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某20层教育大楼供配电设计

目录
第1章 绪论........................................................................................................................... 1
1.1设计题目及工程概况.................................................................................................. 1
1.1.1设计题目............................................................................................................ 1
1.1.2工程概况............................................................................................................ 1
1.2设计目的和意义.......................................................................................................... 1
1.3设计原则和设计要求.................................................................................................. 1
1.3.1设计原则............................................................................................................ 1
1.3.2设计要求............................................................................................................ 2
1.4设计依据和设计程序.................................................................................................. 2
1.4.1设计依据............................................................................................................ 2
1.4.2设计程序............................................................................................................ 2
1.5设计任务及范围.......................................................................................................... 2
第2章 方案论证................................................................................................................... 3
2.1负荷等级...................................................................................................................... 3
2.2供电电源...................................................................................................................... 3
2.3变配电所系统.............................................................................................................. 4
第3章 负荷计算.................................................................................................................. 4
3.1负荷计算的依据和目的.............................................................................................. 4
3.2设备负荷计算.............................................................................................................. 4
3.3系统无功补偿计算...................................................................................................... 6
第4章 高低压设备选择及要求........................................................................................... 8
4.1变压器的选择.............................................................................................................. 8
4.2高压开关柜的选择...................................................................................................... 8
4.3高压断路器的选择...................................................................................................... 9
4.4低压开关柜选择.......................................................................................................... 9
4.5低压断路器选择........................................................................................................ 10
4.6互感器的选择............................................................................................................. 11
4.6.1电流互感器的选择........................................................................................... 11
4.6.2电压互感器的选择........................................................................................... 11
4.7电缆的选择................................................................................................................ 12
第5章 变配电所设计........................................................................................................... 12
5.1变配电所设计的要求................................................................................................ 12
5.2变配电所位置选择的要求........................................................................................ 13
5.3变配电所的布置........................................................................................................ 12
5.3.1高压柜平面布置.............................................................................................. 13
5.3.2低压柜平面布置.............................................................................................. 14
5.3变配电所接地............................................................................................................ 14
心得体会................................................................................................................................. 14
参考文献................................................................................................................................. 15

