35kv变电站设计

项 目专 班 姓 学 指 导项目设计报告

名 称： 35KV电源进线的总降变配电设计

业： 电气自动化技术

级： 名：

号：

师：

成绩 评定 2016年7月13日

老

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目录

前言 ................................................................................. 2 一：原始资料分析 ..................................................................... 3

1.1负荷资料 ..................................................................... 3 1.2各车间和生活变电所的地理位置图................................................ 3 1.3电源资料 ..................................................................... 4 1.4气象及水文地质资料 ........................................................... 4 二、负荷计算 ......................................................................... 4

2.1负荷计算所需公式、材料依据 ................................................... 4 2.2 各车间的计算负荷 ............................................................. 4 2.3总降的负荷计算 ............................................................... 5 2.4 导线选择 ..................................................................... 7 2.5所选变压器型号表 ............................................................. 8 三、主接线方案的选定 ................................................................. 8 四、短路电流的计算 ................................................................... 9

4.1计算方法的选择 ............................................................... 9 4.2标幺值计算 .................................................................. 10 五、电气设备的选择和校验 ............................................................ 14

5.1高压设备选择和校验的项目 .................................................... 14 5.2 高压设备的选择及其校验 ...................................................... 14 5.3 10KV一次设备选择 ........................................................... 15 六、二次保护 ........................................................................ 15

6.1 二次保护原理图及其展开图 .................................................... 15 6.2 二次保护的整定及其灵敏度校验 ................................................ 17 七、变电所选址及防雷保护 ............................................................ 18

7.1 变电所选址 .................................................................. 18 7.2 防雷保护资料分析 ............................................................ 20

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7.3避雷针的选择 ................................................................ 20 7.5对雷电侵入波过电压的保护 .................................................... 20

前言

随着人们生活质量的日益提高，用电水平的不断上升，对电能质量的要求也日益增长。而在工厂、企业中，通过对配电系统的建立，就可以对自身整体的电能使用情况和设备运行状态做到全面了解和控制，对今后生产的调整进行有效的电力匹配，减少和杜绝电力运行中的安全隐患，提高设备运行效率，提供基础的数据依据，使整个工厂电力系统更经济、安全、可控。

供电技术是分配和合理使用电能的重要环节，本着对供电的四点要求即： 安全，应按照规范能充分保证人身和设备的安全；优质，能保证供电电压和频率满足用户需求；灵活，能满足供电系统的各种运行方式，有改扩建的可能性；经济，尽量使主接线简单、投资少、节约电能和有色金属消耗量。 我们在掌握理论知识的基础上，来设计该工厂分级供电的系统设计和规划。

在设计过程中，参照工厂的原始设备资料进行负荷计算，由此得出的结果来选择确定车间的负荷级别，然后根据车间负荷及负荷级别来确定变压器台数和变压器容量，由此选择主接线方案。再通过短路电流的计算来选择高低压电器设备和电力导线等。考虑并设计防雷和接地装置。

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一：原始资料分析

1.1负荷资料

车间 项目 负荷（KW） 功率因数（cosφ） 负荷类别 二次侧电压（V） 最大负荷利用小时数

1 300 0.85 三 380 2000 2 100 0.75 二 380 4500 车间变电所 3 450 0.90 三 380 2200 4 420 0.80 二 380 4000 生活区 80 1 三 380 1800 负荷计算的目的：通过对负荷资料对各负荷进行分析和计算，为之后选择变电所供电线路的截面积、变压器容量、开关电源及互感器等额定参数提供依据。确保合理选择配电系统的设备和元件。

1.2各车间和生活变电所的地理位置图

图例：车间变电所□ 生活变电所○ 高压电机◎ 总降变电所△

注释：一公分（一格）=200米

位置图作用：通过地理位置图，可以选择出负荷中心（对变电所进行选址）

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1.3电源资料

总降变电所从4.5KM处的区域变电所和17km的火电厂分别引出35kv的电源 电源资料作用：用于短路及防雷保护时

1.4气象及水文地质资料

该厂位于海拔1000M处，最热月的平均温度为28℃，最热月的最高温度为35℃，最热温度为39℃，最低温度为-3℃，最热月地下0.8M处平均温度25℃，雷暴日数52.2（日／年）。

