1、课程设计报告课程设计报告课程名称： 工厂供电课程设计 设计题目： 光明机械厂降压变电所的防雷与接地设计 院 系： 机电工程学院 班 级： 电气四班 姓 名： 李焕焕 学 号： 20093499 指导教师： 王立晶 设计时间： 2目 录第一章 绪 论 1第一节 防雷与接地 1第二节 设计任务及要求 2第二章 负荷计算 5第一节 单组用电设备的负荷计算 5第二节 多组用电设备的负荷计算 5第三章 变电所位置与型式的选择 8第一节 变电所的任务、类型和选址 8第二节 变电所位置与型式的选择 8第四章 变电所防雷与接地装置的设计 .10第一节 变电所的防雷保护 .10第二节 变电所接地装置的设计 .1
2、3第五章 设计总结 .16参考文献 .163第一章 绪 论第一节 防雷与接地近几年来随着高层建筑物的不断兴起，防雷与接地越来越成为高层建筑物的重要组成部分，而在工厂供电中，防雷与接地的设计也不可小觑。变电所是电力系统的重要组成部分,也是防雷与接地的重要考虑部位。如果变电所发生雷击事故,将造成大面积的停电,甚至设备损坏，造成不可估量的经济损失，给社会生产和人民生活带来不便,这就要求防雷措施必须十分可靠。接地是保障电力系统中的电气设备安全稳定运行的重大安全技术之一，如果接地措施不到位，将会存在很大的安全隐患，直接关系到设备和人员的安全，为了确保变电所内设备和微机自控系统的安全运行，设计一个良好的接
3、地地网对于变电所来讲是至关重要的。所以，本课程设计根据光明机械厂取得的电源和本厂用电负荷、地形地势的实际情况，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置、形式，并选择变电所的防雷设计方案，确定接地装置的设计。最后，按照要求写出设计说明书，绘制了变电所防雷保护范围图。第二节 设计任务及要求一、设计题目光明机械厂降压变电所的防雷与接地设计。二、设计要求要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷、地形地势的实际情况，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置、型式，并选择变电所的防雷设计方案，确定接地装置的设计。最后按要求写出设计说明书，绘制变电所防雷保护范围图。三、设计依
4、据1.工厂总平面图如图 1-1 所示2.工厂负荷情况 本厂多数车间为两班制， ，日最大负荷持hT460max4续时间为 6h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如表 1-1。(4)(5)(6)(7)(10)(9)(8)(1)(2)(3)图 1-1 光明机械厂总平面图3.供电电源情况 按照工厂与当地供电部门低昂的供电用电协议规定，本厂由附近距本厂 8km 地方的一条 10kV 的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。干线导线型号 LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为 2 米，干线首端所装设的高压断路器断流容量为 。厂内建筑
5、属MVASoc50于三类防雷建筑物，其中最高建筑物锅炉房烟筒，距水平地面高 30m。4.气象资料 本厂所在地区的年最高气温为 ，年平均气温为 ，C38C23年最低气温为 ，年最热月平均最高气温为 ，年最热月平均气温为C9，年最热月地下 0.8 米处平均气温为 。当地主导风向为东北风，年26 25雷暴日数为 20。5.地质水文资料 本厂所在地区平均海拔 500m，地层以砂粘土为主，地下水位为 2m。四、设计任务1.设计说明书，其中包括：（1）绪论（2）目录5（3）变电所位置和型式的选择（4）变电所防雷保护方案的设计（5）变电所接地装置方案的设计2.设计图样，包括：变电所防雷保护范围图 1 张（A
6、4 纸张）五、设计时间2012 年 6 月 18 日至 2012 年 6 月 23 日（一周）表 1-1 工厂负荷资料厂房编号 厂房名称 负荷类别 设备容量/kW 需要系数 功率因数动力 300 03 071 铸造车间照明 6 08 10动力 350 03 0652 锻压车间照明 8 07 10动力 400 02 0653 金工车间照明 10 08 10动力 360 03 0604 工具车间照明 7 09 10动力 250 05 085 电镀车间照明 5 08 10动力 150 06 0806 热处理车间照明 5 08 10动力 180 03 077 装配车间照明 6 08 10动力 160