第一章 绪论
建筑工程的电气设计中，需要讲究设计的可操作性、延续性、系统性和整体协调性。本次设计的电气系统包括：变配电系统，照明系统，消防系统，通过理论和实践相结合，提高分析问题和解决问题的能力;学会使用规范及有关的设计资料，掌握设计的基本方法。
1.1设计题目及工程概况
1.1.1设计题目
长春某20层教育大楼供配电设计
1.1.2工程概况
本工程为教学楼，属于一类办公建筑,建筑面积为2.9万 ，地下一层,地上二十层,建筑高度79.2m，顶层附设有电梯机房、水箱间。建筑结构形式为框架结构，基础采用独立基础和桩基础。负荷级别属一、二级负荷。
该建筑物南侧有城市10KV供电网线路二条，可由此线路引入建筑物变配电室内。
1.2设计目的和意义
1）掌握变配电系统设计的理论知识，方法程序，技术规范。
2）学会对变配电所的高低压系统的设计及相关设备的选择。
3）学会合理的布置变配电所内的设备。
4）会用设计规范、规程、设计手册及有关资料进行正确设计。
5）懂得利用产品样本进行设计及设备选型。
6）培养创新意识和获取新知识的能力以及树立起严谨、认真、实事求是、刻苦钻研、团结协作的工作态度。
1.3设计原则和设计要求
1.3.1设计原则
1.安全。设计阶段应首先充分注意安全用电问题，要从生命、设备、系统及建筑等方面全面考虑。
2.可靠。体现在供电电源和供电质量的可靠性。
3.合理。一方面要符合国家有关政策和法令，符合现行的行业行规要求，另一方面要符合建筑方的经济实力、运行维护及扩充发展等的要求。
4.先进。杜绝使用落后、淘汰设备，不使用未经认可的技术，要充分考虑未来发展。
5.实用。考虑降低物耗，保护环境，综合利用等实用因素。如提高功率因数，深入负荷中心，选用高效电光源，选用节能开关等等。
1.3.2设计要求
在本次建筑变配电所的设计中，我们要学会用自己所学的理论知识与认识实习的感性认识，对本次设计做合理分析，论证，并根据设计任务书的要求和工作计划，在老师的指导下，来合理分配各个阶段的工作量，妥善安排时间。
在进行方案论证中，小组同学之间，应集思广益，通过小组讨论并在教师的指导和帮助下，取得合理有据的方案，在设计过程中，要学会积极思考，求同存异的分析问题，解决问题，以取得设计满足实际问题的需要和要求方案。所有变配电系统图纸的绘制必须符合国家有关最新标准规定，包括线条，图形符号及图纸的折叠和装订等。
1.4设计依据和设计程序
1.4.1设计依据
1.国家现行的有关规范、规程及相关行业标准：
《10KV及以下变电所设计规范》GB50053-94；
《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）；
《《民用建筑电气设计规范》JGJ/T 16-2008；
《供配电系统设计规范》GB50052-95；
《低压配电设计规范》GB50054-95；
《建筑照明设计标准》GB50034-2004；
其他有关现行国家标准、行业标准。
2.建筑及有关专业提供的方案文本、图纸及资料。
1.4.2设计程序
1.制定设计方案。确定建筑物供配电方案，照明方式及保护设备控制方式等
2.确定方案后，绘制施工图。
3.进行设计计算，选择设备容量、整定值、型号、台数等编写书。编写设计计算书。
1.5设计任务及范围
1）高压供配电系统；
2）低压配电系统；
3）柴油发电机低压配电系统；
4）竖向配电干线系统；
5）二次接线原理系统
6）变配电所的平、剖面布置
7）变配电所接地
8）相关设备选择。
第二章 方案论证
2.1负荷等级
本工程中
一级负荷：消防设备、事故照明、保安系统、生活水泵、消防梯等；
二级负荷：主要办公室、会议室、生活水泵、客梯等。
三级负荷：其他电力负荷。
2.2供电电源
本工程变电所从城市电网分别引来两路独立的10kV电源，两路共同承担本工程全部负荷，两路10kV电源同时工作，不护卫备用，10kV电缆埋地分别就进引入设在一层的变电所。地下室设一台连续输出功率为580kw柴油发电机作为第三路电源。当10kV市电停电、缺相、电压或频率超出范围，或变配电所内两台变压器同时故障时，手动启动柴油发电机为一级负荷提供应急电源。采用KFM-SD-1250A沿地下室敷设至底层变电所电源切换柜内。
我们对电气主接线拟订了3个方案进行比较。
A方案：两台干式变压器（10/0.4KV）直接接入电力系统，高压侧母线分段，联络，低压母线不分段，大楼的应急照明和相关消防用电来自于自备柴油发电机组的电源母线。
B方案：两台干式变压器（10/0.4KV）直接接入电力系统，高压侧母线分段不联络，每台变压器均能承担相应部分负荷，其中一级和二级负荷均有一用一备电源，大楼的应急照明和相关消防用电来自于自备柴油发电机组的电源母线。
C方案：选用两台干式变压器（10/0.4KV）直接接入电力系统，高压侧母线分段联络，其中两台变压器低压母线分段联络，每台变压器除能承担相应部分负荷外还可以承担另外一台变压器回路中的重要负荷；大楼的应急照明和相关消防用电来自于自备柴油发电机组的电源母线。
三种方案比较：最佳方案应选择C方案
2.3变配电所系统
（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。
（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，并拟用TN-S系统。
（3）为保证本工程一级负荷的供电可靠性，单独设立柴油发电机低压配电系统，此系统与低压配电系统采用分裂运行的方式，不联络。
（4）根据本工程实际需要拟将变电所设置在地下一层。
（5）根据相关规定，同时为了提高在变配电所工作的安全可靠性，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。

第三章 负荷计算
3.1负荷计算的依据和目的
系统的构成依赖于系统中的每个设备的确定，以及这些设备必须满足在正常负荷电流作用下长时间安全运行的要求。
在负荷计算中，除了以存在的同类型负荷为依据外，还应考虑由于经济的发展，人们生活水平提高所带来的用电量的增加。
3.2设备负荷计算
本工程根据相关规定及实际需要采用需要系数法进行负荷计算
负荷计算的需要系数法
即: = ∑
= tanφ
=

式中∑ ——总设备功率,单位为KW
——需要系数
——计算有功功率,单位为KW
——计算无功功率,单位为Kvar
——计算视在功率,单位为KVA
tanφ——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
当每台电气设备台数9(套)≤3台时,考虑其同时使用效率 取为1,其于计算与上述公式相同。
利用上述公式对本工程的总负荷进行计算，具体数值见表一。

