某高层住宅供配电设计

某高层建筑高低压供配电系统设计 1 摘摘 要要 本设计是按照建筑供配电的要求 以国家规范为准则以安全用电为 用电 节约电能 经济环保为理念 在满足对供电的要求的同时 同时 兼顾施工的可行性以及节约经济预算为理念 设计出满足人们对智能化 建筑要求的满意工程 在设计中严格遵守国家的相关规定以及标准 执 行国家的方针政策 从而达到科学 人性化设计的现代化电气工程 设计内容主要包括负荷计算 供电电源 电压的选择 变压器的容 量的选择 类型以及台数 变电所的选址 各个楼层的供电线线路中的 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 选择以及校验 防雷接地的设计 设计中需要绘制 参照相应的 CAD 图 然后进行分别运算设计最后将设计整理成文档形式的报告 关键词 关键词 国家标准 负荷计算 供电线路 国家标准 负荷计算 供电线路 防雷接地 防雷接地 CADCAD 图图 某高层建筑高低压供配电系统设计 2 第一章第一章 工程概况工程概况 某高层综合楼 总 23 层 地上 22 层 地下 1 层 总建筑面积 28807 1 平方米 其中地下室建筑面积为 2916 平方米 建筑物总高度为 99 8 米 年预计雷击次数 0 11 次 为二类防雷建筑物 地下一层为附 建式 6 级人防地下室 平时做汽车库 战时作为一个防护单元的二等人 员掩蔽部 掩蔽人数为 800 地面一到四层为商场 三层以上均为办公 用房 屋顶为设备层 变电所设在一层 某高层建筑高低压供配电系统设计 3 第二章第二章 负荷分级 负荷计算及无功功率补偿负荷分级 负荷计算及无功功率补偿 第一节 负荷分级第一节 负荷分级 该工程属于一类高层建筑 用电多为一 二级负荷 用电负荷分级 如下 地下室 应急照明 消防设备用电 送 补风机 消防泵 及地面用生 活水泵为一级负荷 战时送风机 消防楼梯口排污泵为二级 其余为三 级负荷 地面 排烟风机 屋顶正压风机 消防电梯 应急照明 防火卷帘门及 普通客梯的电力属一级负荷 其余均为三级负荷 第二节 第二节 负荷数据负荷数据 本工程负荷包括照明 电力及消防负荷 所有电源均由一层变电所 低压出线直接提供 其中一 四层商场以及二十一 二十二层 屋顶的 电源用电缆供电 五到二十层的楼层配电箱用插接式母线槽供电 计量 除五到二十层分层集中设电表计量以外 其余均在变电所计量 该综合 楼个部分负荷数据见表 1 3 某高层建筑高低压供配电系统设计 4 表 1 照明负荷计算书 用电设备名 称 设备功 率 e KW 需要 系数 Kd 功率因 数 cos 负荷 等级 Pc KW Qc Kva r Sc KVA Ic A 910 77一911 411 717 8地下室照明 及插座3 8410 5一3 846 77 6811 7 32 810 7三32 833 446 871 2 13 110 69三13 114 219 630 1510 69三1515 721 733 0 一层照明及 插座 3610 8三36274568 24 610 64三24 629 538 458 4二层照明及 插座24 310 66三24 327 636 856 29 5810 64三29 5835 546 268 1 14 710 65三14 717 222 634 三层照明及 插座 27 710 76三27 719 429 955 4 31 810 65三31 837 248 974 3四层照明及 插座38 410 76三38 449 950 576 8 5 20 层照明 及插座 16800 70 8三1176617 410292224 21 22 层照 明及插座 1860 80 8三148 889 3148 8280 顶层照明1810 8三184 1722 534 管理中心610 8一64 37 511 4 总计2190 80 750 85 1649 6 1039 9 19502962 8 其中一级负 荷 18 8410 6418 8422 429 344 5 某高层建筑高低压供配电系统设计 5 表 2 电力负荷和平时运行的消防负荷 用电设备名 称 