某商住楼供配电系统设计毕业论文 .doc

本 科 生 毕 业 设 计 (论 文)题目：某商住楼供配电系统设计The design of power supply and distribution system for a commercial and residential 教学单位 电气信息工程学院 姓 名 学 号 200931001103 年 级 2009级 专 业 电气工程及其自动化 指导教师 职 称 2013年5月10日摘 要本工程是对地下一层，地上十七层的商住楼供配电系统进行全面设计，保证系统安全、可靠、优质、经济地运行，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。设计内容主要包括供配电系统的主结线，供配电方式的确定，供配电系统负荷计算，短路电流计算，高低压系统主要电气设备的选择，防雷接地，完成供配电系统部分的图纸（高低压系统图、主结线图）。关键词：负荷计算、短路电流计算、防雷接地。AbstractThe project is on the floor, a comprehensive design of power supply and distribution system, seventeen on the ground floor of the building, to ensure the system security, reliability, quality, economic operation, must abide by the relevant regulations and standards of the state, the implementation of the relevant national policies, including saving energy, saving non-ferrous metals and other technical and economic policy.The design content mainly includes main junction of power supply and distribution system, determine the power supply, power supply and distribution system load calculation, short-circuit current calculationtion, the main electrical equipment the main of high and low voltage system selection, lightning protection and grounding of power supply and distribution system, complete the part drawings (high and low voltage system diagram, the main wiring diagram).Keyword: Load calculation, short-circuit electric current calculation, grounding for lightening.目 录摘 要Abstract第1章 绪论11.1 工程概况11.2 设计依据11.3 设计目的11.4 建筑电气发展趋势1第2章 主结线设计22.1 负荷对供配电的要求22.2 主结线22.3 主结线设计图3第3章 负荷计算43.1 负荷分级43.2 负荷数据43.3 负荷计算53.3.1 负荷计算主要公式53.3.2 变压器低压侧负荷计算63.3.3 变压器高压侧负荷计算9第4章 短路电流计算114.1 短路种类114.2 主要公式114.3 变压器短路电流计算114.3.1 变压器高压侧短路电流计算114.3.2 变压器低压侧短路电流计算13第5章 主要电气设备的选择校验165.1 高压断路器的选择及校验165.1.1 对高压断路器的选择165.1.2 对高压断路器的校验165.1.3 高压断路器选择参数165.2 低压断路器的选择及校验165.2.1 低压断路器的选择及校验165.2.2 低压断路器的选择参数175.3 电缆截面面积的选择及校验175.4 母线的选择及校验185.5 