表一、总负荷计算结果设备

设备容量P/KW

需要系数

功率因数

计算功率P/KW

S/KVA

I

事故照明

D7-N3

99

1

0.9

99

110.00

170

地下室照明

D7-N2

46

1

0.75

46

61.33

92

多功能大照明

D7-N5

20

1

0.7

20

28.57

43

1-5照明

D9-N1

119

1

0.8

119

148.75

226

6-10照明

D9-N2

160

0.8

0.8

128

160.00

243

11-20照明

D9-N3

177

0.8

0.75

141.6

188.80

288

消防水泵

D8-N2

75

1

0.85

75

88.24

135

自喷泵

D8-N3

58

1

0.83

58

69.88

106

地上消防风机

D8-N4

5.5/88.5

1

0.75

88.5

118.00

176

地下消防风机

D8-N8

56/65

1

0.75

65

86.67

130

消防电梯

D8-N1

25

1

0.5

25

50.00

75

消控中心

D7-N1

10

1

0.8

10

12.50

20

电梯

D8-N5

75

1

0.5

75

150.00

225

信息机房

D8-N9

60

1

0.75

60

80.00

120

弱电

D7-N5

45

1

0.75

45

60.00

90

生活水泵

D8-N6

75

1

0.75

75

100.00

150

车库

D8-N7

50

1

0.8

50

62.50

95

厨房动力

D3-N3

100

1

0.8

100

125.00

190

电脑教室

D7-N6

30

1

0.75

30

40.00

60

演播室

D7-N7

30

1

0.75

30

40.00

60

1-5空调

D3-N1

69

1

0.8

69

86.25

131

6-20空调

D3-N4

113

1

0.8

113

141.25

215

冷水机组1

D3-N5

200

1

0.87

200

229.89

350

冷水机组2

D9-N4

200

1

0.87

200

229.89

350

冷水循环泵

D3-N2

77

1

0.8

77

96.25

146

1049

1291.02

1962

3．3 系统无功补偿计算
本工程采用自动补偿的方式对系统进行无功补偿。由于采用的是单相无功功率补偿，因此每相的电容器台数应该相等。
补偿容量计算公式：

电容器所使用台数应满足

——电容器台数
——需要补偿的无功功率，kVar
————计算负荷，kW
——补偿器功率因数
——补偿后功率因数
（1） 计算有功功率：取同期系数 =0.7
（2）
（3） 补偿前计算无功功率：（B2变压器）
= 479 Kvar ；
（4） 电容补偿：采用BCMJ0.4-16-3电容器补偿。欲使补偿后 达到0.9以上，则补偿后的无功功率为： = ×tan（arccos0.95）=307.3Kvar。即：需要补偿的无功功率为：
=479-307.3=171.68Kvar，实际补偿：6×30Kvar=180 Kvar，补偿后的 = - =479-180=299Kvar。
（5） 补偿后的计算视在功率： =981.6KVA
（6） 计算电流： 1491.5A
（7） 电容补偿后的功率因数： =636/677.6=0.95
其它补偿选择也按以上方法。

第四章 高低压设备选择及要求
4.1变压器选择
由公式： Sc=Pc/βcosφ
β=SC/Sr
式中 SC——变压器计算容量kVA
Sr——变压器额定容量
PC——计算负荷kW
β——变压器负荷率（本次设计按照有关规定变压器负荷率应该取值在70%到80%之间）
cosφ——补偿后的功率因数
拿1#变压器选用为例：
根据前面计算 SCT2=981.6kVA
Sr= =1227-1402kVA
因此选用型号为SG10-1250/10/0.4干式变压器，额定容量为1250 kVA，该变压器设有强制风冷系统及温度监测及报警装置。 根据以上方法1#变压器也用型号为SG10-1250/10/0.4干式变压器，额定容量为1000kV。该型号变压器每台高2200mm,宽1300mm，深2100mm。
4.2 高压开关柜的选择
高压开关柜用在高压电力系统中，作电能接受和分配的通、断和监视及保护之用。
根据本工程变压器使用环境是户内，工作电压是10kV，为了提高设备工作可靠性要求，本工程确定使用手车式开关柜，额定工作电压为12kV的施奈德SM6（G）型高压开关柜。开关柜大小为375×1600×840（mm）。
4. 3 高压断路器的选择
高低压断路器是供配电系统中最重要的开关设备之一，它能在事故情况下迅速地断开短路电流，防止事故扩大。

