某工厂建筑高低压供配电系统设计 课程设计.docx

郑州轻工业学院课程设计说明书题目：某工厂建筑高低压供配电系统设计 姓 名 院 （系）：建筑环境工程学院 专业班级：建筑电气与智能化 学 号： 指导教师： 成 绩： 时间： 2014 年 12 月 01 日至 2015 年 1 月 09 日郑州轻工业学院课 程 设 计 任 务 书题目 某工厂建筑高低压供配电系统设计 专业、班级 建筑电气12-01 学号 12姓名 何振涛 主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容：1阅读相关科技文献，查找相关图纸资料。2. 熟悉民用建筑电气设计的相关规范和标准。3. 熟悉建筑供配电系统设计的方法、步骤和内容。4熟练使用autocad绘图。5学会整理和总结设计文档报告。6学习如何查找设备手册及相关参数并进行系统设计。基本要求：1、制定设计方案，确定电源电压、负荷等级及供配电方式。2、确定方案后，绘制各用电设备等布置平面图，绘制高、低压系统图。3、进行设计计算，选择设备容量、整定值、型号、台数等。编写设计计算书。4、编制课程设计说明书。已知参数：某工厂建筑高低压供配电系统设计平面图和工程概况见图纸资料。主要参考资料：1.供配电工程设计指导，机械工业出版社，翁双安，20042建筑供配电系统设计，人民交通出版社，曹祥红等，20113.autocad2008中文版电气设计完全自学手册，机械工业出版社，孟德星等，20084.供配电系统设计规范，gb50054-20095.民用建筑电气设计规范，gbjgj_t16-2008完 成 期 限： 2015-01-09 指导教师签名： 课程负责人签名： 2014年 12 月 01 日摘要本设计是对某工厂建筑高低压供配电系统设计进行全面设计，保证建筑物里的用电经济、安全优质。必须符合民用建筑电气设计的相关规范和标准；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；遵守建筑供配电系统设计的规范。设计内容包括确定工厂建筑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：计算负荷、设备选择、短路电流，防雷与接地。目录1.工程概况12.负荷分级，负荷计算及无功功率补偿22.1负荷分级22.2负荷数据22.3负荷计算42.3.1平时运行的负荷计算42.3.2火灾时运行的消防负荷计算62.3.3 10/0.38kv变电所计算负荷63.供电电源，电压选择与电能质量83.1供电电源83.2电压选择93.3电能质量94.电力变压器的选择94.1变压器形式及台数选择94.2变压器容量选择95.短路计算及设备和导线选择105.1短路电流计算105.1.1变电所高压侧短路电流计算105.1.2 低压电网短路电流计算135.2 设备选择175.2.1高压电器设备选择175.2.2低压电器设备选择185.2.3导线电缆选择186.防雷与接地系统196.1建筑物防雷系统设计196.1.1建筑物防雷类别和防雷措施196.1.2建筑物外部防雷装置布置196.1.3雷电过电压保护206.2电气装置接地206.2.1电气装置接地与接地电阻要求206.2.2接地装置设计20总结21参考文献22附录231.工程概况某工厂建筑，总8层，地上7层，地下1层。建筑主体高28.7m，其中地下1层高3.5m，1层高4m，2层高2.6m，3层高3.6m，4层高3.6m，5层高3.6m ，6层高3.6m，7层高3.75m。地下一层是车库，1-5层是办公间，6层7层是总经理室和董事长办公室以及娱乐场所。主体建筑为框架、剪力墙结构。消防设计：本工程为三类高层建筑，而要求消防负荷，应急照明按二级负荷要求供电，其余负荷按三级负荷要求供电。一层有消防控制室，其余层有喷淋泵、消火栓泵等消防设备。2.负荷分级，负荷计算及无功功率补偿2.1负荷分级该工程属于三类高层建筑，消防负荷，应急照明按二级负荷要求供电，其余负荷按三级负荷要求供电。2.2负荷数据本工程负荷包括照明，电力及消防负荷。