某高层建筑高低压供配电系统设计

郑州轻工业学院
课程设计说明书题目：某高层建筑高低压供配电系统设计
姓名：范军伟
院（系）：建筑环境工程学院
专业班级：建筑电气与智能化12-01
学号：541201040105
指导教师：曹祥红
成绩：
摘要
本工程是对某高层建筑高低压供配电系统设计，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。

设计内容包括确定大楼的设备电气负荷等级，进行负荷计算，选择变压器的容量、类型及台数，各个楼层供电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及校验，防雷接地的设计。

设计过程中需要绘图的部分使用AutoCAD绘图，最后将整个设计过程整理、总结设计文档报告。

关键词：设备选择防雷接地负荷计算无功补偿变压器
目录
摘要 (I)
1 绪论 (4)
1.1设计题目及工作概况 (4)
1.1.1设计题目 (4)
1.1.2工程概况 (4)
1.2课程设计的目的 (4)
1.3 课程设计的内容和要求 (5)
1.4设计的依据 (6)
1.6设计知识要点难点解析 (7)
2方案论证 (11)
2.1供配电系统的方案论证 (11)
2.2方案事项 (12)
页脚内容0
3负荷计算 (14)
3.1负荷计算的依据与目的 (14)
3.2负荷计算 (15)
3.2.1需要系数法 (15)
3.2.2单组设备计算负荷 (17)
3.2.3多组设备的计算负荷 (18)
3.3无功补偿计算 (20)
3.4负荷计算 (21)
3.4.1照明负荷0.38KV配电干线负荷计算 (21)
3.4.2动力负荷和平时消防负荷0.38KV负荷计算 (32)
3.4.3消防负荷0.38KV配电干线的负荷计算 (43)
表3-3：消防负荷0.38KV配电干线的负荷计算页脚内容1
(53)
3.4.4 10/0.38KV变电所总负荷计算 (53)
表3-4：10/0.38KV变电所总负荷计算 (60)
4设备与导线的选择 (61)
4.1变压器的选择 (61)
4.2三相短路电流的计算 (63)
4.3高压断路器的选择 (64)
4.4低压断路器的选择 (70)
4.5互感器的选择 (71)
4.5.1电流互感器的选择 (71)
4.5.2电压互感器的选择 (74)
4.4导线选择 (75)
5变配电室设计 (76)
页脚内容2
6防雷接地设计 (78)
6.1接地概念 (78)
6.2接地形式的种类 (78)
6.2.1 TN－C系统 (78)
6.2.2 TN－S系统 (79)
6.2.3TN－C－S系统 (80)
本设计采用的是低压配电系统为TN-S接地型式。

接地方式可见附录1。

(81)
结束语 (82)
参考文献 (83)
附录 (85)
页脚内容3
1 绪论
1.1设计题目及工作概况
1.1.1设计题目
某高层建筑高低压供配电系统设计
1.1.2工程概况
本工程为一类高层综合楼，地面22层，地下一层，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，平时作为汽车库，战时作为一个防护单元二等人员掩蔽部，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。

1.2课程设计的目的
本次课程设计是将理论课学习内容，应用与民用建页脚内容4
筑电气工程之中，通过此次课程设计使学生对课堂所学智能建筑供配电系统知识进一步巩固和验证，同时锻炼学生的实际分析问题解决问题的能力。

1.3课程设计的内容和要求
1、制定设计方案。

1）确定电源电压、负荷等级及供配电方式。

2）确定保护设备控制方式及安装方式。

2、确定方案后，绘制施工图。

1）绘制各用电设备等布置平面图。

2）绘制高、低压系统图。

3）绘制防雷接地平面图。

4）编制设计说明书。

3、进行设计计算，选择设备容量、整定值、型号、台数等。

编写设计计算书。

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1.4设计的依据
《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T13-92）；
《高出民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）；《现代建筑设计规范大全》（修订缩印本）2002版；
《住宅设计规范》（BG50096-1999）2003版；
1.5设计的原则
(1）安全性必须保证在任何可能的运行的方式及检修状态下运行人员及设备的安全。

(2）可靠性主结线的可靠性要求由用电负荷的等级确定。

要保证主结线的可靠性可以采用多种措施。

如系统中的某一电气元件故障时，可以由保护装置自动把故障元件迅速切除，使之不影响系统的其他部分的继续运行；也可以在系统中设置备用元件，当工作元件故障
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时，由自动装置立即投入备用元件代替工作元件。

因此，在主结线中就要考虑是否方便电气元件的投切操作。

(3）灵活性应能适应在各种可能的运行方式的要求。

主结线的电路关系是可以改变的，在系统运行中，这种主结线电路关系的改变叫做运行方式的改变。

运行方式的改变通常是通过对主结线中某些电气元件的投入和切除来实现的，因此，主结线应考虑是否方便电气元件的投切操作。

从而适应各个时段能源供电能力与负荷变化的要求，适应元件检修的要求，保证各种不正常运行方式下系统仍能达到足够的供电质量。

(4）经济性应满足最少的投资与年运行费用的要求，使得总经济效益为最佳。

1.6设计知识要点难点解析
参考教材第十章工程实例，应用其他章节所学方法和理论，主要完成以下几个方面内容：
（一）进行负荷计算，选择变压器。

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1、根据教材第四章基本理论和工程概况，确定负荷等级，并对对所选工程进行负荷计算，有关参数请查阅相关资料选定。

