1、11 绪论1.1 设计概况本工程概况：地下一层，地上 16 层，建筑总高度 49 米，属二类高层民用建筑。首先，根据设计要求和目的，按照最新的供配电系统设计规范对其中的建筑负荷进行分类统计，根据高层民用建筑设计防火规范 ，按照现行的国家标准工业与民用供配电系统设计要求进行设计，然后进行负荷等级与无功补偿计算，列出负荷计算表。其次，根据负荷类别及对供电可靠性的要求进行负荷计算，根据最后总计算负荷选择变压器容量及台数、主接线方案以及是否需要柴油发电机，确定配电所主接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠又要灵活经济，安装容易维修方便。接着选择大楼的高低压部分进行短路电流的计算，并列出计算表格，选择配
2、电所的一次设备及其校验，包括高低压断路器、熔断器、隔离开关、避雷器、开关柜，电流、电压互感器等设备，并根据需要进行热稳定和力稳定检验，列表表示。然后进行导线电缆的选择与校验。最后，根据相关规范，进行建筑的防雷保护与接地设计。22 负荷计算负荷计算是供配电工程设计的基础，必须正确计算负荷，才能设计出合理的供配电系统。负荷计算主要包括求计算负荷、尖峰电流，确定一、二级负荷和季节性负荷的容量等内容。负荷计算是指一组用电负载实际运行时，消耗电能最多的半小时的平均功率，也称半小时最大负荷。计算负荷将作为发热条件选择配电变压器、供电线路导体及电气设备的依据，并用来计算电压损失和功率损耗，也可作为电能消耗及
3、无功功率补偿的计算依据。2.1 负荷分级本工程属于二类高层民用建筑，用电负荷分级如下：二级负荷：负一层车库照明、负一层配电房照明、各层公共照明、防火卷帘、消防控制室、客消梯、客梯、消防泵、正压风机、潜污泵、排烟风机等。三级负荷：3-16 层住户照明、1 层及 2 层照明及插座、环境照明、屋面照明、生活水泵等。负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种，本设计将采用需要系数法予以确定。需要系数法是用设备功率乘以需要系数和同时系数,直接求出计算负荷。32.2 用电设备组的计算负荷本工程负荷包括照明、电力及消防负荷。该综合楼的商店门面房等需要二次设计，因此先按功率因数法预留负荷，其余用电设
4、备负荷功率由照明设计计算而得或有其他专业提供。首先计算用电设备组单台设备的容量（Pe） ，在根据所提供的需要系数 Kx，得到设备组的有功计算负荷（2.1）exjPK式中，Kx 为给出的需要系数；Pe 为单台电气设备的设备容量（kW）。设备组的无功计算负荷tanjjPQ （2.2）式中， 为给出的正切值；tanPj 为有功计算负荷（kW）。设备组的计算容量2jjjS（2.3）设备组的计算电流NjUI（2.4）式中，UN 为系统的额定电压（kV） 。设备组的功率因数4jjSPcos（2.5）负荷计算书见附表 1。根据负荷计算书所得数据计算可得 Pc=Pcl+Pcm=614.2+58.8=672.7
5、 KWQc=Qcl+Qcm=538.25+43.875=583.125 Kvar2.3 低压侧负荷计算及无功补偿计入同时系数后的总计算负荷和功率因数。对于总计算负荷，取用功和无功同时系数分别为 K = K =0.8，则计入同时系数后的总计算负 荷为Pc = K Pc=0.8 672.7=538.16 KW1 Qc1= K Qc=0.8 582.125=465.7 Kvar Sc1= =711.683 KVA12+12= =0.76cos111根据规范要求，民用建筑低压侧无功功率补偿后的功率因数应达到0.90 以上，一般在计算时按达到 0.92 来计算，故需要进行无功功率补偿。Qc=Pc =23
6、5.85 tan(cos10.76)tan(cos10.92)可取接近的 240Kvar。无功功率补偿后的总有功计算负荷保持不变，总无功计算负荷为Qc2= Qc1-Qc=225.7 KvarSc2= =585.19 KVA12+25= =0.923,无功补偿满足要求。cos2122.4 高压侧负荷计算变压器的损耗：有功损耗PT =0.01 Sc2=5.8519 KW无功损耗QT =0.05 Sc2=29.260 Kvar所以变电所高压侧的总计算负荷为PCI= Pc1+PT=544.0119 KWQCI= Qc2+QT=259.11 KvarSCI= =602.567 KVAPCI2+QCI2总
