10kv工厂供配电系统设计说明
《电气工程CAD大作业》
报告
系别：机电与自动化学院
专业班级：电气自动化技术0901
学生：鲁学
指导教师：强
（课程设计时间：2011年6月20日——2011年6月25日）
华中科技大学武昌分校
目录
1．设计的目的 (1)
2．设计任务 (1)
3．设计任务要求 (2)
3.1负荷计算及无功补偿 (2)
3.1.1各部分的负荷计算 (2)
3.1.2无功功率补偿 (5)
3.2变压器的选择 (5)
3.3导线与电缆的选择 (6)
3.4电气设备的选择 (10)
4设计心得体会 (13)
参考文献 (14)
1.设计目的
·帮助我们熟悉小型工厂的配电系统的构架及建模方案。
·训练同学们对配电系统最基本的参数计算，并根据计算参数选择正确的的器件来完成配电的需要系统。
·利用CAD绘图软件画出10kv工厂供配电系统设计，使我们更加熟悉CAD 的绘图，实现现10kV及以下低压供配电的CAD系统一体化设计，使其功能更趋完善，真正满足设计人员的需要，这项工作是很有实际意义的。
2.设计任务
机械厂的地理位置及负荷分布图
机械厂的负荷统计表
厂房编号厂房名称负荷类型设备容量（kw）需要系数kx 功率因数cosφ
1 铸造车间
2 300 0.
3 0.7
2 锻压车间
3 350 0.3 0.65
3 热处理车间 3 150 0.6 0.8
4 电镀车间 3 250 0.
5 0.68
5 仓库 3 20 0.4 0.8
6 工具车间 3 360 0.3 0.6
7 金工车间 3 400 0.2 0.65
8 锅炉房 2 50 0.7 0.8
9 装配车间 3 180 0.3 0.7
10 机修车间 3 160 0.2 0.65
11 生活区 3 350 0.7 0.9
3.设计任务要求
3.1负荷计算及无功补偿
3.1.1各部分的负荷计算
要进行低压供配电系统的设计，负荷的统计计算是其中的一项重要
容，负荷计算结果对选择供配电设备及安全经济运行均起决定性的作用。
负荷计算的目的是：
○1算变配电所变压器的负荷电流及视在功率，作为选择变压器容量的依
据。
○2计算流过各主要电气设备(断路器、隔离开关、母线、熔断器等)的负
荷电
流，作为选择这些设备的依据。
○3计算流过各条线路(电源进线、高低压配电线路等)的负荷电流，作为
选择
这些线路电缆或导线截面的依据。
○4计算尖峰负荷，用于保护电器的整定计算和校验电动机的启动条件。
计算负荷是工程设计中按照发热条件选择导线和电气设备的依据。计算负荷
确定得是否合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理，如果计算负荷确定的过大，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，
变压器负荷率较低运行时，也将造成长期低效率运行。如果计算负荷确定的过小，又将使电器和导线处于过负荷运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老10kv及以下供配电CAD系统的设计研究
化甚至产生火灾，造成更大的经济损失。因此，正确确定计算负荷具有很大的意义。
(1)铸造车间的负荷计算
有功功率：P30=Kx*Pe=300*0.3=90KW
无功功率：tgφ =sinφ /conφ=1.02
Q30= P30*tgφ=90*1.02=91.8 KVar
视在功率：S30= P30/ conφ=128.57KV·A
计算电流：I30= S30/√3U N=128.57/√3*0.38=201A
（2）锻压车间的负荷计算
有功功率：P30=Kx*Pe=350*0.3=105 KW
无功功率：tgφ =sinφ /conφ=1.169
Q30= P30*tgφ=105*1.169=122.75 KVar
视在功率：S30= P30/ conφ=105/0.65=161.538 KV·A
计算电流：I30= S30/√3U N=161.538/√3*0.38=251 A
(3)热处理车间的负荷计算