电流互感器的选择及校验195.5.1 电流互感器的选择195.5.2 电流互感器的校验195.6 隔离开关的选择215.7 中压成套配电装置215.8 低压成套配电装置21第6章 防雷接地236.1 建筑物防雷类别的确定236.2 建筑物防雷措施236.3 建筑物外部防雷装置的布置236.4 雷电过电压保护设计236.4.1 高压电气装置过电压保护设计236.4.2 低压电气装置过电压保护设计236.5 电气装置接地与等电位联结设计246.5.1 电气装置的接地与接地电阻的要求246.5.2 接地装置的设计246.6 等电位联结设计24总 结25参考文献26附 录27致 谢28第1章 绪论1.1 工程概况 某商住楼，总18层，地上17层，地下1层。占地面积1590平方米，总建筑面积27040.9平方米,建筑物总高度为60米。年预计雷击次数0.11次，为二类防雷建筑物。地面一到二层为商场，三层以上均为住宅用房；地下层为设备层，变电所设在地下一层。1.2 设计依据民用建筑电气设计规范（GBJGJT16）2008版；民用建筑电气设计手册2007版；供配电系统设计规范（GB50054）2009版；建筑物防雷设计规范（ GB50057-94）2000版。1.3 设计目的通过一个学期对建筑电气供配电系统的学习，使我对该课程有了初步的理解。明白了供配电设计中的一些基本要求和设计时的一些注意事项，同时还对供配电系统中根据实际情况进行设备选型有了大致了解。本次设计主要是针对供配电系统的全面的设计，首先是让我了解整个系统设计的步骤，包括原始资料的整理与分析、负荷计算、变压器的选择和断路器的选择和整个供电系统图的设计；其次，是考察我们的思维方式，包括一些设备参数的选取和整个系统的供电质量的评定。设计目的可以总结成以下几点：巩固建筑电气供配电系统的理论知识；学习和掌握建筑电气部分设计的基本方法，学习和应用有关技术、经济政策、设计规范、规程和技术规定；培养我独立分析和解决工程问题的工作能力及实际工程设计的基本技能提高编写技术文件和制图的技能。本次设计使我更加透彻的了解并很好的掌握了课本的理论知识，理论和实践相结合，使我的学习事半功倍。1.4 建筑电气发展趋势随着科学技术的飞速发展以及人民生活水平的不断提高，建筑电气正向着自动化、节能化、信息化、智能化方向发展。电气设备趋向小型化、易操作化、寿命长、免维护、可扩展，并且更加安全可靠。防止人身触电和火灾事故的措施更加完善。线路敷设方式更加灵活。供配电系统实现全面自动化。更加注重保护环境和节约能源，实现可持续发展。第2章 主结线设计2.1 负荷对供配电的要求一级负荷：双电源末端切换。一级负荷中特别重要负荷：双电源和完全独立的应急电源。二级负荷：双回路末端切换。三级负荷：对电源无特殊要求，一般单电源供电即可1。2.2 主结线 定义：主接线是指各种开关电器，电力变压器，母线，电力电缆或导线，移相电容器，避雷器等电气设备依一定次序相连接的接受和分配电能的电路。 主要元器件：a. 断路器（QF）：开关电器，能切除或投入正常负荷，并能切除故障回路。具有灭弧装置，断开时无明显可见断点。b. 负荷开关(QL)：开关电器，能切除或投入正常负荷，具有灭弧能力，断开时具有明显可见断点。c. 隔离开关(QS)：隔离电器，只能切除或投入空载或很小（几安）的负荷，断开时有明显可见断点，常与断路器配合使用。d. 熔断器(FU)：保护电器，专门用于切断过负荷较大的回路或短路回路。e. 电流互感器(TA)：电流变换器，隔离高电压，将大电流变小电流。f. 电压互感器(TV)：电压变换器，隔离高电压，将高电压变低电压。g. 避雷器(F)：防过电压侵入。h. 移相电容器(C)：作无功补偿4。 单母线不分段结线：母线上侧位电源进线回路，下侧为向负荷供电的配出线回路。通常分两种情况：单进线回路（只有一种运行方式），双进线回路（双电源并列运行，双电源一用一备运行，电源一进一出运行三种运行方式）。 单母线分段结线：母线用“断路器+隔离开关”分为两段或多段，通常用于两回路或多回路进线线路的情况。（通常有双电源并列运行，双电源分列运行和双电源一用一备运行三种运行方式）。 桥式结线：也叫H形结线，用于有n回进线和n回出线的情况，常有二进二出或三进三出，主要用于中，高压系统。分内桥式结线（适合负荷变化不大）和外桥式结线（适合负荷变化大）2。 典型主结线形式： a.