動機,電焊機,電弧爐及氣體放電燈等感性負荷,還有感性的電力變壓器,從而使功率因數降低,如在充分發揮設備潛力,改善設備運行性能,提高其自然功率因數的情況下,尚達不到規定的工廠功率因數要求時,則需考慮增設無功功率補償裝置。假設的功率由原來的提高到這時在負荷所需要的不變的情況下，無功功率將由減小到，視在功率將由減小到，相應地減少負荷電流也得以減小，這將使系統的電能損耗和電壓損耗相應降低，即節約電能，又能提高了電壓質量，而且還可以選用較少容量的供電設備和導線電纜，因此提高功率因數對供電系統大有好處。其容量為：(2-12)(2-13)式中，，稱為無功補償率，或比補償容量。這無功補償率，是表示要使1KW的有功功率又提高到所需的無功補償容量Kvar值。在確定了總的補償容量后，即可根據所選并聯電容器的單個容量來確定電容器的個數，即(2-14)無功功率補償計算:A補償前：主變壓器容量選擇時條件為，因此未進行無功功率補償時，主變壓器容量應選為1000KV.A(見工廠供電書附錄表5)。變電所低壓側的功率因數為：B無功補償容量：按規定變電所高壓側的≥0.9。考慮到變壓器的無功功率損耗遠大于有功功率損耗，一般=（4～5）。因此在變壓器低壓側補償時，低壓側補償后的功率因數應高于0.90，這里取。要使低壓側功率因數為0.66提高到0.92低壓需裝設的并聯電容器的容量為：我們取760kvar。C補償后的變壓器容量和功率因數變電所低壓側的視在計算負荷為：因此功率補償后主變壓器容量可選為1000kV·A。變壓器的功率損耗為：變壓器高壓側的計算負荷為：無功補償后，工廠的功率因數為：電流為：這一功率因數滿足本設計的要求。本設計要選用容量為1000kVA的S9-1000/10型變壓器一臺。3短路電流及其計算3.1短路的原因，危害及其形式3.1.1短路的原因工廠供電系統要求正常地不間斷地對用電負荷供電,以保證工廠生產和生活的正常進行。然而由于各種原因,也難免出現故障,而使系統的正常運行遭到破壞。系統中最常見的故障就是短路。短路就是指不同電位的導電部分包括對地之間的低阻性短接。造成短路的主要原因,是電器設備載流部分的絕緣損壞。這種損壞可能是由于設備長期運行,絕緣自然老化或由于設備本身質量低劣,絕緣強度不夠而被正常電壓擊穿,或設備質量合格,絕緣合乎要求而被過電壓(包括雷電過電壓)擊穿,或者是設備受到外力損傷而造成短路。工作人員由于違反安全操作規程而發生誤操作,或者誤將低電壓設備接入較高電壓的電路中,也可能造成短路。烏獸(包括蛇,鼠等)跨越在裸露的相線之間或者相線與接地物體之間,或者咬壞設備和導線電纜的絕緣,也是導致短路一個原因。3.1.2短路的后果短路后系統中出現的短路電流比正常負荷電流大得多。在大電力系統中,短路電流可達幾萬安甚至幾十萬安。如此大的短路電流可對供電系統產生極大的危害：A短路時要產生很大的電動力和很高的溫度,而使故障元件短路電路的其他元件受到損害和破壞,甚至引發火災事故。B短路時電路的電壓驟降,嚴重影響電器設備的正常運行。C短路時保護裝置動作,將故障電路切除,從而造成停電,而且短路點越靠近電源,停電范圍越大,造成的損失也越大。D嚴重的短路現象要影響電力系統運行的穩定性,可使并列運行的發電機組失去同步,系統解列。E不對稱短路包括單相短路和兩相短路,其短路電流將產生較強的不平蘅交變電磁場,對附近的通信線路,電子設備等產生電磁干擾,影響其正常運行,甚至使之發生誤動作。短路的后果是十分嚴重的,因此必須盡力設法消除可能引起引起短路的一切因素。同時需要計算短路電流的計算，這是為了：a正確的選擇電器設備,使設備具有足夠的動穩定性,以保證在發生可能有的最大短路電流時不致損壞。b為了選擇切除短路故障的開關電器,整定短路保護的繼電保護裝置和選擇限制短路電流的元件(如電抗器)等,也必須計算短路電流。3.1.3短路的形式在三相系統中，可能發生的短路形式有三相短路，兩相短路，兩相接地短路和單相短路。按短路電路的對稱性來分，三相短路屬于對稱性短路，其他形式的短路均為不對稱短路。電力系統中三相短路的可能性最小，但造成的危害最為嚴重，用來表示。三相短路圖3-1所示：兩相短路是不對稱短路，用表示。圖3-2所示：圖3-1三相短路圖3-2兩相短路單相短路用來表示。圖3-3所示：圖3-3單相短路圖3-4兩相接地短路性點不接地系統中兩個兩相接地短路也是一種不對稱短路，用表示，是指中不同相均發生單相接地而形成的兩相短路，亦指兩相短路后又發生接地的情況。圖3-4所示：3.2短路電流的計算方法和計算在進行短路電流計算時，首先要繪出計算電路圖，最好標出各元件的額定參數。然后確定短路計算點。短路計算點要選擇得使需要進行短路校驗的電氣元件有最大可能的短路電流通過。接著，按所選擇的短路計算點繪出等效電路圖，并計算電路中各主要元件的阻抗。對于工廠供電系統來說，由于將電力系統當作無限大容量電源，而且短路電流也比較簡單，因此一般只需要采用阻抗串聯，并聯的方法即可將電路化簡，求出其等效總阻抗。最后計算短路電流和短路容量。短路電流計算的方法，常用的有歐姆法和標幺制法。3.2.1采用歐姆法來計算短路電流歐姆法，又稱有名單位制法，因其短路計算中的阻抗都采用有名單位“歐姆”而得名。在無限大容量系統中發生三相短路時，其三相短路電流周期分量有效值可按下式計算：(3—1)式中，和、分別為短路電路的總阻抗和總電阻，總電抗值。