气象资料：用于导线及防雷选择时的依据

当地为多石土壤，3M以下为砂岩，地下水走2M以下，土壤没有腐蚀性。 水文资料：为接地电阻的选址、土壤电阻率提供依据

二、负荷计算

2.1负荷计算所需公式、材料依据

一年按365天计算：T=36524=8760h

Pe= PNN=,

N为与铭牌容量对应的负荷持续率。(

N=t/T)

负荷持续率：一个工作周期内工作时间t与工作周期T的百分比值。 有功计算负荷：

P30= KdPn=

t/T

无功计算负荷：Q视在计算负荷：计算电流：

30

30P30tan /cos

S=P303030I=S/330UN

并联电容容量：

Q=PC( tan arccos- tan arccos′)

2.2 各车间的计算负荷

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1号车间: 有功计算负荷：

P30 =0.83002000/8760114.7 kw

无功计算负荷：Q视在计算负荷：

30114.70.7586 kvar

S30114.70.8143.4 KV·A

计算电流：I30= 143.4/30.38217.87 A 2号车间：

有功计算负荷：P30= 0.71004500/8760=50.2 KW

无功计算负荷：Q30= 50.20.88=44.2 kvar 视在计算负荷：S30 =P30/cosφ=66.9KV·A

86.86计算电流：I30 = S30 /UN*√3=66.9/30.38 =101.7 A 3号车间：

有功计算负荷：P30=0.7×450×√2200/8760=157.9KW 无功计算负荷：Q30=157.9×0.48=75.8kvar

视在计算负荷：S30=157.9/0.9=175.4KV•A 计算电流：I30=

4号车间：

有功计算负荷： P30=0.8×420×√4000/8760=227KW 无功计算负荷： Q30=227×0.75=170kvar 视在计算负荷： S30=227/0.8=283.7KV•A 计算电流： I30=生活区：

有功计算负荷： P30=0.8×80×√1800/8760=29KW 无功计算负荷： Q30=0kvar

视在计算负荷： S30=29/1=29KV•A 计算电流： I30=29=44.1A √3∗0.38283.7=431.2A √3∗0.38175.4=266.6A √3∗0.382.3总降的负荷计算

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由步骤二的负荷计算可求得总的计算负荷：

PQ=0.95(114.7+50.2+157.9+227+29)=550 kw

=0.97(86+44.2+75.8+170+0)=365 kvar

S总=√5502+3652=660 KV·A I总=660=38.1 A √3∗35总降补偿： cosφ= P30/ S30=0.83

Qc=550×(tan arccos0.83-tan arccos0.92)=135.3kvar 取Qc=140kvar Q30总=365-140=225kvar

2S30总=√𝑃230+𝑃30=594KV∙A

比补偿前减少66KV∙A

∆𝑃𝑃=0.01 S30总=5.94KW ∆𝑃𝑃=0.05 S30总=29.7kvar

′𝑃′30=555.94KW 𝑃30=225+29.7=254.7kvar 22√𝑃′′30=555.94+254.7=611.5 KV∙A

cosφ=

𝑃′30𝑃′′30=0.909≥0.9

符合功率因数要求！

车间及总降负荷表： 1号车间 2号车间 3号车间 4号车间 114.7 86 143.4 217.87 86 44.2 66.9 101.7 157.9 75.8 175.4 266.6 227 170 283.7 431.2 生活区 29 0 29 44.1 总降 550 365 660 38.1 𝑃30 𝑃30 𝑃30 𝑃30 注:𝑃𝑃𝑃=0.95, 𝑃𝑃𝑃=0.97

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主接线拟定：选择两台变压器，双回路双电源35KV进线，采用内桥式单母线分段与外桥式单母线分段两种主接线方式，其中2.4号车间为2级负荷，但无一级负荷，因此选择一台变压器。

由GB50059—2011《35kv变电站设计规范》——选择主变压器台数为两台 根据《工厂供电》要求，当变电所装有两台变压器的变电所每台主变压器的容量应小于总负荷的60%~70%，