如需要系数、同时系数等等。

要求计算出P C、Q C、S C、I C等参数。

2、根据计算负荷，选择供电电压和供电变压器容量，选择变压器规格型号，了解外形尺寸等有关参数。

并根据负荷等级情况，确定是否需要应急电源或备用电源，如需要，选择柴油发电机组容量。

（二）高低压主接线系统设计
根据教材第三、八章的内容，选择高低压主接线方式，并进行高低压主接线系统设计，确定变压器室的布置方案。

确定高低压系统接地型式，并确定高低压配电方式。

（三）短路计算和高、低压断路器等开关设备的选择计算。

根据教材第五、六章内容，进行短路计算并进行高、页脚内容8
低压断路器等开关设备的选择计算。

如利用计算电流I C ，查找产品样本，选择回路开关额定电流，并进行相关校验，确定各级开关整定电流和级间配合。

（四）导线选择计算。

根据教材第七章内容，进行导线选择计算。

确定各回路导线规格型号及敷设方式。

如利用有关公式求出每一回路的计算电流I C，按载流量选择回路导线截面，按电压损失不超5%校验等。

考虑中线及保护线截面的选择，选择穿管管径。

（五）防雷接地
根据第九章内容和相关规范，计算年平均雷暴日，确定建筑物防雷分类等级，进行屋面防雷设计和基础接地设计。

（六）绘制施工图
1、电气设备平面图
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在土建平面图上画出全部用电设备的位置，电源及配电盘（箱）等位置、型号、规格、穿线管径、数量、容量大小、敷设方式，干线、支线的编号、走向、安装高度和方式等。

2、电力配电系统图
根据配电方案，及各级配电箱装置和用电设备出线线路，绘制高低压系统图。

3、防雷接地平面图
根据防雷接地设计，绘制屋面防雷和基础接地平面图。

4、列出图纸目录、图例表、材料表。

4、编写设计说明。

分项说明施工图未表达清楚的问题，一般分为：设计依据、设计范围、建筑构造概况、电源电压、电线电缆选择与敷设、管径选择、开配电箱安装、保护及等电位联结、其他等等。

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2方案论证
2.1供配电系统的方案论证
本工程中一级负荷是消防设备，二级负荷为地下室设备，其余的均为三级负荷。

总负荷为2051.3KW。

根据负荷容量，本工程选用一台干式环氧树脂变压器，容量为1600KVA，
本工程采用两路电源进线，其中电源S1给1#和2#两台变压器供电，电源S2仅给3#和4#两台变压器供电，高压母线单母线分段联络，保证电源切换；低压母线分段联络，运行方式灵活，保证了供电的可靠性。

高压柜采用KYN28-12系列产品。

产品的外型尺寸为：800×1600×2200(mm)。

参数：额定电压：12KV；额定绝缘水平：1min工频耐受电压42KV，雷电冲击耐受电压75KV。

低压开关柜采用MNS系列产品，以E=25mm为模数，外型尺寸为：1000×2200×800(mm)。

参数：额定工作电
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压：690V；额定绝缘电压：1KV；额定耐冲击电压：10KV；工频耐受电压：3KV。

变压器型号：SCB-1600/10，联结组别：Dyn11，空载损耗：2300W，负载损耗：11000W，阻抗电压：6%，空载电流：1.0%,噪音52dB。

2.2方案事项
(1)高压供配电系统中，为了保证整个系统的供电可靠性，拟采用高压母线分段联络的供电方式。

并拟用TN-S系统。

(2)低压配电系统中为保证本工程的一、二级负荷供电可靠性，拟采用低压母线分段联络的供电方式。

(3)根据本工程实际需要拟将变电所设置在地下一层
(4)高压配电系统：10KV高压配电系统为单母线分段，正常运行时，两路电源同时供电，当任一电源故障或停用时，人工闭合网络开关，每路电源均能承担
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全部的负荷。

高压断路器采用真空断路器，直流操作电源。

(5)1#，2#变压器及3#，4#变压器之间的低压母线设联络开关，低压母线分段运行，联络开关设自投自复；自投不自复；手动转换开关。

自投时应自动断开非保护负荷，以保证变压器正常工作。

住进开关与联络开关设电气连锁，任何情况下只能合其中的两个开关。

(6)低压配电系统采用放射式和树干式相结合的方式，对单太容量较大的负荷和重要负荷采用放射式供电，对照明和一般负荷采用采用树干式和与放射式相结合的方式。

(7)高压开关柜采用下进、下出的接线方式。

低压开关柜均采用上进、下出的接线方式。

(8)高压电缆采用YJV-10KV交联聚氯乙烯绝缘，聚氯乙烯护套铜芯电力电缆。

低压出线电缆选用ZRYJV-T-1KV交联聚氯乙烯绝缘，聚氯乙烯护套铜芯电力页脚内容13
电缆；
(9)根据相关规定，同时为了提高在变配电室工作的安全可靠性，拟采用接地线同基础主筋可靠焊接的方法，对整个变配电室采用等电位系统。