本工程照明负荷数据用电设备名称所在楼层设备数量及功率功率因数负荷等级备注地下室普通照明及插座-1f10kw0.85三级负荷负荷功率由照明负荷计算一楼普通照明及插座1f30kw0.85三级负荷负荷功率由照明负荷计算二楼普通照明及插座2f32kw0.85三级负荷负荷功率由照明负荷计算三到五楼普通照明及插座3-5f每层36kw总计108kw0.85三级负荷负荷功率由照明负荷计算六楼照明及插座6f32kw0.85三级负荷负荷功率由照明负荷计算七楼照明及插座7f25kw0.85三级负荷负荷功率由照明负荷计算楼道公共照明-1-7f104.5kw0.85二级负荷负荷功率由照明负荷计算a栋厂房照明a栋厂房480.85三级负荷负荷功率由照明负荷计算b栋厂房照明b栋厂房480.85三级负荷负荷功率由照明负荷计算c栋厂房照明c栋厂房480.85三级负荷负荷功率由照明负荷计算本工程动力负荷数据用电设备名称所在楼层设备数量及功率功率因数负荷等级备注地下室动力-1f10kw0.85二级负荷负荷由给排水提供电梯-1-7f15kw0.8三级负荷由建筑专业选定，负荷由电梯计算负荷得出水泵-1f59.5kw0.8三级负荷负荷由给排水专业提供a栋厂房动力用电a栋厂房4000.8三级负荷b栋厂房动力用电b栋厂房4000.8三级负荷c栋厂房动力用电c栋厂房4000.8三级负荷本工程消防负荷数据用电设备名称所在楼层设备数量及功率功率因数负荷等级备注应急照明1-7f8kw0.85二级负荷负荷功率由照明设计计算得来地下室应急照明-1f10kw0.85二级负荷负荷功率由照明设计计算得来火灾水泵用电-1f59.5kw0.8二级负荷负荷由给排水专业提供应急电梯兼做客梯-1-7f15kw0.8二级负荷电梯由建筑专业选定，负荷由电梯计算负荷得来2.3负荷计算本工程中有平时需要运行的用电设备，也有发生火灾时需要运行的消防用电设备。因此，负荷计算按照平时运行的负荷和火灾时运行的负荷来分别计算。2.3.1平时运行的负荷计算照明负荷计算照明负荷按照负荷性质分组，地下室照明为一组，一到三楼照明为一组，四到七楼照明为一组，小区环境照明为一组，abc栋厂房照明为一组，值班室照明为一组，楼道照明为一组。采用需要系数法进行计算，不计备用功率。照明负荷书见下表。照明负荷计算书用电设备名称设备功率（kw）需要系数kd功率因数cos负荷等级pc（kw）qc(kvar)sc(kva)ic(a)地下室普通照明及插座1010.85三级负荷106.1911.718一到三楼普通照明及插座980.750.85三级负荷73.54586.2131四到七楼普通照明及插座1290.750.85三级负荷96.860114173小区环境照明3010.85二级负荷3018.635.357abc三栋厂房照明用电1440.750.85二级负荷1086712764宿舍用电3050.60.85二级负荷183113215328值班室1010.85二级负荷106.211.718楼道照明810.85二级负荷859.4114总计7340.70.85519321610927其中二级负荷4970.680.85339210398604其中三级负荷2370.750.67180201269410电力负荷计算电力负荷和安这杯类型和负荷性质分组，采用需要系数法分别进行计算，不计设备功率。电力负荷见下表。动力负荷和平时运行的消防负荷计算书用电设备名称设备功率（kw）需要系数kd功率因数cos负荷等级pc（kw）qc(kvarsc(kva)ic(a)地下室动力1010.8二级负荷107.512.518电梯1510.8二级负荷1511.2518.7529生活水泵59.510.8二级负荷59.544.674.4113abc三栋厂房动力用电12000.50.8三级负荷6004507501139总计1284.50.530.8684.5512.18541298二级负荷84.410.8二级负荷84.564106161三级负荷12000.50.8三级负荷6004507501139 2.3.2火灾时运行的消防负荷计算火灾运行时代消防负荷按设备类型和负荷性质分组，采用需要系数法进行计算，不急备用设备功率。负荷书见下表。本工程消防负荷计算书用电设备名称设备功率（kw）需要系数kd功率因数cos负荷等级pc（kwqc(kvarsc(kva)ic(a)楼道应急照明810.85二级负荷859.4114.29值班室1010.85二级负荷106.1911.7618地下室应急照明1010.85二级负荷106.1911.7618水泵59.510.8二级负荷59.544.674.4113应急电梯兼做客梯1510.8二级负荷1511.2518.7529总计102.510.82102.5731251189计入同时系数 kq=0.9kq=0.95102.510.80 92.2569.35115 1742.3.3 10/0.38kv变电所计算负荷火灾时运行的消防负荷小于火灾时必然切除的正常照明负荷和电力负荷总和，因此火灾时的消防符合不计入总计算负荷。