為短路點短路計算電壓，由于首端短路時其短路最為嚴重，因此按線路首端電壓考慮，即短路計算電壓取為比線路額定電壓高5%。在高壓電路的短路計算中，通常總電抗遠比總電阻大，所以一般可只計電抗，不計電阻。如果不計電阻，則三相短路電流的周期分量有效值為：(3—2)三相短路容量為：(3—3)電力系統的電抗為：(3—4)式中，為高壓饋電線的短路計算電壓，可直接采用短路點的短路計算電壓；為系統出口短路器的斷流容量。電力變壓器的阻抗為：(3—5)式中，為短路點的短路計算電壓；為變壓器的額定容量；為變壓器的短路損耗。電力變壓器的電抗為：(3—6)式中，為變壓器的短路電壓的百分值。3.2.2采用有名制法計算短路電流標幺制法，又稱相對單位制法，因其短路計算中的有關物理量是采用標幺制而得名。任一物理量的標幺制，為該物理量的實際值A與所選定的基準值的比值，即(3—7)按標幺制法進行短路計算時，一般是先選定基準容量和基準電壓。基準容量，工程設計中通常取基準電壓，通常取元件所在處的短路計算電壓，即取。選定了基準容量和基準電壓以后，基準電流按下式計算：(3—8)基準電抗則按下式計算：(3—9)因為在高壓系統中，由于有多個電壓等級存在電抗的換算問題，所以在計算短路電流時，采用歐姆法。A計算短路電流和短路容量下面就是采用歐姆法來計算八鋼機械廠加工車間變電所的短路計算：a確定短路計算點我們將選定K1，K2兩個點。圖3-5短路示意圖B計算三相短路電流求K-1點的三相短路電流和短路容量（UC1=10.5kV）a計算短路電路中各元件的電抗及總電抗。工廠總降壓變電所10KV母線上的短路容量按200kV·A計。電力系統的電抗：架空線路的電抗：（）圖3-6K-1點短路的等效電路總電抗為：b三相短路電流和短路容量：三相短路次暫態電流和穩態電流：三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值：三相短路容量：求K-2點的短路電流和短路容量（）C計算短路電流和短路容量:電力系統的電抗:架空線路的電抗：電力變壓器的電抗:查附錄表5得知()圖3-7K-2點短路的等效電路總電抗：4）計算三相短路電流和短路容量：三相短路次態電流和穩態電流：三相短路容量：滿足設計要求。表3-1短路計算結果短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/3.793.793.799.665.726922.422.422.441.224.415.54變電所主變壓器和各種設備的選擇4.1變電所變壓器的臺數和容量的選擇在電力系統中的發電，輸電，配電，用電過程中需將電壓身升高或降低，變壓器就是升高電壓和降低電壓的電氣設備，其作用是將某一等級的交流電壓和電流變換成另一等級的交流電壓和電流。為了是變壓器安全，經濟的運行，變壓器制造廠家在設計時就給變壓器規定了正常運行的基本參數，并標在銘牌上，以保證變壓器的使用壽命。工廠變配電所，從供電的安全，可靠和經濟運行考慮，兩臺或多臺變壓器并列運行是非常有利的，在電力系統中廣泛的采用變壓器并聯運行方式。因為采用兩臺或多臺變壓器并列運行，當運行中的某臺變壓器發生故障時，可將故障變壓器退出運行，有其它變壓器供電，保證重要負荷不中斷電源，從而提高了供電的可靠性；并且在運行中可根據負荷的變化，調整投入或退出變壓器運行的臺數，以達到減少電能的損失，提高變壓器工作效率，實現經濟運行?？梢愿鶕秒娙萘吭黾拥男枰制诎惭b變壓器。變電所主變電器臺數選擇應根據負荷大小，負荷對供電可靠性的要求，經濟性及用電發展規劃等綜合因素考慮確定。變壓器臺數越多，供電可靠性越高，運行費用也要增加。因此在滿足供電可靠性前提下，變壓器臺數越少越好，在確定變壓器臺數時，還應適當考慮今后的發展，適當地留有余地。4.1.1變壓器臺數選擇時遵守的原則A總降壓變電所主變壓器臺數選擇原則：為保證供電可靠一般應裝設兩主變壓器如只有一條電源進線，或變電所可由低壓側（6～10KV）電力網取得備用電源時，亦可安裝一臺變壓器，若絕大部分負荷屬三類負荷，其少量二級負荷還可由鄰近低壓電力網（6～10KV）取得備用電源時，可只安裝一臺主變壓器。B車間變電所變壓器臺數選擇原則：一二級負荷較多時應設兩臺或兩臺以上變壓器，最多不超過三臺。只有二級負荷而無一級負荷的變電但要能從臨近車間變電所取得低壓備用電源。C當季節負荷或晝夜負荷變動較大時，為了使運行經濟，減少變壓器空載損耗也可采用兩臺變壓器，以便在低谷負荷時，切除一臺變壓器除上述情況外一般車間變電所宜采用一臺變壓器，但是集中負荷較大時為三級負荷，也可采用兩臺及以上變壓器。D在確定變電所主變壓器臺數時，應適當考慮負荷的發展，留有一定的余地。4.1.2變壓器容量選擇A裝有一臺變壓器的變電所：主變壓器容量ST應滿足全部用電設備總計算負荷的需要，即.B裝有兩臺變壓器的變電所：每臺變壓器的容量應同時滿足以下兩個條件：a任意一臺變壓器單獨運行時，宜滿足總計算負荷的大約60%——70%的需要，即=（0.6—0.7）(4—1)b任意一臺變壓器單獨運行時，應滿足全部一，二級負荷（Ⅰ+Ⅱ）的需要，即(4—2)C車間變電所變壓器容量的上限值車間變電所主變壓器的單臺容量，一般不宜大于1000KVA（或1250KVA）。這一方面是受以往低壓開關電器斷流能力和短路穩定度要求的限制；另一方面也是考慮到可以是變壓器各接近于車間負荷中心，以減少低壓配電線路的電能損耗，電壓損耗和有色金屬消耗量.