某高层建筑高低压供电系统的设计毕业论文

毕业论文题目某高层建筑高低压供电系统的设计
专业：电气工程及其自动化
学院：电气工程学院
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学位论文作者（签名）：
2015年03月28日
摘要
本工程是对地下一层，地上十二层，局部十五层的综合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。

关键词：综合楼供配电计算负荷设备选择防雷接地。

Abstract
This project is on a layer underground, 12, 15 layer of the complex building of local power supply and distribution system to conduct a comprehensive design, ensure safe, reliable, high quality and economical system operation, must comply with the relevant provisions of the state and standard, execute related policies and regulations of the country, including saving energy, saving of non-ferrous metals and other technical and economic policies.
Design content including building equipment electrical load level, load calculation, selection of transformer capacity, types and the Numbers, the calculation of short-circuit current of each floor power supply circuit, power supply and distribution system of the main connection mode, selection of high and low voltage equipments and wire cable and check, the design of lightning protection grounding
.
Keywords:Complex building, Power supply and distribution, Computational load, Equipment selection，Lightning protection grounding
目录
摘要 (III)
Abstract (IV)
目录 (V)
1 绪论 (1)
1.1 概况 (1)
1.2 供配电系统设计的规范 (2)
1.3 负荷分级及供电要求 (2)
1.3.1 一级负荷 (2)
1.3.2 二级负荷 (2)
1.3.3 三级负荷 (3)
1.3.4 负荷数据 (3)
1.4 负荷计算与高低压配线 (5)
1.4.1平时运行的负荷计算 (5)
1.4.2火灾时运行的消防负荷计算 (5)
1.4.3 10/0.38KV变电所计算负荷 (7)
1.4.4 无功补偿 (9)
1.5 高低压配电形式 (10)
2 电气设备选择 (12)
2.1供电电源电压选择 (12)
2.2变压器的选取原则 (12)
2.3变压器类型的选择 (13)
2.4 变压器容量的选择 (13)
2.5 断路器选用原则 (14)
3 配电所区选址布置 (18)
3.1 配电所的选址 (18)
3.2 配电所布局 (19)
4 电气主接线 (21)
4.1 电气主接线定义 (21)
4.2 电气主接线基本要求： (21)
4.3 主接线的分类： (22)
4.4 单母线分段接线： (23)
5 防雷与接地 (25)
5.1供配电系统的防雷 (25)
5.1.1 过电压及雷电的有关概念 (25)
5.1.2防雷设备 (26)
5.1.3配电所的防雷 (27)
5.2 供配电系统的接地概述 (29)
5.2.1接地的类型 (29)
6 综合布线系统及有限电视系统 (31)
7 总结 (32)
致谢 (33)
参考文献： (34)
1绪论
供配电技术，就是研究电力的供应及分配的问题。

电力，是现代工业生产、民用住宅、及企事业单位的主要能源和动力，是现代文明的物质技术基础。

没有电力，就没有国民经济的现代化。

现代社会的信息化和网络化，都是建立在电气化的基础之上的。

因此，电力供应如果突然中断，则将对这些用电部门造成严重的和深远的影响。

因此，作好供配电工作，对于保证正常的工作、学习、生活将有十分重要的意义。

供配电工作要很好的为用电部门及整个国民经济服务，必须达到以下的基本要求：
（1）安全—在电力的供应、分配及使用中，不发生人身事故和设备事故。

（2）可靠—应满足电力用户对供电可靠性和连续性的要求。

（3）优质—应满足电力用户对电压质量和频率质量的要求。

（4）经济——应使供配电系统投资少，运行费用低，并尽可能的节约电能和减少有色金属消耗量。

我们这次的毕业设计的论文题目是：某高层建筑高低压供配电系统的设计。

作为高层住宅，我们这次做供配电系统设计，要作到未雨绸缪，为未来发展提供足够的空间；这主要表现在电力变压器及一些相当重要的配电线路上，应力求在满足现有需求的基础上从大选择，以避免一台变压器或一组变压器刚服役不到几年又因为容量问题而光荣下岗的情况的发生。

