建筑电气相关.doc

河南理工大学毕业设计说明书 摘 要本设计的对象为河南理工大学图书馆（南校区），它是集借阅、学习为一体的大型建筑物。建筑总面积约20000平方米，共六层。本设计以国家民用建筑电气设计规范和相关标准为依据，主要包括强电与弱电设计两大部分。强电部分有：低压供配电系统设计，照明系统设计，防雷与接地系统设计，其中包括负荷计算、短路电流计算、照度计算、无功功率补偿计算等。弱电部分有：火灾报警及消防联动控制系统设计，电话系统设计，多媒体现代教育系统设计等。作为毕本设计以建筑电气业设计，其目的是通过设计实践，综合运用电气专业所学知识，理论联系实际，锻炼独立分析和解决建筑电气设计问题的能力，为未来的工作奠定坚实的基础。 关键词：建筑电气； 图书馆； 照明系统； 防雷与接地ABSTRACT The design of the object to Henan University of Technology Library (South Campus), which is a loan, learning as one of the large buildings. The total construction area of about 20,000 square meters, a total of six. The design of the national civil electrical design specifications and standards-based, including strong and weak electrical design of two parts. Strong electric parts are: low-voltage power supply and distribution system design, lighting design, lightning protection and grounding system design, including load calculations, short circuit current calculation, illumination calculations, the calculation of reactive power compensation. Some are weak: fire alarm and fire control linkage system, telephone system design, multimedia design, modern education system. As the end of this design to architectural design of electrical industry, which aims to design practice through the comprehensive use of electrical professionals the knowledge, theory with practice, exercise independent analysis and problem solving capacity building electrical design for the future and lay a solid foundation. Keywords: Building Electrical; Library; lighting system; Lightning Protection and Grounding目 录摘要ABSTRACT1 绪论1 1.1 工程概述1 1.2 高层民用建筑的分类1 1.3 高层民用建筑的特点1 1.4 建筑电气设计的组成3 1.5 国内外现代图书馆电气设计的现状41.6 本设计完成的主要任务42 供配电系统设计6 2.1 负荷分级及供电措施6 2.1.1 负荷等级6 2.1.2 各级负荷的供电措施6 2.1.3 配电系统原则6 2.1.4 图书馆电压等级的确定6 2.1.5 本工程的负荷分级与供电措施6 2.2 负荷统计计算6 2.2.1 负荷计算方法6 2.2.2 负荷计算6 2.3 短路电流计算6 2.3.1 短路电流计算目的6 2.3.2 本工程短路电流计算6 2.4 无功功率补偿6 2.4.1 无功功率在系统传输中所造成的影响6 2.4.2 本工程的无功功率补偿6 2.5 电气设备的选择6 2.5.1 低压断路器的选择6 2.5.2 低压开关柜的选择6 