向三级负荷供电的主结线般变压器一次侧采用单元式结线，二次侧采用单母线结线，负荷较大时，许采用两台或多台变压器时，一次侧采用单母线不分段结线，二次侧采用单母线分段不联络的结线。 b.向一、二级负荷供电的主结线般应有两回电源进线，此时变压器一二次侧均采用单母线分段结线。 c.向特别重要负荷供电的主结线二次侧仍采用单母线分段结线，但二次侧的母线分段方式可有多种。 d .有多种应急电源向特别重要负荷供电的结线。 e.变电站中压开关为“负荷开关熔断器”的主结线5。2.3 主结线设计图本工程高压供电应由区域变电站不同母线段引来两路10KV电源至高压配室，设计为单母线分段结线，因为有较大的一、二级负荷，设计为三台变压器，正常工作时，两路电源同时供电，变压器之间的母联开关断开，变压器正常供电，故障时，变压器之间的母联开关闭合，变压器对一、二级负荷供电。一级负荷用双电源末端切换，二级负荷用双回路末端切换，三级负荷没有特殊要求，综上所述，主结线设计图见附录一。 第3章 负荷计算3.1 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：一级负荷：生活泵、住宅风机、地下送风机、污水泵、住宅应急用电、设备房照明。二级负荷：电梯、物业管理。三级负荷：住宅用电、商业用电3。3.2 负荷数据住宅用电、住宅应急用电、商业用电的计算过程如下：3 17层住宅用电估算采用的是住宅用电量指标法，其中：公式为 式中 住宅用电同时系数； 住宅用电量指标，单位为KW/户； 供电范围内的住宅户数。 商住楼用电估算采用负荷密度法，如下：12层商住楼用电： 其中 50W/是功率指标。应急用电： 负荷统计数据如表3-1所示：表31 本工程负荷数据负荷名称设备功率功率因数需要系数负荷分级生活泵60KW0.871 一级 住宅风机5KW0.80.8一级地下送风机15KW0.81一级污水泵4KW0.80.7一级住宅应急用电4.1KW0.91一级设备房照明15KW0.91一级电梯16KW0.70.8二级物业管理15KW0.80.8二级1层商业用电80KW0.90.8三级2层商业用电80KW0.90.8三级37层住宅用电540KW0.90.8三级812层住宅用电540KW0.90.8三级1317层住宅用电540KW0.90.8三级3.3 负荷计算采用需要系数法进行负荷计算。3.3.1 负荷计算主要公式单组设备计算负荷 式中 总设备功率，单位为KW； 需要系数； 计算有功率，单位为KW； 计算无功功率，单位为kvar； 计算视在功率，单位为KVA； 电气设备功率因数角的正切值； 电气设备额定电压，单位为KV； 计算电流，单位为A。多组设备的计算负荷式中 有功功率同时系数； 无功功率同时系数。无功补偿的计算补偿前 补偿后需要补偿式中 补偿前的平均有功功率，单位为KW； 补偿前的平均无功功率，单位为kvar； 需补偿的无功功率，单位为kvar； 补偿前后的功率因数角； 无功功率补偿率。变压器损耗计算变压器的损损耗计算公式如下： 式中 变压器最大有功损耗，单位为KW； 变压器空载有功损耗，单位为KW； 变压器短路有功损耗，单位为KW； 变压器上通过的计算视在功率，单位为KVA。 式中 变压器最大无功损耗，单位为kvar； 变压器空载电流与额定电流的百分比； 变压器短路电压与额定电压的百分比； 变压器上通过的计算视在功率，单位为KVA； 变压器额定视在功率，单位为KVA。3.3.2 变压器低压侧负荷计算采用逐点计算法，见表3-2，其中AA、D D、E E见附录一。表3-2 低压侧负荷计算 负荷名称计算点设备功率/KW功率因数cos需要系数Kd计算有功功率P/KW计算无功功率Qc/kvar计算视在功率Sc/KVA计算电流Ic/A 37层住宅用电 A5400.90.8432209.2480727.3 812层住宅用电 A5400.90.8 432 209.2480727.3 1层商业用电 A800.90.8643171107.9 生活泵 A600.871603469104.8地下送水机A150.811511.315.423.2污水泵 A160.80.711.28.41421.3住宅应急用电A4.10.90.83.281.63.75.6设备房照明 A150.90.8125.813.320.2电梯A640.50.851.288.7102.4155.6 1317层住宅用电D5400.90.8432209.2480729.32层商业用电D800.90.8643171107.9物业管理D150.80.81291522.8住宅风机D200.80.816122030.4 生活泵E600.871603469104.8地下送风机E150.811511.315.423.2住宅风机E200.80.813122030.4污水泵E160.80.711.28.41421.3住宅应急用电E4.20.90.83.361.63.75.6设备房照明E150.90.8125.813.320.2电梯E640.90.851.288.7102.4155.6变压器低压侧补偿前负荷计算，见表3-3，见附录一。