7、02 0658 机修车间照明 4 08 10动力 50 08 089 锅炉房照明 1 08 10动力 20 04 0810 仓库照明 1 08 10生活区 照明 350 07 0906第二章 负荷计算第一节 单组用电设备的负荷计算一、单组用电设备的负荷计算的计算公式（1）有功计算负荷（单位为 KW） = ， 为系数 （2-1）30PdKed（2）无功计算负荷（单位为 kvar）= tan （2-2）30Q（3）视在计算负荷（单位为 kvA）= （2-3）30ScosP（4）计算电流（单位为 A） = （2-30INU4） 为用电设备的额定电压（单位为 KV）NU二、计算负荷计算以铸造车间为例，
8、将数据带入式 2-1、2-2、2-3、2-4 得：有功计算负荷 kWp903.03无功计算负荷 var8.1ar29Q视在计算负荷 AkVS67.03计算电流 I4.1958.13其他负荷计算同上。第二节 多组用电设备的负荷计算一、多组用电设备的负荷计算的计算公式（1）总的有功计算负荷（单位为 KW）= （2-30PipK3075）式中 是所有设备组有功计算负荷 之和， 是有功负荷同时系数，iP30 30PpK可取 95.8.（2）总的无功计算负荷（单位为 kvar）= （2-30Qiq306）是所有设备无功 之和； 是无功负荷同时系数，可取iQ3030qK 97.0.（3）总的视在计算负荷（
9、单位为 kvA） = （2-30S230QP7）（4）总的计算电流（单位为 A） = （2-30INU8）经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表 2-1 所示（额定电压取380V）8表 2-1 各厂房和生活区的负荷计算表计算负荷编号 名称 类别 设备容量/kWeP需要系数 dKcostan/kW30P/kvar30Q/kVA30S/A30I动力 300 03 07 1.02 90 91.8 照明 6 08 10 0 4.8 0 1 铸造车间小计 306 94.8 91.8 132 201动力 350 03 0651.17 105 123 照明 8 07 10 0 5.6 0 2 锻压车
10、间小计 358 110.6 123 165 251动力 400 02 0651.17 80 93.6 照明 10 08 10 0 8 0 3 金工车间小计 410 88 93.6 128 194动力 360 03 06 1.33 108 144 照明 7 09 10 0 6.3 0 4 工具车间小计 367 114.3 144 184 280动力 250 05 08 0.75 125 93.8 照明 5 08 10 0 4 0 5 电镀车间小计 255 129 93.8 160 244动力 150 06 08 0.75 90 67.5 照明 5 08 10 0 4 0 6 热处理车间 小计 1
11、55 94 67.5 116 176动力 180 03 07 1.02 54 55.1 照明 6 08 10 0 4.8 0 7 装配车间小计 186 58.8 55.1 80.6 122动力 160 02 0651.17 32 37.4 照明 4 08 10 0 3.2 0 8 机修车间小计 164 35.2 37.4 51.4 78动力 50 07 08 0.75 35 26.3 照明 1 08 10 0 0.8 0 9 锅炉房小计 51 35.8 26.3 44.4 67动力 20 04 08 0.75 8 6 照明 1 08 10 0 0.8 0 10 仓库小计 21 8.8 6 10
12、.7 16.211 生活区照明 350 0.7 0.9 0.48 245 117.6 272 4139动力 2219照明 4031014.3 856.1 总计计入 =0.8, pK=0.85q0.75 812.2 727.6 1090 1656第三章 变电所位置与型式的选择第一节 变电所的任务、类型和选址一、变电所的任务和类型变电所担负着从电力系统受电，经变压，然后配电的任务。是工厂供电系统的枢纽，在工厂中占有特殊重要的地位。工厂变电所分为总降压变电所和车间变电所，主要类型有：车间附设变电所、车间内变电所、露天变电所、独立变电所、地下变电所、楼上变电所、移动式变电所等二、变配电所所址选择变配电