2.5.3 导线电缆的选择及敷设63 照明系统设计9 3.1 一般规定9 3.1.1 照明设计的基本要求9 3.1.2 照明方式和照明种类9 3.1.3 高效照明光源的选择原则9 3.1.4 照明灯具的选择原则9 3.1.5 本工程光源与灯具的选择9 3.2 照度计算9 3.2.1 照度计算公式及一般步骤9 3.2.2 本工程照度计算9 3.3 本工程的照明设计要求11 3.3.1 一般照明设计9 3.3.2 应急照明设计94 弱电系统设计13 4.1 自动报警系统设计13 4.1.1 消防等级的确定13 4.1.2 消防控制室和消防联动控制13 4.1.3 本工程的消防报警总体设置14 4.1.4 火灾探测器的选择14 4.1.5 火灾探测器的设置14 4.1.6 火灾手动报警按钮的设置14 4.1.7 消防电话与广播的设置14 4.2 导线选择与线路敷设14 4.2.1 导线选择的一般原则14 4.2.2 室内火灾系统的线路敷设14 4.3 通信网络系统设计15 4.3.1 通信网络系统的一般规定15 4.3.2 电话系统设计16 4.4 多媒体现代教育系统17 4.5 综合布线系统175 防雷与接地系统设计19 5.1 建筑物防雷等级确定19 5.2 防雷措施22 5.2.1 防直击雷19 5.2.2 防雷电波侵入195.3 等电位接地设计23 5.4 本工程的防雷接地保护措施196 结论19致谢24参考文献28附录331 绪论1.1 工程概述图书馆是搜集、整理、收藏图书资料供人阅览、参考的机构, 随着社会经济的发展，现代图书馆所具有的功能也越来越多、越来越强,智能建筑的出现也赋予了图书馆全新的概念。本设计之对象为河南理工大学图书馆，集借阅与办公为一体，建筑面积约21000平方米，地下一层，地上五层。其中，地下室（一层）包括地下大厅、阅览室、空调机房、变配电室等。地上二层面积约为3000平方米，由3个（借）阅览室、4个消防装置、休息大厅、等组成。三层与二层基本类似，增加了1个办公室。四层则有2个（借）阅览室、1个多媒体视听室、2个办公室、4个消防装置。五层由1个英语多媒体教室、1个研究生阅览室、自习室、消防装置组成。六层为一个超大型自习室。一到六层每层面积约为3000平方米。每层均配有中央空调，电梯，厕所，配电房等。1.2 高层民用建筑的分类 高层民用建筑包括居住建筑和公共建筑两类,而根据防火设计要求和建筑高度,高层民用建筑又可分为一类建筑和二类建筑。 一类居住建筑包括高级住宅和十九层及十九层以上的普通住宅。 一类公共建筑包括医院、高级旅馆、建筑高度超过50m或每层建筑面积超过1000m2的商业楼、展览楼、综合楼、电信楼、财贸金融楼；建筑高度超过50m或每层建筑面积超过1500m2的商住楼，中央级和省级（含计划单列市）广播电视楼，网局级和省级（含计划单列市）电力调度楼，省级（含计划单列市）邮政楼、防灾指挥调度楼，藏书超过100万册的图书楼、书库，重要的办公楼、科研楼、档案楼；建筑高度超过50m的教学楼和普通的旅馆、办公楼、科研楼、档案楼等。二类居住包括建筑十层至十八层的普通住宅。二类公共建筑包括除一类建筑以外的商业楼、展览楼、综合楼、电信楼、财贸金融楼、商住楼、图书馆、书库；省级以下邮政楼、防灾指挥调度楼、广播电视楼、电力调度楼；建筑高度不超过50m的教学楼和普通的旅馆、办公楼、科研楼、档案楼等。河南理工大学图书馆属于一类公共建筑.1.3 高层民用建筑的特点1、高层民用建筑采用10KV甚至35KV高压供电，而一般高层图书馆则可采用城市公用变压器低压供电；2、高层民用建筑的用电量大，对电气设备的要求较高；3、高层民用建筑对消防系统的安全、可靠性要求较高；4、高层民用建筑对防雷、接地等安全要求较高；5、高层民用建筑功能较全，对弱电部分依赖较多，智能化水平较高。1.4 建筑电气设计的组成建筑电气设计是现代建筑的重要组成部分，一般来讲，建筑电气设计大致分为强电部分和弱电部分。强电部分的设计包括低压配电系统，动力照明干线系统，配电箱系统和导线电缆的敷设。强电部分是建筑电气设计的基础和主干部分，建筑电气的重要性和可靠性都取决于强电部分设计的好坏。而弱电部分包括有线电视及卫星电视系统，通信系统，广播扩声系统，火灾自动报警与消防联动系统还有综合布线系统，目前设计中比较深化的是火灾报警及消防联动系统与综合布线系统两部分。随着建筑智能化水平的提高，弱电部分的系统增加很多，弱电系统占基建投资的比率也越来越高，因此设计好弱电的各个子系统，对节约投资、提高智能化水平是有重要意义的。