总之一句话：定位现实，着眼未来；以发展的眼光来设计此课题，供配电系统设计应贯彻执行国家的经济技术指标，做到保障人身安全，供电可靠，技术先进和经济合理。

在设计中，必须从全局出发，统筹兼顾，按负荷性质、用电容量、工程特点，以及地区供电特点，合理确定设计方案。

还应注意近、远期结合，以近期为主。

设计中尽量采用符合国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。

1.1概况
本工程为综合楼，地下一层，地上十二层，局部十五层，总面积约16000平方米，地下层为设备用房，一、二层为公寓，十三至十五层为办公用房及设备用房。

该建筑属一类高层综合建筑，属一级保护对象。

设计依据《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；一级甲方和相关专业提供的资料。

1.2供配电系统设计的规范
供配电系统设计应贯彻执行国家的经济技术指标，做到保障人身安全，供电可靠，技术先进和经济合理。

1.3负荷分级及供电要求
电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失及影响的程度分为一级、二级、三级负荷。

独立于正常电源的发电机组，供电网络中独立于正常的专用馈电线路，以及蓄电池和干电池可作为应急电源。

二级负荷的供电系统，应由两线路供电。

必要时采用不间断电源。

1.3.1 一级负荷
一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者；或将在政治上，经济上造成重大损失者；或中断将影响有重大政治经济意义的用电单位的正常工作者。

1.3.2二级负荷
二级负荷为中断供电将在政治上，经济上产生较大损失的负荷，如主要设备损坏，大量产品报废等；或中断供电将影响重要的用电单位正常的工作负荷，如交通枢纽、通信枢纽等；或中断供电将造成秩序混乱的负荷等。

1.3.3三级负荷
三级负荷为不属于前两级负荷者。

对供电无特殊要求。

1.3.4负荷数据
本工程照明负荷按负荷数据收集如下，1~15层公共通道照明为一组，地下室照明为一组；1~2层平时照明为一组，3~10层平时照明为一组，11~12层平时照明为一组，13~14层平时照明为一组。

表1-1本工程照明负荷数据
本工程电力负荷按负荷数据收集如下，1~15层电梯负荷为一组，生活水泵为一组，轴流风机为一组。

见表1-2。

表1-2 本工程电力负荷数据
表1-3 本工程消防负荷数据
可以看出该工程属一类高层建筑，用电多为一、二级负荷，用电负荷分级如下：一类负荷：各层公共照明、乘客电梯及消防电梯、排污泵，消防负荷包括应急照明及平时照明、电话机房、消防控制室、消防泵及泵房、喷淋泵、送风机、轴流风机、排烟风机、提污泵等。

二类负荷：平时照明、乘客电梯及消防电梯、生活泵、空调机组、商铺、写字楼及公寓供电等。

三级负荷：设备房照明、储藏室照明、用电插座、空调水泵等。

1.4 负荷计算与高低压配线
本工程的各类负荷中有平时需要运行的用电设备，也有发生火灾时才需要运行的消防用电设备。

因此负荷计算按照平时运行的负荷和火灾时运行的负荷来分别进行计算。

1.4.1平时运行的负荷计算
（1）照明负荷计算
照明负荷按负荷性质分组，1~15层公共通道照明为一组，地下室照明为一组；1~2层平时照明为一组，3~10层平时照明为一组，11~12层平时照明为一组，13~14层平时照明为一组；采用需要系数法进行计算，不计备用设备功率。

照明负荷计算书见表1-4。

（2）电力负荷和平时运行的消防负荷计算
电力负荷和平时负荷运行的消防负荷按设备类型和负荷性质分组，采用需要系数法分别进行计算，不计备用设备功率。

电力负荷和平运行的消防负荷计算书见表1-5。

1.4.2火灾时运行的消防负荷计算
火灾时运行的消防负荷按设备类型和负荷性质分组，采用需要系数法进行计算，不计备用设备功率。

负荷计算书见表1-6。

表1-4 照明负荷计算书
表1-5 电力负荷和平时运行的消防负荷计算书
1.4.3 10/0.38KV 变电所计算负荷
火灾时运行的消防负荷小于火灾时必然切除的正常照明负荷和电力负荷总和，因此火灾时的消防负荷不计入总计负荷。