有功功率：P30=Kx*Pe=150*0.6=90 KW
无功功率：tgφ =sinφ /conφ=0.75
Q30= P30*tgφ=90*0.75=67.5 KVar
视在功率：S30= P30/ conφ=90/0.8=112.5 KV·A
计算电流：I30= S30/√3U N=112.5/√3*0.38=176 A （4）电镀车间的负荷计算
有功功率：P30=Kx*Pe=250*0.5=125 KW
无功功率：tgφ=sinφ /conφ=1.078
Q30= P30*tgφ=125*1.078=134.78 KVar 视在功率: S30= P30/ conφ= 125/0.68=183.824 KV·A
计算电流：I30= S30/√3U N=134.78/√3*0.38=244 A
（5）仓库的负荷计算
有功功率：P30=Kx*Pe=20*0.4=8KW
无功功率：tgφ =sinφ /conφ=0.75
Q30= P30*tgφ=8*0.75=6 KVar
视在功率：S30= P30/ conφ=8/0.8=10 KV·A
计算电流：I30= S30/√3U N=10/√3*0.38=16.2A
(6)工具车间的负荷计算
有功功率：P30=Kx*Pe=360*0.3=108 KW
无功功率：tgφ =sinφ /conφ=1.33
Q30= P30*tgφ=108*1.33=144 KVar
视在功率：S30= P30/ conφ=108/0.6=180 KV·A
计算电流：I30= S30/√3U N=180/√3*0.38=280 A
（7）金工车间的负荷计算
有功功率：P30=Kx*Pe=400*0.2=80KW
无功功率：tgφ =sinφ /conφ=1.169
Q30= P30*tgφ=80*1.169=93.53 KVar
视在功率：S30= P30/ conφ=80/0.65=123.077 KV·A
计算电流：I30= S30/√3U N=123.077/√3*0.38=194A （8）锅炉房的负荷计算
有功功率：P30=Kx*Pe=50*0.7=35KW
无功功率：tgφ =sinφ /conφ=0.75
Q30= P30*tgφ=35*0.75=26.25 KVar
视在功率：S30= P30/ conφ=35/0.8=43.75 KV·A
计算电流：I30= S30/√3U N=43.75/√3*0.38=67A
（9）装配车间的负荷计算
有功功率：P30=Kx*Pe=180*0.3=54KW
无功功率：tgφ =sinφ /conφ=1.02
Q30= P30*tgφ=54*1.02=55.091KVar
视在功率：S30= P30/ conφ=54/0.7=77.14 KV·A
计算电流：I30= S30/√3U N=77.14/√3*0.38=122 A
（10）机修车间的负荷计算
有功功率：P30=Kx*Pe=160*0.2=32KW
无功功率：tgφ =sinφ /conφ=1.169
Q30= P30*tgφ=32*1.169=37.41 KVar
视在功率：S30=P30/ conφ=32/0.65=49.23 KV·A
计算电流：I30= S30/√3U N=49.23/√3*0.38=78 A
（11）生活区的负荷计算
有功功率：P30=Kx*Pe=350*0.7=245 KW
无功功率：tgφ =sinφ /conφ=0.484
Q30= P30*tgφ=245*0.484=118.659 KVar
视在功率：S30= P30/ conφ=245/0.9=272.22 KV·A
计算电流：I30= S30/√3U N=272.22/√3*0.38=413A
3.1.2无功功率补偿
低压配电系统为用电端，有感应电动机、电焊机、气体放电灯等感性负荷，
需要的无功功率大，使功率因数降低，较低的功率因数会使系统的电能损耗和电
压损耗增大，为了减小损耗，节约电能，提高电压质量，必须提高功率因数。供