本工程10/0.38kv变电所计算过程如下正常运行时代负荷计算总计算负荷总计算负荷等于照明负荷和电力负荷及平时运行的消防符合综合。变电所低压侧总计算负荷为：pc=1203kw ，qc=833kvar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，去有功和无功同时系数系数为kq=kq=0.8，则计入同时系数后的总计算负荷为：pc=1203*0.8=962kw qc=833*0.8=666kvarsc=(pc2+qc2)=1170kvacos=pc/sc=962/1170=0.82无功补偿容量计算根据规范，民用建筑低压侧无功补偿后的功率因数应该大于0.9，一般计算时按0.92来计算，故有：对于总的计算负荷：q=962*(tan（arccos0.82）-tan（arccos0.92)=261kvar取270无功补偿后总的有功负荷不变，无功负荷为：qc”=qc-q=666-270=396kvarsc”=(pc”2+qc”2)=1040kvacos=962/1040=0.925无功功率满足要求变压器损耗有功损耗pr=0.01*sc”=10.4kw无功损耗qr=0.05*sc”=52kvar变电所高压侧总计算负荷pcl=pc”+pr=972kwqcl=qc”+qr=446kvarscl=(pcl2+qcl2)=1069kva总功率因数cos=0.909电源故障时切除后供二级负荷运行的负荷计算照明负荷中二级负荷为pcl1=339kw qcl1=210kvar动力负荷和平时运行的消防负荷pcm=84.5kw qcm=64kvar则pcl2=339+84.5=423.5kw qcl2=210+64=274kvar取有功和无功同时系数kq=kq=0.8，分则计入同时系数后二三级总负荷为pcl2=0.8423.5=338kw;qcl2=0.8274=219kvar;scl2=(pcl22+qcl22)=402kvacos=338/402=0.84无功补偿量为q=338*(tan（arccos0.84）-tan（arccos0.92)）=65.4kvar取72补偿后：pcl2”=338kwqcl2”=219-72=147kvarscl2”=(pcl2”2+qcl2”2)=368kvacos”=338/368=0.918无功补偿满足要求本工程变电所计算负荷用电设备名称设备功率（kw）需要系数kd功率因数cospc（kwqc(kvarsc(kva)ic(a)无功功率补偿前低压母线的计算负荷合计照明电力及平时运行的消防负荷20180.590.82120383314632223其中二级负荷581.50.720.83423.5274504766其中三级负荷14370.540.7678065110151543计入同时系数后总负荷20180.470.8296366611701777二级负荷581.50.580.84338219402610无功功率补偿装置容量总：-270二级：-72无功补偿过后低压母线的计算负荷20180.470.9296239610401580变压器功率损耗10.452变压器高压侧计算负荷20180.480.91972446106916243.供电电源，电压选择与电能质量3.1供电电源本工程要求采用10kv供电，其高压侧总设备功率为296kw，故可采用10kv供电。根据当地电源状况，本工程从供电部门的110/10kv变电站引来1路10kv电源，可承担全部负荷；本工程的供电电源相对独立可靠，可以满足规范中一级负荷应由双重电源供电且不能同时损坏的条件，且工程中没有特别重要的一级负荷。但是本工程为了保证消防负荷供电的可靠性，另设一台250kw应急柴油发电机组，发电机采用自启动、自切换运行方式。已知供电部门的变电站的10kv电源中性点均采用经消弧线圈接地。3.2电压选择本工程为二类高层建筑，用电设备额定电压为220/380v，低压配电距离最长不大于150m。本工程只设置一座10/0.38kv变电所，对所有设备均采用低压220/380v三相五线制tn-s系统配电，且零线重复接地，由接地处引出pe线。3.3电能质量 采用以下措施保证电能质量：（1）220v或380v单相用电设备接入220/380v三相系统时，宜使三相平衡；（2）采用bv-0.47/0.75kv铜芯绝缘线，选择合适的截面，将电压损失在5%以内。（3）照明与电力配电回路分开。对较大容量的电力设备如排污泵、电梯等采用专线供电；（4）将单相设备均匀分布在三相配电系统中。