毕业论文(某小区供配电设计)

PAGE./广西机电职业技术配电设计题目某小区供配电设计作者第一组系部建筑工程系专业楼宇智能化工程技术指导教师张国伟二〇〇一四年六目录第一章概述71.1工程概述71.2供配电设计一般原则71.3供配电系统设计要则81.4本设计设计内容9第二章负荷统计102.1负荷分级及供电要求10电力负荷的分级10各级电力负荷对电源的要求10本设计负荷分级112.2负荷统计11第三章无功补偿及变压器的选择143.1无功补偿的目的14无功功率14影响功率因数的主要因素14供电部门对平均功率因数的要求14提高自然功率因数的方法153.2无功补偿方法15无功补偿装置的选择15无功补偿装置的安装方法163.3无功补偿初步计算173.4变压器的选择18电力变压器的类型选择18电力变压器的台数和容量选择18电力变压器的过负荷能力193.5本设计变压器的选择20配电房方案选择20箱式变电站20变压器的选择213.6无功补偿及变压器方案的确定22无功补偿及变压器方案选定过程22本设计无功补偿及变压器方案总结25第四章供配电系统接线方案274.1电力配电系统基本原则274.2常用高压电力配电方式284.3变配电所主接线29变配电所主接线的基本形式29变配电所主接线的一般要求304.4常用低压电力配电方式314.5本设计中所采用的供配电系统方案324.6电能计量方式32第五章主线路线型及主要柜体的选择335.1主线路线型选择33导体材料的选择33普通电缆绝缘材料及护套选择33各主线路的计算电流35个主线路线型选择365.2主要高压开关柜的选择38高压成套装置38预装式变电站高压单元常用成套装置38交流高压负荷开关38高压断路器39本设计负荷开关柜的选择395.3主要低压成套开关设备和控制设备柜体选择39低压成套开关设备和控制设备39低压成套开关设备和控制设备的分类40低压断路器41开关、隔离开关及熔断器组合电器41第六章短路电流及保护电器的选择436.1短路电流计算概述43短路的类型43短路计算的目的43短路计算的假定条件43典型的短路电流波形曲线446.2主电路短路电流的计算44第七章Matlab仿真457.1Matlab简介457.2仿真对象介绍457.3仿真电路与结果46第八章防雷接地系统设计478.1接地系统选择47接地的基本概念47接地的分类47低压系统接地种类48本设计接地系统选择498.2等电位联结49等电位联结的作用49等电位联结的分类49等电位联结的安装与设计方案508.3建筑物的防雷分类518.4建筑物的防雷措施52第九章继电保护559.1继电保护和自动装置一般要求55致谢57参考文献58附录59第一章概述1.1工程概述某住宅小区共有32栋楼房,其中电梯房2座,18层高,每层4户；楼房25栋,7层高,每层6户；别墅5座,三层楼高；1个面积约为1000㎡的停车场.10KV电网供电,容量为8000KVA.设总负荷的需用系数为0.480.56,自然功率因数为0.660.72.各类负荷的需用系数为0.580.66,自然功率因数为0.660.72.10KV系统在变压器端子的短路容量为100MVA.在小区中设置10/0.4〔0.22KV的变电所,安装变压器和控制开关,要求每栋楼能分别控制,小区配有照明系统,消防系统.1.2供配电设计一般原则按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10kv及以下设计规范》、GB50054-95《低压配电设计规范》等的规定,进行供配电设计必须遵循以下原则：

〔1遵守规程、执行政策；

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.

〔2安全可靠、先进合理；

应做到保障人身和设备的安全,供电可靠,电能质量合格,技术先进和经济合理,采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品.

〔3近期为主、考虑发展；

应根据工作特点、规模和发展规划,正确处理近期建设与远期发展的关系,做到远近结合,适当考虑扩建的可能性.

〔4全局出发、统筹兼顾.

按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等,合理确定设计方案.工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分.工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展.作为从事工厂供电工作的人员,有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识,以便适应设计工作的需要.

1.4本设计设计内容〔1系统概况说明；〔2负荷统计；〔3功率因数补偿；〔4选择变压器；〔5确定供配电系统接线方案；〔6选择主要配电线路线型；〔7选择开关、电流互感器等主要供电设备；〔8计算低压母线和其他各点的短路电流；〔9整定低压总开关和其他开关的保护装置；〔10继电保护回路；〔11完成供电系统图及继电保护回路图.第二章负荷统计2.1.2本设计负荷分级本设计中两栋高层建筑的消防用电、应急照明、客梯电力、变频调速〔恒压供水生活水泵、排污泵属于一级负荷,其他负荷属于三级负荷.对小区配电采用双回路供电来保证小区中一级负荷的需求,并可以此增加整个楼盘的卖点.2.2负荷统计近几年来,随着人民生活水平的不断提高,大量的家用电器进入居民家庭,居民家庭生活用电量增长迅速,对电能的需求提出了更高的要求.根据工程特点、规模和发展规划正确处理近期和远期发展的关系,做到远近期结合,以近期为主,适当考虑发展的可能的基本设计要则,本设计中除别墅外所有住户按6KW计算,别墅和停车场按8KW计算.考虑到实际中一般家庭最高同时用电可能达到2.5KW-3KW,所以考虑住户需用系数最低不低于0.5.