1.5 国内外现代图书馆电气设计现状 伴随着计算机的普及和信息产业的发展，在建筑业出现了智能建筑，而随着人们生活水平的不断提高，智能建筑得到了迅猛发展，并已成为21世纪建筑业的发展主流，图书馆的智能化自然也不例外。这同时也对建筑的电气设计提出了更高的要求。作为现代文明、知识的载体，现代图书馆的电气设计必须具备以下条件：一是一套先进的楼宇设备控制系统，以营造一种温馨、回归大自然的环境。二是一套结构化布线系统，将整座图书馆的的数据通信、语音通信、多媒体通信融为一体。三是一个现代化的通讯系统，以满足现代信息社会高效率的学习工作需求。四是一个对图书馆的强电设备和弱电系统进行统一监视和管理的系统集成平台，为读者提供良好的借阅管理和一流服务。我国智能建筑的起步较晚，但近几年来，在北京、上海、广州等大城市，也相继建起了具有相当水平的智能图书馆。在可预见的未来，图书馆是融印本信息资源和数字化信息资源为一体的“兼容性图书馆”，为此，图书馆的电气设计必须满足通过遍布建筑物的传感器能够持续地报告到馆的用户数量，特定区域的用户数量、安全警报、安全的入口情况，保护区的入口情况等。而建筑物内部的设计允许根据需要随时扩展或收缩空间，而遍布建筑物的电力和电子通信网络则便于电能、电话、数据传输、电视、安全管理及采集等功能的内部互联，而这些也促使了现代建筑（图书馆）的电气设计高度自动化、集成化、智能化和信息化1.6 本设计完成的主要任务 本设计的主要任务： 1、强电部分如图书馆的供电系统设计、照明系统设计、防雷与接地系统设计。包括负荷的计算、无功功率的补偿计算、导线的选择、并根据负荷计算的结果选择合适的电气设备；防雷及接地系统介绍防雷的意义，防直击雷应该采取的措施，根据实际情况分析选用合适的接地方式等。 2、弱电部分如对火灾报警及消防联动控制系统设计，电话系统设计、综合布线系统。包括火灾探测器的类型及选择，各种火灾探测器的安装；电话系统及布线综合系统的原理等。2 供配电系统设计 供配电系统的设计应按照负荷性质、用电容量、工程特点、建筑规模和发展规划以及当地供电条件来确定合理的设计方案，保障供电安全可靠、技术先进、经济合理、便于管理和维护。2.1 负荷分级及供电措施2.1.1 负荷等级民用建筑电气负荷，根据建筑物在政治、经济上的重要性或用电设备对供电可靠性的要求，分为三级。即一级负荷、二级负荷、三级负荷,并应符合下列规定： 一、符合下列情况之一时，应为一级负荷： 1中断供电将造成人身伤亡时。 2中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如：重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。 3中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。例如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。 二、符合下列情况之一时，应为二级负荷： 1中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。例如：主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。 2中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。 三、不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。在本设计图书馆中，根据负荷等级的分类，消防中心、消防栓泵、喷淋泵、消防电梯、防烟排烟风机、应急照明等消防设备为一级负荷；普通电梯、生活水泵和弱电机房为二级负荷；而普通照明为三级负荷。2.1.2 各级负荷的供电措施各级负荷用户和设备的供电措施，均与外部电源条件有关，而外部电源条件取决于工程筹建单位提供的由当地供电部门出据的“供电方案”。根据“供电方案”设计本工程的电源及供配电系统。1、一级负荷用户和设备的供电措施一级负荷用户应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到破坏。而且当一个电源中断供电时，另一个电源应能承担本用户的全部一级负荷设备的供电。一级负荷用户的变配电室内的高低压配电系统，均应采用单母线分段系统。分列运行互为备用。一级负荷设备应采用双电源供电，并在最末一级配电装置处自动切换。2、二级负荷用户和设备的供电措施二级负荷的供电系统应做到当电力变压器或线路发生常见故障时，不致中断供电或中断供电能及时恢复。