13、所所址的选择，应根据下列要求并经技术、经济分析比较确定：(1) 尽量靠近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量(2) 进出线方便，特别是要考虑便于架空进出线。(3) 靠近电源侧，特别是在选择工厂总变配电所所址时要考虑这一点。(4) 设备运输方便，以便运输电力变压器和高低压开关柜等大型设备。(5) 不应设在有剧烈振动或高温的场所。(6) 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所；当无法远离时，不应设在污源盛行风向的下风侧。(7) 不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻。(8) 不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正
14、下方。当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合GB50058-1992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定。(9) 不应设在地势低洼和可能积水的场所。10第二节 变电所位置与型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。在工厂平面图的下边和左边，分别作一直角坐标的 轴和 轴，然xy后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置， 、 、 分别代1P2310P表厂房 1、2、3.10 号的功率，设定 （4，7.5） 、 （5，5.5） 、 （8.3，2.5） 、1P（8.5，9.3 ） 、 （8.5， 7） 、 （8.5,4.8） 、 （11.5，9
15、.3） 、 （11.5，7） 、4P5P678（11.5，4.8 ） 、 （5.5 ，9.3） ，并设 （1.2，1.7）为生活区的中心负荷，9101如图 3-1 所示。而工厂的负荷中心假设在 P( , ),其中 P= + + + = 。xy1P231iP因此仿照力学中计算中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：（3-ixPxx )(.13211）（3-iPyyyy )(.13212）把各车间的坐标代入（3-1） 、 （3-2） ，得到 =6.27， =4.85。由计算结果可知，xy工厂的负荷中心在 2 号厂房（工具车间）的东南角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在 2 号厂房的东侧紧靠厂房建造工
16、厂变电所，器型式为外附设式。图 3-1 按负荷功率矩法确定负荷中心x11第四章 变电所防雷与接地装置的设计第一节 变电所的防雷保护一、雷电过电压雷电过电压又称大气过电压，也称外部过电压，它是由于电力系统中的线路、设备或建（构）物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。雷电过电压产生的雷电冲击波，其电压幅值可高达 1 亿伏，其电流幅值可高达几十万安，因此对供电系统危害极大，必须加以防护。雷电过电压有三种基本形式：（1）直接雷击 它是雷电直接击中电气设备、线路或建（构）物，其过电压引起强大的雷电流通过这些物体放电入地，从而产生破坏性极大的热效应和机械效应，相伴的还有电磁脉冲和闪络放电。这种雷
17、电过电压成为直击雷。（2）间接雷击 它是雷电未直接击中电力系统的任何部分，而是由雷电对线路、设备或其他物体的静电感应或电磁感应所产生的过电压。这种雷电过电压也称感应雷或雷电感应。（3）雷电波入侵 由于架空线路或金属管道遭受直接雷击或间接雷击而引起的过电压波，沿架空线路或金属管道侵入变配电所或其他建筑物。由于雷电波侵入而造成的雷害事故，占整个雷害事故的 50%-70%，因此对于雷电波侵入的防护应予以足够的重视。二、防直击雷保护1.防雷设备接闪器是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体，包括避雷针、避雷线、避雷带和避雷网，本设计中选用避雷针。避雷针的作用是引雷，是防止直击雷的有效措施，一般采用避雷