在方案预估中使用需用系数法求计算负荷,具体小区负荷统计如下表：用电单位设备名称设备容量Pe/kW需用系数功率因数cosф有功计算负荷Pc/kW无功计算负荷Qc/kvar视在计算负荷Sc/kVA高层住宅A座B座8640.50.8432249.7540生活水泵#A#B300.70.82115.826.25排污水泵#A#B120.70.88.46.310.5客运电梯AB340.220.57.4812.9414.96消防电梯AB340.220.57.4812.9414.96楼道照明AB1.80.811.4401.44多层住宅#1-#2563000.50.831502362.53937.5楼道照明1-257.8750.816.306.3别墅区〔5座400.80.8322440停车场照明101110010公共电力负荷150.80.812915总记7468.683688.12692.934616.91注：上表中高层住宅用户按6kW一户计算.2〔栋*18〔层/每栋*4〔户/每层*6〔千瓦/每户=864千瓦多层用户按6kW一户计算.25〔栋*7〔层/每栋*6〔户/每层*6〔千瓦/每户=6300千瓦别墅用户按8kW一户计算.5〔栋*8〔千瓦/每户=40千瓦客运电梯和消防电梯一般为1520kW每座,本设计按17kW每座计算.4〔座*17〔千瓦=68千瓦生活水泵一般为1020kW每台,本设计按15KW每台计算.2〔台*15〔千瓦/每台=30千瓦排污水泵一般为315kW每台,本设计按6KW每台计算.2〔台*6〔千瓦/每台=12千瓦高层住宅的楼道照明采用25W的白炽灯,每层左右各一只.2〔栋*18〔层/每栋*2〔个/每层*25〔瓦/每只=1.8千瓦多层住宅的楼道照明采用15W的白炽灯,每单元每层一只.25〔栋*3〔单元/每栋*7〔层/每单元*1〔个/每层*15〔瓦/每只=7.875千瓦停车场设计为地下大型停车场加地上零散停车位组成,地下停车场面积大约按1000平方米计算,每平方米的负荷密度一般为815W,本设计取负荷密度为10W进行计算.1000〔平方米*10〔瓦/每平方米=10千瓦公用电力负荷如路灯、物业公司办公室、值班岗亭等,公用电力负荷按15kW计算.〔住宅的公用照明及公用电力负荷需要系数一般按0.8取综上总结得出补偿前负荷总和为7468.68kW,有功功率为3688.1kW,无功功率为2692.93kvar,视在计算负荷为4616.91kVA.根据计算公式：cosф=Pc/Sc,可以得出总功率因数大概为0.799.需要进行下一步无功功率补偿来提高系统总功率因数达到目标功率因数0.92,以使变压器高压侧的功率因数达到0.9从而达到供电部门的要求.第三章无功补偿及变压器的选择3.1无功补偿的目的3.1.1无功功率许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的,如配电变压器、电动机等,它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递.为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率,因此,所谓的"无功"并不是"无用"的电功率,只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外,还需要无功电源,两者缺一不可.在电力网的运行中,功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度,我们希望的是功率因数越大越好.这样电路中的无功功率可以降到最小,视在功率将大部分用来供给有功功率,从而提高电能输送的功率.3.1.3供电部门对平均功率因数的要求供电部门一般要求用户的平均功率因数达到0.9以上.当用户的自然功率因数较低,单靠提高用电设备的自然功率因数达不到要求时,应装设必要的无功功率补偿设备,以进一步提高用户的功率因数以达到要求.3.2无功补偿方法3.2.1无功补偿装置的选择电力系统的无功电源除了同步电机外,还有静电电容器、静止无功补偿器以及静止无功发生器,这四种装置又称为无功补偿装置.除电容器外,其余几种既能吸收容性无功又能吸收感性无功.1、同步电机：同步电机中有同步发电机、同步电动机及同步调相机三种.〔1同步发电机：同步发电机是唯一的有功电源,同时又是最基本的无功电源,当其在额定状态下运行时,可以发出无功功率：发电机正常运行时,以滞后功率因数运行为主,向系统提供无功,但必要时,也可以减小励磁电流,使功率因数超前,即所谓的"进相运行",以吸收系统多余的无功.〔2同步调相机：同步调相机是空载运行的同步电机,它能在欠励或过励的情况下向系统吸收或供出无功,装有自励装置的同步电机能根据电压平滑地调节输入或输出的无功功率,这是其优点.但它的有功损耗大、运行维护复杂、响应速度慢,近来已逐渐退出电网运行.2、并联电容器：并联电容器补偿是目前使用最广泛的一种无功电源,由于通过电容器的交变电流在相位上正好超前于电容器极板上的电压,相反于电感中的滞后,由此可视为向电网发送无功功率.并联电容器本身功耗很小,装设灵活,节省投资；由它向系统提供无功可以改善功率因数,减少由发电机提供的无功功率.3、静止无功补偿器：静止无功补偿器是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成,由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速,而且通断次数也可以不受限制.当电压变化时静止补偿器能快速、平滑地调节,以满足动态无功补偿的需要,同时还能做到分相补偿,对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性,但由于晶闸管控制对电抗器的投切过程中会产生高次谐波,为此需加装专门的滤波器.4、静止无功发生器：静止无功发生器的主体是一个电压源型逆变器,由可关断晶闸管适当的通断,将电容上的直流电压转换成为与电力系统电压同步的三相交流电压,再通过电抗器和变压器并联接入电网.