本工程10/0.38kv 变电所计算过程如下：
(1)正常运行时的负荷计算
总计算负荷等于照明负荷和电力负荷及平时运行的消防负荷的总和。

油表可知照明计算负荷为：
var 3.391662k Q kW P cl cl ==，
电力及平时运行的消防负荷总计算负荷为：
var 5.803.100k Q kW p cm cm ==，
由此可得变电所低压侧总计算负荷为：
kW P P P cm cl c 3.7623.100662=+=+= var 8.4715.803.391k Q Q Q cm cl c =+=+=
计入同时系数后的总计算负荷和功率因数。

对于总计算负荷，取有功和无功的同时系
数分别为80.0==eq ep K K ，则计入同时系数后的总计算负荷为：
kW P K P c ep c 8.6093.7628.0'=⨯== var 4.3778.4718.0'k Q K Q c eq c =⨯== kVA Q P S c c c 2.71722'2''=+=
功率因数为：
85.0cos ''
==C
C S P φ
(2)无功补偿容量的计算
根据规范要求，民用建筑低压侧无功功率补偿后的功率因数应达到0.90以上，一般在计算时按达到0.92来计算，故有对于总计算负荷：
var 1.118)]92.0tan(cos )85.0[tan(cos 8.60911k kW Q =-⨯=∆--
,
可取接近的120kvar 。

总无功计算负荷为：
var 4.257'''k Q Q Q c C =∆-=
视在计算负荷为：
kVA Q P S c C c 6.66222''2''''++=
功率因数为：
92.0cos '''
''
'==c
c Q P φ，无功补偿要求满足
变压器的损耗为：
有功损耗为kW S P c T 6.601.0''==∆ 无功损耗为var 1.3305.0''k S Q c T ==∆
变电所高压侧的总计算负荷：
kW P P P T c cl 4.6166.68.609'=+=∆+= var 4.2921.333.259''k Q Q Q t c cl =+=∆+=
var 2.68222
2k Q P S cl cl cl =+=
总共率因数：
90.02
.6824
.616cos ===
cl cl S P φ
表1-6 火灾时运行的消防负荷计算书
1.4.4无功补偿
供配电设计中正确选择电动机、变压器的容量，降低线路的感抗。

当工艺条件适当时，应采取同步电机或选用带空载切除的间歇工作制设备等，提高用电单位自然功率因数措施后，仍达不到电网合理运行要求时，还可以采用并联电力电容器作为无功补偿装置；合理时，还可采用同步电动机。

当采用电力电容器作为无功补偿装置时，应就地平衡补偿。

低压部分的无功功率应由低压电容器补偿；高压部分的无功功率应由高压电容器补偿。

容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率应就地补偿、集中补偿。

在环境正常的车间内，低压电容器应分散补偿。

无功补偿容量应按照无功功率曲线或无功补偿计算确定。

当补偿低压基本无功功率的电容器组，常年稳定的无功功率，经常投入运行的变压器或配变电所内投切次数较少的高压电动机及高压电容器组时，应采用手动投切的无功补偿装置。

当为避免过补偿时，装设无功自动补偿装置，在经济合理时只有装设无功自动补偿装置才能满足在各种运行负荷的情况下的电压偏差允许时，应装设无功自动补偿装置。

当采用高低压自动补偿装置效果相同时，应采用低压自动补偿装置。

为基本满足上述要求，我们在设计时把无功补偿装置统一装设在变压器的低压母线侧。

这样的补偿，可以选择相对较小容量的变压器，节约初期投资。

对于容量较大，并且功率因数很低的用电负荷采用单独集中补偿。

1.5高低压配电形式
(1)接线的特点是其引出线发生故障时互不影响，因此供电可靠性较高。

但在一般情况下，其有色金属消耗量较多，采用的开关设备较多。

多用于设备容量较大或对供电可靠性要求较高的设备配电。

(2)接线的特点与放射式相反，一般情况下，树干式接线采用的开关设备较少，特点是当引出线故障时，对其余出线互不影响，供配电可靠性高，适用于一级负荷配电、大容量设备配电、潮湿或腐蚀、有爆炸危险环境的配电。

