摘要：工厂供电系统的电气设计是现代化工厂设计中的重要设计内容之一。

作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。

本设计主要介绍工厂供电系统的设计规范、原则、设计内容、设计方法及设计说明书的编写。

最后介绍工厂供电系统的电气设计实例，将前面各章讲述内容相互结合、综合应用于0.4kV 车间的设计中。

工厂供电工切实保证工厂生产和生活用电的需要，并搞好电能的节约，必须达到下列基本要求：●安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。

●可靠应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求。

●优质应满足电能用户对电压质量和频率质量等方面的要求。

●经济应使供电系统的投资少，运行费用低，并尽可能地节约电能和减少有色金属消耗量。

1.1 工厂供电系统电气设计1.1.1 工厂供电系统设计原则按照国家标准的有关规定，进行工厂供电系统设计必须遵循以下原则。

(1)工厂供电系统设计必须遵循国家的各项方针政策，设计方案须符合国家标准中的有关规定，并应做到保障人身和设备安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理。

(2)应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设和远期发展的关系，做到远、近期结合，适当考虑扩建的可能。

(3)必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案，以满足供电的要求。

1.1．2.配电线路设计工厂配电线路设计分厂区配电线路设计和车间配电线路设计。

厂区配电线路设计，包括厂区高压供配电线路设计及车间外部低压配电线路的设计。

其设计内容包括：配电线路路径及线路结构型式(架空线路还是电缆线路)的确定；线路的导线或电缆及其配电设备和保护设备的选择，架空线路杆位的确定及电杆与绝缘子、金具的选择，架空线路的防雷保护及接地装置的设计等。

最后需编制设计说明书、设备材料清单及工程概预算、绘制厂区配电线路系统图和平面图、电杆总装图及其他施工图纸。

车间配电线路设计的内容应包括：车间配电线路布线方案的确定；线路导线及其配电设备和保护设备的选择等。

最后编制设计说明书、设备材料清单及工程概预算、绘制车间配电线路系统图和平面图及其他施工图纸。

1.1.3 车间配电线路设计的内容车间配电线路设计的内容应包括：车间配电线路布线方案的确定；线路导线及其配电设备和保护设备的选择等。

最后编制设计说明书、设备材料清单及工程概预算、绘制车间配电线路系统图和平面图及其他施工图纸。

1.2 车间配电系统接线方案设计1.2.1 常用的工厂低压线路的基本接线方式工厂低压线路有放射式、树干式和环形等几种基本接线方式。

1. 放射式图1.1为低压放射式接线。

它的特点是：发生故障时互不影响，供电可靠性较高，但在一般情况下，其有色金属消耗较多，采用开关设备也较多，且系统灵活性较差。

这种线路多用于供电可靠性要求较高的车间，特别适用于对大型设备的供电。

2. 树干式图1.2为低压树干式接线。

树干式接线的特点正好与放射式相反，其系统灵活性好，采用开关设备少，有色金属消耗也少；但干线发生故障时，影响范围大，所以供电可靠性较低。

低压树干式接线在工厂的机械加工车间、机修车间和工具车间中应用相当普遍，因为它比较适用于供电容量小，且分布较均匀的用电设备组，如机床、小型加热炉等，见图1.2(a)。

图1.2(b)为变压器-干线式。

这种接线省去了整套低压配电装置，使变电所结构简化，投资降低。

图1.3为一种变形的树干式接线，即链式接线。

链式接线的特点与树干式接线相同，适用于用电设备距供电点较远而彼此相距很近，容量很小的次要用电设备。

但链式相连的用电设备，一般不宜超过5台，总容量不超过10kW。

3.环形供电图1.4为一台变压器供电的低压环形接线。

一个工厂内所有车间变电所的低压侧，可以通过低压联络线互相接成环形。

环形接线供电可靠性高，任一段线路发生故障或检修时，都不至于造成供电中断，或者只是暂时中断供电，只要完成切换电源的操作，就能恢复供电。

环形供电可使电能损耗和电压损耗减少，既能节约电能，又容易保证电压质量。

但其保护装置及其整体配合相当复杂，如配合不当，易发生误动作，扩大故障范围。

实际上，低压环形接线通常采取“开口”运行方式6～10kV(a)母线放射式配电的树干式 (b)为变压器-干线式树干式图1.1低压放射式接线图 1.2 低压树干式接线图1.3 低压链式接线图1.4低压环形接线在工厂的低压配电系统中，往往是几种接线方式的有机组合，依具体情况而定。