适当控制逆变器的输出电压,就可以灵活地改变其运行工况,使其处于容性、感性或零负荷状态.与静止无功补偿器相比,静止无功发生器响应速度更快,谐波电流更少,而且在系统电压较低时仍能向系统注入较大的无功.3.3无功补偿初步计算根据第二章总结得出：补偿前负荷总和为7468.68kW,有功功率为3688.1kW,无功功率为2692.93kvar,视在计算负荷为4616.91kVA.根据计算公式：cosф=Pc/Sc得出总功率因数大概为0.799根据计算公式：Qn.c=Pc<tanф-tanф`>可以得出初步计算无功补偿容量大概为1206.01kvar补偿后的目标功率因数一般取0.92,以使变压器高压侧的功率因数达到0.9.初步计算如下表所示有功计算负荷排Pc/kW无功计算负荷Qc/kvar视在计算负荷Sc/kVA功率因数cosф无功补偿前3688.12692.934758.160.799无功补偿后3688.11486.923976.560.927综上可总结出无功补偿后视在计算负荷为3976.56kVA,推算出无功补偿后的功率因数为0.927,满足补偿后目标功率因数0.92.3.4变压器的选择3.4.2电力变压器的台数和容量选择35KV主变压器台数和容量选择1、变压器的台数和容量应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量、运行方式和企业发展等因数综合考虑确定.一般采用三相变压器,其容量可按投入运行后510年的预期负荷选择,至少留有15%25%的裕量.2、有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器.当在技术经济上比较理想时,可装设两台以上主变压器.如变电所可由中、低压侧电力网取得足够容量的备用电源时,可装设一台主变压器.3、装有两台及以上主变压器的变电所中,当断开一台时,其余主变压器的容量应保证用户的一、二级负荷,且不应小于60%的全部负荷.6、变电所两台或多台主变压器应经济运行.变压器台数应根据负荷特点和经济运行选择,当符合下列条件之一时,宜装设两台及以上变压器：〔1有大量一级或二级负荷；〔2季节性负荷变化较大；〔3集中负荷较大.3、变压器容量应根据计算负荷选择.对昼夜或季节性波动较大的负荷,供电变压器经技术经济比较,可采用容量不一致的变压器.4、在一般情况下,动力和照明宜共用变压器,属下列情况之一时,可设专用变压器；〔1照明负荷较大,或动力和照明共用变压器由于负荷变化引起的电压闪变或电压升高,严重影响照明质量及灯泡寿命时,可设照明专用变压器.〔5当季节性的负荷容量较大时〔如大型民用建筑中的空调冷冻机等负荷,可设专用变压器.3.4.3电力变压器的过负荷能力1、正常过负荷电力变压器在运行中,其负荷总是变化的,不均匀的.就一昼夜来说,大部分时间的负荷都低于最大负荷,而变压器容量又是按最大负荷选择的,因此,从维持变压器使用年限不变条件来考虑,变压器在必要时完全可以过负荷运行.2、事故过负荷电力变压器在事故情况下〔例如并列运行的两台变压器因故障切除一台时,允许短时间较大幅度地过负荷运行,而不论故障前负荷情况如何,但运行时间不得超过规定的时间.3.5变压器的选择3.5.1配电房方案选择本设计中无功补偿后的视在计算负荷为3976.56kVA,考虑到节能和留有余量,变压器的负载率一般取70%85%,本设计中拟取负载率80%,则变压器的总容量大概应为4970.7kVA.可有两个方案：在小区负荷中心的空地或建筑中建立专门的配电房,将所有变压器统一放置在配电房中,集中变配电.在小区中设置多个箱式变电站,分区供配电.由于本设计中的小区负荷面积比较大,采用小区配电房进行统一变配电将会造成较大的线路损耗,且这样会增加比较高昂的线材预算,而且在空地上建立专门的配电房还需国土部门审核才能建立；在已规划建筑内建立配电房,固定的空间使变压设备之间符合安全电气间隔比较难.所以本设计拟采取使用五个内含变压器容量为1000kVA的箱式变电站或八台内含变压器容量为630kVA的箱式变电站.3.5.2箱式变电站箱式变电站是一种将高压开关设备、配电变压器和低压配电装置,按一定接线方案排成一体的工厂预制户内、户外紧凑式配电设备,即将高压受电、变压器降压、低压配电等功能有机地组合在一起,安装在一个防潮、防锈、防尘、防鼠、防火、防盗、隔热、全封闭、可移动的钢结构箱体内,机电一体化,全封闭运行,特别适用于城网建设与改造,是继土建变电站之后崛起的一种崭新的变电站.3.5.3变压器的选择户外型预装式变电站一般采用S9或S7油浸式电力变压器；户内型预装式变电站按设计规范一般配树脂绝缘干式电力变压器,而紧凑节能小型预装式变电站配用的是S9型派生系列产品.波纹壁油箱,无油枕,带有空气层的全密封低损耗的专用变压器,高低压进出线在箱体的一侧与高低压设备连接,其余三面外露,这种配合方式散热条件好,结构紧凑造价低.组合式箱变配用的变压器是按原装结构装于箱内,再与高低压设备连接拼装组合.根据本设计中的各种条件,考虑到安全、经济、寿命等方面,选择S9-M型全密封电力变压器作为本设计中箱变的变压器部分.3.6变压器方案的确定3.6.1压器方案选定过程由于采用箱式变电站〔预装式变电站来解决配电,无功补偿决定采用并联电容器低压集中补偿方案,根据每座箱式变电站具体所带负荷来确定最终投放并联电容器的容量及组数.1#变压器负责多层住宅15栋的配电:具体负荷有：15栋的住户用电,楼道照明用电,及各自的排污泵用电,按照第二章负荷统计中的数据,直接引入各自的有功计算负荷如下：15栋的住户：126KW*5=630kW15栋楼道照明：0.252kW*5=1.26kW15栋排污泵：4.2kW*5=21kW总有功计算负荷为：630kW+1.26kW+21kW=652.26kW各自的无功计算负荷如下：15栋的住户：94.5kvar*5=472.5kvar15栋排污泵：3.15kvar*5=15.75kvar总无功计算负荷为：472.5kvar+0kvar+15.75kvar=488.25kvar各自的视在计算负荷如下：15栋的住户：157.5kVA*5=787.5kVA15栋楼道照明：0.252kVA*5=1.26kVA15栋排污泵：5.25kVA*5=26.25kVA总视在计算负荷为787.5kVA+1.26kVA+26.25kVA=815.01kVA根据计算公式：cosф=Pc/Sc,可以得出总功率因数大概为0.80.