現在我國已能生產一些斷流能力更大和短路穩定度更好的新型低壓開關電器，因此如車間負荷容量較大，負荷集中且運行合理時，也可以選用單臺容量為1250（或1600）——2000KVA的配電變壓器，這樣能減少主變壓器臺數及高壓開關電器和電纜等。D適當考慮負荷的發展應適當考慮今后5——10年電力負荷的增長，留有一定的余地，同時要考慮變壓器的正常過負荷能力。最后必須指出：變電所主變壓器臺數和容量的最后確定，應結合變電所主接線方案的選擇，對幾個較合理方案作技術經濟比較，擇優而定。兩臺或多臺變壓器并聯運行時，必須滿足三個基本條件：a所有并聯變壓器的額定一次電壓及二次電壓必須對應相等。這也就是說所有并聯變壓器的電壓比必須相同，允許差值不得超過。如果并聯變壓器的電壓比不同，則并聯變壓器二次繞組的回路內將出現環流，即二次電壓較高的繞組將向二次電壓較低的繞組供給電流，引起電能損耗，導致繞組過熱或燒毀。b所有并聯變壓器的阻抗電壓（即短路電壓）必須相等。由于并聯運行變壓器的負荷是按其阻抗電壓值成反比分配的，所以其阻抗電壓必須相等，允許差值不得超過。如果阻抗電壓差值過大，可能導致阻抗電壓較小的變壓器發生過負荷現象。c所有并聯變壓器的連接組別必須相同。這也就是說所有并聯變壓器的一表4-1變壓器參數表次電壓和二次電壓的相序和相位都應對應相同，否則不能并聯運行。額定容量（kVA）額定電壓（KV）聯結組標號損耗（W）1000一次二次空載負載100.4170092004.2高壓一次設備高壓一次設備的選擇，必須滿足一次電路正常條件下和短路故障條件下工作的要求，同時設備應工作安全可靠，運行維護方便，投資經濟合理。變配電所中承擔輸送和分配電能任務的電路，稱為一次電路或一次回路，亦稱為主電路，主接線。一次電路中所有的電氣設備，稱為一次設備或一次元件。一次設備按其功能來分，可分為以下幾類。A變換設備其功能是按電力系統工作的要求來改變電壓或電流，如電流互感器，電壓互感器等。B控制設備：其功能是按電力系統工作的要求來控制一次電路的通斷，如各種高低壓開關柜。C保護設備：其功能是用來對電力系統進行過電流和過電壓的保護，如熔斷器和避雷器。D補償設備：其功能是用來補償電力系統的無功功率，以提高系統的功率因數，如并聯電容器。E成套設備：它是按一次電路接線方案的要求，將有關一次設備及二次設備組合為一體的電氣裝置，如高壓開關柜。以下將簡要介紹各種高壓一次設備及本設計的選擇。熔斷器是一種當所在電路的電流超過規定值并經一定時間后，使其熔體熔化而分斷電流，斷開電路的一種保護電器。熔斷器的功能主要是對電路及電路設備進行短路保護，但有的也具有過負荷保護的功能。熔斷器的工作包括以下四個物理過程：A流過過載或短路電流時，熔體發熱以至熔化；B熔體汽化，電路斷開；C電路開斷后的間隙又被擊穿產生電?。籇電弧熄滅。RN型熔斷器的斷流能力很強，是限流熔斷器。RN型適合于3—35KV的電力線路和電氣設備作為短路和過負荷保護。A高壓斷路器：高壓斷路器的功能是，不僅能通斷正常負荷電流，而且能接通和承受一定時間的短路電流，并能在保護裝置作用下自動跳閘，切除短路故障.高壓斷路器按其采用的滅弧介質分，有油斷路器，六氟化硫斷路器，真空斷路器以及壓縮空氣斷路器，磁吹斷路器等。在本設計中選擇SN10-10I/630-300型斷路器，其參數及校驗下表(4-2)：選擇校驗項目裝置地點數據設備型號參數數據參數SN10-10I/630-300電壓10kV10KV電流49.7A630A斷流能力9.13kA16kA動穩定23.28kA40kA結論合格表4-2高壓斷路器參數表B電流互感器電流互感器應按下列條件選擇：a電流互感器的額定電壓應大于或等于所接電網的額定電壓；b電流互感器的額定電流應大于或等于所接線路的額定電流；c電流互感器的類型和結構應與實際安裝地點的安裝條件，環境條件相適應。d電流互感器應滿足準確度等級的要求.在本設計中高壓側電流互感器的選擇校驗列表：表4-3高壓側電流互感器參數及校驗表選擇校驗項目安裝地點數據設備型號參數數據參數LAJ-10-200/5電壓10kV10kV電流44.8A100A動穩定23.28kA結論合格C高壓開關柜高壓成套配電裝置主要分為手車式（移開式）和固定式。手車式高壓配電裝置，其母線及主要帶電部分為全封閉或半封閉方式。特點是主要斷路器為小車形式，與母線的連接采用活動插接式彈性接頭，利用小車沿一定的短軌道推入或拉出柜體，使斷路器及其相應的保護線路與母線和保護繼電器等連接或斷開。一般當進出線回路較多、需要經常分路切斷進行檢修維護時；當用電負荷比較重要，在斷路器發生故障時，要求能迅速更換斷路器恢復供電時，多選用手車式高壓成套配電裝置。固定式高壓成套配電裝置其母線及主要帶電部分為半封閉式或開啟式。主要斷路器與母線等用螺栓固定連接。一般不需要迅速更換斷路器時，常采用固定式高壓成套配電裝置。確定工廠的高壓一次配電系統方案，所需成套配電裝置的數量，并考慮留有適當的備用回路數；了解高壓成套配電裝置的產品性能、結構、尺寸、根據制造廠提供的產品樣品本開列的一次線路方案，按需要選用有關的編號予以配置和組合；結合建筑面積、自然環境條件，根據成套配電裝置的數量、尺寸、并預留備用位置，進行平面布置，即能使運行維護方便、安全，有能合理地確定建筑物的最佳布局。本設計高壓側用了GG-1A（F）-07型高壓開關柜。