SNT不

SNT（0.6~0.7）S30，同时每台主变压器的容量SNT不应小于

全部一、二级负荷之和S30。即有：

SNT≈(0.6~0.7)S30=(0.6~0.7)×660=415.8KV∙A

S30=350.6

初步取两台主变压器的容量为500KVA并联运行时可以满足要求。

2.4 导线选择

35/10KV: 𝑃30=38.1A<480A

选择LMY型矩形硬铝母线，尺寸为40mm×4mm

车间线路：1号车间：𝑃30=217.87A<265A，选择LJ型70𝑃𝑃2

2号车间：𝑃30=101.7A<105A，选择LJ型16𝑃𝑃2 3号车间：𝑃30=266.6A<325A，选择LJ型95𝑃𝑃2 4号车间：𝑃30=431.2A<440A，选择LJ型150𝑃𝑃2 生活区：𝑃30=44.1A<75A，选择LJ型10𝑃𝑃2

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2.5所选变压器型号表

表3-1 变压器型号及容量

额定容量 KV∙A 额定电压 数据型号 台数 补偿容量 功率因数 高压 T1,T2#变压器 低压 10 Kvar cosφ 联结组别 阻抗电压 500 S9-500/10(6) 1#变压器 2 35 140 0.909 Yd11 4.5 160 S9-160/10(6) 2#变压器 1 - 0.9 4 80 S9-80/10(6) 3#变压器 1 10 0.38 - 0.9 Dyn11 4 200 S9-200/10(6) 生活区#变压器 1 - 0.9 4 30 S9-30/10(6) 1 - 1 4 说明：T1 ，T2是两台主变压器，1 #、2#、3#、4#、5#变压器分别装设在车间变电所1、车间变电所2、车间变电所3、车间变电所4和生活区。cos为补偿后工厂的功率因数。

三、主接线方案的选定

根据国家标准：GB50059—2011《35kv~110kv变电站设计规范》对35kv~110kv变电站的电气接线设计规定

（1）35kv~110kv线路出线回路超过两回时，宜采用扩大桥形、单母线或单母线分段接线。（2）由上述规定，初拟以下两种主接线方案

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注释：方案一为内桥式单母线分段接线。 方案二为外桥式单母线分段

综合比较方案一、方案二，两个方案皆能满足设计要求。但方案二所采用的高压开关较多，因此成本会偏高，而且应为设备的增多，使得故障率升高。且本设计中电源进线分别从4.5KM区域供电所和17KM火电厂引出，属于远距离送电，应选择内桥式单母线分段接线。

所以，综合经济和设备安全可靠运行的考虑，我选择方案一。

四、短路电流的计算

4.1计算方法的选择

在进行短路电流计算是，首先需要计算回路中元件的阻抗。各元件阻抗

的计算通常采用欧姆法和标幺值两种计算方法。前一种计算方法只要勇于1kv一下低压供电系统的网路中，后一种计算方法多用在企业高压供电系统以及电力系统中。

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4.2标幺值计算

短路等效电路图

4.2.1由区域变电所供电时，架空线路为4.5km。

C1=36.75 KV，UC2=10.5 KV，取基准值Sd=100MVA , d1Sd/3UC1=100/336.75=1.57 KA d2Sd/3UC2=100/310.5=5.5 KA

电力系统的电抗标么值：X*1=100KVA/1000KVA=0.1 架空线路的电抗标么值，查表的到，X00.4Ω/km

X*22X0L0.44.510036.75=0.133 电力变压器的电抗标么值：X*TUK%Sd/100SN

U%=5，X*5100MVAk3100800KVA=6.25

1) 当k-1点发生短路时

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OC=1000MVA

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K-1点短路等效电路图

总电抗X（k-1）=0.1+0.133=0.233 三相短路电流周期分量有效值:

*IiI(3)K1Id1/0.233=1.57KA/0.233=6.738 KA

\"(3)其他三相短路电流I(3)sh（3）I(3)I(3)K1=6.738 KA

2.55Ik-12.556.738=17.182 KA 1.51Ik-110.174 KA

(3)（3）(3)sh三相短路容量SK12)

Sd/X*(K1)=100/0.233=429.18 MVA

当k-2点发生短路时

k-2点短路等效电路图

总电抗X（k-1）=0.1+0.133+6.25/2=3.358 三相短路电流周期分量有效值:

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* 范文 范例 指导 学习

Ii(3)K1Id1/0.233=1.57KA/0.233=6.738 KA

\"(3)其他三相短路电流I(3)sh（3）I(3)I(3)K1=5.5KA/3.358=1. KA

2.55Ik-12.551.=4.18 KA 1.51Ik-12.476 KA

(3)（3）I(3)sh三相短路容量SK1Sd/X*(K1)=100/3.358=29.78 MVA

三相短路容三相短路电流/KA 短路计算点 3)𝑃(𝑃 量/MVA 𝑃′′(3) 6.738 1. 𝑃∞ 6.738 1. (3)3)𝑃(𝑃 3)𝑃(𝑃𝑃 3)𝑃(𝑃 K-1 K-2 6.738 1. 17.182 4.18 10.174 2.476 429.18 29.78 4.2.2当由火力发电产供电时，架空线路为17km

UIIC1=36.75 KV，UC2=10.5 KV，取基准值Sd=100MVA , SOC=1000MVA

d1SSd/3U/3UC1=100/336.75=1.57 KA =100/310.5=5.5 KA

*d2dC2电力系统的电抗标么值：X1=100KVA/1000KVA=0.1 架空线路的电抗标么值，查表的到，X00.4Ω/km

X*2XL0.41710036.75=0.5 0*2电力变压器的电抗标么值：XTUK%Sd/100SN

U%=5，X3k*5100MVA=6.25

100800KVA1) 当k-1点发生短路时 抗X（k-1）=0.1+0.5=0.6 三相短路电流周期分量有效值:

*I(3)K1Id1/0.233=1.57KA/0.6=2.617 KA

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其他三相短路电流I\"(3)I(3)I(3)K1=2.617 KA

iI(3)sh2.55Ik-12.552.617=2.617 KA 1.51Ik-14.036 KA

(3)（3）（3）(3)sh三相短路容量SK1Sd/X*(K1)=100/0.6=166.7 MVA

2) 当k-2点发生短路时

总电抗X（k-1）=0.1+0.5+6.25/2=3.725 三相短路电流周期分量有效值:

*IiI(3)K1Id1/3.725=5.5KA/3.725=1.48 KA

\"(3)其他三相短路电流I(3)sh（3）I(3)I(3)K1=1.48 KA

2.55Ik-12.551.48=4.18 KA 1.51Ik-12.23 KA

(3)（3）(3)sh三相短路容量SK1

Sd/X*(K1)=100/3.725=26.85 MVA

三相短路容三相短路电流/KA 短路计算点 3)𝑃(𝑃 量/MVA 𝑃′′(3) 2.617 1.48 𝑃∞ 2.617 1.48 (3)3)𝑃(𝑃 3)𝑃(𝑃𝑃 3)𝑃(𝑃 K-1 K-2 2.617 1.48 6.673 3.77 4.036 2.23 166.7 26.85

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五、电气设备的选择和校验

5.1高压设备选择和校验的项目

选择项目 额定设备名称 电压KV 高压短路器 负荷开关 隔离开关 熔断器 电流互感器 电压互感器 母线 电缆 × × × × × × × 电户内流 户 外 KV × × × × × × × × × × × × × × × × √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 度级 x% 额装置定类型准确 分数热稳定 动稳定 电抗百动稳定 二次容量 剩余 电压 短路电流 校验项目 说明：×—需要选择的项目 √—需要校验的项目

5.2 高压设备的选择及其校验

WL1回路：QF11、QF10、QF20、QF21均属于等电位，因此只需要选择校验QF11即可。 选择：线路计算电流𝑃30=38.1A，选择SW2-35/1100型号高压断路器，其动稳定度63.41KA,热稳定值24.8KA.