3负荷计算
3.1负荷计算的依据与目的
需要系数法计算简单，是最为常用的一种计算方法，适合用电设备类数量较多且容量相差不大的情况，结合本工程具体情况，采用需要系数法。

页脚内容14
页脚内容15 3.2负荷计算
3.2.1需要系数法
负荷计算的需要系数法：首先根据负荷类别进行分组，然后按照下列步骤进行计算。

(1）设备功率 每组中只有一台（套）电气设备时，应将设备实际向供配电系统汲取的电功率作为计算负荷，又常把单台设备的计算负荷称作设备功率，以n P （KW ）表示。

对于： 连续工作制负荷
n P =r P (3-1)
式中r P ——为设备额定输入功率，
(2）断续运行工作制电动机类负荷应将起额定功率换算成负荷持续率为25%时的等效功率，以便计算：
n P =2r
P
(3-2)
式中
P-----设备额定输入功率
r
(3)断续运行输入功率.
工作制电焊类负荷应将其额定功率换算成负荷持续率为100%时的等效功率,以便于计算.即:
P=r P
n
(3-3)
式中
P——为设备额定输入功率，
r
(4)成组用电设备的设备功率是指除备用设备以外的所有单个用电设备额定输入功率之和.
(5)照明设备的设备功率应考虑辅助其正常工作的镇流器等元件上的功率损耗。

白炽灯光源的照明设备:
P=r P
n
(3-4)
荧光灯光源的照明设备：
P=1.25r P
n
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页脚内容17 (3-5)
高强气体放电灯光源的照明设备：
n P =1.1r P (3-6)
3.2.2单组设备计算负荷
当分组后同一组中设备台数>3台时,计算负荷应考虑其需要系数,即:
c P =
d K ∑n P ｉ
(3-7)
c Q = tan φc P (3-8)
C S (3-9)
C I = (3-10)
式中∑
P——总设备功率,单位为KW
n
K——需要系数
d
P——计算有功功率,单位为KW
c
Q——计算无功功率,单位为Kvar
c
S——计算视在功率,单位为KVA
C
tgφ——电气设备功率因数角的正切值
U——电气设备额定电压,单位为KV
r
I——计算电流,单位为A
C
当每台电气设备台数(套)≤3台时,考虑其同时使用效率
K取为1,其于计算与上述公式相同.
d
3.2.3多组设备的计算负荷
当供电范围内有多个性质不同的电气设备组时,先将每一组都按上述步骤计算后,再考虑各个设备组的计算负荷在各自的负荷曲线上不可能同时出现,以一个同
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时系数来表达这中不同时率,因此其计算负荷为:
c
P =P K ∑d K n P
∑ｉ
(3-11)
c
Q
= tg φQ K ∑c
P
(3-12)
C
S
(3-13)
C I =
(3-14)
式中P K ∑------有功功率同时系数.对于配电干线所供范围的计算负荷,
P
K
∑取值范围一般在0.7-1。

Q
K ∑-----无功功率同时系数,对于配电干线计算负荷,
Q
K ∑取值范围一般在0.7~0.97;对于变电站总计算负荷Q
K
∑取值范围一般在0.7。

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3.3无功补偿计算
自然满足要求,在负荷曲线上,无功计算负荷(最大值)往往是发生在有功计算负荷的附近,所以,一般以有功计算负荷发生时所需要的无功补偿容量作为自动补偿时补偿容量计算的依据.即:
12()cc c c c Q p tg tg q p =Φ-Φ=
(3-15)
选择:电容器的选择(使用台数)
CC
r
Q N Q ≥
(3-16) 当电容器为三相电容器时,其额定
容量之和应小于系统需要的容量.所以实际的补偿容量`cc Q 应为
CC
r
Q N Q ≥
(3-17)
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当电容器为单相电容器时,除了保证补偿容量以外,为维持三相平衡,还应保证电容器的台数为3的倍数
补偿后的实际平均功率因数为:
cos av
av av
p s Φ=
=
(3-18)
3.4负荷计算
3.4.1照明负荷0.38KV 配电干线负荷计算
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(注：以上设备全为三级负荷)页脚内容31
表3-1：照明负荷0.38KV配电干线负荷计算3.4.2动力负荷和平时消防负荷0.38KV负荷计算
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（注：屋顶客梯动力和生活水泵为一级负荷，地下室排污泵，地下室送风机，，地下室排风机为二级负荷，其他的均为三级负荷）
表3-2：照明负荷0.38KV配电干线负荷计算
3.4.3消防负荷0.38KV配电干线的负荷计算
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