4.3低壓設備的選擇低壓設備的選擇也包括熔斷器，斷路器，互感器等，其選擇和校驗也和高壓大致相同。低壓斷路器的選擇時滿足下列條件：A斷路器的額定電壓應大于或等于安裝處的額定電壓；B斷路器的額定電流應大于或等于它所安裝過電流脫扣器與熱脫扣器的額定電流；C斷路器應滿足安裝處對斷流能力的要求。對動作時間在0.02s以上的DW系列斷路器，要求：（4—3）式中——斷路器的最大分斷電流?！獢嗦菲靼惭b處三相短路電流穩態值。對動作時間在0.02s以下的DW系列斷路器，要求：或（4—4）低壓斷路器還應滿足保護對靈敏度的要求，以保證在保護區內發生短路故障時能可靠動作，切除故障。保護靈敏度可按下式校驗：（4—5）式中——低壓斷路器瞬時或短延時過電流脫扣器的動作電流；K—保護最小靈敏度，一般取1.3；——被保護線路末端在系統最小運行方式下的最小短路電流。4.3.1低壓設備選擇校驗A低壓總進線柜選擇本次設計選用PGL-05型低壓配電屏。P表示低壓開啟式配電屏，G表示電器元件固定安裝固定接線，L表示動力用，05是主電路方案編號。柜內主要設備：低壓刀開關：HD-1000/31低壓斷路器：DW15-1000/3電流互感器：LMZJ1-0.5-1000/5B低壓刀開關的選擇低壓刀開關又稱低壓隔離開關，它廣泛應用于500伏以下的配電裝置中。隔離開關沒有滅弧裝置，不能帶負荷拉閘。只能拉合有電壓無電流或有小電流的電氣設備，是檢修工作中的明顯斷開點，起到安全隔離電源的作用。刀開關在選用時，其額定電壓應大于或等于線路的額定電壓；額定電流應大于負荷電流。刀開關再安裝和使用中要注意以下幾點：a刀開關只能垂直安裝，靜觸頭在上面，動觸刀在下面，上面接電源，下面接負荷，HK型刀開關膠蓋應完好無損，開關內加裝裸銅或裸鋁導線，另加熔斷器保護；bHD型刀開關不得帶負荷拉閘；c帶有熔斷器的刀開關，其熔體選擇應滿足被保護設備的需要，更換熔體時，其規格應與原體相同；d操作手柄及分合指示應與實際狀態相符。在本設計中選用的刀開關其校驗表4-4：所以選擇HD—1000/31型低壓開關C低壓斷路器的選用低壓斷路器能帶負荷通斷電路，有能在短路，過負荷和低電壓（失壓）下自動跳閘。要選用DW15-1500/3型短路器，D表示低壓短路器，W表示萬能式，1500表示額定電流，3表示極數。選擇項目校驗裝置地點數據設備型號參數數據參數HD—1000/31電壓380V380V電流1134A1500A結論合格表4-4刀開關參數及校驗表表4-5低壓斷路器參數及校驗表選擇項目校驗裝置地點數據設備型號參數數據參數DW15—1500/3電壓380V380V電流1134A1500A結論合格所以選擇DW15—1000/3型萬能式斷路器D電流互感器的選用電流互感器有稱儀用變流器,它是為測量回路和繼電保護回路供電。本設計要選用LMZJ1-0.5-300/5型電流互感器。表4-6低壓側電流互感器校驗表次序名稱計算數據技術數據選擇型號電壓（V）電流（A）電壓（KV）電流（A）1機加工車間U3802040.5300LMZ1-0.5-300/52鑄造車間U380425.90.5500LMZ1-0.5-500/53鉚焊車間U380216.90.5300LMZ1-0.5-300/54電修車間U380282.50.5400LMZ1-0.5-400/54.3.2低壓配電屏型號選擇及設備選擇A機加工車間配電屏型號選擇及設備選擇：選用PGL1-30型的低壓配電屏和PGL1-40型的低壓配電屏。配電屏主要設備（根據各項負荷計算電流選擇）：低壓刀開關：HD13-400/31，HD13-100/31兩只低壓斷路器：DW15-300，DW15-100兩只電流互感器：LMZ1-0.5-300/5，LMZ1-0.5-50/5兩只B鑄造車間配電屏型號選擇及設備選擇：選用PGL1-30型的低壓配電屏和PGL1-40型的低壓配電屏。配電屏主要設備（根據各項負荷計算電流選擇）：低壓刀開關：HD13-500/31，HD13-100/31兩只低壓斷路器：DW15-600，DW15-100兩只電流互感器：LMZJ1-0.5-500/5，LMZ1-0.5-50/5兩只C鉚焊車間配電屏型號選擇及設備選擇：選用PGL1-30型的低壓配電屏和PGL1-40型的低壓配電屏。配電屏主要設備（根據各項負荷計算電流選擇）：低壓刀開關：HD13-400/31，HD13-100/31兩只低壓斷路器：DW15-300，DW15-100兩只電流互感器：LMZJ1-0.5-300/5，LMZ1-0.5-50/5兩只D電修車間配電屏型號選擇及設備選擇：選用PGL1-30型的低壓配電屏和PGL1-40型的低壓配電屏。配電屏主要設備（根據各項負荷計算電流選擇）：低壓刀開關：HD13-400/31，HD13-100/31兩只低壓斷路器：DW15-400，DW15-100兩只電流互感器：LMZJ1-0.5-400/5，LMZ1-0.5-50/5兩只4.4導線和電纜載面的選擇導線和電纜的選擇是否恰當關系到工廠供電系統能否安全、可靠、優質、經濟的運行。導線和電纜的選擇包括兩個方面：一選型號，二選截面。導線、電纜的型號應根據它們使用的環境、敷設方式、工作電壓等選擇。A工廠常用架空線路裸導線型號選擇。工廠戶外架空線路一般采用裸導線，其常用型號及適用范圍如下：a鋁鉸線（LJ）導線較好，重量輕，對風雨作用的抵抗力較強；對化學腐蝕作用的抵抗力較差.多用在10KV以下線路上，其桿距不超過100～125M。