以免影响其他正常用户。

这是放射式线路最突出的特点、由低压出线经配电箱与负荷连接。

有色金属消耗量也较少，但当线路发生故障时，影响范围较大，因此供电可靠性较低。

(3)接线，实质上是两端供电的树干式接线，这种接线在现代城市电网中应用很广。

为了避免线路上发生故障时影响整个网络，也为了便于实现线路保护的选择性，环形线路中有一段断开。

为了便于切换操作，环形线路中的开关多采用负荷开关。

供电可靠性较高；在一段线路发生故障时，都不致造成供电中断，但易发生误操作。

图2-1 低压配电主接线形式
在正常环境的车间或建筑物内，当大部分用电设备为中小容量，并且无特殊要求的时候，应采用树干式配电。

当用电设备为大容量时，或负荷性质重要，或在有特殊要求的建筑物内，应采用放射式配电。

对供电可靠性要求高时，采用环形接线。

本建筑接线较多，采用树干式与放射式相结合的方式供电，既可以节约成本，又能保证供电可靠性。

(b)树干式
(c)环形
(a)放射式
2电气设备选择
2.1供电电源电压选择
本工程高压供电应由区域变电站不同母线段引来两路10KV电源至高压配电室，10KV配电系统宜设计为单母线分段，并设计为两台变压器，正常工作时，两路电源同时供电，互为备用，各负担50%负荷，一路故障时，另一路电源供全部负荷。

该建筑为高层综合性建筑，用电设备额定电压为交流220/380V，两路电源同时供电，采用YJV22（90）型电缆由室外变配电室引入地下层配电室。

2.2变压器的选取原则
电力变压器台数的选取应根据用电负荷的特点、经济运行、节能和降低工程造价等因素综合确定。

如果周围环境因素恶劣，选用具有防尘、防腐性能的全密闭电力变压器BSL1型；对于高层建筑，地下建筑，机场等消防要求高的场所，宜选用干式电力变压器SLL、SG、SGZ、SCB型；如电网电压波动较大而不能满足用电负荷的要求时，则应选用有载调压电力变压器，以改善供电电压的质量。

对于一般车间、居民住宅、机关学校等，如果一台变压器能满足用电负荷需要时，宜选用一台变压器，其容量大小由计算负荷确定，但总的负荷通常在1000KV以下，且用电负荷变化不大。

对于有大量一、二级用电负荷或用电负荷季节性（或昼夜）变化较大，或集中用电负荷较大的单位，应设置两台及以上的电力变压器。

如有大型冲击负荷，为减少对照明或其它用电负荷的影响，应增设独立变压器。

对供电可靠性要求高，又无条件采用低压联络线或采用低压联络线不经济时，也应设置两台电力变压器。

选用两台变压器时，其容量应能满足一台变压器故障或检修时，另一台仍能对一级和部分二级负荷供电。

变压器的台数一般根据负荷等级、用电容量和经济运行等条件综合考虑确定。

《10kV及以下变电所设计规范GB50053－94》中规定，当符合以下条件之一时，宜
装设两台及两台以上的变压器：（1） 有大量一级或二级负荷；（2） 季节性负荷变化较大；（3） 集中负荷容量较大。