18、针作为直12击雷的防护装置，并要求所有被保护的电气设备和建筑物均应处于避雷针的保护范围之内。一定高度的避雷针下面，有一个安全区域，此区域内的物体基本上不受雷击，我们把这个安全区域叫做避雷针的保护范围。避雷针的保护范围可用“滚球法”或“折线法”来确定，本设计采用折线法。2.防雷方案设计根据光明机械厂降压变电所的工厂总平面图，设计出两套防雷方案。方案 1：使用三座避雷塔（分别为 1 号、2 号和 4 号）和一支避雷针（3 号）。1 号设置在仓库（10）南侧；2 号设置在装配车间（7）南侧；3 号设置在锅炉房（9）烟囱上；4 号设置在金工车间（3）西北侧。方案 2：使用四座避雷塔（分别为 1 号、2
19、 号、3 号和 4 号）和一只避雷针（5 号） 。1 号设置在铸造车间（1）和仓库（10）之间；2 号设置在工具车间（4） 、电镀车间（5） 、热处理车间（6）和装配车间（7）之间；3 号设置在锻压车间（2）东北侧；4 号设置在金工车间（3）西北侧；1 号设置在锅炉房（9）烟囱上。以上两个方案中，变电所所有厂房均在避雷针保护范围内，但是考虑到资源保护和经济效益，选用方案 1。变电所在其它建筑物的直击雷防护范围内，不必另设独立的避雷针。在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离 5 m，打入地下，管顶距地面 0.6 m。接地管间用 40mm4mm 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用 25 mm
20、4 mm 的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm 的镀锌扁刚，长 12m。本设计采用 2m 长避雷针，避雷塔高度均为 32m。3.防雷方案计算因为该厂为三类防雷建筑物，且其中最高建筑物距水平面高 30 米，其他厂房高度为 8 米，设该最高建筑物上安装一支高 2 米的避雷针，则： ，mh30mhx（1）计算在 上的保护半径xhxr根据单支避雷针的计算公式：当 时，2x13(4-1)phraxx)(当 时，2xh(4-2)(1.52)xxrhp式中，h避雷针高度(m)；被保护物高度(m) ；x在 上的保护半径(m)；rx
21、h避雷针的有效高度(m) ；aP高度影响系数，当 时，p=1，当 30120m 时，取 120m 进行计算。5./ph所以,本设计中(4-3)phrxx 1.325.)8325.1()25.1( （2）计算在水平面上的保护范围最小宽度 xb已知 ，则hx25.0（4-mhxa24834）计算得， D=120m 时（4-phDa14.52305）查电气工程师手册知 ，所以 58.0phbax mbx5.13同理 D=80m 时， mx83.19式中，D 两避雷针间的距离；水平面上的保护范围最小宽度。xb14三、防雷电侵入波防护1.防雷设备避雷器是用来防止线路的感应雷及沿线路侵入的过电压波对变电所
22、内的电气设备造成的损害。它一般接于各段母线与架空线的进出口处，装在被保护设备的电源侧，与被保护设备并联，要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。主要类型有：（1）管型避雷器 主要用于变配电所的进线保护和线路绝缘弱点的保护，保护性能较好的管型避雷器可用于保护配电变压器。 （2）阀型避雷器 由火花间隙和阀片组成，装在密封的磁套管内。当系统出现雷电过电压时，火花间隙很快被击穿，使雷电冲击电流很容易通过阀性电阻而引入大地，释放过电压负荷，阀片在大的冲击电流下电阻由高变低，所以冲击电流在其上产生的压降（残压）较低，此时，作用在被保护设备上的电压只是避雷器的残压，从而使电气设备得到了保护。 （3）金属氧化物避雷
23、器 又称压敏避雷器，它是一种没有火花间隙只有压敏电阻片的阀型避雷器。在工频电压下，金属氧化物避雷器呈现极高电阻，能迅速有效地阻断工频续流，无需火花间隙来熄灭由工频续流引起的电弧；而当雷电过电压的作用下，其电阻变为很小，能较好地泄放雷电流。2.防雷方案设计 变配电所中一般需要通过装设阀式避雷器或氧化锌避雷器对变压器进行雷电侵入波的防护。避雷器的选择，必须使其伏秒特性与变压器伏秒特性合理配合，并且避雷器的残压必须小于变压器绝缘耐压所能允许的程度。避雷器应尽可能靠近变压器安装。避雷器接地线应与变压器低压侧接地中性线及金属外壳连在一起接地。在 10KV 电源进线的终端杆上装设 FS410 型阀式避雷器