b鋼芯鋁絞線（LGJ）此種導線的外圍用鋁線，芯子采用鋼線，鋼線解決了鋁絞線機械強度差的缺點.由于交流電的趨膚效應、電流實際只從鋁線通過，所以鋼芯鋁絞線中的截面積是指鋁線部分的面積。在機械強度要求較高的場所和35KV以上的架空線路上多被采用。c銅絞線（TJ）導電好，機械強度好，對風雨及化學腐蝕的抵抗力強。B工廠常用電力電纜型號及選擇。工廠供電系統中常用電力電纜型號及適用的范圍如下：a油浸紙絕緣鋁包或鉛包電力電纜（如鋁包鋁芯ZLL型，鋁包銅芯ZL型）它具有耐壓強度高、耐熱能力好、使用年限長等優點，使用最普遍.根據其外護層結構（有無鎧裝等）的不同，承受機械外力好、拉力的能力和安裝環境也不同，這種電纜在工作時，其內部浸漬的油就會流動，因此不宜在有較大高差的場所。b塑料絕緣電力電纜它具有重量輕、抗酸堿、耐腐蝕，并可敷設在較大高差，或垂直、傾斜的環境中，有逐步取代油浸紙絕緣電纜的趨向.目前生產的有兩種：一種是聚氯乙烯絕緣、聚氯乙烯護套的全塑電力電纜（VLV和VV型），已生產至10KV電壓等級。另一種是交聯聚氯乙烯絕緣、聚氯乙烯護套電力電纜（YJLV和YJV型），已生產至35KV電壓等級。C常用絕緣導線型號及選擇。工廠車間內采用的配電線路及從電桿上引進戶內的線路多為絕緣導線。當然配電干線也可采用裸導線和電纜。絕緣導線的線芯材料有鋁芯和銅芯兩種，一般優先采用鋁芯線.絕緣導線外皮的絕緣材料有塑料絕緣和橡皮絕緣兩種。塑料絕緣線的絕緣性能良好，價格較低，又可節約大量橡膠和棉紗，在室內敷設可取代橡皮絕緣線。由于塑料在低溫時要變脆，高溫時易軟化，因此塑料絕緣線不宜在戶外使用。4.4.1選擇導線和電纜載面時滿足的要求導線、電纜截面的選擇必須滿足安全、可靠的條件。也就是說，從滿足正常發熱條件看，要求導線或電纜在通過正常最大負荷電流及線路計算電流時產生的發熱溫度，不應超過其正常運行時的最高允許溫度；從滿足機械強度條件看，要求架空導線的截面不應小于它的最小允許截面；此外還應保證電壓質量，即線路電壓損失不應大于正常運行時允許的電壓損耗；以及滿足經濟要求等。對于電力電纜有時還必須校驗短路時的熱穩定，看其在短路電流作用下是否會燒毀，對于架空線路根據運行經驗很少因短路電流的作用而引起損壞，一般不進行校驗。4.4.2導線和電纜的選擇方法選擇導線、電纜截面的具體方法：A經濟電流密度選擇導線、電纜截面根據經濟條件選擇導線（或電纜，下同）截面，應從兩個方面來考慮.截面選得越大，電能損耗就越小，但線路投資及維修管理費用就越高；反之，截面選得小，線路投資及維修管理費用雖然低，但電能損耗則大。綜合考慮這兩方面的因素，定出總的經濟效益為最好的截面稱為經濟截面。對于經濟截面的電流密度稱為經濟電流密度。我國現行的經濟電流密度表4-7所示。表4-7我國規定的經濟電流密度表導線材料年最大負荷利用小時數3000h以下3000～5000h5000h以上鋁線、鋼芯鋁線1．651．150．90銅線3．002．251．75鋁芯電纜1．921．731．54銅芯2．502．252．00根據負荷計算求出的供電線路的計算電流或供電線路在正常運行下的最大負荷電流和最大負荷利用小時數及所選導線材料，就可按經濟電流密度計算出導線的經濟截面。其關系式4-6所示：（4—6）式中，為線路的計算電流；為經濟電流密度。從手冊中選擇一種與最接近（可稍?。┑臉藴式孛娴膶Ь€即可。B允許載流量選擇導線、電纜截面電流通過導線時將會發熱，導致溫度升高。裸導線溫度過高，接頭處氧化加劇，接觸電阻增加，使此時進一步升高，氧化更加劇，甚至發展到燒斷。絕緣導線和電纜的溫度過高時，可使絕緣損壞，甚至引起火災。為保證安全可靠，導線和電纜的正常發熱不能超過其允許值。或者說通過導線的計算電流或正常運行方式下的最大負荷電流應當小于它的允許載流量。允許載流量與環境有關。查允許載流量時注意根據環境查出或乘上修正系數以求出相應的允許載流量。按規定，選擇導線時所用的環境：室外—取當地最熱月平均最高氣溫；室內—取當地最熱月平均最高氣溫加5℃。選擇電纜時所用的環境：土中直埋—取當地最熱月平均氣溫；室外電纜溝、電纜隧道—取當地最熱月平均最高氣溫；室內電纜溝—取當地最熱月平均最高氣溫加5℃。在按允許載流量選擇導線截面時，應注意最大負荷電流的選取：選擇降壓器高壓側的導線時，應取變壓器額定一次電流。選高壓電容器的引入線應為電容器額定電流的135倍；選低壓電容器的引入線應為電容器額定電流的15倍（主要考慮電容器充電時有較大涌流）。4.4.3母線和導線載面的選擇A母線選擇a選擇高壓母線因為本廠的年最大負荷利用小時為3500h以下并用了鋁電纜線，所以表4-7得知電流密度，所以母線的截面為：因此所選擇的高壓母線型號為LMY-3（4×40）。滿足要求。B選擇低壓母線中性線截面：低壓母線的型號：LMY-C導線截面選擇a電源進線表4-7得知：選標準截面70，選用LJ-70型鋁絞線。b校驗發熱條件環境溫度為25查“工廠供電”附錄表16得LJ-70的允許載流量因此滿足發熱條件。校驗機械強度查“工廠供電”附錄表14得10kV架空鋁絞線的最小截面積：因此也滿足機械強度的要求。