4.电力变压器的选择4.1变压器形式及台数选择本工程为一般二类高层建筑，防火要求较高，且为减少占地，变电所位于主体建筑地下室车库内，变压器采用树脂绝缘干式，型号sc10-500/10，编号分别为1tm和2tm两台变压器，电缆型号为yjv-15-3x50，联结组别为yn11,电压比为0.4/0.23kv。为节省空间，变压器与开关柜布置在同一个房间内.4.2变压器容量选择本工程总视在计算负荷为1040kva.本工程选用的方案是两台等容量630kva变压器，互为备用，其中一个变压器为平时运行的电力设备和平时运行的照明设备供电，另一台为消防时的消防电梯，应急照明，以及消防控制室供电。此方案分配均衡，负荷率在70%-85%之间，且供电可靠性高。ip30的防护外壳尺寸为：长宽高= 1000mm940mm500mm.5.短路计算及设备和导线选择5.1短路电流计算根据有关文件，有以下系统短路数据：提供10kv电源的变电站距离本工程3km，电源引入电缆型号为yjv22-15-3300.变电站10kv处三相短路电流有效值规划最大值为25kv，最小值为18kv。电缆首段过电流保护延时间为0.8s,真空断路器全开端时间为0.1s。电缆采用高压断路器保护.5.1.1变电所高压侧短路电流计算根据附录高压供电系统图，画出本工程变电所高压侧短路电流计算带路如图所示，短路点k-1,k-2点选取在变电所两端10kv母线上。采用标么值法进行计算，取=100mva。1）基准值计算基准电压基准电流最大运行方式下电力系统最大短路容量最小运行方式下电力系统最大短路容量2）电抗标么值最大运行方式下电力系统电抗标么值最小运行方式下电力系统电抗标么值电缆线路单位长度电抗值=0.095/km，长度为3km,则电缆线路电抗标幺值为k-1点短路时等效电路图如图7.2所示图7.2 k-1点短路时等效电路图从而k-1点电抗标幺值最大运行方式下为最小运行方式下从而三相短路电流为;进而;三相短路容量为两相短路电流为所以变电所高压侧短路计算书如表变电所高压侧短路计算书基准值 序号元件短路点运行参数电抗标幺值三相短路电流（ka）三相短路容量（mva）两相短路电流（ka）1系统a最大运行方式max0.22025.025.025.063.8454.721.7最小运行方式min0.30518.018.018.045.9327.315.62线路a0.2590.095331+2k-1最大运行方式max0.47911.511.511.529.3209.110.1最小运行方式min0.5649.89.89.825.0178.28.55.1.2 低压电网短路电流计算1）电所低压侧短路电流计算本工程变电所低压侧短路电流计算电路如图7.3所示，电源a和电源b同时供电，低压母线分段不联络，短路点选在两台变压器低压绕组出口处k-3/k-4点，两台低压进线开关负荷侧k-5、k-6点和离低压进线开关最远端母线处k-7、k-8点。采用欧姆法进行计算，计算时配电母线的型号先检验发热条件。以下为计算过程。选取系统最大运行方式下的短路容量，即=209.1mva作为变压器1tm低压侧短路电流计算的初始容量。=0.4kv。其计算过程如下:图7.3 本工程变电所低压侧短路电流计算电路（1）短路电路阻抗计算电力系统阻抗此处相线-保护线阻抗电力变压器电抗此处相线-保护线阻抗母线1tmwb1段阻抗为此处相线-保护线阻抗母线1tmwb2段阻抗为此处相线-保护线阻抗变压器1tm低压侧短路时的等效电路如图7.4所示图7.4变压器1tm低压侧短路时的等效电路k-3点短路时的总等效阻抗为单相接地电阻、电抗和阻抗为k-5点短路时的总等效阻抗为单相接地电阻、电抗和阻抗为k-7点短路时的总等效阻抗为单相接地电阻、电抗和阻抗为（2）短路电流计算k-3点短路时的三相短路电流和三相短路容量分别为此时两相短路电流为单相接地电流 k-5点短路时的三相短路电流和三相短路容量分别为此时两相短路电流为单相接地电流 k-7点短路时的三相短路电流和三相短路容量分别为此时两相短路电流为单相接地电流 同样方法，可以分别计算出变压器2tm低压侧k-4、k-6、k-8点处短路时的三相和两相短路时的电流和单相接地时的电流。变压器低压侧短路电流计算结果也可以制成短路计算书。2）低压配电线路短路电流计算低压配电干线系统中短路计算点，选取在配电干线首端分支处与末端分支处（即层配电箱处）、每层分支线末端（即末端配电箱处）。分支线路计算点选取在计量配电箱终端处。配电干线及分支线计算长度根据建筑平面图和剖面图及敷设走向确定。