建筑供配电课程设计-商住楼的供配电系统设计 (2).doc

摘 要本设计是对16层商住楼的供配电系统进行全面设计，保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。设计内容包括确定大楼的设备电气负荷等级，进行负荷计算，选择变压器的容量、类型及台数，各个楼层供电线路中的短路电流的计算，供配电系统的主接线方式、高低压设备和导线电缆的选择及校验，防雷接地的设计。设计过程中需要绘图的部分使用autocad绘图，最后将整个设计过程整理、总结设计文档报告。关键词：商住楼；配电；计算负荷；设备选择；防雷接地abstractthis design is on 16 layer commerce-residence building of power supply and distribution system to conduct a comprehensive design, guarantee the power supply system is safe, reliable and high quality, economic operation, must abide by state regulations and standards, the implementation of the related state policies, including saving energy, saving non-ferrous metals of technical and economic policies. design content involves identifying the building electrical load level, load calculation, choose the capacity of transformer, type and number, each floor power lines in the calculation of short-circuit current, power supply and distribution system of main connection mode, high and low voltage equipments and wire cable selection and calibration, lightningproof grounding design. design process needs for drawing part using autocad drawing and will last the whole design process arrangement, summarizes the design document reports. keywords: commerce-residence building, distribution, the computational load, the equipment selection, lightningproof grounding i- 目 录摘 要iabstractii1 绪论11.1设计概况12 负荷计算22.1用电设备组的负荷计算22.2负荷计算与无功补偿32.3变压器和柴油发电机选择33 变配电室系统设计53.1供电电源53.2变配电室系统54 短路电流计算85 高低压电气设备选择115.1高压侧115.2低压侧126 导线电缆的选择146.1导线电缆的选取原则146.2导线截面选择的一般步骤146.3导线电缆的选择与校验156.3.1低压侧156.3.2高压侧167 防雷与接地187.1防雷分类与措施187.2接地与接地装置197.3 本工程防雷接地相关措施208 结论22参考文献23附 录241 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。2 负荷计算计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与某一段时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均作为按民热条件选择电器工导体的依据。它是用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。本工程属二类高层民用建筑。负荷等级：二级负荷有消防泵、喷洒泵、加压风机、消防电梯、防火卷帘、消防报警系统、排烟机、楼梯过道照明、电梯、设备房照明。其余负荷为三级负荷。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。2.1用电设备组的负荷计算 在计算设备组单台设备的容量（pe）后，可以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）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 （2.2）式中，为给出的正切值； pj为有功计算负荷（kw）。设备组的计算容量 （2.3）设备组的计算电流 （2.4）式中，un为系统的额定电压（kv）。设备组的功率因数 （2.5）2.2负荷计算与无功补偿 根据以上公式进行配电干线和配电所的负荷计算，得出结果进行列表显示，计算负荷表见附录。2.3变压器和柴油发电机选择无功补偿容量选350kvar，补偿后，变压器高压侧计算负荷为712.95kw,功率因数为0.91，设备总视在计算负荷784.59kva，所以变压器选择一台sg9800kva10/0.4kv防护等级ip20,变压器参数如下：表2-1 sg9-800的主要技术指标变压器型号额定容量/额定电压/kv联 结 组型 号损耗/kw空载电流%短路阻抗%高压低压空载负载sg9-800800100.4dyn112.457.451.34.5 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回路wl8a、wp1a-wp13a,其总设备功率为p1=249kw,需要系数kx=0.8，pj=199.2kw则柴油发电机容量可按如下公式计算式中，为发电机并联运行不均匀系数，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=219.12kw 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。3 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不分段结线方式、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。低压侧系统图见附录。图3-1高压供电系统图图3-2发电机应急电源系统图4 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型标幺值法： sd=100mva，uav1=10.5kv，uav2=0.4kv，soc=500mva， （4.1） （4.2）（1）电力系统的标幺值 （4.3）（2）架空线路的标幺值 x0=0.35/km 则 （4.4）（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）（4）等效电路如下图所示（5） k1点总电抗标幺值为 （4.6） 从而 （4.7） 三相短路容量 （4.8）（6） k2点总电抗标幺值为 三相短路容量短路计算表如下表所示：表4-1 短路电流计算表短路计算点三相短路电流（ka）三相短路容量（mva）k12225.1336.5k217.2417.2417.2443.9626.0311.955 高低压电气设备选择5.1高压侧配电所高压侧电气设备的选择与检验表5-1 10kv侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数uniniii*t数据10kv26.03ka43.96ka17.24一次设备型号规格额定参数iocimax真空断路器vs1-12-630- 17.512kv630a40ka63ka500高压接地开关jn15-12/31.512kv200a31.5ka80ka40高压熔断器rn2-10/0.510/0.5kv1.8a50ka电压互感器jdz-1010/0.1kv电流互感器lzzb-1012kv100/5a31.8a90避雷器hy 5ws-16.5/5016.5kv75a高压侧所选设备满足要求。