3)

动稳定校验：𝑃(𝑃𝑃=17.16KA<63.4KA 符合要求！

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热稳定校验：𝑃∞tima=(6.73)2×（1.1+0.4）=67.9

(3)2

𝑃2𝑃t=2401>67.9 合格！

WL2回路：QF12、QF22均属于等电位，因此只需要选择校验QF12即可。 选择SW2-35/1100型号高压断路器，其动稳定度63.41KA,热稳定值24.8KA. 动稳定校验：6.673<63.4KA 合格！

热稳定校验：𝑃∞tima=(2.61)2×（1.1+0.4）=10.14

(3)2

𝑃2𝑃t=2401>10.14 合格！ 选择检验项目 条件 参数 数据 电压 电流 断流能力 3)𝑃(𝑃 动稳定 3)𝑃(𝑃𝑃 热稳定 3)𝑃(𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑃𝑃 35 35 35 𝑃𝑃 155.3 630 1000 6.873 - 16.5 17.182 50 45 97.33 0 16.5 高压隔离开关GN19-35XT 高压断路器SW2-35/1100 5.3 10KV一次设备选择

由𝑃𝑃≫𝑃𝑃 𝑃𝑃—断路器安装地点电网的额定电压为10KV

𝑃𝑃≥𝑃𝑃𝑃𝑃, 𝑃𝑃𝑃𝑃=98.9A 𝑃𝑃𝑃=𝑃′′=2.46<𝑃𝑃𝑃𝑃=24KA 同理：满足热稳定要求。 10KV断路器参数： 型号 SNZ-10T/200 额定电压 额定电流 极限峰值 10KV 2000A 55 电流有效值 10S热稳定值 合闸时间 分闸时间 0.06S 0.1S 85KA 36KA 满足动稳定要求，10KV进线上断路器的选择与10KV侧选择相同。

六、二次保护

6.1 二次保护原理图及其展开图

原理图：

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展开图：

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6.2 二次保护的整定及其灵敏度校验

1.电力变压器保护整定

1）过电流保护动作电流的整定： 取Krel=1.3,Kw=1,Kre=0.8,Ki=100/5=20

𝑃𝑃∙𝑃𝑃𝑃=2𝑃1𝑃∙𝑃=2×故其动作电流为：

500=57.7A √3×10𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃=𝑃𝑃𝑃∙𝑃𝑃𝑃=4.68A 取5A 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃2） 过电流保护的动作时限整定

考虑到变电所为总降变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时间为0.5S 3）电流速断保护的整定

取Krel=1.5，而𝑃𝑃∙𝑃𝑃𝑃=6.73×0.38/10=0.25KA=250A 故其速断电流： 𝑃𝑃𝑃=

1.5×1×250=18.75A 2018.754.68倍数为：𝑃𝑃𝑃=

=4

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范文 范例 指导 学习 型号 GL-15/5 额定电流 5A 动作电流 5A 10倍动作时间 0.5S 速断电流倍数 4 返回系数 0.8 所选设备符合条件。

灵敏度校验：在最小系统运行方式下𝑃𝑃=1.2KA 𝑃‘𝑃∙𝑃𝑃𝑃=0.866×𝑃𝑃−2=1039A 𝑃𝑃=

𝑃𝑃𝑃′𝑃∙𝑃𝑃𝑃=10.39>1.5

𝑃′𝑃𝑃𝑃𝑃该设备负荷要求! 2.电力线路保护整定 1）过电流保护

10KV侧的动作电流整定：

𝑃𝑃∙𝑃𝑃𝑃=2𝑃30=76.2A

𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃=𝑃𝑃𝑃∙𝑃𝑃𝑃=6.19A 取6A 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃根据GL-15/10型，动作电流整定为6A 动作电流倍数： n=

𝑃′𝑃−1(1)𝑃𝑃𝑃(1)

=

33.65=5.6 6查GL-15型的动作特性曲线得，𝑃′1≈1.6𝑃 因此KA2实际动作时间为

′ 𝑃′2=𝑃1-∆t=1.6-0.7=0.9S

3) 灵敏度校验

4) 𝑃𝑃∙𝑃𝑃𝑃=0.866×𝑃𝑃−2=1039A

(2)

(2)

𝑃𝑃(2)=

𝑃𝑃𝑃𝑃∙𝑃𝑃𝑃=8.6>2S 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃(2)

(2)