根据计算公式：Qn.c=Pc<tanф-tanф`>,可以得出1#变压器需要无功补偿容量约为211.33kva.根据查找一系列资料,对比各种并联电容器及无功补偿柜,最终决定选用PGJ2型无功功率自动补偿屏,该型产品可根据系统感性无功量的多少自动以循环工作方式投切电容器,使系统的无功消耗保持到最低状态,从而提高电网电压质量、减少系统和变压器的损耗.1#变压器所选定的PGJ2-143型无功功率自动补偿屏使用的电容器为自愈式低压并联电力电容器,型号为BSMJ0.4-14-3,额定容量为14kvar,总电容量为279uF,额定电流为20A.型号是否带控制器总容量〔kvar单台电容器容量〔kvar路数屏宽PGJ2-143带224148*21000经过无功补偿后的1#变压器所带负荷的参数为有功计算负荷排Pc/kW无功计算负荷Qc/kvar视在计算负荷Sc/kVA功率因数cosф无功补偿前652.26488.25815.010.800无功补偿后652.26264.25703.760.927按照拟采用800kVA的电压器,按负荷率80%算,可负担640kVA的负荷,显然不够用.最后确定1#变压器容量为1000kVA,按负荷率80%算,可负担800kVA的负荷,而15栋总视在计算负荷只有703.76kVA,留下了充足的裕量,为以后增加负荷提供了基础.变压器具体型号为S9-M-1000/10型变压器.2#变压器负责多层住宅610栋的配电,3#变压器负责多层住宅1115栋的配电,4#变压器负责多层住宅1620栋的配电,5#变压器负责多层住宅2125栋的配电.如1#变压器箱变的无功补偿计算和变压器容量选定一样,可以确定2#3#4#5#箱变的无功补偿采用PGJ2-143型无功功率自动补偿屏,补偿容量224kvar,2#3#4#5#箱变选用容量为1000kVA的S9-M-1000/10型变压器.6#变压器负责高层住宅AB栋的配电、别墅区的配电、停车场及公共用电的配电.具体负荷有：AB栋的住户用电,楼道照明用电,排污泵生活水泵用电,各自客梯及消防电梯的用电,别墅区住户用电,停车场用电及公共用电,按照第二章负荷统计中的数据,直接引入各自的有功计算负荷如下：AB栋的住户：216kW*2=432kWAB栋楼道照明：7.2kW*2=1.44kWAB栋生活水泵：10.5kW*2=21kWAB栋排污泵：4.2kW*2=8.4kWAB栋客运电梯：3.74kW*2=7.48kWAB栋消防电梯：3.74kW*2=7.48kW别墅区的住户：6.4kW*5=32kW停车场用电：10kW公共用电：12kW总有功计算负荷为：432kW+1.44kW+21kW+8.4kW+7.48kW+7.48kW+32kW+10kW+12kW=531.8kW各自的无功计算负荷如下：AB栋的住户：124.85kvar*2=249.7kvarAB栋楼道照明：0kvarAB栋生活水泵：7.9kvar*2=15.8kvarAB栋排污泵：3.15kvar*2=6.3kvarAB栋客运电梯：6.47kvar*2=12.94kvarAB栋消防电梯：6.47kvar*2=12.94kvar别墅区的住户：4.8kvar*5=24kvar停车场用电：0kvar公共用电：9kvar总无功计算负荷为：249.7kvar+0kvar+15.8kvar+6.3kvar+12.94kvar+12.94kvar+24kvar+0kvar+9kvar=330.68kvar各自的视在计算负荷如下：AB栋的住户：270kVA*2=540kVAAB栋楼道照明：7.2kVA*2=1.44 kVAAB栋生活水泵：12.125kVA*2=26.25kVAAB栋排污泵：5.25kVA*2=10.5kVAAB栋客运电梯：7.48kVA*2=14.96kVAAB栋消防电梯：7.48kVA*2=14.96kVA别墅区的住户：8kVA*5=40kVA停车场用电：10kVA公共用电：15kVA总视在计算负荷为:540kVA+1.44kVA+26.25kVA+10.5kVA+14.96kVA+14.96kVA+40kVA+10kVA+15kVA=673.11kVA根据计算公式：cosф=Pc/Sc,可以得出总功率因数大概为0.790.根据计算公式：Qn.c=Pc<tanф-tanф`>,可以得出6#变压器需要无功补偿容量约为186.13kva.根据查找的资料,对比各种并联电容器及无功补偿柜,最终决定选用和1#2#3#4#5#箱变一样的PGJ2型无功功率自动补偿屏.6#变压器所选定的PGJ2-137型无功功率自动补偿屏使用的电容器为自愈式低压并联电力电容器,型号为BSMJ0.4-20-3,额定容量为20kvar,总电容量为398uF,额定电流为29A.型号是否带控制器总容量〔kvar单台电容器容量〔kvar路数屏宽PGJ2-137带2002010800经过无功补偿后的6#变压器所带负荷的参数为有功计算负荷排Pc/kW无功计算负荷Qc/kvar视在计算负荷Sc/kVA功率因数cosф无功补偿前531.8330.68673.110.790无功补偿后531.8130.68547.620.971按照拟采用800kVA的电压器,按负荷率80%算,可负担640kVA的负荷,实际上6#变压器所带的总视在计算负荷只有547.62kVA,留下了充足的裕量,为以后增加公共耗电设施,物业管理用电负荷都提供了基础.变压器具体型号为S9-M-800/10型变压器.4.6电能计量方式本设计住宅用电计费,采用一户一表制的分户计量方式.