各用電設備的導線選擇：第一組：查表可得環境溫度為30C°BX-500型截面為25的鋁芯絕緣導線的Ial=72A>I30=42A滿足發熱條件，因此相線截面中性線：保護線：因為，所以導線型號為：其他車間導線型號表4-8給定：表4-8低壓側電纜選擇表序號安裝地點校驗選擇型號1機加工車間NO.115546.554.4108.7Ial=144A>I30=108.7ABX-500-(3×70+1×35+PE35)-PC752機加工車間NO.21203642.184Ial=114A>I30=84ABX-500-(3×50+1×25+PE25)-PC653機加工車間NO.3108012.15Ial=23A>I30=12.15ABX-500-(3×4+1×2+PE5)-PC254鑄造車間NO.41606465.3138.9Ial=181A>I30=138.9ABX-500-（3×95+1×50+PE50）-PC805鑄造車間NO.51405657.1121.58Ial=144A>I30=121.58ABX-500-(3×70+1×40+PE40)-PC756鑄造車間NO.61807273.4156.31Ial=181A>I30=156.31ABX-500-(3×95+1×50+PE50)-PC807鑄造車間NO.786.409.72Ial=23A>I30=12.15ABX-500-(3×4+1×2+PE5)-PC25續8鉚焊車間NO.81504589.197.69Ial=114A>I30=97.69ABX-500-(3×50+1×30+PE30)-PC659鉚焊車間NO.917051101110.7Ial=114A>I30=110.7ABX-500-(3×50+1×30+PE30)-PC6510鉚焊車間NO.1075.608.5Ial23A>I30=8.5ABX-500-(3×4+1×2+PE5)-PC2511電修車間NO.111504578136.7Ial=181A>I30=136.7ABX-500-(3×95+1×50+PE50)-PC8012電修車間NO.121464465133.73Ial=181A>I30=133.73ABX-500-(3×95+1×50+PE50)-PC8013電修車間NO.13108012.158Ial=23A>I30=12.158ABX-500-(3×4+1×2+PE5)-PC25c按機械強度校驗導線截面工廠供配電線路選用的導線按機械強度進行校驗，就應保證所選的架空裸導線和不同敷設方式的絕緣導線的截面，不應小于其最小允許截面的要求。電纜不必校驗機械強度，但需校驗其短路熱穩定度。一般10KV及以下高壓線路及低壓動力線路，通常先按發熱條件來選擇截面，再校驗電壓損耗和機械強度。低壓照明線路，因其對電壓水平要求較高，因此通常先按允許電壓損耗進行選擇，再校驗發熱條件和機械強度。d線路電壓損耗的計算及按電壓損耗選擇導線、電纜截面為了保證用電設備端子處電壓偏移不超過其允許值，設計線路時，高壓配電線路的電壓損耗一般不超過線路額定電壓的5%；從變壓器低壓側母線到用電設備端子處的低壓配電線路的電壓損耗，一般不超過線路額定電壓的5%（以滿足用電要求為限）。如線路電壓損耗超過了允許值，應適當加大導線截面，使之小于允許電壓損耗。e中性線和保護線截面的選擇A中性線截面的選擇中性線（N）的允許載流量，按規定，三相四線制系統中的中性線不應小于三相線中最大的不平衡負荷電流。中性線截面一般不小于相線截面的50%，（4—7）而由三相四線線路引出的兩相三線線路和單相線路，由于其中中性線電流與相電流相等，因此它們的中性截面應與相線截面相同，即（4—8）一般三相四限制線路的中性截面，應不少于相線截面的50﹪。B保護線截面的選擇保護線（PE）按規定，其電導一般不得小于相線電導的50%.因此，保護線的截面不得小于相線截面的50%，但考慮到短路熱穩定要求，當保護線與相線截面相等。C保護中性線截面的選擇保護中性線兼有保護線和中性線的雙重功能，因此其截面選擇應同時滿足上述保護線和中性線的要求，取其中的最大值。5工廠供電系統的保護工廠供電系統和各種電氣設備,在正常運行過程中,總難免會因為各種自然或人為原因,如絕緣老化、負載過大、外部機械力的破壞、操作失誤等,造成各種事故或障礙,使供電系統不能正常運行。而工廠供電系統的事故或故障,所影響及危害遠不止是工廠本身,他將波及到整個電力系統的運行安全。如何對工廠供電系統進行故障檢測、故障報警、事故切除是供電系統保護裝置所承擔的任務。5.1工廠保護裝置作用和要求保護裝置的作用和要求：A供電系統保護裝置的作用工廠供電系統保護裝置的作用主要有兩個方面:第一,當供電系統發生事故時,保護裝置能迅速地切除事故。供電系統的事故部分迅速及時地從系統中切除,是為了縮小事故范圍,避免給整個系統造成不良影響,保證無事故部分繼續正常運行。第二，當系統處于不正常運行時，保護裝置發出報警信號，通知值班人員及時處理。B對繼電保護裝置的基本要求a可靠性指保護裝置該動作時動作，不拒動；而不該動作時不誤動。前者為信賴性，后者為安全性，即可靠性包括信賴性和安全性。為此，繼電保護裝置應簡單可靠，使用的元件和接點應盡量減少，接線回路應力求簡單，運行維護方便，在能夠滿足要求的前提下宜采用最簡單的保護。b選擇性指首先由故障設備或線路的本身的保護切除故障。當設備或線路本身的保護拒動時，則應由相鄰設備或線路的保護切除故障。為此，對相鄰設備和線路有配合要求的保護，前后兩級之間的靈敏性和動作時間應相互配合。c靈敏性指保護設備或線路范圍內發生金屬性短路時，保護裝置應具有必要的靈敏系數。d速動性指保護裝置應能盡快地切除短路鼓掌，提高系統穩定性，減輕故障設備和線路的損壞程度。