同济大学 电气工程6-7

第六章变配电工程设计,第一节概述一、设计内容与设计要求1）设计说明内容,变电所的位置和形式,电源进线及线路敷设方式,变电所主接线,高低压主开关与母线联络开关之间的联锁和切换方式,补偿电容柜,计量方式,高低压开关柜的形式,无功率补偿方式,系统接地,变压器的台数和型号,（2）高低压供电系统图的设计内容,在开关、仪表等设备旁表明器件型号、规格,标注栏从上至下次序的内容为：开关编号、回路编号、设备容量、计算电流、导线型号及规格、用户名称,（3）设备布置图,按比例画出各设备的平面、剖面布置图,进出线的敷设、导线规格及型号,选用标准图籍应注明标准图号和页次,（4）继电保护二次电路图与屏面布置图（5）照明与接地平面图,接地极和接地线的平面布置图、设施材料、规格、埋设深度、接地电阻要求,引用标准安装图籍图号及页码,2、涉及内容及工作,高低压系统图,1）供电电源、回路数、电压等级、有无备用电源、供电系统结构。2）电气设备选择：根据计算电流确定设备、导线的规格。3）通过计算确定补偿电容容量及电容柜选择。4）变压器台数与容量选择。,设备布置图,1）根据系统图进行平面布置。2）标出设备及安装尺寸。3）有电缆沟的，用剖面图表达沟的位置、深等。,保护二次电路图,1）继电保护的保护配置与整定电流。2）低压断路器和熔断器的保护计算。3）开关保护的上下级配合计算。4）备用电源的投入及切换方式。,照明与接地平面,1）接地平面图布置。2）接地电阻计算。3）接地极、接地线的规格。4）接地极的数量。5）照明系统图。6）照明平面布置图。,二、工程实例根据负荷计算选择变压器容量及台数。根据负荷等级选用备用电源。（1）设备容量计算设备功率的确定：设备的额定功率Pe或额定容量Se是指名牌上的数据。对于不同负载持续率下的额定功率或额定容量，应换算为统一负载持续率下的有功功率即设备功率。连续工作、短时工作、断续工作（电焊机、吊车电机）。单相用电设备的等效三相设备容量的换算。,（2）采用的确定负荷的计算方法需要系数法确定计算负荷（KX、con通过查表获得）利用系数方确定计算负荷（KL、con、tg通过查表获得）二项式法确定计算负荷（二项式系数、con、tg通过查表获得）,第二节供电系统一、设计原则1、供电电源及供电电压,电气设计规范,一级负荷：应有两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一电源不应同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除有两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。,二级负荷的供电系统，宜有两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100的二级负荷。,可作应急电源的：1）独立于正常电源的发电机组。2）供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路。3）蓄电池。4）干电池。,常用的供电方案：1）0.22kV/0.38kV低压电源供电（三级负荷）2）一路10(6)kV高压电源供电（三级负荷）3）一路10(6)kV高压电源、一路0.22kV/0.38kV低压电源供电（二级负荷）4）两路10(6)kV高压电源供电（一、二级负荷）5）两路10(6)kV高压电源供电、自备发电机组备用（负荷大、可靠性高用户）6）两路35kV高压电源供电、自备发电机组备用（负荷特别大用户）,2、高压电气主接线1)一路电源进线单母线接线,2）两路电源进线的单母线接线（一用一备）,3）无联络的分段单母线接线,4）母线联络的分段母线接线,3、低压电气主接线1）单母线接线2）分段母线接线，两段母线互为备用，母联开关手动或自动切换。计量,照明电价负荷,普通工业电力电价负荷,非工业电价负荷,4、变配电设备的选择1）变压器选择：a)根据计算负荷。b)两台或两台以上的变压器，当其中一台停用后，其余变压器应能保证全部一类负荷及大部分二类负荷的用电。c)负荷等级、负荷性质。d)建筑的防火要求等。