设备功 率 e K W 需要 系数 Kd 功率 因数 cos 负荷 等级 Pc KW Qc Kvar Sc KVA Ic A 水泵控制箱26 410 65二26 430 8740 6260 排污泵1210 71二1211 9016 9025 5 生活泵7410 75一7465 2698 67144 排烟风 机 1510 75一1513 232030 扶梯4010 8三40305080 一 层 动 力 空调动 力 12010 75三120 105 8 3 160240 排烟风 机 1510 75一1513 232030 扶梯4010 8三40305080 二 层 动 力 空调动 力 14010 75三140 123 4 6 186 6 7 280 排烟风 机 1510 75一1513 232030 扶梯4010 8三40305080 三 层 动 力 空调动 力 10010 75三100 123 4 6 186 6 7 200 排烟风 机 1510 75一1513 232030 扶梯4010 8三40305080 四 层 动 力 空调动 力 10010 75三10088 1813 33200 普通客梯2210 67一2224 3832 8452 总计814 410 74814 4746 31104 61678 其中一级负 荷 15610 74156142 6211 4321 其中二级负 荷 38 410 6738 442 857 587 4 某高层建筑高低压供配电系统设计 6 表 3 火宅运行时的消防负荷 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 910 77一97 4611 6917 8地下室应 急照明3 8410 5一3 846 657 6811 7 一层应急 照明 5 4610 5一5 469 4610 9216 6 二层应急 照明 6 310 5一6 310 9112 619 1 三层应急 照明 5 410 5一5 49 3510 816 4 四层应急 照明 5 710 5一5 79 8711 417 3 五层以上 应急照明 37 810 6一37 850 46396 消控中心910 8一96 7511 2517 管理中心610 8一64 57 511 4 送 补 风机 1210 75一1210 61624 排烟机1910 75一1916725 338 喷淋泵9010 8一9067 5112 5170 消火栓泵11510 75一115101 2153 3208 顶层消防 动力 69 610 75一69 661 292 8141 客梯2210 67一2224 332 852 合计416 110 61416 1547 2687 41044 计入同时 系数 K p 0 9 K p 0 95 416 10 90 58374 5519 8640 7973 5 第三节 负荷计算第三节 负荷计算 某高层建筑高低压供配电系统设计 7 火灾时运行的消防负荷小于火时必然切除的正常照明负荷和电力负 荷总和 因此火灾时的消防负荷不计入总计算负荷 本工程 10 0 38kv 变电所计算过程如下 一 正常运行时的负荷计算 一 总计算负荷 一 总计算负荷 PcPc 总计算负荷等于照明负荷和电力负荷及平时的消防负荷的总和 由表 1 2 可得照明计算负荷为 Pcl 1649 6KW Qcl 1039 9Kvar 电力及平时运行的消防负荷总计算负荷为 Pcm 814 4KW Qcm 746 3Kvar 由此可得变电所低压侧总计算负荷为 Pc Pcl Pcm 1649 6 814 4 2464KW Qc Qcl Qcm 1039 9 746 3 1786 2Kvar 二 计算同时系数后总计算负荷和功率因数 二 计算同时系数后总计算负荷和功率因数 对于总计算负荷 取有功和无功同时系数分别为 K p K q 0 80 则计入同时系数后的总经计算负荷为 KW p KP c pc 2 197124648 0 Kar Q K Q c q c 1429 2 17868 0 KVA Qp S cc c 7 24341429 2 1971 22 