该设备满足条件。

七、变电所选址及防雷保护

7.1 变电所选址

利用负荷功率距法确定负荷中心：

在工厂平面图的下方和左侧，分别作为一直角坐标的X轴和Y轴，然后测出个车间（建筑）和生活区

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负荷点的坐标位置，例如P1(x1,y1), P2(x2,y2), P3(x3,y3), P4(x4,y4)， P5(x5,y5)。而工厂的负荷中心假设为P(x, y),其中P=P1+ P2 +P3+ P4+ P5；仿照《力学》中计算重心力矩方程，可得负荷中心的坐标。

比例：1公分（格）=200米。

以此图建立x, y轴坐标：以左下表格边间为坐标原点，可以得出各点坐标大概数字如下： P1（2600，1200） P2（1600，600） P3（600，1200） P4（2800，200） P5（1200，1800） 114.7+43+202.5+227+29=616.2 所以负荷中心的坐标为： P(P11P22PP33P44P，Py5511Py22iPyP33Py44Py55 )

i代入数值得： P(1881,818)

P在表中占得格子数为：X=9.4格,Y=4.1格。

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7.2 防雷保护资料分析

由气象资料可知：该地区为多石土壤，3m以下为砂岩，地下水位于2m以下，土壤无腐蚀性。 查附录表可知：土壤电阻率ρ=400Ω∙m

由DL/T620—1997条文7.1.8规定，当土壤电阻率ρ>350Ω.m时，不允许装设避雷针、避雷线。为了解决这一问题，我们向土壤中倾倒岛碎的木炭，使其电阻率降低到40左右。

雷暴日为52.2日/年→该地区为多雷区。

7.3避雷针的选择

由DL/T620—19977.1.7规定，避雷针及其接地装置与道路或出入口相等的距离不宜小于三米，我们选定为5m。

1）在此我们选择单支避雷针进行保护，设我们变电所的总面积为100mm^2建筑物高度为4米。 2）根据r=1.5hp；代入数据算得h=6.7m；又由避雷针的实际保护高度公式进行计算，发现在4m水平面上面的保护半径为6m，易知该避雷针高度不符合要求。所以将保护半径为10m带入公式进行计算可得H=15M—为避雷针的高度。

3）由DL—T620—1997 7.1.1知：

避雷针与主接地网的地下连接点至35kv到以下设备与主接地网的地下连接点之间，确定接地点的长度不小于15m

7.5对雷电侵入波过电压的保护

1) 未沿全线架设避雷线的35KV架空线路，应在该总降压变电所1～2KM的进线段架设避雷线( 避雷线保护角度不宜超过20度，最大不应超过30度)，目前配电装置电气设备绝缘—般通过避雷器的雷电流幅值5千安的避雷器残压进行配合的。当进线段以外遭雷击时，由于线路本身的阻抗阻流作用 ，侵入波陡度将大为降低。为更有效地防止雷害 ，在总降压变电所的进线段，应装设管型避雷器。

2) 阀型避雷器与主变压器及其他被保护设备的电气设备距离应尽

量缩短，进线段避雷线500m，阀型避雷器应与主变压器的距离小于13m。

3) 对于10KV配电装置每组母线和每一架空线路应装阀型避雷器，但厂区内进线可只在每钼E装阀型避雷器。

4）结束语

直接雷击的防护是根据该工厂总降压变电所的面积和建筑物设备的高度设置3个不同高度避雷针进行保护，经计算保护范围求出避雷针的高度来满足这个工厂总降压变电所的需要。雷电冲击波

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的防护是利用阀型避雷器，避雷线，管型避雷器对总降压变电所线路的进线段和出线段按照标准 防雷保护方式设置保护。

八、实训设计总结

经过这两周的实训，我学到了很多知识，无论是在题目分析、构思和资料的收集方面，还是在设计的研究方法以及成文定稿方面，都给我很多启发。

在设计过程中也学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先做学问要一丝不苟，对于发展过程中出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就达退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解。

设计完成了，不仅是理论与实践的接合，还让我明白了做学问必须一丝不苟，严禁细致，也得注重团队合作。这将对我以后的学习工作有很大的启迪，老师注重的自主能力让我深刻意识到它真正的作用是什么，这才是我最大的收获，因为自主能力无论在哪里都是非常重要的。总之，在此次设计过程中，我收获很多。此次设计的完成为将来的人生之路作了一个很好的开端和铺垫。

附表：主接线

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