2）高压配电设备的选择高压电器应按正常工作条件下的额定电压、额定电流等来选择。还要考虑设备的环境条件。隔离开关：用于隔离高压电源，保证高压设备检修工作的安全。,高压断路器：用于接通和断开高压电路中的负载电流及自动断开短路和过载等故障电路。高压避雷器：保护高压线路和变电设备免受雷电所产生的大气过电压损害。高压互感器：电流互感器:将一次回路的大电流转换为1A或5A的小电流以满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求。电压互感器：将一次回路的高电压转换为100V的电压，以满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求。高压开关柜：变电所接受、分配电力和大型高压电动机启动、保护用的设备。,3）低压配电设备的选择应满足配电工作电压、电流、频率、精度等级和使用环境的要求。刀开关：不带熔断器式的刀开关、带熔断器式的刀开关、负荷开关。空气断路器：用于配电线路和电气设备的过载、欠压、失压和短路保护。低压熔断器：用于配电线路和电气设备的短路保护。接触器：适用于远距离频繁地通、断电路的电器。继电器：过流继电器、热继电器、时间继电器。(二次回路、控制回路）,第三节变配电所布置,一、变电所位置1）接近负荷中心。2）进出线方便。3）接近电源侧。4）运输方便。5）避免设在剧烈振动或高温场所。6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，要设在盛行风的上风处。7）避免设在经常积水的正下方，且不宜与之相邻。,8）避免设在有爆炸危险环境的相邻、正上方或正下方。不宜设在有火灾危险环境相邻、正上方或正下方。9）避免设在地势低洼和可能积水的场所。二、变电所的型式按结构分：1）户外变电所2）户内变电所3）柱上变电所,按变电所的位置分：1）附设变电所2）独立变电所3）车间内变电所三、变电所的布置1）考虑设备的维修、检修、试验及搬运的方便。2）高、低压配电室内通道应满足电气设计规范要求。3）值班室应尽量靠近高低压配电室，且有直通门。,4）高低压配电室都应考虑自然通风和采光，并应有防止雨、雪和小动物进入的措施。5）双层布置时，变压器室应设在底层，设于二层的设备布置应留有吊运设备的孔和空间。6）适当考虑变电所本身扩展的余地。7）有一级负荷用电时，母线分段处应设防火板或有门洞的隔墙。供一级负荷用电的两路电缆不应通过同一电缆沟，当无法分开时，同一电缆沟中的两路电缆应采用阻燃电缆，并分别敷设在电缆沟的两侧支架上。,第四节二次电路,一、操作电源与所用电源断路器的操动机构主要有电磁操动机构和弹簧储能操动机构。1）大型配电所或供一级负荷的配电所：装有电磁操动机构的断路器，应采用220V或110V蓄电池作为合、分闸直流操作电源。装有弹簧储能操动机构的断路器，宜采用小容量镉镍电池作为合、分闸操作电源。,2）中型配电所：装有电磁操动机构的断路器，合闸宜采用硅整流，分闸电源可采用小容量镉镍电池装置或电容储能。对重要负荷供电时，合、分闸电源宜采用镉镍电池装置。装有弹簧储能操动机构的断路器，宜采用小容量镉镍电池装置或电容储能式硅整流装置作为合、分闸操作电源。3）小型配电所：宜采用弹簧储能操动机构合闸和去分流分闸的全电流操作。,操作电源：用来对断路器的分、合闸回路，继电保护装置以及其他控制信号回路供电的电源。操作电源应能在正常和事故情况下不间断供电。操作电源有交流和直流两种。交流操作电源：投资低，接线简单，运行维护方便。但采用交流操作保护装置时，电流互感器二次负荷增加，有时不能满足要求。直流操作电源：有硅整流、电容储能装置、镉镍蓄电池和复式整流装置等几种。,所用变压器变电所的所用电源要根据变电所的规模、电压等级、供电负荷等级、操作电源种类等因数来确定。35kV变电所一般装设两台容量相同的所用变压器，可互为备用。10kV变电所，当负荷等级较高时，一般宜设所用变压器。当负荷级别较低，采用交流操作电源时，供给操作、控制、保护信号等的所用电源，可引自低压互感器。,二、继电保护配置1、继电保护的一般原则必须满足四个基本要求：选择性、快速性、灵敏性、可靠性。选择性：供电系统发生故障时，继电保护装置只将故障部分切除，保证无故障部分继续运行。