2 2 功率因数为 81 0 7 2434 2 1971 cos cS cP 三 无功补偿容量的计算 三 无功补偿容量的计算 根据规范要求 低压配电侧无功功率补偿后的功率因数应达到 0 92 故有 某高层建筑高低压供配电系统设计 8 对于总计算负荷 Q 1971 2X tan arccos0 81 tan arccos0 92 587 4Kvar 可取接近的 600 var 无功功率补偿后的总功率计算负荷保持不变 总无功计算负荷为 Qc Qc Q 1429 600 829Kvar 视在计算负荷为 S 2138 5KVA 22 cQcP 功率因数为 0 92 cS cP cos 5 2138 2 1971 变压器的损耗 无功损耗为 PT c S 01 0 KW 4 21 5 213801 0 有功损耗为 QT c S 05 0 var107 5 213805 0 K 变电所高压侧的总计算负荷为 1971 2 21 4 1992 6KW PPPTcc 1 829 107 936Kvar QQQ Tcc 1 2201 5KVA 2 1 2 11 Q PS c cc 22 936 6 1992 总功率因数91 0 5 2201 6 1992 cos 1 1 S P c c 电源故障时切除三级负荷后仅供一 二级负荷运行的负荷计算 照明负荷中一级负荷为 无二级负荷 KW Pcl 84 18 1 var 4 22 1 K Qcl 电力及平时运行时的消防负荷中的一级负荷为 KW Pcm 156 1 二级负荷为 则总Kar Qcm 6 142 1 KW Pcm 4 38 2 KW Qcm 4 38 2 的一 二级负荷为 KW pppp cmcmclcl 24 213 4 3815684 18 2112 取有功和无功同时系数分别为K 则计入同时80 0 p K85 0 q K 某高层建筑高低压供配电系统设计 9 系数的一二级总计算负荷为 KW PKPclclp 7 170 4 2138 0 22 var 8 17620885 0 22 K Q K Qcl cl q KVA Q PScl cl cl 8 245 8 176 7 170 22 2 2 2 22 功率因数为 7 0 8 245 7 170 2 2 12 S P cl cl COS 无功补偿容 var102 92 0 tan arccos 7 0s tan arcco 7 170 12 K Q 取 100Kvar 无功补偿后的一 二级总有功计算负荷保持不变 总无功计算负荷为 取var 8 76100 8 176 1222 K QQQ clcl 补偿后的视在计算负荷为 KVA Q P S cl cl cl 2 187 8 76 7 170 2 2 22 2 2 2 功率因数为 无功补偿满足要求 91 0 2 187 7 170 2 2 12 S P cl cl COS 本工程 10 0 38KV 变电所负荷计算书如表 4 所示 某高层建筑高低压供配电系统设计 10 表 4 负荷名称 设备功 率 KW 需要 系数 Kd 功率 因数 cos Pc KW Qc Kvar Sc KVA Ic A 照明 电 力及平时 消防负荷 计算 3005 20 820 8124641786 230444625 其中一级 负荷 174 8410 73174 84165240 4365 3 其中二级 负荷 38 410 6738 442 857 587 4 无功补偿 前低压母 线的计算 负荷 一 二级 负荷合计 213 2410 72213 24207 8297 8452 5 总负荷3005 20 660 791971 21518 324883780 计入同时 系数 K p 0 8 K p 0 85 其中一二 级负荷 213 240 80 70170 6176 6245 5373 无功补偿容量装置 总 600 一 二级 100 总负荷3005 20 660 911971 2918 321751423 无功补偿 后低压母 线的计算 负荷 其中一二 级负荷 213 240 80 91170 676 6187284 变压器损耗21 4107 变压器高压侧计算负 