应急照明等分散的小容量负荷，可采用一路市电加EPS或采用一路电源与设备自带的蓄电池(组)在设备处自动切换。3、三级负荷用户和设备的供电措施三级负荷对供电无特殊要求，采用单回路供电，但应使配电系统简洁可靠，尽量减少配电级数，低压配电级数一般不宜超过四级。且应在技术经济合理的条件下，尽量减少电压偏差和电压波动。2.1.3 配电系统的原则配电系统设计应满足供电可靠性和电压质量的要求。配电系统以三级保护为宜。系统结构不宜复杂，在操作安全、检修方便的前提下，应有一定的灵活性。配电线路或配电室及配电箱应设置在负荷中心，以最大限度地减小导线截面，降低电能损耗。同一用电设备性质相同或接近，应有同一线路供电；不同性质的用电设备应有不同支路的线路供电。在供电线路中，如果安装有冲击负荷大的用电设备，应有单独支路供电。对于容量较大的用电设备（10千瓦以上），应有单独支路供电。在三相供电线路中，单相用电设备应均匀地分配到三相线路，应尽可能做到三相平衡。由单相负荷分配不均匀所引起的中性线电流，不得超过额定电流的25；每一相的电流在满载时不得超过额定电流值。在配电系统中的配电屏、箱应留有适当的备用回路。选择导线截面也应适当留有余量。2.1.4 图书馆电压等级的确定 电网电压等级的确定，与供电方式、供电负荷、供电距离等因素有关。有关资料提供了供电电压与输送容量的关系：当负荷为2000KW时，供电电压易选6KV，输送距离在3-10公里； 当负荷为3000KW-5000KW时，供电电压易选10KV，输送距离在5-15公里； 当负荷为2000KW-10000KW时，供电电压易选35KV，输送距离在20-50公里； 当负荷为10000KW-50000KW时，供电电压易选110KV，输送距离在50-150公里； 当负荷为50000KW-200000KW时，供电电压易选220KV，输送距离在150-300公里； 当负荷为200000KW以上时，供电电压易选500KV，输送距离在300公里以上。河南理工大学由李万乡变电站提供的双10KV电源供电，沿城市电缆沟敷设至学校的10KV/0.4KV变配电站。图书馆的供电电压由就近一号二号教学楼的两个配电柜提供。2.1.5 本图书馆的负荷分级与供电措施本工程为一高层图书馆，消防中心、消防栓泵、喷淋泵、防烟排烟风机、应急照明等消防设备为一级负荷，普通电梯、生活水泵和弱电机房为二级负荷，供电方式设为一用一备，互为备用，采用双电源供电，从附近两变电站（一号教学楼和二号教学楼）引入两回路，采用单母线分段制，中间设联络柜，并在最末一级配电箱处设置自动切换装置。其它照明用电为三级负荷。2.2 负荷统计计算 计算负荷又称需要负荷或最大负荷，是按发热条件选择导体和电气设备时所使用的一个假想的持续性负荷，其热效应与同一时间内实际变动所产生的最大热效应相等。2.2.1 负荷计算的方法 1、负荷计算方法的选取 （1）需要系数法。 需用系数是用电设备组实际从电网吸收的最大负荷与该用电设备组的的额定总容量的比值。 用设备功率乘以需要系数直接求出计算负荷。这种方法比较简单，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算且计算结果基本上负荷实际。（2）利用系数法。 利用系数是用电设备组实际从电网中吸收负荷的平均值与该用电设备组额定总容量的比值。 采用利用系数求出最大负荷班的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷。这种方法的理论依据是概率论和数理统计，因而计算结果比较接近实际，但因利用系数实测与统计较难，在民用建筑电气中一般不用。（3）单位面积功率法、单位指标法。 一般情况下，在方案设计阶段可采用单位指标法；在初步设计及施工图设计阶段，宜采用需要系数法；对于住宅，在设计的各个阶段均可采用单位指标法。 因此在本工程的负荷计算中，先根据单位面积功率法大致估算本工程的计算负荷，然后再用需要系数法进行进一步计算。 2、计算系数的计算方法 (1)设备容量的计算在计算用户的设备容量时，应先对单台用电设备或用电设备组进行下列处理再相加：单台设备的设备容量一般取其名牌上的额定容量或额定功率。连续工作的电动机的设备容量即名牌上的额定功率，是用电设备的额定输出有功功率，未计入电动机本身的损耗。短时工作电机，需考虑使用系数。照明设备的设备容量采用光源的额定功率加上附属设备的功率。如荧光灯、金属卤化物灯、高压钠灯、高压汞灯，均为灯泡的额定功率加上镇流器的损耗。低压卤钨灯、低压钠灯为灯泡额定功率加上变压器的功耗。成组用电设备的设备容量不包括备用设备。