电营业部门规定：l OOkV·A及以上高压供电的用户功率因数为O．9以上，未达到规定的应进行补偿。
无功补偿有同步补偿机和并联电容器补偿，一般采用并联电容器进行补偿。
无功补偿容量可按下式计算：
Qc=P 30(tgφ1—tgφ2)=972*(0.924-0.484)=427.68
式中，tgφ1、tgφ2分别为补偿前功率因数tgφ1和补偿后功率因数tgφ2的正切
值。
则补偿后的功率因数为：COSφ=927/√(927*927+499.32)=0.9997
3.2变压器的选择
进行负荷统计及无功补偿后，就可根据补偿后的容量进行变压器的选择。
变压器的选择包括容量、台数、类型的选择。
（1）在供配电系统中，变压器台数的选择与供电围用电负荷大小、性质、
要程度有关。
选择原则：
如果有下列情况考虑选择2台。
○1有大量的一、二级负荷；
○2季节性负荷或昼夜负荷变动大宜采用经济运行方式；
○3负荷集中且容量大(1250KVA以上)的三级负荷；
○4考虑负荷发展可能。
其它情况选择l台，三级负荷一般选择1台，本次大作业的主变压器用的是一台，因为在本次设计中的机械厂的负荷统计表中负荷类型主要是3级负荷，少量的2级负荷。
（2）变压器容量的选择
S NT≥S30总=1090KV·A
3.3导线与电缆的选择
导线和电缆用于连接各种设备和用户，以传输电能。
在10kV及以下变配电所中，有高压进出线、低压出线。高压进出线一般选择
高压架空线和电缆，高压架空线有铝绞线、钢芯铝绞线和铜绞线：电缆线有铝芯
电缆、铜芯电缆，有不同的护层构成各种用途。低压出线有绝缘导线和电缆线，
有不同的种类用于各种场合。
（1）导线材质的选择
本次设计中对导线的材料没有严格的限制，可以采用铝芯导线或者铜芯导线。
（2）电缆外护层的选择
电缆外护层包括忖垫层、铠装层和外皮层起机械加强和防腐作用及种电缆护层及铠装的选用可查有关资料
（3）导线和电缆的选择
○110 KV母线选LMY-3(40*4),即母线尺寸为40mm*4mm；380N母线选
LMY-（120*10）+80*6,即相母线尺寸为120mm*10mm，而中线母线尺寸为80mm*6mm。
○210KV高压进线的采用LJ型铝线架空敷设，接住10KV公用干线。按
发热条件，查找资料可得I30=57.5A,当在33度左右的环境中时可以
选用LJ-16，该导线在35度环境中时I=93.5>57.5,故满足发热条件，但LJ-16的机械强度不够，最后选定LJ-35.
○3由高压配电室至主变的一段引入电缆采用YJL-10000型交联聚
乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。按照发热的条件及土壤的温度
（选25度）可知当缆芯截面为25平方毫米的交联电缆可满足需求，故选用YJL22-10000-3*25的电缆。
○4通过比较各个车间的计算的电流和铝芯电缆的允许载流量以及
聚乙烯绝缘导线和橡皮绝缘导线眀敷的允许载流量可以确定各个
部分的电缆类型，具体如下：
·铸造车间采用VLV22-1000聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。
A．按发热条件选择由I30=201A及在地中温度为25度，查看铝芯电
缆的允许载流量表，可选导线线芯面积为300平方毫米的导线，其
Ia=212>201A，满足发热要求。
B．校验电压损耗根据实践经验估算变电所到车间的距离大约为100m，查看电力电缆的电阻和电抗值表知120平方毫米的铜芯电揽
的R=0.15(按揽芯工作温度75度计算)，X=0.07，又P30=90KW，
Q30=91.8 KVar，得：
U=1.9926/0.22=5.244V
U%=5.244/380*100%=1.384%<5%
故满足允许电压损耗的要求，因而可以选用
BLV22-1000-3*240+1*120的四芯聚氯乙烯的铝芯导线，中性线芯按
不小于相线芯一半选择。
·锻压车间采用VLV22-1000聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。.