荷 3005 20 660 901992 61025 322413405 某高层建筑高低压供配电系统设计 11 第三章第三章 供电电源 电压选择与电能质量供电电源 电压选择与电能质量 第一节第一节 供电电源 供电电源 本工程高压侧总有功计算负荷仅为 1992 6 KW 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 专线电源 A 可承担全部符合 同时从供电部门的 35 10KV 变 电站引来 1 路 10KV 电源 B 仅作一 二级负荷的第二电源 两路 10KV 电源同时供电 电源 A 可作为电源 B 的备用 两路 10KV 电缆从 建筑物一侧穿管引入设在 1 层的 10 0 38KV 变电所 本工程的两个 10KV 供电电源相对独立可靠 可以满足规范中以及符 合应有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 因此不再自备柴油发电机组或其他集中式应急电源 第二节 电压选择第二节 电压选择 本工程为高层综合楼 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 TN S 系统配电 第三节 第三节 电能质量电能质量 采用以下措施保证电能质量 某高层建筑高低压供配电系统设计 12 一 采用铜芯电缆 选择合适导体截面 将电压随时限制在 5 以内 二 气体放电灯采用低谐波电子镇流器或节能型电感镇流器 并就地无 功功率补偿使其功率因数不小于 0 9 在变电所低压侧采取集中补偿 自动投切 三 将单项设备均匀分布与三厢配电系统中 四 照明与电力配电回路分开 对较大容量的电力设备如电梯 空调机 组 水泵等采用专线供电 某高层建筑高低压供配电系统设计 13 第四章第四章 电力变压器的选择电力变压器的选择 第一节第一节 变压器型号及台数选择变压器型号及台数选择 本工程为一般高层综合楼 属于一类高层 防火要求较高 且为减少 占地 变电所位于主体建筑一层内 故宜采用三项双绕组干式变压器 联结组别为 Dyn11 无励磁电压 电压比 10 0 4KV 为节省空间 变压 器与开关柜布置在同一房间内 变压器外壳防护等级选用 IP2X 因为 本工程具有较大的一 二级负荷 故应选用两台或两台以上的变压器 第二节第二节 变压器容量选择变压器容量选择 本工程总视在计算符合为 2175KVA cos 0 91 其中一 二级负荷 187KVA cos 0 91 选择两台等容量变压器 互为备用 每台容量按总视在计算负荷容量 的 70 左右且大于全部一 二级负荷选择 KVA 5 152221757 0 故选择 1600KVA 变压器两台 正常运行时照明负荷与电力负荷公用变 压器 通过合理分配负荷 可以使两台变压器正常运行时负荷率相当 且都在 70 80 之间 当一台变压器故障时 另一台变压器可带全部 的一 二级负荷和部分三级负荷运行 某高层建筑高低压供配电系统设计 14 第五章第五章 变电所电气主接线设计与变电所所址和变电所电气主接线设计与变电所所址和 型式的选择型式的选择 第一节第一节 变电所高压电气主接线变电所高压电气主接线 采用单母线分段主接线形式 正常运行时 由 10KV 电源 和 电源 同时供电 母线断路器断开 两个电源各承担一半负荷 当 电源 B 故障或检修时 闭合母线联络断路器 由电源 A 承担全部负 荷 当电源 故障或检修时 母线联络断路器仍断开 由电源 承 担一半负荷 供电可靠性高 灵活性好 第二节第二节 变电所低压电气主接线变电所低压电气主接线 变电所设有两台变压器 低压侧电气主接线也采用单母线分段接线 形式 正常运行时 两台变压器同时运行 母联断路器断开 两台变压 器各承担一半负荷 当任一台变压器故障或检修时 切除部分三级负荷 后 闭合母联断路器 由另一台变压器承担全部一 二级负荷和部分三 级负荷 该接线方式供电可靠性高 第三节第三节 变电所所址的选择变电所所址的选择 本工程设置一层室内型变电所 内有两台干式变压器 某高层建筑高低压供配电系统设计 15 第六章第六章 短路电流计算短路电流计算 供电部门提供的系统短路数据如下 