2.3变压器类型的选择
电力变压器类型的选择是指确定变压器的相数、调压方式、绕组形式、绝缘及冷却方式、联结组别等。

变压器按相数分，有单相和三相两种。

用户变电所一般采用三相变压器。

变压器按调压方式分，有无载调压和有载调压两种。

10kV 配电变压器一般采用无载调压方式。

变压器按绕组形式分，有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器等。

用户供电系统大多采用双绕组变压器。

变压器按绝缘及冷却方式分，有油浸式、干式和充气式（SF6）等。

10kV 配电变压器有Yyn0和Dyn11两种常见联结组。

由于Dyn11联结组变压器具有低压侧单相接地短路电流大，具有利于故障切除、承受单相不平衡负荷的负载能力强和高压侧三角形接线有利于抑制零序谐波电流注入电网等优点，从而在TN 及TT 系统接地形式的低压电网中得到越来越广泛的应用。

由上面分析得出选择变压器的类型为干式、无载调压、双绕组、Dyn11联结组。

2.4 变压器容量的选择
先计算电力变压器的二次侧的总的计算负荷，并考虑无功补偿容量，从而求得变压器的一次侧计算负荷，并作为选择变压器容量的重要依据。

对于无特殊要求的用电部门，应考虑近期发展，单台电力变压器的额定容量按总视在计算负荷值再加大15%~25%来确定，以提高变压器的运行效率，但单台变压器的容量应不超过1000KV A 。

对有两台变压器的变电所，通常采用等容量的变压器，每台容量应同时满足以下两个条件：
(1)满足总计算负荷70%的需要，即：
N.T S ≈0.7 30S ；
(2)满足全部一、二级负荷30()S I+II 的需要，即：
N.T S ≥30()S I+II
电力变压器的选择，应综合供配电计算负荷、供电可靠性要求和用电单位的发展规划等因素考虑，力求经济合理，满足用电负荷的要求。

但有一个不变的原则是：在保证供电可靠性的前提下，电力变压器的台数应尽量的减少，尽可能的少。

2.5 断路器选用原则
(1)根据用途选择断路器的型式及极数，具体要求是： 1)断路器的额定工作电压≥线路额定电压； 2)断路器的额定短路通断能力≥线路计算负载电流；
3)断路器的额定短路通断能力≥线路中可能出现的最大短路电流（一般按有效值计算）；
4)线路末端单相对地短路电流≥1.25倍断路器瞬时（或短延时）脱扣整定电流 5)断路器欠压脱扣器额定电压等于线路额定电压； 6)断路器的分励脱扣器额定电压等于控制电源电压； 7)电动传动机构的额定工作电压等于控制电源电压；
8)断路器用于照明电路时，电磁脱扣器的瞬时整定电流一般取负载电流的6倍。

(2)采取断路器作为电动机的短路保护时，瞬时脱扣器的整定电流为电动机启动电流的1.35倍（DW 系列断路器）或1.7倍（DZ 系列断路器）。

DZ20系列塑料外壳式断路器适用于交流50Hz ，额定绝缘电压660V ，额定工作电压380 V （400 V ）及以下，其额定电流至1250A 。

一般作为配电用，额定电流200A 和400A 型的断路器亦可作为保护电动机用。

在正常情况下，断路器可分别作为线路不频繁转换及电动机的不频繁起动之用。

采用断路器作为配电变压器低压侧总开关时，其分断能力应大于变压器低压侧的短路电流值，脱扣器的额定电流不应小于变压器的额定电流，短路保护的整定电流一般为变压器额定电流的6-10倍；过载保护的的整定电流等于变压器的额定电流。

DW15 系列万能式空气断路器适用于交流50Hz 、额定电流至4000A,额定工作电压至1140V （壳架等级额定电流630A 以下）80V （壳架等级额定电流 1000A 及以上）的配
电网络中，用来分配电能和供电线路及电源设备的过载、欠电压、短路保护之用。

壳架等级额定电流630A及以下的断路器也能在交流 50Hz、380V网络中供作电动机的过载、欠电压和短路保护。

照明、生活用导线保护断路器，是指在生活建筑中用来保护配电系统的断路器，选用时应考虑：长延时整定值小于等于线路计算负载电流；瞬时动作整定值等于(6—20)倍线路计算负载电流。