低压配电线短路电流计算也采用欧姆法，计算时，配电干线及其分支线的导线型号规格先按发热条件初选。5.2 设备选择5.2.1高压电器设备选择本工程10kv高压系统选用fluofix gc型高压户内中置式开关柜，柜内安装的高压电器主要是高压断路器、熔断器和互感器等电器设备。高压断路器的选择高压断路器主要作为变压器回路、电源进线回路的控制和保护电器及分段联络用电器。使用环境为建筑地下室的高压开关柜（1ah和2ah柜）内。（1） 高压断路器的选择额定电压:不低于所在电网处的额定电压=10kv，选取=12kv.额定电流:应等于或大于所在回路的最大长期工作电流（或计算电流）1ah柜为10kv电源a高压进线柜，其高压侧计算总视在负荷为1260kva，从而=72.75a。根据断路器的电流等级，选择断路器额定电流为=63072.75，满足要求。根据高压真空短路器的产品手册，相关参数为;（2） 高压断路器的校验额定开断电流校验：，开断电流满足要求。动稳定校验：，满足动稳定条件。热稳定校验：5.2.2低压电器设备选择本工程0.38kv低压电气系统变电所选择bf-25低压户内开关柜。柜内安装低压电器有低压断路器和电流互感器等。低压配电垂直母线干线系统及层配电箱中的低压电器有低压断路器和双电源切换开关等。1）低压断路器的选择（1）级数开关：tn-s系统。（2）额定断流选择：选择in=630aic=515.2a,满足要求。（3）断流能力校验：ioc=20kaik(3)= 14.4ka ,满足条件。2）低压保护电气设备的整定与级间选择性的配合（1)过电流脱扣器额定电流的选择。过电流脱扣器额定电流应不小于线路的最大负荷电流，即选择,满足要求。（2)长延时过电流脱扣器整定电流 要求不小于线路的最大负荷电流，即与线路的允许载流量配合，满足 故选择=100a,满足要求.其余低压配电垂直干线系统、插接箱、楼层配电箱等进出线回路中的保护用低压断路器的选择及整定方法类似，在此不再详述。5.2.3导线电缆选择本工程的导线类型根据导线应用场所主要分为：高压进出线电缆、低压开关柜主母线和分支母线、低压出线电缆等。高压进出线电缆的选择是以输送容量为依据来进行截面选择的。高压进线电缆在变电所外用直埋/穿管埋地，在变电所内采用电缆梯架/电缆沟相结合的敷设方式。先按允许温度条件选择，然后校验器电压损失和短路热稳定。高压出线电缆由于在变电所内，线路长度很短，电压损失很小，不需要校验。选择fluofix gc型高压开关柜，母线截面线按允许温升选择，然后校验动热稳定性 。由于高压柜在开关柜内，线路长度很短，电压损失很小，不需要校验。低压出线电缆分为干线电缆和分支线电缆，在竖井内穿管或桥架明敷设，布线后穿越楼板处两端间隙及于留管，应采用防火堵料做密封隔离。且管线进出地下室做防水套管，并预留4根100mm防水套管，套管分上下两排各9根敷设。电缆桥架敷设和穿管预分支电缆，一般先按允许温升条件选择，再校验电压损失和短路动热稳定性。预分支电缆由于分支线较短，电压损失小，不校验。6.防雷与接地系统6.1建筑物防雷系统设计6.1.1建筑物防雷类别和防雷措施本建筑划分为第三类防雷建筑。作为第三类防雷建筑物，宜采用装设在建筑物上的避雷网（带）或避雷针或这两种混合组成的接闪器。此楼高度小于45米，故不用做防侧击雷和等电位的保护措施。另外，本建筑内装有大量的电子信息系统设备，应有防雷击电磁脉冲的措施。避雷网应沿屋角屋檐等易受雷击部分敷设，因本工程上有突出水箱，故设置避雷带装在机房水箱顶。6.1.2建筑物外部防雷装置布置1. 屋面采用mm镀锌圆钢作为接闪器，沿女儿墙四周敷设。屋面采用mm镀锌圆钢组成不大于或避雷网格。2. 突出屋面的所有金属构件，应与避雷带可靠焊接。3. 利用柱子引下线上端与避雷带焊接，下端与基础底板上的钢筋焊接。4. 利用柱内两根结构主钢筋自下而上焊接，兼做防雷引下线（共8处），平均间距不大于18米，引下线上端与避雷带焊接，下端与各层基础梁内主钢筋焊接构成。5. 利用建筑物基础钢筋网作为防雷接地装置，在电气竖井下口距离地下层底板0.3米，引出一镀锌扁钢至竖井顶。在建筑物四角引下线距离室外地坪上0.5m及下0.3m处预留接地电阻测试卡4处。6.1.3雷电过电压保护1. 高压电气装置过电压保护设计本工程10kv变电所布置地下室内，已在主体建筑物的防雷保护范围之内，因此高压电器设备不需要装设直接雷击保护装置。2. 低压电气装置过电压设计本工程具有办公自动化和有线电视系统，有大量的电子信息设备，需要防雷击电磁脉冲。除了根据建筑物和房间不同防雷区的电磁环