表3-3 补偿前计算负荷计算点多组设备计算有功功率多组设备计算无功率 同时系数计算有功功率Pc/KW计算无功功率Qc/kvar计算视在功率Sc/KVA计算电流Ic/AB432+64+60+15+11.2+3.36+12+432+51.21080.8209.2+31+34+11.3+8.4+1.6+5.8+209.2+88.7598.80.9972.7538.911121689.5B432+64+12+16524209.2+9+31+12261.20.9471.6235.1527800.7B60+15+16+11.2+3.36+12+51.2168.834+11.3+12+8.4+1.6+5.8+88.7161.80.9152145.6210.5319.3变压器低压侧补偿后负荷计算，见表3-4： 表3-4 补偿后计算负荷计算点补偿前补偿后无功补偿容量/kvar实际补偿容量/(12kvar/每台)补偿后计算有功功率Pc/KW补偿后计算无功功率Qc/kvar补偿后计算视在功率Sc/KVA补偿后计算电流Ic/AB0.870.93125.1132972.7406.91054.41602B0.890.93164.148471.6187.1507.4770.9B0.720.9364.87215273.6168.9255.6其中 式中，取0.75。3.3.3 变压器高压侧负荷计算变压器高压侧负荷计算，见表3-5，见附录一。表3-5 计算负荷计算点空载损耗短路损耗变压器有功损耗/KW变压器无功损耗/kvar计算有功功率Pc/KW计算无功功率Qc/kvar计算视在功率Sc/KVA计算电流Ic/AC2.21261.09.356.8982463.7108662.7C1.356.261.25.834.8477.4221.9526.530.4C0.552.4341.62.18.2154.181.8174.410.1本工程视在计算功率分别为1086KVA、526.5KVA、174.4KVA。所以选用的变压器的容量分别为1250KVA、630KVA、200KVA。其负荷率分别为86.9%，83.6%、87.2%，满足要求。故选用的变压器型号为SC10-1250/10、SC10-630/10、SC10-200/10。变压器高压侧H点负荷计算，见表36，H点见附录一。表36 H点计算负荷计算点点计算有功功率之和点计算无功功率之和 同时系数计算有功功率Pc/KW计算无功功率Qc/kvar计算视在功率Sc/KVA计算电流Ic/AH477.4+154.1631.5221.9+81.8303.70.9568.4273.3630.336.4第4章 短路电流计算4.1 短路种类对中性点接地系统，可能发生的短路种类有：三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路，后者是指两根相线和大地三者之间的短路。单相短路有相线与中性线间的短路，也有相线直接与大地之间的短路，这时的单相短路又称单相接地短路。对中性点不接地系统，可能发生的短路类型有：三相短路和两相短路。另外，两相接地短路也应算作一种特殊类型的短路，它是指有两相分别接地、但接地点不在同一位置面形成的相间短路。中性点不接地系统出现单相接地故障时，叫做不正常运行状态，不属于短路故障。以上类型的短路中，三相短路又称为对称短路，其余的称为非对称短路。从短路发生的类型来看，单相短路或接地的发生率最高；从短路发生的部位来看，线路一发生的短路或接地比例最大。我国中压系统采用中性点不接地系统，主要就是为了避免单相接地造成的停电2。4.2 主要公式三相短路全电流冲击值： 式中 冲击系数； 三相短路周期分量有效值，单位为A。工程上，对L较大的中、高压系统，取 对R较大的低压系统，取短路冲击电流有效值：三相短路有效值：式中 三相短路电流，单位为A。