消防设备与火灾时必然切除的设备取其大者计入总设备容量。 (2)计算容量的计算方案设计阶段确定计算容量时，采用单位指标法计算、并根据计算结果确定电力变压器的容量和台数，各类建筑物的用电指标如下表(JCG/T16-92)表2-1 各类建筑物的用电指标建筑类别用电指标（ W/ ）建筑类别用电指标（ W/ ）汽车库815旅馆4070中小学1220办公4080高等学校2040剧场5080商业一般：4080展览馆5080大中型：70130公寓3050演播室250500体育4070医院4070由表2-1确定图书馆的用电指标：地下室（一层）为20 W/ ，2-6层为36 W/ 。施工图设计阶段采用需要系数法。用电设备组是由工艺性质相同、需用系数相近的一些设备合并成的一组用电设备。可根据具体情况将用电设备分为若干组，在分别计算各用电设备组的计算负荷，其计算公式为: （2-1） （2-2）或 （2-3） （2-4）式中 、该用电设备组的有功、无功、实在功率计算负荷； 该用电设备组的设备总额定容量，KW； 额定电压，V；功率因数角的正切值；该用电设备组的计算负荷电流，A；需用系数单相负荷均衡的分配到三相上。当无法使三相完全平衡，且最大一相与最小一相负荷之差大于三相总负荷10%时，应取最大一相负荷的三倍作为等效三相负荷计算，否则按三相对称负荷计算。同类设备的计算容量，可以将设备容量的算数和乘以需要系数。不同类型的设备的视在功率，应将其有功负荷和无功负荷分别相加后求其均方根。表2-2 需要系数及功率因数表负荷名称规模（台数）需要系数（Kx）功率因数（）备注照明面积500m210.90.91含插座容量，荧光灯就地补偿或采用电子镇流器5003000 m20.90.70.9300015000 m20.750.5515000 m20.60.4商场照明0.90.7冷冻机房锅炉房13台0.90.70.80.853台0.70.6热力站、水泵房、通风机15台10.80.80.855台0.80.6电梯0.180.220.7(交流梯)0.8(直流梯)洗衣机房厨房100kW0.40.50.80.9100kW0.30.4窗式空调410台0.80.60.81050台0.60.450台以上0.40.3舞台照明200 kW10.60.91200 kW0.60.4注：1、一般动力设备为3台及以下时，需要系数取为Kx=1。2、大面积集中控制的灯比相同建筑面积的多个小房间分散控制的灯的需要系数大。插座容量的比例大时，需要系数的选择可以偏小些。计算电流的计算220V单相负荷的计算电流： （2-6）380/220V三相平衡负荷的计算电流: （2-7） 式中 三相设备的额定电压, =0.38KV。电力变压器低压侧的额定电流： （2-8）式中 变压器的额定容量； 变压器低压侧的额定电压，=0.4 kV。2.2.2负荷计算 2.2.2.1负荷计算 以一层地下室为例： 1、照明负荷计算方案设计阶段确定照明及插座的计算容量，采用单位指标法进行计算。河南理工大学图书馆地下一层的建筑面积约为3000，用电指标取20W/=300020=60 kW施工图阶段采用需要系数法用单位指标法做出的计算容量60 kW即为用需要系数法计算中的设备容量，因此在需要系数法下，地下室照明：=0.8560=51 kW=510.62=31.62Kvar=510.85=60kVA=1.52510.85=91.2A2、动力负荷计算（1）本设计中全楼中央空调 取0.8，。有功计算负荷空调= =0.8180=144kW无功计算负荷空调=1440.75=108（2）各类水泵、风机包括消防栓泵（主、备，=20kW）、喷淋泵 （主、备，=22kW）、生活水泵（主、备，=32kW）、排烟风机（主、备，=10kW）。以上设备均Kx取0.8，。由公式得：消防栓泵= =0.820=16 kW消防栓泵= =160.75=12喷淋泵= =0.822=17.6 kW喷淋泵= =17.60.75=13.2生活水泵= =0.832=25.6 kW生活水泵= =25.60.75=15排烟风机= =0.810=8 kW排烟风机= =80.75=6各类水泵、风机的总负荷为：泵、风机=16+17.6+25.6+8=67.2 kW泵、风机=12+13.2+19.2+6=50.4动力总负荷为：动力=67.2+144=211.2 kW动力=50.4+108=158.4所以以上设备的总计算负荷为： 2.2.2.2总负荷计算楼层设备组设备容量 KW 计算系数计算负荷 