7、功率因数 = PCI/ SCI=0.903，满足功率因数要求。cos63 变配电室系统设计3.1 供电电源本工程由附近 10kV 配电所引来一回 10kV 电源，另在负一层设置一台柴油发电机提供应急电源，本工程为高层民用建筑，用电设备额定电压为 220/380V，低压配电距离最长不超过 150m,所以本工程只设置 1座 10/0.38kV 变电所，对所有的用电设备均采用低压 220/380V 三相四线制 TN-S 系统配电。3.2 变配电室系统变配电室主结线的选择原则：(1)当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。(2)当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母
8、线接线。(3)当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组结线。(4)为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。(5)接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避7雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。(6)610KV 固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。(7)采用 610 KV 熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。(8)由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器（一般都安装计量柜）。(9)变压器低压侧为 0.4KV 的总开关宜
9、采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。(10)当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。 最后，综合各方面因素选择高压侧采用单母线分段结线方式、低压侧采用单母线分段方式。低压配电系统采用树干式与放射式结合的方式。高低压侧系统图见附录。84 短路电流计算供电系统要求正常的不间断的对负荷供电，以保证生产和生活的正常进行。然而由于各种原因也难免出现故障，而使系统正常运行遭到破坏。系统中最常见的故障就是短路。短路就是不同电位的导电部分包括导电部分
10、对地之间的电阻性短路。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺值法（又称相对单位制法）。选取变配电所变压器及供电回路 WL1 到住宅三层配电箱进行短路计算，高压电缆 YJV22-8.7/10kV 型。4.1 高低压侧短路电流计算图 4-1 高低压侧短路示意图标幺值法：选取基准容量和基准电压如下Sd=100MVA，Uav1=10.5kV ，Uav 2=0.4kV，Soc=500MVA，9（4.1）dd1av1S0MVAI=5.k.732.U（4.2）dd2av2I 14.3.0.（1）电力系统的标幺值（4.3）d1ocSMVAX=.50（2）架空线路的标幺值X0=0.35/k
11、m，l=1km则 X2*=x0l =0.35 1 =0.317 （4.4） ()2 100(10.5)2（3）电力变压器的标幺值S9-800 Dyn11 型电力变压器短路阻抗电压百分比 Uk%=4.5则 （4.5）dk34NSU%4.50MVA=5.63108k（4）等效电路如下图所示K1 K210.2 20.317 35.63图 4-2 高低压侧短路等效电路图（5）k1 点总电抗标幺值为X* = X1*+ X2*=0.2+0.317=0.517 （4.6）1从而 （4.7）(3)k1*5.kAI74dk0.51710.638KA101(3)()(3)k1=I2Ak1()shi.5.k1(3)
12、sI.2=3k三相短路容量（4.8）(3)dk1*S0MVA6.52.74kX（6）k2 点总电抗标幺值为37.8.42.03212k kAXIkd.7.8422k2.1II3“32k）（）（ kk96.43.75.ish ）（ A0.2.1.I32sk）（三相短路容量 MVXSkdk 95.137.802)3(2 表 4-1 短路电流计算表三相短路电流（kA） 三相短路容量（ MVA）短路计算点 (3)kI(3)I(3)I(3)shi(3)shI(3)kSk1 10.638 10.638 10.638 27.128 16.064 193.424k2 23.475 23.475 23.475