短路容量： 式中 系统中某一点的短路容量，单位为KVA； 短路点所在电压等级的平均电压，单位为KV； 某点短路时三相短路电流稳态值，单位为A。4.3 变压器短路电流计算 采用标幺值法进行计算。4.3.1 变压器高压侧短路电流计算系统短路数据：提供10KV专线电源S1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；提供10KV电源S2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。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。短路电路图见图41，此处仅以变压器T高压侧短路电流k-1点计算为例进行介绍。图41 短路电路图1） 基准值计算基准电流2） 电抗标幺值电力系统电抗标幺值： 电缆线路单位长度电抗值，长度4km，则电缆线的电抗标幺值为：K-1点短路时总电抗标幺值为：三相短路电流为： 三相次暂态短路电流及短路稳态电流为：三相短路冲击电流为：三相短路容量为：两相短路电流为：按照同样的方法可以计算出变压器高压侧k-2、k-3点短路时三相短路电流和两相短路电流。变压器高压侧短路计算如表41所示。 表41 高压侧短路计算基准值 ，短路点电抗标幺值三相短路电流三相短路容量两相短路电流 k-1系统0.210101025.5181.98.7线路0.35k-2系统0.59.49.49.424.0170.98.2线路0.086k-3系统0.59.49.49.424.0170.98.2线路0.0864.3.2 变压器低压侧短路电流计算本工程变压器低压侧短路电流计算时，正常运行时，电源S1和电源S2同时供电，低压母线分段联络，短路点选在三台变压器低压绕组出口处k-4、k-5、k-6点，短路电路图见图41，变压器T低压侧-4点短路时短路电流计算，计算过程如下：变压器电抗标幺值：总电抗标幺值：三相短路电流为： 三相次暂态短路电流及短路稳态电流为：三相短路冲击电流为：三相短路容量为：两相短路电流为：同理变压器T低压侧k-5点的计算如下所示：总电抗标幺值：三相短路电流为： 三相次暂态短路电流及短路稳态电流为：三相短路冲击电流为：三相短路容量为：两相短路电流为：同理变压器T低压侧k-6点的计算过程如下所示：总电抗标幺值：三相短路电流为： 三相次暂态短路电流及短路稳态电流为：三相短路冲击电流为：三相短路容量为：两相短路电流为：第5章 主要电气设备的选择校验5.1 高压断路器的选择及校验5.1.1 对高压断路器的选择以变压器T高压侧C点为例，由第3章的负荷计算有，选择断路器,满足要求。根据Z型高压真空断路器产品手册选择ZN28-10。其开断电流为，额定峰值耐受电流.额定短时耐受电流（4s）。5.1.2 对高压断路器的校验额定开断电流校验：,开断电流满足条件。动稳定性校验：,动稳定条件满足。热稳定性校验：,热稳定条件满足。-假想时间 -断路器反应时间 -断路器开断电流-三相短路电流 -计算电流 -冲击电流5.1.3 高压断路器选择参数高压断路器选择参数见表51。表51 高压断路器选择参数设备参数ZN28-10比较条件计算数据10满足10630满足62.720满足101600满足100050满足25.5同理对变压器均选择ZN28-10, 校验过程如上所述，且校验均满足要求。由于篇幅有限，不作一一校验。5.2 低压断路器的选择及校验5.2.1 低压断路器的选择及校验以T变压器低压侧为例，选择万能低压断路器M系列-4000。额定电流选择：，满足条件。断流能力校验：，满足条件。 长延时过电流脱扣器整定电流，满足条件。短延时过电流脱扣器整定电流，满足条件。瞬时过电流脱扣器整定电流，满足条件。 5.2.2 低压断路器的选择参数表52 低压断路器的选择参数设备参数M系例-4000比较条件计算数据380满足3804000满足160260满足34.8短延时脱扣器12000满足1201.5瞬时脱扣器56000满足418000同理理对变压器均选择M系列-4000，校验过程如上所述，且校验均满足要要求。由于篇幅有限，不作一一校验。5.3 电缆截面面积的选择及校验电缆的校验需满足：。式中， 电缆允许截流量，实际电流。以电缆线所在回路中为例，满足条件。