不过在正常环境的车间或建筑内，当大部分用电设备容量不大且无特殊要求时，宜采用树干式配电，这主要是因为树干式配电较放射式配电经济且有成熟的运行经验。

实践证明，低压树干式配电在一般正常情况下能够满足生产要求。

1.2.2 金工车间配电系统接线方案本次设计的是机械厂金工车间的配电系统，根据设计任务要求，综合以上各种接线方式的优缺点，并结合金工车间的实际平面图，我们选择母线放射式配电的树干式接线，金工车间通过7台配电箱给35台设备供电。

1.3 动力配电箱的负荷分配方案根据设计任务要求，并结合金工车间的实际平面图，按照设备的摆放位置，根据就近原则，选择7台配电箱供电。

车间配电箱的负荷分配方案如表1-1所示。

表1-1车间配电箱的负荷分配方案表1.2.3车间配电系统主接线图1-2 配电系统主接线第2章 金工车间负荷计算计算负荷是供电设计计算的基本依据。

计算负荷的确定是否合理，将直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。

计算负荷确定过大，将增加供电设备的容量，造成投资和有色金属的浪费；计算负荷确定过小，设计出的供电系统的线路和电气设备承受不了实际的负荷电流，使电能损耗增大，使用寿命降低，甚至影响到系统正常可靠的运行。

因此正确确定计算负荷具有重要的意义。

但是由于负荷情况复杂，影响计算负荷的因素很多，虽然各类负荷的变化有一定规律可循，但准确确定计算负荷却十分困难。

实际上，负荷也不可能是一成不变的，它与设备的性能、生产的组织以及能源供应的状况等多种因素有关，因此负荷计算也只能力求接近实际。

2.1 负荷计算的目的计算负荷,是通过统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中的各元件的负荷值。

按计算负荷选择的电气设备和导线电缆，如以计算负荷持续运行，其发热温度不致超出允许值，因而也不会影响其使用寿命。

由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约为(3～4)τ，τ为发热时间常数。

而截面在16mm2及以上的导体的τ约为10min 以上，故载流导体约经30min 后可达到稳定温升值。

因此计算负荷通常取半小时最大负荷。

本设计用半小时最大负荷30P 来表示有功计算负荷，用30P 、30S 和30I 分别表示无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流。

2.2 负荷计算的方法我国目前普遍采用的确定计算负荷的方法，主要是简便实用的需要系数法和二项式系数法。

用需要系数法来确定计算负荷，其特点是简单方便，计算结果比较符合实际，而且长期以来已积累了各种设备的需要系数,因此是世界各国均普遍采用的基本方法。

但是，把需要系数看作与一组设备中设备的多少及容量是否相差悬殊等都无关的固定值，这就考虑不全面。

实际上只有当设备台数较多、总容量足够大、没有特大型用电设备时，表中的需要系数的值才较符合实际。

所以，需要系数法普遍应用于求全厂和大型车间变电所的计算负荷。

而在确定设备台数较少，且容量差别悬殊的分支干线或支线的计算负荷时，采用另一种方法——二项式系数法。

我国建筑行业标准JGJ/T16-1992《民用建筑电气设计规范》也规定：“用电设备台数较少，各台设备容量相差悬殊时，宜采用二项式法”。

综上所诉，比较两种计算方法的特点，我们采取的是二项式系数法。

用二项式系数法进行负荷计算时，既要考虑用电设备组的平均负荷，又要考虑几台最大用电设备引起的附加负荷。

还需指出：二项式系数值与用电设备类别和工作状态关系极大，因此在计算时首先要正确判明用电设备的类别和工作状态，否则将造成错误。

例如机修车间的金属切削机床电动机，应属小批生产的冷加工机床电动机，因为金属切削就是冷加工，而机修不可能是大批生产。

又如压塑机、拉丝机和锻锤等，应属热加工机床。

再如起重机、行车、电葫芦、卷扬机等，实际上属于吊车类。

二项式系数法的基本公式1.单组用电设备组的计算负荷30e x P bP cP =+ϕtan 3030P Q =3030/cos S P ϕ==)3/(3030N U S I =式中，b 、c 为二项式系数；e bP 为用电设备组的平均功率，其中e P 是用电设备组的设备总容量；x cP 为用电设备组中x 台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中x P 是x 台最大容量的设备总容量。