13、43.194 25.588 16.26810.638KA10.638KA=27.128KA10.638KA=16.064KA0.317+5.63=6.147 （4.9）6.14723.475KA （4.10）23.475KA1.84 23.475=43.194KA1.09 23.475=25.588KA6.14716.268MVA (4.11)115 高低压电气设备的选择5.1 变压器的选择本工程为二类高层建筑，负荷为二、三及负荷，但是该建筑为商主两用高层民用建筑，防火要求较高，且为了减少占地，变电所位于主体建筑地下水内，故宜采用三相双绕组干式变压器，联接组别为 Dyn11,无励磁调压，电压比
14、为 10/0.4KV。故本工程选择一台 SG9800kVA10/0.4kV 防护等级 IP20,变压器参数如下：表 5-1 SG9-800 的主要技术指标额定容量/kVA额定电压/kV联结 组型 号损耗/kW 空载电流%0I变压器型号高压 低压 空载 负载短路阻抗%KUSG9-800 800 10 0.4 Dyn11 2.45 7.45 1.3 4.5根据应急电源需求选取柴油发电机的容量，应急电源所供的设备有12回路 WL8a、WP1a-WP14a,其总设备功率为 Pe=231.5kW,需要系数Kx=0.8，Pj=185.2kW,则柴油发电机容量可按如下公式计算 jPK式中， 为发电机并联运行
15、不均匀系数，一般取 0.9，单台取 1。K 为可靠系数，一般取 1.1。计算得出柴油发电机容量 P=203.72kW柴油发电机为环保型，零烟气排放，低于 45 摄氏度冷却风，并且配有自动启动装置，启动时间不大于 15s。表 5-2 应急电源提供的设备功率5.2 高压断路器的选择高压断路器主要作为主变压器回路、电源进线回路的控制和保护电器及分段联络用电器。使用环境为建筑物地下室内高压开关柜（AH3、AH4、AH5、AH6、AH7、AH10 柜）内，10KV 系统中中性点经消弧线圈接地。根据需要和产品供应情况 10KV 系统选用 VS1 型户内真空断回路 Wl8aWp1aWp2aWp3aWp4aW
16、p5aWp6aWp7aWp8aWp9aWp10aWp11aWp13aWp14a负荷 24 3 3 5 18 18 18 18 7.5 7.5 74 5.5 15 1513路器，配用弹簧操纵机构。（1） 额定电压 UN=10KV（2） 最大长期工作电流 Imax=Ic= =46.188A3UN（3） 开断电流校验：短路电流 Ik2=10.638A1s.故 tima=tk=1.1s.tima=10.638*10.638*1.1=124.484 S1350A,与保护线路的配合：I OP(O) =1600AIK3(3)=23.475KA(4) 灵敏度校验：K S=IKMIN/IOP1.5，灵敏度满足要
17、求。综合上述，所选择低压断路器为 NS400/3P，脱扣器的整定电流为400A。15表 5-4 低压断路器选择额定参数与计算数据比较设备参数 NS400/3P 比较条件 计算数据UN(KV) 690 UN(KV) 380IN(A) 400 IMAX(A) 199.41IOC(KA) 45 IK3(3)(KA) 23.475IN.OR（A） 400 Imax（A） 199.41 Krel Imax（A）219.351长延时脱扣器IOP(L)（A） 400 KOLIal（A） 434 KrelIpk（A） 1350瞬时脱扣器 IOP(O)（A） 1600 KOLIal（A） 1943KS 3.75
18、 KS 1.5166 导线的选择为了保证供电的安全、可靠、优质、经济，选择导线和电缆时应满足下列条件：发热条件；电压损耗条件；经济电流密度；机械强度。1、材料选择：优先选用铝材料，下列场合可采用铜导线：（1）重要的操作回路及二次回路。（2）移动设备的线路及剧烈振动场合的线路。（3）对铝有严重腐蚀的场合。（4）爆炸危险场所有特殊要求者。（5）国际工程有要求者。2、按允许载流量选择导线或电缆截面积。3、按允许电压损失选择导线和电缆截面积。4、按经济电流密度条件选择导线和电缆截面积。5、按机械强度选择导线和电缆截面积：要求所选的导线和电缆的截面积不小于其最小允许截面积。6.1 高压侧导线电缆选择选择
19、变配电室高压侧的电缆，及大楼附近电源引来的 10kV 进线侧，进行计算并选择合适的电缆线，该部分电缆按照经济电流浓密度计算，17先按经济电流密度选择，而后按发热条件和短路热稳定校验。变电所 10kV，由第一部分计算负荷可知Pj=544.0119kW， =0.903。cos（1）按经济密度选择 A 23.4591.0372cos3kWUPINjj（6.1）经济电流密度取 75.1ecj则经济截面积 （6.2）26.34mjISec由以上条件选取 YJV22-8.7/10kV 型，交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆，细钢丝铠装，截面积 S=25 。查表知其载流量2正常允许最高温度 。AI205C0
