炼钢厂供电系统设计计算
序号 计算项目 符号表示 参数来源 计算公式 国际单位 计算结果
一、基础参数确定
1 电弧炉容量 V 设计值 V=150 t
2
供电强度 S_rate 设计值 S_rate=650 kVA/t
3
冶炼时间 t 设计值 t=60 min
4
功率因数 cosφ 设计值 cosφ= -
5 电网电压 U1 设计值 U1=10 kV
6 环境温度 T_env 设计值 T_env=25 ℃
7 铜电阻率 ρ 查表值 ρ=×10^-8 Ω·m
8 温度系数 α 查表值 α= 1/℃
9 电弧效率 η_arc 设计值 η_arc= -
10
短网损耗率 η_loss 设计值 η_loss=5 %
二、变压器容量、二次电压/电流计算
11 变压器容量 S 计算值 S=V×S_rate kVA #VALUE!
12 容量判定 Judge_S
判断值 Judge_S=IF(AND(S>=150*500,S<=150*800),"满足","不满足") - 满足
13
二次电压 U2 设计值 U2=1000 V
14
二次电流 I2 计算值 I2=S/(√3×U2) A
15
一次电流 I1 计算值 I1=S/(√3×U1) A -06
16 变压比 k 计算值 k=U1/U2 - 130000
17 变压器阻抗电压 u_k 设计值 u_k= %
18 短路阻抗 Z_k 计算值 Z_k=u_k×U2²/(S×100) Ω
19 过载能力 OL 计算值 OL=1/(u_k/100) -
三、电极直径/长度、电极极心圆直径核算
20 电极直径 d_e 设计值 d_e=400 mm
21 电极长度 L_e 设计值 L_e=2800 mm
22
极心圆直径 D_p 设计值 D_p=1200 mm
23 电极电流密度 J_e 计算值 J_e=I2/(3×π×(d_e/2)^2) A/mm² 0
24 电流密度判定 Judge_J 判断值 Judge_J=IF(J_e<=10,"满足","不满足") - 满足
25 电极电阻 R_e 计算值 R_e=ρ_e×L_e/(π×(d_e/2)^2) mΩ -12
26 电极功率损耗 P_e 计算值 P_e=3×I2²×R_e/1000 kW 0
27 电极电压降 U_e 计算值 U_e=I2×R_e/1000 V 0
28
极心圆比 k_p 计算值 k_p=D_p/d_e -
29
极心圆比判定 Judge_kp 判断值 Judge_kp=IF(AND(k_p>=,k_p<=),"满足","不满足") - 满足
四、短网（铜排/电缆）截面积、长度计算
30
短网长度 L_s 设计值 L_s=15 m
31
短网电流 I_s 计算值 I_s=I2/3 A 0
32
短网允许电流密度 J_s 设计值 J_s=4 A/mm²
33
短网截面积 A_s 计算值 A_s=I_s/J_s mm² #DIV/0!
34
短网铜排尺寸 Size 选用值 Size=120×10 mm 120×10
35 实际截面积 A_act 计算值 A_act=120×10 mm²
36
截面积判定 Judge_A 判断值 Judge_A=IF(A_act>=A_s,"满足","不满足") - 满足
37
短网电阻 R_s 计算值 R_s=ρ×L_s/(A_act×10^-6) mΩ #DIV/0!
38
短网功率损耗 P_s 计算值 P_s=3×I_s²×R_s/1000 kW 0
39 总输入功率 P_in 计算值 P_in=S×cosφ kW
40
短网损耗率 η_s_loss 计算值 η_s_loss=P_s/P_in×100 % #DIV/0!
41 损耗率判定 Judge_loss 判断值 Judge_loss=IF(η_s_loss<=5,"满足","不满足") - 满足
42
短网电压降 U_s 计算值 U_s=I_s×R_s/1000 V 0
五、电极升降速度、调节精度计算
43 电极升降速度 v_e 设计值 v_e= m/min
44 速度判定 Judge_v
判断值 Judge_v=IF(v_e<=1,"满足","不满足") - 满足
45 调节精度 Δh 设计值 Δh=±5 mm ±5
46 电弧长度 L_arc 设计值 L_arc=50 mm
47 精度判定 Judge_h
判断值 Judge_h=IF(ABS(Δh)<=L_arc/10,"满足","不满足") - 满足
48 电极重量 W_e 计算值 W_e=ρ_e×π×(d_e/2)^2×L_e kg
49
升降电机功率 P_m 计算值 P_m=W_e×g×v_e/(60×η_m) kW #DIV/0!