24、。引下线采用 25 mm 4 mm 的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。 15图 4-1 避雷器的连接第二节 变电所接地装置的设计一、接地装置与接地电阻1.接地装置接地装置是由接地极 (埋入地中并与大地接触的金属导体)和接地线 (电气装置、设施的接地端子与接地极连接用的金属导电部分)所组成。由若干接地极在大地中相互连接而组成的总体，称为接地网。接地一般指将电力系统及其电气设备或电力生产用设备的某些部分经接地线接到接地体2.决定接地电阻的因素 （1）土壤电阻:土壤电阻的大小用土壤电阻率表示。土壤电阻率就是 的正立方体土壤的电阻值。 （2）接地线:自然接地线包括建筑物的金属
25、结构，生产用的金属构架如吊车轨道、配电装置外壳，布线的钢管，电缆外皮以及非可燃和爆炸危险的工业管道等。（3）接地极:自然接地极主要有：地下水管道，非可燃、非爆炸性液、气金属管道；建筑物和构筑物的金属结构和电缆外皮。 二、变电所接地设计1.变电所的接地装置本设计的变电所所涉及接地装置主要有三类：（1）中性点接地：作用是保证电力系统正常工作而接地，能在运行中维持三项系统中想线对地电压不变。 （2）避雷针接地：为防止对地泄放雷电流，实现防雷保护的要求，按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻 。R10W31cm16（3）外壳接地：是指一切正常时不带电的电气设备外壳、配电装置的金属结构（构架）接地。 2
26、.接地计算（1）接地电阻计算按接地电阻的要求及查表，本变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：由经验知 ， ， 且 80ohlkm25cablk4ER（4-1/0/7.ERVI6）其中 (35)(8352)00NohcabECUlI A因此公共接地装置接地电阻应满足 4ER（2）接地装置的设计查表得砂质粘土的 可得单根钢管的接地电阻为10m（4-(1)042.5ERl7）根据 ，并考虑到管间的电流屏蔽效应的影响，因(1)/40/ER此初选 15 根直径 50mm，长 2.5m 的钢管作为接地体。以 n=15 和a/l=5m/2.5m=2 去查表（n=1020 在 a/l=2 时的 中间值
27、）得 。因此得E0.65E（4-(1)4015.6ERn8）考虑到接地体的均匀对称布置，采用长 2.5m、50mm 的镀锌钢管数 16 根，沿变电所三面均匀布置，变电所前面布置两排，管距 5m，垂直打入地下，管顶离地面 0.6m。管间用 40mm 4mm 的镀锌扁钢焊接相连。变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地线与室外公共接地装置焊接相连。接地干线17均采用采用 25mm 4mm 的镀锌扁钢。变电所接地装置平面布置如图 4-2 所示。图 4-2 变电所接地装置平面布置第五章 设计总结为期一周的课程设计，是对我们一学期课程学习的一种检验，更是我们讲书上所学知识加以运用、得以巩固的一次
28、机会。通过本次课程设计，使我更加明确了在工厂供电系统中“防雷与接地”这两大问题的重要性与技术性，以前一直以为，防雷就是加根避雷针，接地就是将设备与大地相连，通过这几天的学习，才发现，原来自己的想法是如此幼稚，如此狭隘！防雷与接地都要经过缜密的设计与计算，除了最重要的安全因素要考虑，还要考虑经济效益、环境保护、可持续发展等诸多因素，并不像想象中那么简单。 “千里之堤毁于蚁穴” ，电能供应方面的任何问题大意不得！有些同学可能会觉得课程设计是一种负担，会有抵触心理，但是，有些问题，恰恰就是在课程设计中得到解决得，有些进步，是在我们完成一份漂亮的18报告时深有体会的！所以我们应该感谢课程设计，感谢学院、老师给我们的锻炼机会。以积极的心态去面对，要记住，每一次挑战，都是我们进步的基石！最后更应该感谢我的指导老师王立晶老师，谢谢老师的的细心指导，耐心讲解，才让我顺利完成了此次课程设计。参考文献1 苏文成. 工厂供电 M. 北京：机械工业出版社，2004 2 刘介才. 工厂供电设计指导 M. 北京：机械工业出版社，20083 黄其励. 电气工程师手册 M. 北京：中国电力出版社， 20024 刘介才. 供配电技术 M. 北京：机械工业出版社，2005