20、6（2）按发热条件校验：查表知其载流量 正常允许最高温AI05度 ，故满足发热条件。C06（3）按电压损失校验：因距离短，容量不大，电压较高，故可不校验。（4）按短路热稳定校验：按公式 （6.3）CtISimain假象时间考虑继电保护动作时间 0.7s，断路器全分段时间 0.2s，热稳定系数 C=135，stima9.0kAI2则 25 2min14359.0mS2544.01190.903 10=34.78A1.5434.781.54=22.58mm218故满足短路热稳定要求。6.2 低压侧导线电缆选择选取回路 WL1 进行导线选取，配电柜出线经过 WL1 接三到九层楼层配电箱，该段导线距离
21、较近，假设距离 L=100m200m，则先按发热条件选择，再按电压损失和机械强度校验。由前面计算可知该层设备容量为 Pe=210kW,需要系数 K=0.8，计算负荷为 Pj=168kW，功率因数 cos =0.8（1）按发热条件 AkWUPINj 58.4.032cos3查表，环境温度为 时，可选择 4*ZR-VV-150+1*ZR-VV-95，及C0一根截面为 150 ，中性线截面为 95 。聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护2m2m套阻燃电力电缆，其安全载流量为 364A，满足条件。（2）校验电压损失2.4%5%，故满1095724100CSLPUj足电压损失要求。（3）校验机械强度：低压线路导线最小
22、截面 Amin=16mm2A=150mm2,故满足机械强度要求。综上所述，该工程线路敷设方式为：1、10kV 高压电缆选用 YJV22-8.7/10kV 型，细钢丝铠装，埋地敷设，穿保护管进户。168KW319.06A168 10046.2 150100192、低压电缆选用 ZR-VV 全塑阻燃型，沿电缆盘，竖井或穿管敷设。3、室内配线采用 ZR-VV，VV 电缆，ZR-BV，BV 导线沿电缆盘，电缆竖井，保护管敷设。207 防雷与接地系统设计7.1 建筑物防雷分类按照建筑物的重要性、使用性质、发生雷击事故的可能性及后果，其防雷等级可分为三类：1第一类防雷建筑物(1)具有特别重要用途的建筑物，
23、如国际性航空港、通信枢纽、大型博展建筑、特级火车站、国宾馆、大型旅游建筑等。(2)超高层建筑物，如 40 层以上的住宅建筑，建筑高度超过 100 米的其他民用以及一般工业建筑物。(3)国家级重点文物保护的建筑物和构筑物。2第二类防雷建筑物(1)重要的或人员密集的大型建筑物，如部、省级办公楼、省级大型的集会、博展、体育、交通、通信、广播、商业和影剧院建筑等。(2)省级重点保护的建筑物和构筑物。(3)19 层及以上的住宅和高度超过 50 米的其他民用和一般工业建筑物。3第三类防雷建筑物(1)10 至 18 层的普通住宅。(2)建筑高度部超过 50 米的教学楼和普通的旅馆、办公楼、科研楼、21图书馆
24、、档案楼和省级一下的邮政楼等。4.本建筑物防雷类别的确定：L=70.422m, W=35.731m, H=49m,与建筑物接收相同雷击次数的等效面积 Ae=LW+2(L+W) + 10-6 (200)(200)校正系数 K=1，年平均雷暴日 Td=22.6 天，所以年预计雷击次数为N=KNgAc=0.024KTd1.3Ae=0.024 1 22.61.3 0.044=0.061(次) 根据规范规定可知，本建筑物应划分为第三类防雷建筑物，主要防直击雷和雷电波侵入。7.2 本建筑物防雷措施(1) 防止直击雷的措施第三类防雷建筑物，宜采用装设在建筑物上的避雷网（带）或避雷针或由这两种混合组成的接闪器
25、。建筑易受雷击的部位是：a.平面屋及坡度不大于 1/10 的屋面屋角、女儿墙、屋檐。b.坡度大于 1/10、小于 1/2 的屋面屋角、檐角、屋脊、屋檐；c.坡度不大于 1/2 的屋面屋角、屋脊、檐角。避雷网（带）应沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设。并应在整个屋面组成不大于 20m 20m 或 24m 16m 的网格。平屋面 的建筑物，当其宽度不大于 20 m 时，可仅沿网边敷设一圈避雷带。引下线不应少于两根，但周长不超过 25m 且高度不超过 40 m 的建筑物可只设一根引下线。引下线应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应22大于 25m。（2）防雷电波侵入低压线路宜全线采用电缆