公共用电按电能分配的形式分配至各户的计量表上,为便于查表每户的电能计量采用将户电表统一集中在首层电表箱内,表箱安装便于查表易于操作的地方.每户户内可以安装终端配电箱.为防止电气线路发生故障时零线可能带电,一般情况下每户电表后的入户线的保护电器,应安装单向双极断路器,进入户内的单相交流电源线的相线和零线从断路器的下端分至户内配电箱.从集中电表箱至各户采用放射式配电,为以后实现采用自动检查、计量、收费方式创造条件.在线路敷设方面,应重视管线的一次到位问题,特别是暗敷线路,应考虑发展的需要,留有余量,线径适当选大些.各户电能表选用DD862-4-10型,最大电流为40A,楼梯用电选用DD862-4-5型,最大电流为20A,均符合本设计要求.备用电源备用柴油发电机组：10kV专用架空线路为主电源,快速自起动型柴油发电机组做备用电源.用于附近只能提供一个电源,若得到第二个电源需要大量投资时,经技术经济比较,可采用此方式供电.宜注意：1与外网电源间应设机械与电气连锁,不得并网运行.2避免与外网电源的计费混淆.3在接线上要具有一定灵活性,以满足在正常停电〔或限电情况下能供给部分重要负荷用电.链式：特点与树干式相似,适用于距配电屏较远而彼此相距又较近的不重要小容量用电设备.链接的设备一般不超过5台、总容量不超过10kW.供电给容量较小用电设备的插座,采用链式配电时,每一条环链回路的数量可适当增加.第五章主线路线型及主要柜体的选择5.1主线路线型选择5.1.1导体材料的选择用作电线电缆的导电材料,通常有铜和铝两种.铜材的导电率较高,20℃时的电阻率ρ为1.72*10-6Ω.cm,铝线芯20℃时的电阻率为铜的1.68倍；载流量相同时,铝线芯截面约为铜的1.5倍.采用铜线芯损耗比较低,铜材的机械性能优于铝材,延展性好,便于加工和安装.抗疲劳强度约为铝材的1.7倍.但铝材比重小,在电阻值相同时,铝线芯的质量仅为铜的一半.导体材料应根据负荷性质、环境条件、市场货源等实际情况选择铜芯或铝芯.下列场合不应采用铝芯线缆：<1>需要确保长期运行中连接可靠的回路,如重要电源、重要的操作回路及二次回路、电机的励磁回路等；<2>移动设备的线路及震动场所的线路；<3>对铝有腐蚀的环境；<4>高温环境、潮湿环境、爆炸及火灾危险环境；<5>应急系统及消防设施的线路；<6>工业及市政工程、户外工程的布电线〔分支配电线.3、下列场合不宜采用铝芯线缆：<1>非熟练人员容易接触的线路,如公共建筑与居住建筑；<2>线芯截面6mm2及以下的电缆.4、下列场合应采用铝导体：<1>对铜有腐蚀而对铝腐蚀相对较轻的环境；<2>氨压缩机房.5、下列场合宜采用铝导体：<1>架空输电线路；<2>较大截面的中频线路.5.1.2普通电缆绝缘材料及护套选择1、聚氯乙烯〔PVC绝缘电线、电缆.线芯长期准许工作温度70℃,短路热稳定允许温度300mm2及以下截面为160℃,300mm2以上为140℃.1聚氯乙烯绝缘及护套电力电缆有1KV及6KV两级,与油浸纸绝缘电缆相比主要优点是制造工艺简便,没有敷设高差限制,重量轻,弯曲性能好,接头制作简便；耐油、耐酸碱腐蚀,不延燃；具有内铠装结构,使钢带或钢丝免受腐蚀；价格便宜.因此已经在很大范围内代替了油浸纸绝缘电缆、滴干绝缘和不滴流浸渍纸绝缘电缆.尤其适宜在线路高差较大或敷设在桥架、槽盒内以及含有酸、碱等化学性腐蚀土质中直埋.但其绝缘电阻较油浸纸绝缘电缆低,介质损耗较高,因此6KV较重要回路电缆,不宜用聚氯乙烯绝缘型.2聚氯乙烯的缺点是对气候适应性能差,低温时变硬发脆.普通型聚氯乙烯绝缘电缆的适用温度范围为+60℃15℃之间,不适宜在-15℃以下的环境中使用.它敷设时的温度更不能低于-5℃,当低于0℃时,宜先对电线、电缆加热.低于-15℃的严寒地区应选用耐寒聚氯乙烯电缆.高温或日光照射下,增塑剂易挥发而导致绝缘加速老化,因此,在未具备有效隔热措施的高温环境或日光经常强烈照射的场合,宜选用相应的特种电线、电缆,如耐热聚氯乙烯线缆.耐热聚氯乙烯的绝缘材料中添加了耐热增塑剂,线芯长期允许工作温度达90℃及105℃等,适应在环境温度50℃以上环境使用,但需求电线接头处或铰接处锡焊处理,防止接头处氧化.电线实际允许工作温度还取决于电线与电器接头处的允许温度.3随着经济发展和技术进步,聚氯乙烯绝缘电线还有许多新品种.如引进美国技术生产的BVN、BVN-90型及BVNVB型聚氯乙烯绝缘尼龙护套电线等.这种电线表面耐磨而且比普通BV型导线外径小质量轻,特别适合穿管敷设.但在35mm2以上截面时价格比BV型导线贵得多而且比较硬,因此使用很少.4普通聚氯乙烯虽然有一定的阻燃性能,但在燃烧时散放有毒烟气,故对于需满足在一旦着火燃烧时的低烟、低毒要求场合,如地下客运设施,地下商业区、高层建筑和特殊重要公共设施等人流密集场所,或者重要性高的厂房,不宜采用聚氯乙烯绝缘或护套类电线、电缆,而应采用低烟、低卤或无卤的阻燃电线电缆.聚氯乙烯电缆不适合用在含有苯及苯胺类、酮类、吡啶、甲醇、乙醇、乙醛等化学剂的土质中；在含有三氯乙烯、三氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳、醋酸酐、冰醋酸的环境不宜采用.2、交联聚乙烯绝缘〔XLPE电线、电缆.线芯长期允许工作温度为90℃,短路热稳定允许温度为250℃.635KV交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套电力电缆,介质损耗低,性能优良,结构简单,制造方便,外径小,质量轻,载流量大,敷设方便,不受高差限制,耐腐蚀,做终端和中间接头较简便而被广泛采用.由于交联聚乙烯材料轻,故1KV级的电缆价格与聚氯乙烯绝缘电缆相差有限,故低压交联聚乙烯电缆有较好的市场前景.普通的交联聚乙烯材料不含卤素,不具备阻燃性能,但燃烧时不会产生大量毒气及毒雾,用它制造的电线、电缆称为"清洁电线、电缆".若要兼备阻燃性能,须在绝缘材料中添加阻燃剂,但这样会使机械及电气性能下降.采用辐照工艺可提高机械及电气性能,又可使绝缘耐温提高至125℃135℃.