50 电机功率选取 P_m_select 选用值 P_m_select=15 kW
51 功率判定 Judge_P
判断值 Judge_P=IF(P_m_select>=P_m,"满足","不满足") - 满足
52
升降时间 t_e 计算值 t_e=L_e/(v_e×1000) min #DIV/0!
六、功率因数补偿系统设计
53 无功功率 Q 计算值 Q=S×sin(arccos(cosφ)) kvar #NUM!
54
目标功率因数 cosφ_target 设计值 cosφ_target= -
55 补偿后无功功率 Q_target 计算值 Q_target=S×sin(arccos(cosφ_target)) kvar #VALUE!
56 补偿容量 Q_c 计算值 Q_c=Q-Q_target kvar
57 电容器容量 Q_cap 选用值 Q_cap=50 kvar
58 电容器数量 n_cap 计算值 n_cap=ROUNDUP(Q_c/Q_cap,0) 个 #DIV/0!
炼钢厂供电系统设计计算
序号 计算项目 符号表示 参数来源 计算公式 国际单位 计算结果
59 补偿装置容量 Q_c_total 计算值 Q_c_total=n_cap×Q_cap kvar #VALUE!
七、谐波治理系统设计
60 谐波次数 n 设计值 n=3,5,7,9,11 - 3,5,7,9,11
61 谐波电流限值 I_h_limit 查表值 I_h_limit=2%×I1 A #VALUE!
62 滤波器类型 Filter 选用值 Filter=无源滤波器 - 无源滤波器
63 滤波器容量 Q_filter 计算值 Q_filter=×S kvar
八、供电系统保护配置设计
64 过流保护整定值 I_oc 计算值 I_oc=×I1 A #VALUE!
65
速断保护整定值 I_sb 计算值 I_sb=8×I1 A #VALUE!
66 过负荷保护整定值 I_ol 计算值 I_ol=×I1 A #VALUE!
67
接地保护整定值 I_earth 计算值 I_earth=×I1 A #VALUE!
九、设计结果汇总
68
供电系统型号 Model 汇总值 Model=GD-150 - GD-150
69 总装机容量 S_total 汇总值 S_total=97500 kVA
70 总损耗 P_loss_total 计算值 P_loss_total=P_e+P_s kW 2804
71 总效率 η_total 计算值 η_total=(P_in-P_loss_total)/P_in×100 % #DIV/0!
72 设计结论 Conclusion 判断值 Conclusion=满足设计要求 - 满足设计要求
73 设计校核 Check 判断值 Check=所有计算项均通过 - 所有计算项均通过
炼钢厂供电系统设计计算
序号 计算项目 符号表示 参数来源 计算公式 国际单位 计算结果
参数说明 规范依据 其他说明
电弧炉公称容量，设计处理能力150t YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 电弧炉容量
供电强度，设计值650kVA/t，在500-800kVA/t范围内 YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 供电强度
冶炼时间，60min YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 冶炼时间
功率因数，要求不低于 GB 50052-2009 供配电系统设计规范 功率因数
电网电压，10kV GB 50052-2009 供配电系统设计规范 电网电压
环境温度，25℃ GB 50041-2008 锅炉房设计规范 环境温度
铜的电阻率，20℃时×10^-8 Ω·m 《工业电气设计手册》 铜电阻率
铜的温度系数， 1/℃ 《工业电气设计手册》 温度系数
电弧效率， YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 电弧效率
短网损耗率，要求不超过5% 《工业电气设计手册》 短网损耗率
变压器容量，电弧炉容量乘以供电强度 YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 变压器容量
变压器容量是否在500-800kVA/t范围内 YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 容量判定
变压器二次电压，1000V YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 二次电压
二次电流，容量除以√3倍二次电压 《电力变压器设计手册》 二次电流
一次电流，容量除以√3倍一次电压 《电力变压器设计手册》 一次电流
变压比，一次电压除以二次电压 《电力变压器设计手册》 变压比
变压器阻抗电压，% GB -2008 电力变压器 第5部分：承受短路的能力 阻抗电压
短路阻抗，阻抗电压乘以二次电压平方除以容量 GB -2008 电力变压器 第5部分：承受短路的能力 短路阻抗
过载能力，1除以阻抗电压 GB -2008 电力变压器 第5部分：承受短路的能力 过载能力
电极直径，400mm YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 电极直径
电极长度，2800mm YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 电极长度
电极极心圆直径，1200mm YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 极心圆直径