KWKVARKVAA全楼共用设备泵、风机940.80.7567.250.494142.88消防2010.7520152538电梯2010.7520152538空调1800.80.75144108180273.6 小计251.2178.4乘 226.08160.56一到三层一层照明600.850.625131.626091.2二层照明1080.850.6291.856.9108164.16三层照明1080.850.6291.856.9108164.16四层机房供电8010.758060100152 四层照明1080.850.6291.856.9108164.16五层机房供电8010.758060100152五层照明1080.850.6291.856.9108164.16六层六层照明1080.850.6291.856.9108164.16小计670436.12乘603392.51全楼总计829.08553.07986.52 参考计算结果，本工程选用容量为1000KVA的S11系列低损耗变压器。该产品采用波纹油箱全密封结构，具有外形美观、性能优良、免维护等特点。2.3 短路电流计算 短路电流是供配电系统中的相间或相地之间因绝缘破坏而发生电气连通的故障状态。其数值可达额定电流的十余倍至数十倍，而电路由常态变为短路的暂态过程中出现的高达稳态短路电流1.82.5倍的冲击电流，会对供配电系统造成严重破坏。2.3.1短路电流计算目的短路产生的后果极为严重，为了限制短路的危害和缩小故障影响的范围，供电系统的设计和运行中，必须进行短路电流计算。短路电流的计算可以为电气设备的选择，继电保护的设置和整定，主接线的接线方式和运行方式提供依据。2.3.2 本工程短路电流的估算在本次设计任务中因为不涉及到二次回路的设计，所以短路电流这部分计算不做重点考虑。下面仅就变压器低压侧母线三相短路电流进行估算：变压器额定容量Se （KVA）低压侧的额定容量Ue（KV）变压器的阻抗电压百分数Uk（%）低压侧的额定电流Ie（KA）低压侧母线出三相短路电流估算值Id(KA) 10000.3841.5237.99表2-三相短路电流估算 2.4 无功功率补偿 无功功率补偿主要是指在电力系统中的变电所或直接在电能用户变电所装设无功功率电源,以改变电力系统中无功功率的流动,从而提高电力系统的电压水平，减小网络损耗和改善电力系统的动态性能。 合理配置无功补偿（包括在什么地点、用多大容量和采用何种型式）是电力系统规划和设计工作中一项重要内容。 当企事业单位的月平均功率因数达不到0.9以上时， 就要依靠无功功率设备进行无功功率补偿，提高其功率因数。 2.4.1 无功功率在系统传输中所造成的影响 1、无功功率在输电线、变压器、设备中的流动会增加有功功率损耗和无功功率损耗； 2、电网的电压损失将会随着无功功率的增加而增加； 3、在电网输送有功功率不变的情况下，无功功率的增加使之总电流增加，会使供电系统中如变压器、断路器、导线以及测量仪器、仪器等一次、二次设备的容量、规格尺寸增大，从而使投资费用增加。2.4.2 本工程的无功功率补偿 本工程的无功功率补偿采用静电电容集中补偿装置。低压部分的无功负荷由低压电容器补偿，高压部分的无功负荷由高压电容器补偿，容量较大、负荷平稳且经常使用的用电设备的无功负荷宜单独就地补偿。 高压电容器组宜串联适当的电抗器以减少合闸冲击涌流和避免谐波放大。有谐波源的用户，装设低压电容时，宜采取措施，避免谐波造成过电压。 1、基本要求： （1）设计中应正确选择电动机、变压器的容量，减少线路感抗。 （2）当采用提高自然功率因数措施后，仍达不到下列要求时，应采用并联电力电容器作为无功功率补偿装置：高压供电的用电单位，功率因数为0.95；低压供电的用电单位，功率因数为0.9。 （3）高压供电的用电单位采用低压补偿时，高压侧的功率因数应满足供电部门的要求。 （4）采用电力电容器作为无功补偿装置时，宜采用就地平衡原则，补偿基本无功负荷的电容器组，宜在变电所内集中补偿。 （5）补偿装置的开关及导线的长期允许电流，高压不应小于电容器额定电流的1.35倍，低压不应小于电容器额定电流的1.5倍。在一二类建筑中的电容器应采用干式电容器，电容器组应设有放电装置。本设计中采用高、压混合补偿形式，低压功率因数补偿到0.9以上，高压功率因数补偿到0.95。以互相补充，发挥各补偿方式的特点，操作形式选用手动投切式。