提供 10KV 专线电源 A 的 110 10KV 变电站距离本工程 4km 110 10KV 变 电站 10KV 母线处三相短路容量 MVA SocA 500 提供 10KV 电源 B 的 35 10KV 变电站距离本工程 1km 35 10KV 变电站 10KV 母线处三相短路容量 MVA SocB 200 第一节 变电所高压侧短路电流计算第一节 变电所高压侧短路电流计算 本工程有两个 10kv 电源供电 需要分别计算变电所 10kv 母线上的三 相和两相短路电流 采用标幺值法进行计算 取 此处仅MVA Sd 100 以系统 A 高压侧短路 如图 1 电流计算为例进行介绍 某高层建筑高低压供配电系统设计 16 1 基准值计算KV UUU Navd 5 10 51 11 基准电流KA U S I d d d 5 5 5 103 100 3 1 1 2 电抗标幺值 电力系统电抗标幺值 2 0 500 100 MVA MVA X S S oc d s 电缆线路单位长度电抗值 长度 4km 则 km x 095 0 0 电缆线路电抗标幺值为 35 0 5 10 100 4095 0 22 1 0 U S x av d L lX K 1 点短路时等效电路如图 2 所示 K 1 点短路时总电抗标幺值为 55 035 02 0 Ls XXX 三相短路电流为 kA X I Id k 10 55 0 5 5 1 3 三相次暂态短路电流及短路稳态电流为 某高层建筑高低压供配电系统设计 17 kA IIIkk 10 3 3 三相短路冲击电流为 kAkA ish 5 251055 2 3 kAkA Ish 1 151051 1 3 三相短路容量为 MVA IUSkavk 9 18110 5 10732 1 3 3 1 3 两相短路电流为 KA IIkk 7 810866 0 866 0 3 2 按照同样的方法可以计算出系统 B 高压侧 k 2 点短路时三相短路电流和 两相短路电流 变电所高压侧短路计算书如表 5 所示 表 5 基准值 MVA Sd 100 kA Ud 5 10 1 kA Id 5 5 1 三相短路电流 短 路 点 电抗标幺值X 3 k I I 3 k I sh I 三相短路 容量 3 MVA Sk 两相短路 电流 2 kA Ik 系统0 2 k 1 线路0 35 10101015 1181 98 7 系统0 5 k 2 线路0 086 9 49 49 414 2170 98 2 第二节 变电所低压侧短路电流计算第二节 变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 3 所示 正常运行时 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 某高层建筑高低压供配电系统设计 18 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 以变压器 低压侧 3 点短路时短路电流计算为例介绍计算过程 KV UU Nd 4 038 0 05 1 05 1 KA U S I d d d 3 144 4 03 100 3 变压器电抗标幺值 某高层建筑高低压供配电系统设计 19 8 2 1600 10100 100 5 4 100 3 S SU X N dk T 总电抗标幺值 35 3 8 235 0 2 0 XTLs XXX 三相短路电流为 kA X I Id k 1 43 35 3 3 144 3 三相次暂态短路电流及短路稳态电流为 kA IIIkk 1 43 3 3 三相短路冲击电流为 kAkA ish 3 79 1 4384 1 3 kAkA Ish 47 1 4309 1 3 三相短路容量为 MVA IUSkavk 9 29 1 434 0732 1 3 3 1 3 两相短路电流为 KA IIkk 3 37 1 43866 0 866 0 3 2 某高层建筑高低压供配电系统设计 20 第七章第七章 防雷与接地系统设计防雷与接地系统设计 第一节第一节 建筑物防雷类别的确定建筑物防雷类别的确定 