二项式系数b 、c 及最大容量的设备台数x 和ϕcos 、ϕtan 等值，见教材《工厂供电技术》附表6。

注意：按二项式系数法确定计算负荷时，如果设备总台数少于教材《工厂供电技术》附附表6中规定的最大容量设备台数的2倍时，则其最大容量设备台数x 也应相应减少。

建议取2/n x =，并按“四舍五入”取整规则。

例如，某机床电动机组有７台电动机，而附表6中规定5=x ,但这里1027=<=x n ，建议取42/7≈=x 来计算，即取其中4台最大容量电动机容量来计算x P 。

只有1～2台设备时，则可认为30eP P =。

对于单台电动机，则30/N P P η=，这里N P 为电动机额定容量，η为电动机效率。

在设备台数较少时，cos ϕ也宜适当取大。

2.多组用电设备组的计算负荷采用二项式系数法确定多组用电设备组的计算负荷时，同样要考虑各组用电设备的最 大负荷不同时出现的因素。

具体计算方法是，在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷，再加上各组平均负荷，即m ax30)()(x i e cP bP P +∑=m axm ax 30tan )()tan (ϕϕx i e cP bP Q +∑=式中，ie bP )(∑为各组有功平均负荷之和；ie bP )tan (ϕ∑为各组无功平均负荷之和；max)(x cP 为各组中最大的一个有功附加负荷；max tan ϕ为max)(x cP 的那一组设备的正切值。

总的视在计算负荷为30S =总的计算电流为)3/(3030N U S I =2.金工车间的负荷计算2.3.1各台设备的计算负荷以普通车床C616为例：单台容量为Pe = 4.13kW ，功率因素0.85COS ϕ≈，效率0.86η≈308.6I A ==≈其他设备的计算方法同上，各台设备的计算负荷如表2-1所示表2-1(A)2.3.2 配电箱的负荷计算以第1号配电箱A1为例：配电箱A1上接有接有普通车床4台，共16.52kW 。

由教材《工厂供电技术》附表6查得14.0=b ，0.5c =，5=x ，5.0cos =ϕ，73.1tan =ϕ其设备总容量为：4.13416.52e P kW =⨯=x 台最大容量的设备容量为：2(4.13 4.13)8.26x P P kW kW ==+=其计算负荷为：300.1416.520.58.26 6.4428e x P bP cP kW =+=⨯+⨯=（）30 6.4428 1.7311.14var Q k =⨯=3012.8S kV A ===⋅3019.5I A ==其余配电箱也按照上面的方法计算，各配电箱的计算负荷见表2-2：2.3.3整个车间的负荷计算1.各设备组的负荷计算(1) 机床组 查教材《工厂供电技术》附表6， 得0.14,0.5,5,cos 0.5,tan 1.73b c x φ=====，则 ()10.1416.52 3.3128e bP kW kW =⨯= ()10.4 4.132 1.1564x cP kW kW =⨯⨯= 2.车间干线的负荷计算比较以上三组的附加负荷x cP 可知，机床组()1x cP 最大，因此，总的计算负荷为30max ()() 2.3128 2.38567.36260.772 6.19645.4684 3.277819.08455.8596e i x P bP cP kW=∑+=+++++++=30max max(tan )()tan 36.7756 1.7319.084 1.7396.637vare i x Q bP cP k φφ=∑+=⨯+⨯=30111.62S kV A ==⋅30169.58I A A ===表2-2（(kva )(kV·第3章 配电线路及配电设备的选择本章首先介绍配电线路的选择；然后讲述低压开关设备的选择；最后讲述配电箱的选择。