线芯温度：90℃135℃的导线的正确选择至关重要.通常在人可触及处,电缆或管线的表面温度不允许超过70℃,而线芯与绝缘表面的温差仅约5℃10℃.因此90℃135℃的导线主要适用于高温环境或人不能触及的部位.在有"清洁"要求的工业与民用建筑内,选用交联聚乙烯类电线时,一般可按有关载流量表选择后放大一级截面,只有在人不可触及的部位方可按载流量表选用.交联聚乙烯材料对紫外线照射较敏感,通常采用聚氯乙烯作外护套材料.在露天环境下长期强烈阳光照射下的电缆应采用覆盖遮荫措施.交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆还可敷设于水下,但应具有高密度聚乙烯护套及防水层的构造.橡皮绝缘电力电缆.线芯长期允许工作温度60℃,短路热稳定允许温度200℃.1橡皮绝缘电缆弯曲性能较好,能够在严寒气候下敷设,特别适用于水平高差大和垂直敷设的场合.它不仅适用于固定敷设线路,也可用于定期移动的固定敷设线路.移动式电气设备的供电回路应采用橡皮绝缘橡皮护套软电缆〔简称橡套软电缆；有屏蔽要求的回路,如煤矿采掘工作面供电电缆应具有分相屏蔽.普通橡胶遇到油类及其化合物时,很快就被损坏,因此在可能经常被油浸泡的场所,宜使用耐油型的橡胶护套电缆.普通橡胶耐热性能差,允许运行温度较低,故对于高温环境又有柔软性要求的回路,宜选用乙丙橡胶绝缘电缆.2乙丙橡胶〔EPR的全称是交联乙烯-丙烯橡胶,具有耐氧、耐臭氧的稳定性和局部放电的稳定性,也具有优异的耐寒特性,即使在-50℃时,仍保持良好的柔韧性.此外,他还有优良的抗风化和光照的稳定性.特别是它不含卤素,又有阻燃特性,采用氯磺化聚乙烯护套的乙丙橡胶绝缘电缆,适用于要求阻燃的场所.乙丙橡胶绝缘电缆在我国尚未广泛应用,但在国外特别是欧洲早已大量应用.它有较优异的电气、机械特性即使在潮湿环境下也具有良好的耐高温性能.线芯长期允许工作温度可达90℃,短路热稳定允许温度250℃.5.1.3各主线路的计算电流根据计算公式：Ic=Sc/〔1.732*Un得出：用电单位设备名称视在计算负荷Sc/KVA计算电流Ic/A多层住宅一个单元的住户供电线路52.575.78多层住宅一个单元的楼道照明主线路0.0840.12多层住宅排污泵5.257.58一栋多层住宅的主供电线路163.002235.28高层住宅1F4F6086.61高层住宅5F8F6086.61高层住宅9F12F6086.61高层住宅13F16F6086.61高层住宅17F18F3043.30高层住宅的楼道照明主线路7.210.39高层住宅生活水泵12.12517.50高层住宅排污泵5.257.58客运电梯7.4810.80消防电梯7.4810.80一栋高层住宅的主供电线路309.535446.79一栋别墅的主供电线路811.55停车场主供电线路1014.43公共电力负荷1521.651#箱变的进线703.7640.632#箱变的进线703.7640.633#箱变的进线703.7640.634#箱变的进线703.7640.635#箱变的进线703.7640.636#箱变的进线547.6231.625.1.4个主线路线型选择根据设计中的环境条件、负载情况等因素对比线型选择的要求,确定设计主线路分别使用1KV级聚氯乙烯铜芯电力电缆VV型和交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆YJV型两种电力电缆.〔按直接埋地敷设,环境温度30℃查载流量表选择,并考虑一定裕度用电单位设备名称计算电流Ic/A线型选择允许载流量/A多层住宅一个单元的住户供电线路75.78VV-3*25+2*16103多层住宅一个单元的楼道照明主线路0.12BV-3*1.5+2*1.517多层住宅排污泵7.58VV-3*4+2*2.535一栋多层住宅的主供电线路235.28VV-3*120+1*70249高层住宅1F4F86.61VV-3*25+2*16103高层住宅5F8F86.61VV-3*25+2*16103高层住宅9F12F86.61VV-3*25+2*16103高层住宅13F16F86.61VV-3*25+2*16103高层住宅17F18F43.30VV-3*10+2*661高层住宅的楼道照明主线路10.39BV-3*1.5+2*1.517高层住宅生活水泵17.50VV-3*4+2*2.535高层住宅排污泵7.58VV-3*4+2*2.535客运电梯10.80VV-3*4+2*2.535消防电梯10.80VV-3*4+2*2.535一栋高层住宅的1回线路〔1F12F259.83VV-3*150+1*70287一栋高层住宅的2回线路〔其余186.96VV-3*95+1*50221一栋别墅的主供电线路11.55VV-3*4+2*2.535停车场主供电线路14.43VV-3*4+2*2.535公共电力负荷21.65VV-3*4+2*2.535停车场+公共电力+别墅区出线93.83VV-3*35+1*161271#箱变的进线40.63YJV-3*501822#箱变的进线40.63YJV-3*501823#箱变的进线40.63YJV-3*501824#箱变的进线40.63YJV-3*501825#箱变的进线40.63YJV-3*501826#箱变的进线31.62YJV-3*501825.2主要高压开关柜的选择5.2.1高压成套装置高压成套装置是以开关为主体,将其他各种电器元件按一定主接线要求组装为一体而构成的成套电气设备,可用于发电、输电、配电和电能转换等系统中.成套配电装置除一次电器元件外,还包括控制、测量、保护和调试等方面的装置和电气连接、辅件、外壳等有机地组合在一起；而组合电器仅限于两种或两种以上一次电器元件的组合,有些组合电器还是成套配电装置的一个组成部分.5.2.2预装式变电站高压单元常用成套装置环网柜我国电网建设与改造在10KV系统中,多推行环网供电.所谓环网供电一般采用三个间隔,即两个进出线间隔即负荷开关柜和一个变压器间隔即负荷开关+熔断组合电器柜.统称环网柜.