2、 公式： （1）自然功率因数的计算： （2）补偿后平均功率因数的计算： （3）补偿装置的补偿容量： Pca有功计算负荷，KW； Qca无功计算负荷，Kvar； Qc人工补偿的无功功率，用电容器补偿时则称补偿容量，Kvar； Klo平均负荷系数，计算时取0.7-0.85； 补偿前自然功率因数的正切值； 补偿后自然功率因数的正切值； 由2.2.2节负荷计算可知 Pca=850.68KW,Qca=578.27Kvar，Sca =1028.62KVA；经计算可得出自然功率因数，=0.680；高压侧需要达到的功率因数为0.95，所以高压侧需要补偿的容量Qc=238.19Kvar；低压侧需要达到的功率因数为0.9，所以低压侧需要补偿的容量Qc=136Kvar。3、并联电容器补偿方式 本设计中电容补偿的接线方式如下图（图2.4.1）所示： 图2.4.1 电容补偿的接线方式2.5 电气设备的选择2.5.1低压断路器的选择1、低压断路器的选用要点断路器的额定电压不小于线路额定电压。断路器的额定电流与过电流脱扣器的额定电流不小于线路计算负载电流。断路器的额定短路通断能力不小于线路中最大短路电流，注意进出线端的短路通断能力是否相等。断路器欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压。选择配电断路器需考虑短延时，短路通断能力和延时梯级的配合。选择电动机保护用断路器需考虑电动机的起动电流并使其在起动时间内不动作。笼型感应电动机的起动电流按815倍额定电流计算。直流快速断路器需考虑过电流脱扣器的动作方向（极性）、短路电流上升率di/dt。漏电保护断路器需选择合理的漏电动作电流和漏电不动作电流。注意能否断开短路电流，如不能断开短路电流则需和适当的熔断器配合使用。灭磁断路器选用时需考虑发电机的强励电压、励磁线圈的时间常数、放电电阻及断开强励电流的能力。2、选择结果依据断路器的选择原则，参照电子样本，本设计的全部低压断路器均选用的德力西集团生产的DZ20系列塑壳式断路器。DZ20系列塑料外壳式断路器适应于交流50Hz（或60Hz），额定电流100A至1250A，额定绝缘电压690V，额定工作电压380（400）V及以下的配电线路中，作为分配电能和线路及电源设备的过载、短路和欠电压保护。其中Y、J、G型额定电流225A及以下和Y型400A及以下的断路器亦可作为保护电动机用，在正常情况下，可分别作为线路的不频繁转换及电动机的不频繁起动之用。本系列断路器是以Y型为基础产品，由绝缘外壳、操动机构、触头系统和脱扣器四个部分组成。断路器的操作机构具有使触头快速合闸和分断的功能，其“合”、“分”、“再扣”和“自由脱扣”位置以手柄位置来区分。C型、J型和G型断路器是在Y型产品基础上派生设计而成。J型断路器是将Y型断路器的触头进行结构改进使之在短路情况下，在机构动作之前，动触头迅速斥开，达到提高通断能力的目的。本断路器的主要技术参数见表2-4。表2-4 断路器主要技术参数型号壳架等级最大的额定电流A额定电流In A功率损耗 W短路分断能力 KA（有效期）飞弧距离固定式插入式Icu /cosIcs /cosDZ20C-1601606 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160405012/0.30/80DZ20Y-10010016 20 25 32 40 50 63 80 100303518/0.3014/0.30DZ20J-100354035/0.2518/0.30DZ20G-1004050100/0.2050/0.25DZ20C-250250100 125 160 180 200 225 250455515/0.20/DZ20Y-225225100 125 160 180 200 225405025/0.2519/0.30DZ20J-225506542/0.2525/0.25DZ20G-2256080100/0.2050/0.25DZ20C-400400200 250 315 350 400658020/0.30/100DZ20Y-400759030/0.2523/0.25DZ20J-4008511042/0.2525/0.25DZ20G-400120150100/0.2050/0.25DZ20C-630630400 500 6309512020/0.30/DZ20Y-63010513030/0.2523/0.25DZ20J-63010513050/0.2525/0.25DZ20-12501250630 700 800 1000 125024030065/0.2032.5/0.25120以回路WL1为例，此回路为地下室照明回路，此回路负荷计算如下：=300020=60kW=KdPe=0.8560=51kW=510.62=31.62=510.85=60kVA=1.52510.85=91.2A整定电流为100A，故，由断路器主要技术参数表中，可选出此回路的低压断路器型号为DZ20J-160（100A）。