DZ12系列塑料外壳式断路器，体积小巧，结构新颖、性能优良可靠。

主要装在照明配电箱中，用于宾馆、公寓、高层建筑、广场、航空港、火车站和工商企业等单位的交流50Hz单相230V，三相380V及以下的照明线路中，作为线路的过载，短路保护以及在正常情况下作为线路的不频繁转换之用。

初步选定断路器的类型和等级后，还要与上、下级开关的保护特性进行配合，以免越级跳闸，扩大事故范围。

(3)隔离开关是具有明显断开点的开关，而且断开间隙的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的，可用于通断有电压而无负载的线路，还允许接通或断开空载的短线路、电压互感器及有限容量的空载变压器。

隔离开关没有灭弧装置，因此不能用来切断负荷电流或短路电流，否则在高压作用下，断开点将产生强烈电弧，并很难自行熄灭，甚至可能造成飞弧（相对地或相间短路），烧损设备，危及人身安全，这就是所谓“带负荷拉隔离开关”的严重事故。

隔离开关还可以用来进行某些的切换操作，以改变系统的运行方式。

例如：在双母线电路中，可以用隔离开关将运行中的电路从一条母线切换到另一条母线上。

(4)熔断器是一种在短路或严重过载时利用熔化作用而切断电路的保护电器，它主要由熔体和熔断管组成。

其中熔体既是敏感元件又是执行元件。

由易溶金属制成，熔断管用瓷、玻璃或硬制纤维制成。

当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，并且升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或珍贵器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾。

若电路中正确地安置了熔断器，那么，熔断器就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候，自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。

假如电路中安装了断路器就可以不用熔断器，目前熔断器一般多用于控制回路。

电力电容器分为串联电容器和并联电容器，它们都改善电力系统的电压质量和提高输电线路的输电能力，是电力系统的重要设备。

(5)串联电容器的作用：
1)提高线路末端电压。

串接在线路中的电容器，利用其容抗Xc补偿线路的感抗XL，使线路的电压降落减少，从而提高线路末端（受电端）的电压，一般可将线路末端电压最大可提高10%～20%。

2)降低受电端电压波动。

当线路受电端接有变化很大的冲击负荷（如电弧炉、电焊机、电气轨道等）时，串联电容器能消除电压的剧烈波动。

3) 改善系统潮流分布。

在闭合网络中的某些线路上串接一些电容器，部分地改变了线路电抗，使电流按指定的线路流动，以达到功率经济分布的目的。

4)提高系统的稳定性。

当线路故障被部分切除时，系统等效电抗急剧增加，此时，将串联电容器进行强行补偿，即短时强行改变电容器串、并联数量，临时增加容抗Ｘc，使系统总的等效电抗减少，提高了输送的极限功率，从而提高系统的动稳定。

(6)并联电容器的作用
热电技术联盟并联电容器并联在系统的母线上，类似于系统母线上的一个容性负荷，它吸收系统的容性无功功率，这就相当于并联电容器向系统发出感性无功。

因此，并联电容器能向系统提供感性无功功率，系统运行的功率因数，提高受电端母线的电压水平，同时，它减少了线路上感性无功的输送，减少了电压和功率损耗，因而提高了线路的输电能力。

互感器是按比例变换电压或电流的设备，互感器分为电压互感器和电流互感器两大类，其主要作用有：将一次系统的电压、电流信息准确地传递到二次侧相关设备；将一次系统的高电压、大电流变换为二次侧的低电压（标准值）、小电流（标准值），使测量、计量仪表和继电器等装置标准化、小型化，并降低了对二次设备的绝缘要求；将二次侧设备以及二次系统与一次系统高压设备在电气方面很好地隔离，从而保证了二次设备和人身的安全。

电压互感器按原理分为电磁感应式和电容分压式两类。

前者多用于220千伏（kV）及以下各种电压等级；后者则一般用于110kV以上的电力系统，在330～765kV 超高压电力系统中应用较多。

按用途，电压互感器又分为测量用和保护用两类：①电磁感应式电压互感器。

工作原理与变压器相同。

基本结构也是铁芯和原、副绕组。

特。