环网负荷开关柜中多采用限流熔断器保护变压器〔环网负荷开关柜中的熔断器一般选择带有撞击器的熔断器,当变压器发生短路时,限流熔断器可在10ms内切除故障,其切断时间远远小于断路器的全开断时间,比用断路器保护油浸变压器更为有效,这也是环网负荷开关柜的一个突出的优点.随着我国电网建设和改造,环网供电单元的发展,环网柜日趋取代了以往装油断路器的固定式高压开关柜.5.2.3交流高压负荷开关负荷开关的种类很多,结构形式各样.按其介质或灭弧方式分,有产气式、压气式、真空六氟化硫及油浸负荷开关；按操作方式可分为三相同时操作和逐项操作；按操作机构可分为电动操作和弹簧储能两大类.由于负荷开关只要求通断一定的负荷电流,所以不能用它来开断短路电流.这时电路中的短路电流只能借助与它串联的高压熔断器来保护.因此负荷开关往往和高压熔断器组合成一整体,用负荷开关切断负荷电流,用高压熔断器切断短路电流及过载电流,这种组合的电器称之为"负荷开关+熔断器组合电器".在功率不大或不甚重要的场所可用"负荷开关+熔断器组合电器"来代替价格昂贵的油断路器,这样既可使配电装置的成本降低,又能使操作和维护简单.5.2.4高压断路器目前使用的高压断路器主要有真空断路器和六氟化硫断路器等.由于真空断路器具有体积小、可靠性高、可连续多次操作、开断性能好、灭弧迅速、灭弧室不需检修、运行维护简单、无爆炸危险及噪声低等技术性能,今年来在35kV及以下变电所中被广泛使用.由于真空断路器在各种不同类型电路中的操作,都会使电路产生过电压.不同性质的电路的不同工作状态,产生的操作过电压的原理不同,其波形和幅值也不同.为了限制操作过电压,真空断路器应根据电路性质和工作状态配置专用的R-C吸收装置或金属氧化物避雷器.5.2.5本设计负荷开关柜的选择考虑到本设计中的负荷条件和经济因素等选择条件,决定采用HXGN-10系列空气绝缘环网柜.国产HXGN-10系列空气绝缘环网柜为国家经贸委推荐产品.5.3主要低压成套开关设备和控制设备柜体选择5.3.1低压成套开关设备和控制设备低压成套开关设备和控制设备是在低压供电系统内负责完成电能的分配和转换的各种设备的总称.它是将低压电器、控制电器、保护电器、计量仪表、一、二次接线器件及有关辅件按一定的电气系统组合成屏、箱、柜等设备,用以完成对指定的低压电气系统内全部负载的电能分配、控制、保护、测量、监视等作用.随着工业生产规模的不断扩大,工业或民用低压配电系统的容量也越来越大,相应的性能也不断提出了新的要求.低压开关设备和控制设备的设计和制造技术涉及到供电系统的发展和要求,低压电器元件的正确选用,各级保护的协调,人身安全防护以及考虑在不同的环境条件下,事故情况下的可靠供电.涉及到国民经济的各个部门,是量大面广的基础工业产品,是发展能源建设的一个主要产品,也是预装式变电站的基本配套设备.5.3.3低压断路器电压断路器主要用于低压配电网络中对电能的分配和对线路、电源及设备的过载、欠压和短路保护,在正常条件下也可用于不频繁起动电机及线路的不频繁转换之用.断路器有多种分类方法.一般按结构型式可分为万能式和塑料外壳式两种.万能式断路器有较多的结构变化方式、较多种的脱扣器,较多数量的辅助触头和多种操作机构.一般选择断路器,特别是大容量的断路器为万能式,适合作主保护断路器.塑料外壳式断路器结构紧凑,体积小、重量轻、价格低,并且使用较安全,用于作支路保护开关.5.3.4开关、隔离开关及熔断器组合电器按照GB14048.3-2002《低压开关设备和控制设备第三部分：开关、隔离器、隔离开关及熔断器组合电器》标准〔系等同采用IEC标准IEC60947.3：2001.各电器的定义如下：1、开关在正常电路条件下〔包括规定的过载,能接通、承载和分断电流,并在规定的非正常电流条件〔如短路下,能在规定时间内承载电流的机械开关电器,可以接通,但不能分断短路电流.2、隔离器在断开状态下能符合规定隔离功能要求的电器,应满足距离、泄漏电流要求,以及断开位置指示可靠性和加锁等附加要求；能承载正常电路条件下的电流和一定时间内非正常电路条件下的电流〔短路电流；如分断或接通的电流可忽略〔如线路分布电容电流、电压互感器等的电流,也能断开和闭合电路.3、隔离开关在断开状态能符合隔离器的隔离要求的开关.4、熔断器组合电器：开关熔断器组：开关与熔断器串联构成的组合电器.熔断器式开关：用熔断体作为动触头的开关.隔离器熔断器组：隔离器与熔断器串联构成的组合电器.熔断器式隔离器：用熔断体作动触头的隔离器.隔离开关熔断器组：隔离开关与熔断体串联构成的组合电器.熔断器式隔离开关：用熔断体作动触头的隔离开关.第六章短路电流及保护电器的选择6.1短路电流计算概述6.1.1短路的类型短路故障分为对称短路和不对称短路.三相短路是对称性短路,造成的危害最为严重,但发生三相短路的机会较少.其他种类的短路都属于不对称短路,其中单相短路发生的机会最多,约占短路总数的70%以上.6.2主电路短路电流的计算S9-M-1000/10变压器经查表可知低压侧单相接地短路电流为21.67KA,计算电抗为9.91mΩ,计算电阻为2.20mΩ.S9-M-800/10变压器经查表可知低压侧单相接地短路电流为18.12KA,计算电抗为11.86mΩ,计算电阻为2.57mΩ.第八章防雷接地系统设计8.1接地系8.1接地系统选择8.1.2接地的分类根据接地的不同作用,一般分类如下：1功能性接地2保护性接地3、电磁兼容性接地8.1.3低压系统接地种类1、TN系统根据中性导体〔N和保护导体〔PE的组合情况,TN系统的形式又分以下三种：<1>TN-S系统：整个系统的N线和PE线是分开的；<2>TN-C系统：整个系统的N线和PE线是合一的〔PEN线；<3>TN-C-S系统：系统中一部分线路的N线和PE线是合一的.2、TT系统电源端有一点直接接地,电气装置的外露可导电部分直接接地,此接地点在电气上独立于电源端的接地点.TT系统适用于不附设变电所的上述TN-S系统中所列建筑和场所的电气装置,尤其适用于无等电位联结的户外场所,例如户外照明、户外演出场地、户外集贸市场等场所的电气装置.3、IT系统电源端的带电部分不接地或有一点通过阻抗接地.