电流互感器选用华东电气生产的LMK1-0.66 75/5型号的产品。其他低压断路器选择见附录低压配电系统图。2.5.2低压开关柜的选择1、低压开关柜选择依据：（1）工作电压。对0.4/0.22kV电压，一般低压配电设备都能满足。 （2）主母线工作电流。250A以下可以使用挂（嵌）墙安装的配电箱；250A以上到630A可选用动力箱，靠墙安装，如XL21等，可共母线拼接；630A以上要选用开关柜，GCK等柜型一般做到3200A，MNS可做到5000A。 （3）结构形式和防护等级。开关柜有固定柜、抽屉柜和插拔开关固定安装等几种；固定柜如GGD结构简单工作可靠，安装占地面积大，故障检修停电范围大，但因造价低在工业厂房仍然得到广泛应用；抽屉柜如MNS、GCK、GCS等安装占地面积小，故障时恢复供电快，缺点是每个抽屉后面的插接件技术要求高，较易发生故障，其价格也稍高，虽然如此，仍然在民用建筑特别是设在高层建筑地下室的变电所中得到广泛应用；插拔开关固定柜是近几年推出的新型开关柜如ArTu柜，这种柜型使用插拔式断路器，具有抽屉柜的优点，却克服了抽屉柜的缺点，唯价格偏高，在大型重要的公共建筑中使用较多，且有推广应有的趋势。配电柜有不同的防护等级，可根据户内户外，工作环境，与其它电气设备的间距等因素选用。 （4）开关柜的短时耐受电流等电气参数要根据计算结果选用。 （5）使用环境如海拔高度，环境温度等。根据以上几点要求，本工程选用型号为GHK2型低压固定组合式开关柜。GHK型低压固定组合式开关柜应用于电力系统中的变配电、自动化管理系统，可以通过自动监测系统对电力系统中的各种电力参数、工作状态、音响报警、故障切除、电量分析、打印报表、避峰添谷等进行自动监测，还可以根据需要手动操作监测人一回路的电力参数、工作状态以及工作切除。实现了配电系统的职能管理。实现了开关板行业机电一体化在变配电系统中的应用。其适用于交流5060Hz，额定工作电压380V，最高额定电压可至660V，额定工作电流6300A及以下配电变压器的电力系统中，作为配电、动力、照明、无功补偿、电动机控制中心等用，能够满足广大用户的不同使用要求。GHK2型低压固定组合式开关柜主要技术参数见表2-5。表2-5 开关柜主要技术参数额定工作频率5060Hz受流电流（A）1000、1600、2000、2500、3200、4000额定工作电压（V）380主母线额定短时耐受电流30、50、65 kA绝缘电压（V）500主母线额定短时耐受峰值电流63、105、135 kA水平母线额定电流（A）1000、1600、2500、4000工频耐压1min（V）2500垂直母线额定电流（A）630、1000、1600控制电机容量（kW）0.5320 kW馈电电路最大电流（A）3000A外壳防护等级IP302、其使用条件如下： （1）周围空气温度不高于+40摄氏度，不低于-5摄氏度，且24小时内平均温度不高于+35摄氏度。 （2）大气条件：空气清洁、相对湿度在最高温度为+40摄氏度时不超过50%，在较低温度时允许有较大的相对湿度。(例如+20摄氏度时为90%)应考虑到由于温度的变化可能会偶然产生凝露的影响。 （3）海拔高度不超过2000M。（4）运输和储存：在-25摄氏度至+55摄氏度范围之间，在短时间内（不超过24小时）可达+70摄氏度。该开关柜全部采用螺钉紧固连接而成，所有的开关元件安装在专用的元件室内，并与垂直母线室用钢板隔开，上下单元之间设有金属或绝缘隔板，母线室与元件室和电缆室用钢板隔开，电缆室与垂直母线用钢板或绝缘板隔开，确保了各功能单元运行和维护时的安全，有效的防止某一单元因故障影响其它单元的正常运行。所有的单元，单回路时方案的塑壳开关在100A系列以上的均采用柜外旋转式操作机构，其操作机构与门板设有闭锁，确保操作安全的可靠性。同时防止了因闭合开关时短路飞弧对人身的伤害，且开关的操作机构在开关断开时，手柄能被挂锁锁住，防止人为的误操作接通开关。2.5.3导线电缆的选择及敷设低压供配电电缆的选择是电气设备选择安装和通信机房设计的重要内容之一。电缆时分配电能的主要器件，选择得合理与否，将直接影响到有色金属的消耗量和线路投资，以及用电设备的安全经济运行。低压供配电电缆的选择，必须满足用电设备对供电安全可靠和电能质量的要求，尽量节省投资，布局合理，维修方便。抵押电缆的选择主要包括三个方面：导体材料与型号的选择；截面的选择；颜色的选择。2.5.3.1导线型号的选择1、导线、绝缘及护套材料的选择电线、电缆常用