本工程为一类高层综合楼 地面 22 层 地下一层 地面一到四层为 商场 四层以上均为办公用房 顶层为设备层 变电所设在一层 楼高 99 8m 年预计累计次数为 N 0 11 为二类防雷建筑 第二节第二节 建筑物防雷措施建筑物防雷措施 作为第二类防雷建筑物 应有防直击雷和防雷电波侵入的措施 由于 楼高度超过 45m 还应采用防侧击雷和等电位的保护措施 另外 本建 筑物内内装有电子信息系统设备 还应有防雷击电磁脉冲的措施 第三节第三节 建筑物外部防雷装置的布置建筑物外部防雷装置的布置 某高层建筑高低压供配电系统设计 21 一 屋面采用 12mm 镀锌圆钢作为接闪器 沿女儿墙四周敷设 支 持卡子间距为 1m 转角处悬空段不大于 0 3m 避雷带高出屋面装 饰柱或女儿墙 0 15m 屋面采用 12mm 镀锌圆钢做成小于 10mX10m 避雷网格 并与屋面的钢网架 屋面板及现浇梁 柱 内的钢筋与柱内作为防雷引下线的两更柱子主筋做有效的连接 全部金属物均连接成为一体 二 突出屋面的所有金属构件 金属通风管 屋顶正压风机等均应 与避雷带可靠焊接 三 本工程采取以下防侧击和等电位的保护措施 a 将 45m 及以上各层外围梁两个主筋通长焊接 并与各引下线焊接 b 将 45m 及以上外墙上的栏杆 门窗等较大的金属物与防雷装置连接 c 竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端与防雷装置连接 第四节第四节 雷电过电压保护设计雷电过电压保护设计 一 一 高压电气装置过电压保护设计高压电气装置过电压保护设计 本工程 10KV 变电所布置于室内一层 已在主体建筑物的防雷保护范 围之内 因此高压电气设备不需要装设直接雷击保护装置 但须采取防 雷电波侵入的过电压保护 具体做法是在两路 10KV 电源进线隔离柜内电源电缆终端侧和变压器 某高层建筑高低压供配电系统设计 22 柜出线电缆终端侧安装氧化锌避雷器 其接地线与变压器中性点以及金 属外壳连接在一起 二 二 低压电气装置过电压保护设计低压电气装置过电压保护设计 本工程具有中等规模的商场与办公自动化系统 具有较高的自动化与 智能化程度 有大量的电子信息设备 需要防雷击电磁脉冲 除根据建 筑物和房间不同防雷区的电磁环境要求在外部设置屏蔽措施 以合适的 路径辐射线路屏蔽措施外 还采取以下措施 向电子信息系统供电的低压配电系统采用 TN S 接地形式 分别在变电所低压母线上和终端配电箱处安装电涌保护器 安装于变 电所低压配电柜处为第一级 SPD 安装与终端配电箱处为第二级 SDP 第五节 第五节 电气装置接地与等电位联结设计电气装置接地与等电位联结设计 一 一 电气装置的接地与接地电阻的要求电气装置的接地与接地电阻的要求 本工程电气装置的接地类型由系统工作接地 安全保护接地 雷电保 护接地等 将上述接地与建筑物电子信息系统采用共同的接地系统 并 实施等电位连接措施 共用接地装置的接地电阻按接入设备要求的最小值确定 不大于 1 二 二 接地装置的设计接地装置的设计 一 一 利用建筑物钢筋混凝土基础内的钢筋作为自然接地体 将基础 底板上下两层主筋沿建筑物外圈焊接成环形 并将主轴线上的基础梁及 某高层建筑高低压供配电系统设计 23 结构底板上下两层主筋相互焊接做接地体 二 二 接地装置完工后 应实测其接地电阻 如大于 1 还应补设 人工接地体 人工接地体采用以水平接地体为主的闭合环形接地网 三 三 各种接地引下线一般利用柱子或剪力墙内两根 16mm 以上主筋 通长相互焊接 引至局部等电位端子箱 LEB 再通过镀锌扁钢与各设备 房接地干线相连 各种接地引下线的下端应通过镀锌扁钢或连接导线与 基础接地网可靠焊接并作防腐 四 本工程还采用一 40mmX4mm 镀锌扁钢沿建筑物四周辐射成闭 合形状的水平人工接地体与自然接地体相连 水平人工接地体埋深 0 8m 规格材料满足规范要求 五 五 变配电室内 强电竖井内采用一 40mmX4mm 镀锌扁钢做接地 干线 第六节第六节 等电位联结设计等电位联结设计 一 本工程采用总等电位联结 其总等电位联结线必须与楼内所有可 导电部分相互连接 二 本工程在下列场所实施局部等