5.2低压侧低压侧的电气设备有开关柜、断路器(mt12h1/4p、ns400/3p、ns160n/3p、ns250n/3p、ns80h/3p)、电流互感器lmk5-0.66等，选取回路wl1中的电流互感器与断路器进行校验如下：表5-2 电流互感器额定参数与计算数据比较比较类别设备参数lmk5-0.66比较条件计算数据电压un（kv）0.66uns（kv）0.38电流in（a）400imax（a）350准确度（kva）300（kva）131.25热稳定1296445.83动稳定90.543.96 表5-3 低压断路器额定参数与计算数据比较设备参数ns400n/4比较条件计算数据un（v）690un（v）380in（a）400imax（a）334过电流脱扣器额定电流（a）400imax（a）334瞬时过电流脱扣器动作电流（a）kin=3400=1200krelipk（a）1.351000=1350kolial（a）4.5500=2250长延时过电流脱扣器动作电流iop（l）(a)kin=1400=400krelimax（a）1.1334=367.4kolial（a）1500=500灵敏度校验ks=3.75ks1.5断流能力校验inbr（ka）45ik17.24低压侧所选设备满足要求。6 导线电缆的选择6.1导线电缆的选取原则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。6.2导线截面选择的一般步骤根据设计经验：一般10kv及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。对于低压照明线路，因对电压水平要求较高，通常先按允许电压损耗进行选择，再校验其发热条件和机械强度。距离小于200米和负荷电流较大的供电线路，先按发热条件选择，再按电压损失和机械强度校验。距离大于200米或电压水平要求较高的供电线路，先按允许电压损失选择截面，再按发热条件和机械强度校验。高压线路，先按经济电流密度选择截面，再按发热条件和电压损失条件校验，同时还必须校验机械强度。以计算所得的几个截面中的最大者为准，从产品目录中选择稍大于所求得的值。6.3导线电缆的选择与校验6.3.1低压侧选取回路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=30kw,需要系数k=0.8，计算负荷为pj=24kw，功率因数cos=0.8（1）按发热条件查表，环境温度为时，可选择4*zr-vv-150+1*zr-vv-95，及一根截面为95，其它四根都为150，聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套阻燃电力电缆，其安全载流量为297a，满足条件。（2）校验电压损失0.55%5%6.3.2高压侧 选择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，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=712.95kw，=0.91（1） 按经济密度选择a （6.1） 经济电流密度取 则经济截面积 （6.2）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，查表知其载流量正常允许最高温度。（2） 按电压损失校验。因距离短，容量不大，电压较高，故可不校验。（3） 按短路热稳定校验 按公式 （6.3） 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，则 26 （6.4）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。2、 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。7 防雷与接地7.1防雷分类与措施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：一级防雷的建筑物：(1)具有特别重要用途的建筑物，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。二级防雷的建筑物：(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。三级防雷的建筑物：(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、图书馆、档案楼和省级一下的邮政楼等。本工程为三级防雷建筑物。三级防雷建筑物的防雷措施：(1)防止直击雷的措施一般在建筑物易受雷击部位装设避雷针或避雷带。建筑物易受雷击的部位是：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。采用避雷带时，屋面任何一点距避雷带应不大于10米。当有3条及以上平行避雷带时，每隔3040米处将平行的避雷带进行连接；当采用避雷针时，单针的保护范围可按60度计算。多支避雷针两针间的距离不宜大于30米，并应符合下列要求：d15h (4.1) 式中d两针间的距离（米）；h避雷针的有效高度，即避雷针突出建筑物的高度（米）。自30米以上，每3层沿建筑物四周设避雷带。自30米以上的金属栏杆、金属门窗等较大的金属物体，应与防雷装置连接。周长超过40米的建筑物，引下线一般不少于2根，其间距不大于24米，在技术上处理有困难时，允许放宽到34米。7.2接地与接地装置 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。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。7.3 本工程防雷接地相关措施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。本建筑物防雷与接地措施：1、 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。2、 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。3、 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。4、 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。5、 基础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。6、 避雷带明敷10钢筋，消防涂漆2遍，屋顶防水层上用304镀锌扁铁敷设不大于1010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、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