快速性：快速切除短路故障可以减轻短路电流对电气设备的破坏程度。灵敏性：对被保护电气设备可能发生的故障和不正常运行方式的反应能力。,可靠性：该动作时不拒绝动作，而在不该动作时不会误动作。三、断路器的控制、信号回路断路器的控制、信号回路的设计原则如下：1）内容：控制保护回路、合闸回路、事故信号回路、预告信号回路、隔离开关与断路器闭锁回路等。2）控制、信号回路电源：使用交流还是直流电源由操动机构的形式决定。弹簧操动机构的电源可用直流或交流电源。电磁操动机构用直流电源。,3）监视：灯光监视和音响监视两种方式。4）接线要求：能监视电源保护装置及跳、合闸回路的完整性。能指示断路器合、分闸的位置状态，自动合、分闸应有明显信号。有防止断路器跳跃的闭锁装置。合闸或跳闸完成后，动作命令脉冲自动解除。接线应简单可靠，使用电缆芯最少。5）当控制电源采用复式整流（硅整流配合电容储能）装置的直流电源系统时，控制回路的正电源的监视应改用重要回路合闸位置继电器监视，指示灯等常接负荷的电源正极改为信号小,母线或灯光小母线。6）事故跳闸的信号回路应采用不对应原理接线。7）事故信号、预告信号能使中央信号装置发出音响及灯光信号，并用信号继电器直接指示故障性质。四、电气测量与电能计量10kV变电所的测量与计量表的设置位置。表6-7五、中央信号装置变电所控制室或值班室一般设中央信号装置，由事故信号和预告信号组成。六、工程实例分析,第七章动力和照明电气设计,第一节低压配电系统设计低压配电系统的定义：指从终端降压变电所的低压侧到低压用电设备的电力线路，其电压一般为380V/220V。一、民用建筑低压配电系统的配电要求建筑内用电设备多为低压设备，必须保障各用电设备的正常运行。（1）满足供电可靠性：根据不同的民用建筑对供电的可靠性要求和民用建筑的用电负荷等级，确定供电电源和供电方式、供电线路。,（2）满足用电质量要求：是指电压偏移、电压波动和闪变、频率偏差、谐波等符合用电设备对电源质量的要求。（3）满足用电负荷发展要求：设计时适当考虑发展的要求。配电设备预留有适当的备用回路。（4）其他要求低压配电线路应简单，并有一定的灵活性。配电系统的电压等级不宜超过两级。配电操作安全、维修方便。单相设备要配平，力求达到三相平衡。节省有色金属消耗，减少电能损耗，降低运行费用。,二、建筑低压配电系统的分类及要求1、居住小区和住宅低压配电居住小区配电系统,放射式树干式两者相结合环形网络,小区配电系统,多层住宅建筑群1）宜采用树干式和环式配电系统2）照明和动力可同一回路3）当动力负荷会引起电压波动，可设专用回路供电,住宅配电系统1）一户一表计量。多层住宅，电表集中于首层或中间层。小高层、高层住宅电表相设在每层的强电井内。2）公用设备用电计量：i)设公用电度表，分摊计算。ii)设置功率均分器，分配至各户计量表。,高层住宅建筑1）宜采用放射式配电系统2）照明和动力负荷宜以不同的回路配电,2、多层建筑低压配电1）将动力与照明负荷分成不同的配电系统。2）以放射式方式对较大负荷或较重要的负荷配电。3）树干回路应根据用电负荷密度、性质、维护管理及防火分区等综合考虑。4）以树干式和分区树干式对层配电间或层配电箱配电。5）以放射式或与树干式相结合的方式，对分配电箱配电。6）动力和照明应分别计量。,3、高层建筑低压配电1）将照明与动力负荷分成不同的配电系统，消防及其他防灾用电设施的配电宜自成体系。2）容量较大的集中负荷或重要负荷宜从配电室以放射方式配电。各层配电间配电宜采用下列方式：工作电源采用分区树干式，备用电源采用分区树干式或由首层到顶层垂直干线的方式。工作电源、备用电源均采用由首层到顶层垂直干线的方式。,工作电源采用分区树干式，备用电源取自应急照明的电源干线。重要负荷的工作电源与备用电源应在末端进行切换。配电箱设置、配电回路划分要根据负荷性质、密度、防火分区、维护管理等进行设计。对宾馆、饭店、公寓等建筑内的贵宾客房配电宜采用专用分支回路，其他可以树干式配电。,三、常用低压配电系统的配电方式1、基本方式1)放射式：每个负荷单独线路供电。线路故障影响范围小。可靠性较高，控制灵活，易于实现集中控制。适用于大容量设备，或要求集中控制的设备，或供电要求高的设备。线路多，有色金属消耗大。