故选择满足要求，其它电缆截面面积选择，见表53：表53 电缆截面面积选择电缆线回路计算电流Ic(A)修正系数实际电流（A）初选截面积（） A727.30.9810.3630A727.30.9810.3630 A107.90.9119.935 A104.80.9116.435A23.20.925.82.5A21.30.923.72.5A5.60.96.21.5A20.20.922.52.5A155.60.9172.970D729.30.9810.3630D107.90.9119.935D22.80.925.32.5D30.40.933.84E104.80.9116.435E23.20.925.82.5E30.40.933.84E21.30.923.72.5E5.60.96.21.5E20.20.922.52.5E155.60.9172.970B16020.91780630B770.90.9856.6630B255.60.9284120C62.70.969.716C30.40.933.86C10.10.911.21.5H36.40.940.410上面的表中，实际电流计算电流/修正系数。5.4 母线的选择及校验以母线WBL1为例进行介绍：在WBL1处，选择导线通过的载流量，选择铜母线（TMY）/(80×80)。校验过程如下：；480,满足。式中 假想时间，热稳定系数，母线最小截面积，导线通过的载流量。所以上述母线截面积选择正确。 同理，根据上面的计算过程，其它母线的截面积选择见表54：表54 母线截面积选择母线所在回路计算电流Ic(A)(mm)母线截面积（mm）WBL11602170.2640WBL2770.969.9250WBL3255.634.260WBH162.748.960WBH230.445.9605.5 电流互感器的选择及校验5.5.1 电流互感器的选择满足工作电压要求即：。式中 电流互感器额定工作电压； 电流互感器测量处额定电压。满足工作电流要求，应对一、二次侧电流进行考虑。 （a）一次侧额定电流： ，或者。（b）二次侧额定电流：。准确度等级由于考虑到仪表指针在仪表盘2/3左右较易准确读数，因此：。以变压器低压侧B所在回路有：1602A， ,故选择LZZBJ910E25.5.2 电流互感器的校验动稳定性校验：,动稳定条件满足。热稳定性校验：,热稳定条件满足。-假想时间 -断路器反应时间 -三相短路电流 -计算电流 -冲击电流故所选择电流互感器满足条件。同理对所有回路电流互感器的选择见表55:表55 电流互感器选择电缆所在回路计算电流Ic(A)型号额定电流比/A A727.3LZZBJ9-10A11200/5A727.3LZZBJ9-10A11200/5A107.9LZZBJ9-10D1200/5 A104.8LZZBJ9-10D1200/5A23.2LZZBJ9-10B250/5A21.3LZZBJ9-10B250/5A5.6LZZBJ9-10B250/5A20.2LZZBJ9-10B250/5A155.6LZZBJ9-10D1400/5D729.3LZZBJ9-10A11200/5 D107.9LZZBJ9-10D1200/5D22.8LZZBJ9-10B250/5D30.4LZZBJ9-10B250/5E104.8LZZBJ9-10D150/5E23.2LZZBJ9-10B250/5E30.4LZZBJ9-10B250/5E21.3LZZBJ9-10B250/5E5.6LZZBJ9-10B250/5E20.2LZZBJ9-10B250/5E155.6LZZBJ9-10D1200/5B1602LZZBJ9-10E23000/5B770.9LZZBJ9-10A21500/5B255.6LZZBJ9-10D1500/5C62.7LZZBJ9-10100/5C30.4LZZBJ9-1050/5C10.1LZZBJ9-1050/55.6 隔离开关的选择隔离开关的选择见表56。表56 隔离开关选择隔离开关所在回路型号C1GN24-10DC2GN24-10DC3GN24-10DB1SIRC0 3150A AC-22B2SIRC0 3150A AC-22B3SIRC0 250A AC-22HGN24-10D5.7 中压成套配电装置 中压成套配电装置又称为中压开关柜、中压配电柜或中压配电屏。可分为固定式开关柜、手车式开关柜。固定式开关柜的断路器用螺栓固定安装在柜内，断路器两侧有隔离开关。常见的型号有：XGN210、GG1A、KGN等。手车式开关柜的断路器安装在一个小车上，小车下端有两个插头，开