當需要加速切除短路故障時，可允許保護裝置無選擇性動作，但應利用自動重合閘或備用電源自動投入裝置，縮小停電范圍。5.2工廠設備的保護和整定計算對于變電所的設計，關于設備的保護重點是電力變壓器的保護和電力線路的保護，下面將重點介紹各設備的保護和整定計算。5.2.1.電力變壓器的保護和整定計算按GB50062—92《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》規定：對電力變壓器的下列故障及異常運行方式，應裝設相應的保護裝置：a.繞組及其引出線的相間短路和在中性點直接接地側的單相接地短路；b.繞組的匝間短路；c.外部相間短路引起的過電流；d.中性點直接接地電力網中外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓；e.過負荷；f.油面降低；g.變壓器溫度升高或油箱壓力升高或冷卻系統故障。對于高壓側為6—10KV的變電所主變壓器來說，通常裝設有待時限的過流保護；如過電流保護動作時間大于0.5—0.7s時，還應裝設電流速斷保護。容量在800KVA及以上的油浸式變壓器和400KVA及以上的車間內油浸式變壓器，按規定應裝設瓦斯保護。容量在400KVA及以上的變壓器，當數臺并列運行或單臺運行并作為其它負荷的備用電源時，應根據可能過負荷的情況裝設過負荷保護。過負荷保護及瓦斯保護在嚴重故障時（通稱“輕瓦斯故障”），動作于信號，而其它保護包括瓦斯保護在嚴重故障時（通稱“重瓦斯故障”），一般動作于跳閘。如果單臺運行的變壓器容量在10000KVA及以上和并列運行的變壓器每臺容量在6300KVA及以上時，則要求裝設差動保護。在進行保護整定計算時，必須了解一個重要參數及保護裝置的靈敏系數。保護裝置的靈敏系數，應根據不利正常運行方式和不利故障類型進行計算。保護裝置靈敏系數按式5-1計算：（5—1）式中----繼電保護的保護區內在電力系統最小運行方式下的最小短路電流（單位為A）----繼電保護的動作電流換算到一次電路的植，稱為一次動作電流（單位為A）A變壓器的過電流保護無論采用電流繼電器還是采用脫扣器，也無論時定時限還是反時限，變壓器過電流保護的組成，原理與電力線路過電流保護完全相同。變壓器過電流保護的動作時間的整定也與電力線路過電流保護的整定基本相同。其動作時間也按“階梯原則”來整定，與線路過電流保護完全相同。但是對車間變電所，其動作時間可整定位最小值0.5秒。變壓器過電流保護的靈敏度，按變壓器二次側母線在系統最小運行方式下發生兩相短路時換算到一次側的短路電流值來校驗，要求SP1.5。如果達不到要求，同樣可采用低電壓閉鎖的過電流保護。B變壓器過負荷保護變壓器過負荷保護的組成，原理也與電力線路的過負荷保護完全相同。C變壓器的電流速斷保護由于變壓器相當于一個集中阻抗，如果變壓器的容量不大，則在其電源側引出端和受電側引出端上發生短路故障時，流到故障點的短路電流在數值上相差很大。所以對容量為5600kva以下，或變壓器高壓側無斷路器（如裝設高壓熔斷器），低壓側有斷路器，或變壓器無瓦斯保護的情況下，只要靈敏度足夠時，可采用電流速斷保護裝置，一般裝在電源側，在小接地電流系統中常采用兩相式接線。a變壓器的電流速斷保護，其組成原理與線路的電流速斷保護相同，變壓器電流速斷保護動作電流的整定公式也與線路電流速斷保護基本相同，只是式：的為二次側母線的三相短路電流的周期分量有效換算倒一次側的短路電流值，既變壓器電流速斷保護的速斷電流應按躲過二次側母線三相短路電流周期分量有校來整定。b變壓器電流速短保護的靈敏度，按保護裝置設處在系統最小運行方式下發生兩相短路的短路電流來檢驗要求SP1.5。變壓器的電流速斷保護，與電力線路電流速斷保護一樣，也有《死區》。彌補死區的措施，也是配備帶時限的過電流保護。D變壓器瓦斯保護瓦斯保護是油浸式變壓器內部發生短路故障的一種基本保護裝置。在油浸式變壓器內部發生故障時，絕緣油和其它絕緣材料因受熱分解而產生氣體，利用可反映氣體變量情況的氣體繼電器來保護變壓器。當油浸式變壓器油箱內發生任何一種故障時，短路電流所產生的電弧將使絕緣物和油分解而產生大量氣體。利用這種氣體構成的保護稱為瓦斯保護。瓦斯保護的主要元件是瓦斯繼電器，他安裝在油箱與油枕之間的管道中。瓦斯繼電器主要有浮筒式和開口杯式兩種類型。圖5-1所示瓦斯保護的原理接線圖。圖中瓦斯繼電器1的上觸點由上浮筒控制，稱為輕瓦斯；下觸點由擋板控制，稱為重瓦斯。它的動作后經信號繼電器2和出口中間繼電器3跳開變壓器兩側開關1DL和2DL。為了保證瓦斯保護可靠地工作，出口中間繼電器3有自保持線圈。當重瓦斯不用時，可利用換接片QP該接到R上，只動作于信號。圖5-1瓦斯繼電器安裝示意圖圖5-2瓦斯保護原理接線瓦斯保護的主要優點是動作快，靈敏度高和結構簡單，并能反映變壓器油箱內部各種類型的故障。它的缺點是不能反映變壓器油箱外套管和連接線上的故障，因此不能作為防御變壓器內部故障的唯一保護。此外，由于構造工藝不夠完善等，在運行中正確動作率不夠高。所以還要裝設電流速斷保護或縱聯差動保護裝置。瓦斯保護的接線圖5-2所示，分輕瓦斯信號回路和重瓦斯跳閘回路。當變壓器發生嚴重內部故障時，油流速度雖大但不穩定，干簧接點次時有可能抖動。為使斷路器可靠跳閘，所以保護出口回路采用自保持接線方式。