,2)树干式：多个负荷由一条干线供电。线路少，投资省。干线故障影响范围大，可靠性较低。适用裕明敷线路和可靠性要求不高或小容量设备。,3)环形式：分开环和闭环两种。闭环时，当一段线路发生故障或停电检修时，可由另一侧线路供电。闭环供电可靠性较高，但保护整定复杂。开环时发生故障会中断供电，开环配电线路只对二、三级负荷供电。,2、其他配电方式：链式和混合式1）链式后面设备的电源引自前面设备的端子。线路上无分支点，适合穿管敷设或电缆线路；节省有色金属消耗量。设备检修或故障时，相连设备停电，供电可靠性较低。链式相连的设备不宜多于5台，总容量不大于10kW。适用于可靠性要求不高大小容量设备。,2）混合式实际应用中，放射式和树干式混合使用或放射式和树干式、环形式混合使用较多。可以根据配电箱的位置、容量、线路走向综合考虑。按照可靠性、合理性的原则将不同方式进行优化组合。,第二节动力电气系统设计,一般动力：电梯、生活水泵、消防水泵、防排烟风机、正压风机、潜水泵等。空调动力：热泵、冷冻机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、新风机组、空调箱风机等。动力设备的用电可靠性要求动力设备的容量。设备布置,一、动力配电的分类及要求按动力负荷分类：建筑设备机械（水泵、通风机、排风机等）建筑机械（电梯、卷帘门、电动门等）专用机械（厨房用电设备、制冷、医疗设备）按电价分类：非工业电价照明电价,1、使用性质和电价归类2、按容量及方位分路,回路分配,放射式配电,负荷集中场所,专用配电回路,树干式配电,负荷分散场所,1、消防用电设备的配电消防动力：消火栓泵、喷淋泵、正压送风机、防排烟风机、消防电梯、防火卷帘门。供电要求：绝对可靠、安全，便于维护和操作。供电等级：一类高层建筑，按一级负荷供电。二类高层建筑，按二级负荷供电。一级负荷：由不同的高压电网供电，一用一备。二级负荷：同一电网的双回路供电，一用一备。管线选用及敷设、双电源切换设备,2、空调动力设备的配电空调机组：冷冻机、热泵。电源直接从变配电室低压配电柜引入至空调机组电源控制柜。空调循环系统设备：冷冻泵、冷却泵、冷却水塔风机。两级放射式配电，电源直接从变配电室低压配电柜引入至泵电源箱（柜），再从该箱（柜）配出至各个泵控制箱（柜）。空调箱设备：新风机、回风机。多级放射式配电，小容量可以采用链式或混合配电方式。,3、电梯的配电考虑安全可靠因数，每台电梯由专用回路以放射式方式配电。每台电梯应装设单独的电源隔离开关和保护装置。轿厢内的照明、轿顶电源插座和报警电源的配电箱电源进线取自电源隔离开关上桩头。根据电梯负荷等级，决定是否设置双电源自切箱。,4、给排水装置的配电两级配电，电源直接从变配电室低压配电柜引入至泵房动力配电箱（柜），从动力配电箱（柜）以放射式方式配至各泵控制箱（柜）。二、动力配电系统设计内容：1）动力配电系统图设计。2）电机控制原理图设计。3）动力设备配电平面布置图设计。,三、动力配电平面布置图图上应有动力干线和负载支线、线路敷设方式、导线根数、配电箱（柜）及设备位置及电气设备的进出线口位置。四、动力配电装置组成：配电箱（柜）、刀开关、熔断器、空气断路器、交流接触器、热继电器、按钮、指示灯、仪表。动力配电箱安装高度、明装、嵌墙安装。动力配电柜靠墙？维修通道？进线方式？,第三节照明电气系统设计,一、电气照明设计（一）照明技术的基本概念1、光的概念2、光度量及其单位1）光通量2）发光强度3）照度4）亮度,3、光源的色温与显色性1）色温2）显色性4、眩光（二）照明方式1）一般照明：均匀照亮整个区域的照明。2）一般分区照明：特定一个区域照度的照明。3）局部照明：某个局部位置的特殊需要而设置的照明。4）混合照明：一般照明和与局部照明组成的照明。,（三）照明种类1）正常照明2）应急照明：备用照明、安全照明、疏散照明。3）值班照明4）警卫照明5）障碍照明（四）电光源和照明灯具1）常用电光源及选择照明光源:热辐射光源、气体放电光源两大类。,2）常用照明电光源的选择2、照明灯具的选择1）照明灯具的作用和分类2）照明灯具选择的一般原则3）照明灯具的布置灯具最大允许距高比（五）照度计算1）利用系数法2）点光源直射照度计算3）