A. 按发热条件选择由I30=251A及空气中温度为33度，查看聚氯
乙烯绝缘导线和橡皮绝缘导线眀敷的允许载流量表，可选导线线芯
面积为240平方毫米的铜芯导线，此时Ia=321A>251A,满足发热要
求。
B .校验电压损耗按照上述原理知电缆的电阻R=0.016，
X=0.0007，而
P30=105 KW，Q30=122.75 KVar，则：
U=(105*0.016+122.75*0.007)/0.38=6.68V
U%=6.68/380*100%=1.758%<5%
故满足允许电压损耗的要求，因而可以选用
BLV22-1000-3*240+1*120的四芯聚氯乙烯的铝芯导线。
·热处理车间采用VLV-1000聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。
A.按发热条件选择由I30=176A及空气中温度为33度，查看铝芯
电缆的允许载流量表，可选导线线芯面积为240平方毫米的导
线，其Ia=321A>295.245A，满足发热要求。
B.校验电压损耗按照上述原理知电缆的电阻R=0.016，
X=0.007，而P30=90 KW，Q30=67.5 KVar，则：
U=（90*0.016+67.5*0.007）/0.38=5.032V
U%=5.032/380*100%=1.324%<5%
故满足允许电压损耗的要求，因而可以选用
BLV22-1000-3*240+1*120 的四芯聚氯乙烯的铝芯导线。
·电镀车间采用VLV-1000聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。
A. 按发热条件选择由I30=244A. 按发热条件选择由
I30=482.42查看聚氯乙烯绝缘导线和橡皮绝缘导线眀敷的允许
载流量表，可选导线线芯面积为240平方毫米的铜芯导线，此
Ia=321>244A，满足发热要求。
B. 校验电压损耗按照上述原理知电缆的电阻R=0.01，
X=0.007，而P30=125 KW，Q30=134.8 KVar，则：
U=（125*0.01+134.8*0.007）/0.38=5.773V
U%=5.773/380*100%=1.52%<5%
故满足允许电压损耗的要求，因而可以选
VLV-1000-1*240+1*120的四芯聚氯乙烯的铝芯导线。
·仓库采用BLV-1000聚氯乙烯绝缘导线和橡皮绝缘导线眀敷.
A. 按发热条件选择由I30=26.244A及在地中温度为25度，
查看铝芯电缆的允许载流量表，可选导线线芯面积为4平方毫
米的导线，其Ia=91A>26.244A, 满足发热要求。
B. 校验电压损耗按照上述原理知电缆的电
R=0.151,X=0.0075，而P30=8 KW，Q30=6 KVar，则：
U=（8*0.151+6*0.0075）/0.38=3.297V
U%=3.297/380*100%=0.868%<5%
故满足允许电压损耗的要求，因而可以选用BL V22-1000-1*4
的四芯聚氯乙烯的铝芯导线。
·工具车间采用VLV-1000聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。
A. 按发热条件选择由I30=280A，查看聚氯乙烯绝缘导线
和橡皮绝缘导线眀敷的允许载流量表，可选导线线芯面积为240
平方毫米的铜芯导线，此Ia=321A>280A，满足发热要求。
B. 校验电压损耗按照上述原理知电缆的电
R=0.01,X=0.007,而P30=108KW，Q30=144 KVar，则：
U=（108*0.01+144*0.007）/0.38=5.49V
U%=5.49/380*100%=1.45%<5%
故满足允许电压损耗的要求，因而可以选用
VLV22-1000-3*240+1*120的聚氯乙烯绝缘导线。
·金工车间采用VLV-1000聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。
A. 按发热条件选择由I30=194A，查看铝芯电缆的允许载
流量表，可选导线线芯面积为240平方毫米的导线其Ia321>194A，满足发热要求。
B. 校验电压损耗按照上述原理知电缆的电阻R=0.016，
X=0.007，而P30=80 KW，Q30=93.53 KVar，则：
U=（80*0.016+93.53*0.007）/0.38=5.09V
U%=5.09/380*100%=1.34%<5%