為防止進行實驗時瓦斯繼電器誤動而跳閘，可將換片QP由跳閘回路換到信號回路。輕瓦斯保護的整定：輕瓦斯保護動作值的大小，系采用氣體容積大小表示，一般的輕瓦斯保護氣體容積的整定范圍250～300cm3，對于10MVA以上的變壓器，多采用250cm3。氣體容積的調整可通過改變重錘位置來實現。重瓦斯保護的整定重瓦斯保護動作值的大小，系采用油流速度大小來表示，一般整定范圍為0.6～1.5m/s。該流速系指導油管中油流的速度，對于QJ1-80型瓦斯繼電器，一般可整定在1m/s左右。瓦斯保護和差動保護均為變壓器的主保護，在較大容量的變壓器上要同時采用。瓦斯保護雖然簡單，靈敏，經濟，但它僅能反應變壓器油箱內部的故障，對于油箱外部套管，引出線的部位的故障，則只能靠差動保護動作于跳閘。5.2.2.電力線路的保護和整定計算A帶時限過電流保護帶時限過電流保護，按其動作時間特性分，定時限過電流保護和反時限過電流保護兩種。定時限就是保護裝置的動作是按整定的動作時間固定不變的，與故障電流大小無關；反時限就保護裝置的動作時間與故障電流大小有反比關系，故障電流越大，動作時間越短。所以反時限特性也稱為比延時特性。a限時過電流保護裝置的工作原理當一次電路發生相間短路時，電流繼電器瞬時動作。閉合其觸電，使時間繼電器動作，時間繼電器經過整定的限后，其延時觸電閉合，使串聯的信號繼電器和中間繼電器動作，信號繼電器動作后，其指示牌掉下，同時接通信號回路給出燈光信號合音響信號，中間繼電器動作后，接通跳閘線圈回路。使新路器跳閘，切除短路故障。繼電器跳閘后，其鋪助觸電隨之切斷跳閘回路。以減輕觸電工作，在短路故障被切除后，繼電保護裝置出信號繼電器外的其他所有繼電器均自動返回起開始狀態，而信號繼電器可自動復位。b過電流保護的工作原理當一次電路發生相間短路時，電流繼電器動作，經過一定延時后，其常開觸電閉合，緊接著其常閉觸電斷開。這時短路器因其跳閘線圈去分流而跳閘切除短路故障。在GL型繼電器去分流跳閘的時間，其信號牌掉下，指示保護裝置已經動作，在短路故障被切除后，繼電器自動返回，其信號牌可利用外殼上的旋鈕手動復位。c過電流保護的工作原理過電流保護裝置的整定計算一般包括動作電流的計算，動作時間的整定和靈敏度校驗。帶時限的過電流保護（包括定時限和反時限）的動作電流Lop應躲過線路的最大負荷電流IL.max通過時，保護裝置誤動作，而且其返回電流Ire也躲過IL.max，否則保護裝置還可能誤動作。(5—2)式中是變壓器最大負荷電流，可?。?.53），為變壓器的額定一次電流；是可靠系數，對定時限取1.2，對反時限取1.3；是接線系數，對相電流接線取1，對相電流差接線取；是繼電器返回系數，一般為0.8；是電流互感器的電流比。必須注意：對GL型繼電器，應整定為整數，且在10A以內。在這次設計中我們采用了GL型繼電器作為過電流保護。B過電流保護的靈敏度保護靈敏度。對于線路過電流保護，應取寫保護線末端在系統最小運動方式下的兩相短路電流。按規定過電流保護的靈敏度必須滿足的條件為(5—3)a整定KA1的動作電流，并校驗保護靈敏度整定KA1的動作電流??；；；根據GL-15/10型繼電器的規格，動作電流整定位10A。圖5-3電力線路的繼電保護電路bKA1的靈敏度校驗KA1保護的線路WL1末端K—1點的兩相短路電流其最大最大短路電路電流：KA1整定的動作電流滿足保護靈敏度。c整定KA2的動作電流，并校驗保護靈敏度整定KA2的動作電流?。唬唬桓鶕礼L-15/10型繼電器的規格，動作電流整定位10A。dKA2的靈敏度校驗KA2保護的線路WL2末端K—2點的兩相短路電流其最大短路電路電流：KA2整定的動作電流滿足保護靈敏度。C電流速斷保護電流速斷保護就是一種瞬間動作的過點保護。對于采用GL系列電流繼電器，側利用該繼電器的電磁元件用來作反時線過電流保護，因此非常簡單經濟。a電流速斷保護動作電流的確整定為了保證前后兩級瞬動的電流速斷保護的選擇性，因此電流速斷保護的動作電流Iqb,應按躲過它所保護線路的末端的最大短路電流Ik.max來整定。因為只有這樣整定，才能避免在后一級速端保護的線路首端發生三相短路時前一級速端保護誤動作的可能性，以保證選擇性。因此電流速端保護動作電流整定計算公式為：(5—4)式中是變壓器低壓母線三相短路電流周期分量有效值；是可靠系數，對GL繼電器取1.4-1.5；是接線系數；是電流互感器的電流比；變壓器的電壓比；對GL型繼電器，速斷電流整定要用其對動作電流的倍數即速斷電流倍數來表示，。b電流速端保護的靈敏度電流速端保護的靈敏度按其安裝處在系統最小運行方式下兩相短路電流作為最小電流來檢驗。因此電流速斷保護的靈敏度必須滿足的條件為：(5—5)c整定KA1的速斷電流，檢驗靈敏度整定KA1的速斷電流取=9.13KA；速斷電流倍數整定為：校正KA1保護靈敏度：取WL1的末端K-2點的兩相斷路電流，既故KA1速斷保護靈敏度為：由此可見，KA1整定的電流速斷基本上滿足保護靈敏度的要求。整定KA2的速斷電流，檢驗靈敏度整定KA2的速斷電流??；；；校正KA2保護靈敏度取WL1的末端K-2點的兩相斷路電流，既故KA1速斷保護靈敏度為：由此可見，KA2整定的電流速斷基本滿足保護靈敏度的要求。6防雷與接地設計6.1雷電的形成及有關概念A雷電的形成由前所述，大氣過電壓主要是雷云放電形成的，雷云又是如何產生的呢？在雷雨季節里，太陽將地面一部分水蒸發成水蒸氣，水氣上升