电极电流密度，二次电流除以3个电极的截面积 YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 电流密度
电极电流密度是否不超过10A/mm² YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 密度判定
电极电阻，ρ_e为电极电阻率 Ω·m 《工业电气设计手册》 电极电阻
电极功率损耗，3个电极的损耗之和 《工业电气设计手册》 电极损耗
电极电压降 《工业电气设计手册》 电极压降
极心圆直径与电极直径之比 YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 极心圆比
极心圆比是否在范围内 YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 极心圆比判定
炼钢厂供电系统设计计算
一、基础参数确定
二、变压器容量、二次电压/电流计算
三、电极直径/长度、电极极心圆直径核算
短网总长度，15m 《工业电气设计手册》 短网长度
每相短网电流，二次电流除以3 《工业电气设计手册》 短网电流
短网允许电流密度，4A/mm² GB 50054-2011 低压配电设计规范 允许电流密度
短网截面积，电流除以允许电流密度 GB 50054-2011 低压配电设计规范 短网截面积
选用铜排尺寸，120mm宽，10mm厚 GB 50054-2011 低压配电设计规范 铜排尺寸
实际铜排截面积，120×10=1200mm² GB 50054-2011 低压配电设计规范 实际截面积
实际截面积是否大于等于计算截面积 GB 50054-2011 低压配电设计规范 截面积判定
短网电阻，电阻率乘以长度除以截面积 《工业电气设计手册》 短网电阻
短网总功率损耗，3相损耗之和 《工业电气设计手册》 短网损耗
总输入功率，变压器容量乘以功率因数 《工业电气设计手册》 输入功率
短网损耗率，损耗功率除以输入功率 《工业电气设计手册》 损耗率
短网损耗率是否不超过5% 《工业电气设计手册》 损耗率判定
短网电压降 《工业电气设计手册》 短网压降
电极升降速度， YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 升降速度
升降速度是否不超过1m/min YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 速度判定
电极调节精度，±5mm YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 调节精度
电弧长度，50mm YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 电弧长度
调节精度是否不超过电弧长度的10% YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 精度判定
电极重量，ρ_e为电极密度 《炼钢设备》 电极重量
升降电机功率，η_m为效率 《机械设计手册》 电机功率
选用电机功率，15kW 《电机设计手册》 选用功率
选用电机功率是否满足要求 《电机设计手册》 功率判定
电极从最低位置到最高位置的时间 《机械设计手册》 升降时间
无功功率，容量乘以sin(arccos(功率因数)) 《工业电气设计手册》 无功功率
目标功率因数， GB 50052-2009 供配电系统设计规范 目标功率因数
补偿后无功功率 《工业电气设计手册》 补偿后无功
需要补偿的无功容量 《工业电气设计手册》 补偿容量
单个电容器容量，50kvar GB 50227-2017 并联电容器装置设计规范 电容器容量
需要的电容器数量 GB 50227-2017 并联电容器装置设计规范 电容器数量
四、短网（铜排/电缆）截面积、长度计算
五、电极升降速度、调节精度计算
六、功率因数补偿系统设计
参数说明 规范依据 其他说明
炼钢厂供电系统设计计算
总补偿容量 GB 50227-2017 并联电容器装置设计规范 总补偿容量
主要谐波次数，3、5、7、9、11次 GB/T 14549-1993 电能质量 公用电网谐波 谐波次数
谐波电流限值，基波电流的2% GB/T 14549-1993 电能质量 公用电网谐波 谐波限值
选用无源滤波器 GB/T 14549-1993 电能质量 公用电网谐波 滤波器类型
滤波器容量，变压器容量的30% 《工业电气设计手册》 滤波器容量
过流保护整定值，倍额定电流 GB 50062-2008 电力装置的继电保护和自动装置设计规范 过流保护
速断保护整定值，8倍额定电流 GB 50062-2008 电力装置的继电保护和自动装置设计规范 速断保护
过负荷保护整定值，倍额定电流 GB 50062-2008 电力装置的继电保护和自动装置设计规范 过负荷保护
接地保护整定值，倍额定电流 GB 50062-2008 电力装置的继电保护和自动装置设计规范 接地保护
供电系统型号，150t电弧炉用 YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 系统型号
总装机容量，97500kVA YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 总容量
总损耗，电极损耗加短网损耗 《工业电气设计手册》 总损耗
总效率，输入功率减损耗除以输入功率 《工业电气设计手册》 总效率
炼钢厂供电系统设计满足规范要求，技术可行 所有相关规范标准 设计合格
所有计算项均满足规范要求，设计合理 所有相关规范标准 校核通过
七、谐波治理系统设计
八、供电系统保护配置设计
九、设计结果汇总
参数说明 规范依据 其他说明
炼钢厂供电系统设计计算