电气装置的外露可导电部分直接接地.IT系统适用于不间断供电要求高和对接地故障电压有严格限制的场所,如应急电源装置、消防、矿井下电气装置、胸腔手术室以及有防火防爆要求的场所.8.1.4本设计接地系统选择在考虑本设计中的环境条件、负荷要求等条件并向老设计师求教后,决定采用TN-C-S系统作为本设计的接地系统,首先既满足安全要求,相对于TN-S系统节约了大笔开支.8.2等电位联结8.2.1等电位联结的作用建筑物的低压电气装置应采用等电位联结,以降低建筑物内间接接触电压和不同金属物体之间的电位差；避免自建筑物外经电气线路和金属管道引入的故障电压的危害；减少保护电器动作不可靠带来的危险和有利于避免外界电磁场引起的干扰、改善装置的电磁兼容性.8.2.2等电位联结的分类1、总等电位联结总等电位联结是将建筑物电气装置外露导电部分与装置外导电部分电位基本相等的连接.通过进线配电箱近旁的总等电位联结端子板〔接地母排将下列导电部分互相连通：<1>进线配电箱的PE〔PEN母排；<2>金属管道如排水、热力、煤气等干管；<3>建筑物金属结构；<4>建筑物接地装置.建筑物每一电源进线都应做总等电位联结,各个总等电位联结端子板间应互相连通.2、辅助等电位联结将导电部分间用导体直接连通,使其电位相等或接近,称为辅助等电位联结.3、局部等电位联结在一局部场所范围内将各可导电部分连通,称为局部等电位联结.可通过局部等电位联结端子板将PE母线〔或干线、金属管道、建筑物金属体等相互连通.下列情况需做局部等电位联结:<1>当电源网络阻抗过大,使自动切断电源时间过长,不能满足防电击要求时；<2>由TN系统同一配电箱供电给固定式和手持式、移动式两种电气设备,而固定式设备保护电器切断电源时间不能满足手持式、移动式设备防电击要求时；<3>为满足浴室、游泳池、医院手术室等场所对防电击要求时；<4>为避免爆炸危险场所因电位差产生电火花时；<5>为满足防雷和信息系统抗干扰的要求时；4、等电位联结与接地的关系接地可视为以大地作为参考电位的等电位联结,为防电击而设的等电位联结一般均做接地,与地电位相一致,有利于人身安全.8.3建筑物的防雷分类根据建筑物的重要性、内容及雷击后果的严重性以及遭受雷击的概率大小等因素综合考虑,我国防雷标准将建、构筑物划分为三类不同的防雷类别,以便规定不同的雷电防护要求和措施.一级防雷的建筑物：因电火花而引起爆炸会造成巨大破坏和人身伤亡的下列建筑物：1制造、使用或贮存大量爆炸物质,2具有0区、1区或10区爆炸危险环境的建筑物.二级防雷的建筑物：1、国家级重点文物保护的建筑物.2、特别重要的建筑物,如国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和博览建筑物、大型火车站、国宾馆、国家级档案馆、大型城市的重要给水水泵房等.3、对国民经济有重要意义且装有大量电子设备的建筑物,如国家级计算中心、国际通讯枢纽等.4、电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡的下列建筑物：5、工业企业内有爆炸危险的露天钢质封闭气罐.6、年预计雷击次数大于0.06次的重要建筑物或人员密集的公共建筑物,7、年预计雷击次数大于0.3次的一般性民用建筑物,如住宅、办公楼等.三级防雷的建筑物：1、省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆.2、年预计雷击次数大于或等于0.012次,且小于或等于0.06次/a的重要或人员密集的公共建筑物.、3、年预计雷击次数大于或等于0.06次,且小于或等于0.3次/a的一般性民用建筑物,、.4、年预计雷击次数大于或等于0.06次的一般性工业建筑物.5、根据雷击后对工业生产的影响及产生的后果,并结合当地气象、地形、地质及周围环境等因素,确定需要防雷的21区、22区、23区火灾危险环境.6、高度在15m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物；在年平均雷暴日不超过15天的地区,高度在20m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物.7、未装设防直击雷装置及不处于其他建、构筑物的保护范围内,但设有电子系统需防雷击电磁脉冲的建筑物,宜按第三类考虑防直击雷措施.8.5本设计中建筑物防雷等级及防雷措施本设计中建筑物全部为三类防雷建筑.应按照第三类防雷建筑物防雷措施实施,主要是防直击雷.采用TN-C-S接地系统方式.本工程在屋顶女儿墙上设避雷带,所有突出屋面的构筑物均与避雷带做可靠连接防雷引下线可利用结构柱内筋16mm以上主筋利用基础内主筋相互捍连作为基础接地极,接地电阻小于一欧,施工后应进行实测,不足时应采取补强措施.进出建筑物的各种管道及电气设备的各种接地保护,电缆的金属外皮,保护钢管等应在进出处与总等电位箱连接,与中性线绝缘,竖直敷设的金属管道及金属物体的顶端和底端应于接地装置可靠连接.所有外露装置可导电部分均与保护地线可靠连接.避雷带采用直径12mm的镀锌圆钢,利用柱内两跟主筋做防雷引下线,利用基础内主筋做接地装置.柱内主筋于接地极要做可靠的连接,测试点高度为1.8米.等电位联结：各层结构梁,板,柱及剪力墙主筋可靠焊接,所有金属门窗,栏杆等,引入,引出建筑物的金属管道均与防雷接地系统焊接.淋浴间,卫生间内给排水金属管道,采暖管道散热器及所有金属构件均作局部等电位联结.系统作等电位连接,在一楼的楼道内安装一总等电位端子箱,把所有进户线〔如电信、有线电视等及建筑物的金属构件与总等电位连接端子箱连接.在卫生间内应设局部等电位端子箱,设在洗手盆侧墙上,底边距地0.5m,所有铁件、金属管线等应与等电位端子箱连接.总等电位端子箱与基础接地系统用40×4镀锌扁钢良好焊接；总等电位端子箱与总等电位端子箱之间用40×4镀锌扁钢良好焊接