26、直接埋地敷设，在入户端应将电缆的金属外皮、钢管接到防雷电感应的接地装置上。当全线采用电缆有困难时，可采用钢筋混凝土杆和铁横担的架空线，并应使用一段金属铠装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引入，其埋地长度应符合规范要求，但不应小于 15m。在电缆与架空线连接处，尚应装设避雷器。避雷器、电缆金属外皮、钢管和绝缘子铁脚、金属等应连在一起接地。在本建筑中采用结构防雷，运用基础内混凝土构造钢筋网作为接地装置，构造柱之立筋作为引下线。构造柱内之主筋应通长联结，大于等于 16 钢筋连接不少于两根，小于 16 钢筋连接不少于四根。女儿墙上面的避雷带用 10 元钢与作为引下线的构造主筋焊接。避雷带明敷 10钢筋，消
27、防涂漆 2 遍，屋顶防水层上用 30 4 镀锌扁铁敷设不大于10 10 的网格，交点焊接，并于引下线焊接，屋顶金属构件应与避雷引下线联结。7.3 接地与等电位联接设计接地为防止触电或保护设备的安全,把电力电讯等设备的金属底盘或外壳接上地线;利用大地作电流回路接地线。在电力系统中，将设备和用电装置的中性点、外壳或支架与接地装置用导体作良好的电气连接叫做接地。23接地装置由接地极(板)、接地母线(户内、户外)、接地引下线(接地跨接线)、构架接地组成接地装置。它被用以实现电气系统与大地相连接的目的。与大地直接接触实现电气连接的金属物体为接地极。它可以是人工接地极，也可以是自然接地极。对此接地极可赋以
28、某种电气功能，例如用以作系统接地、保护接地或信号接地。接地母排是建筑物电气装置的参考电位点，通过它将电气装置内需接地的部分与接地极相连接。它还起另一作用，即通过它将电气装置内诸等电位联结线互相连通，从而实现一建筑物内大件导电部分间的总等电位联结。接地极与接地母排之间的连接线称为接地极引线。本工程采用联合接地系统，接地电阻不大于 1 欧姆。在 LPZ0 和LPZ1 界面处配电箱和消防报警系统配电箱安装 SPD 防电涌模块。在需要接地的地方预留接地连接板。在作为引下线的主筋上于室外埋深不小于 0.7m 处，焊接一根 12 镀锌元钢并引出，距建筑物外墙不小于 1m，若需增设人工接地极，由此引出。基础
29、梁和桩基内的钢筋应焊接联通，作为自然接地体，接地电阻不大于 1 欧。30m 及以上外墙的金属门窗，金属构件应与接地系统作可靠连接，30m 及以上每层外圈梁内应用钢筋联通构成匀压环。248 结束语通过这次课程设计，我巩固和加深了在课堂上所学的知识，对建筑供配电设计有了初步的了解和认识，而且也复习了负荷计算、变压器的选择、防雷与接地等重要的知识点。最直接的收益是让我的供配电考试更加顺利，对知识有了系统的认识，并且可以灵活运用。同时我也加深了对现实生活中供配电知识的理解，基本上掌握了进行一次设计所要经历的步骤，像低压电气部分的设计，我与其他同学一起进行课题分析、查资料，进行设计，整理到最后完成整个设
30、计等。在整个过程中，我和寝室同学每天进行计算记录，反复演算，反复验证，将每一个小小的错误统计下来进行分析，现在看来之所以有的时候做的很慢还是因为以前上课时没有专心听讲，真是书到用时方恨少呀！这次设计接近实际，对我们以后的发展很重要。在设计的过程中经常会遇到大家意见不合的时候，并且大家都很坚持自己的意见，有自己的观点，我觉得这是很难得的。遇到的问题越多，越能够激发我们继续学习的动力，而且可以从中学到课本上没有的东西，如同学之间的团结合作精神，这是我感触最深的一面。大家团结一致，齐心协力，很多难题都可以迎刃而解。在这里要感谢曹老师细心的给予我们帮助，我们利用这次机会学到了很多，不只是多认识了几个电
31、器元件，最重要的是知道了我们自己的欠缺与不足，能在以后的学习过程中查漏补缺，找准方向，不断求索！25参考文献1供配电工程设计指导机械工业出版社，翁双安，2004.2现代建筑电气供配电设计技术，中国电力出版社，李英姿等，2008.3供配电技术，北京电子工业出版社，唐志平，2005.4建筑电气设计手册，中国建筑工业出版社，朱林根，2001.5低压电器及其配电电控设备选用手册，科学技术出版社，李茂林，1998.6中低压配电设备与使用 200 例，中国电力出版社，周武仲，2006.7工厂供配电，北京大学出版社，王玉华，2006.8 AutoCAD2008 中文版电气设计完全自学手册 ，机械工业出版社，孟德星，2008.9供配电系统设计规范，GB50054-2009.10民用建筑电气设计规范，GBJGJ_T16-2008.