故满足允许电压损耗的要求，因而可以选
BLV22-1000-3*300+1*150的四芯聚氯乙烯的铝芯导线。
·锅炉房采用BLV-1000聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。
A. 按发热条件选择由I30=114.8A，查看铝芯电缆的允
许载流量表，可选导线线芯面积为50平方毫米的导线其
Ia=134A>114.8A，满足发热要求。
B. 校验电压损耗按照上述原理知电缆的电阻
R=0..076，X=0.071，而P30=35 KW，Q30=26.25 KVar，则：
U=（35*0.076+26.25*0.0071）/0.38=7.49V
U%=7.49/380*100%=1.97%<5%
故满足允许电压损耗的要求，因而可以BLV22-1000-3*70+1*35的四芯聚氯乙烯的铝芯导线。
·装配车间采用VLV-1000聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。
A. 按发热条件选择由I30=122A，查看铝芯电缆的允许
载流量表，可选导线线芯面积为120平方毫米的导线其
Ia=321>122A，满足发热要求。
B. 校验电压损耗按照上述原理知电缆的电阻
R=0.031，X=0.007，而P30=54 KW，Q30=55.09，则：
U=（54*0.031+55.09*0.007）/0.38=5.42V
U%=5.42/380*100%=1.43%<5%
故满足允许电压损耗的要求，因而可以选用
VLV22-1000-3*240+1*120的四芯聚氯乙烯的铝芯导线。
·机修车间采用VLV-1000聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。
A. 按发热条件选择由I30=平方毫米的导线其Ia=78A查
看铝芯电缆的允许载流量表，可选导线线芯面积为240平方
毫米的导线其Ia=321>78A，满足发热要求。
3.4电气设备的选择
高低压电气设备的选择包括高压隔离开关、高压负荷开关、高压断路器、高压开关柜、高压熔断器：低压电气设备的选择包括低压刀开关、负荷开关、低压断路器、低压熔断器、电流互感器、低压配电屏、接触器、低压启动器等，本次设计中主要是对电气开关柜的数量及型号的选定。
根据选型统一规定，对于各支路，该系统初步采用成套开关柜方案，采用
GG．1A(F)高压开关柜和GG．1A(J)计量柜；采用GGD型低压开关柜和PGL 型低
压配电屏；采用GG儿在低压侧补偿电容。本次设计选择2个PGL2-29,2个PGL2-30,1个PGL2-28,1个PGL-1.3型号的开关柜，其中2个PGL2-29和1个PGL2-30负责动力配电，1个PGL2-30和PGL2-28型号的开关柜负责照明配
电，PGL-1.3型号的开关柜负责无功自动补偿。
设计心得
本设计是在我们学玩电气CAD之后，对这门课学习的一次总结和实践，刚开始拿到这个课题的时候，不知到怎么去开始这个设计，因为我们还没有学习电气工程基础和电力系统这些课程，所有有关这个课题的知识仅仅局限于在电气CAD这门课上上了解的，这样我们的知识面很窄，根本没有自主去设计一个10 KV工厂供配电系统的设计的能力，只有借鉴别人的思路去锻炼自己的能力，每一个设计者都是从借鉴到自主设计的，后来老师给了我们一份研究生的报告，与本课题有关，在看了那份报告后就对整体的设计思路有了一定的了解，但在细节上还不是很清楚，老师又给我们提供了几本参考书，在看了参考书后，对这个设计的过程大概了解了，我觉得这次设计可以使我们建立正确的设计思想熟悉工程设计的一般顺序，规和方法，提高了我对知识的融汇会贯通能力、自主学习的能力、独立分析问题、解决问题的能力，是我在理论联系实际。综合分析、理论计算、归纳整理和实验研究等方面得到中和训练和提高，对理论知识的理解也更上了一个台阶，使自己的知识更加完备，对我以后的工作能力有一定的训练。
参考资料：
1.介才主编·工厂供配电技术·机械工业，2004
2.文成主编·工厂供电技术·机械工业，2004
3.介才主编·工厂配电·机械工业2006
4.介才主编·工厂供电设计指导·机械工业2004
课程设计成绩:
注:教师按学生实际成绩（平时成绩和业务考核成绩）登记并录入教务MIS系统，由系统自动转化为“优秀（90～100分）、良好（80～89分）、中等（70～79分）、及格（60～69分）和不及格（60分以下）”五等。
指导教师评语:
指导教师（签名）:
2010年6 月25 日