拿G3高压柜的出线回路进行短路电流计算举例：

根据相关规定设定电源系统的短路容量Sk取500MVA。

ish=2.55×IK=121.3KA
Ish=1.84×IK=87.6kA
高压断路器除了进行正常的投切操作外，还必须能够对故障的短路电流进切断操作，所以必须能够承受的住短路冲击电流和短路过程中的热能作用。工程采用安全系数较高的VD4高压真空断路器。其它高压断路器选择也按以上方法，具体见高压供配电系统图。
具体数值对比见下表：
项目

安装地点电气条件

VD4/1250A/50KA

判断

电压校验

UN=10kV

Ur=10kV

UN =Ur合格

电流校验

IC=63.1A

Ir=1250 A

IC <Ir合格

分段能力校验

IK3=47.6kA

Ibr=50 kA

IK3 <Ibr合格

动稳定校验

ish=121.3 kA

imax=125 kA

ish <imax合格

热稳定校验

Ish2×tim=9200kJ

Ibr2×t=10000kJ

9200<10000合格

4.4低压开关柜选择
低压开关柜用在低压电力系统中，作为低压配电系统。
低压开关柜选用GCS型号的开关柜，本工程所选用的低压开关柜外形尺寸为900×2200×1000 mm,模数单位E=25mm，该产品具有设计紧凑、以较小的空间容纳较多的功能，垂直母线采用高强度阻燃型功能隔离版进行保护，具有抗电弧的能力。单元各馈电柜具体小室高度见低压配电系统图
4.5低压断路器选择
由公式：
UN =Ur
IC <Ir
IK3 <Ibr
式中 UN——工作电压， V
Ur——额定电压，V
IC——计算电流，A
Ir——额定电流，A
IK3 ——三相短路电流，A
Ibr——分断电流，A
拿低压侧D7柜的N2回路进行短路计算：

计算短路电路元件的电抗：
高压系统的电抗，由于高压系统认为容量SK=500MVA
则折算到低压侧ZS= =0.32mΩ
变压器阻抗ZT=XT= =7.68
电缆相线的电阻R7=0.251×50=12.55mΩ
电缆相线的电抗XL=0.34×50=17mΩ
计算短路点阻值Z=27.97mΩ
K点的三相短路电流 IK=10.05 kA
ish=2.55×Ik=25.62KA
Ish=1.84×Ik=18.492kA
根据上面高压断路器选择校验方法，该回路选用NS160/3P断路器。
4.6 互感器的选择
4.6.1电流互感器的选择
1）满足工作电压要求即：
Ur=UN
Um≧Uw
式中 Um——电流互感器最高工作电压；
Uw——电流互感器装设处的最高电压；
Ur——电流互感器额定电压；
UN——系统标称电压；
2）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Ir1：
Ir1≧Ic
式中Ic————线路计算电流。
（b）二次侧额定电流Ir2：
Ir2=5A
3）准确度等级
由于考虑到仪表指针在仪表盘1/2~2/3左右较易准确读数，因此：
Ir1=（1.25~1.5）Ic
以低压配电系统图D3-N2回路为例：
由于 Ur=380V
Ic=146
Ir1=（1.25~1.5）Ic=182.5
本工程供配电系统的电流互感器主要用于测量，因此准确级选0.5
级，因此选用电流互感器BH-0.66-200/5。其它电流互感器选择按以上方
法选择，具体见本工程供配电系统图。
4.6.2电压互感器的选择
1）满足工作电压要求 对一、二次侧分别考虑如下：
（a）一次侧电压：
Ur1=UN
Um1≧Uw
式中 Um1——电压互感器最高工作电压
Uw ——电压互感器装设处的最高工作电压
Ur1——电压互感器额定电压
UN ——系统的标称电压
（b）二次侧电压Ur2:
Ur2=100V
本工程高压供配电系统中Ur1=10kV,因此选用电压互感器RZL10/0.1KV。其它电压互感器选择按照以上方法，具体见系统图。
4.7电缆的选择
电缆选择至少要满足三个条件：
1）满足发热条件：Ial≧Ic；
2）满足电压损失 U%≦5%；
3）满足机械强度条件 铜芯电缆Smin≧1mm2；
以低压柜D3柜的N2回路的电缆选择为例：
1经计算IC=146A，因此拟定ZRYJV- 4x95+1x50的电缆，Ial=247A，则满足要求；
2 U%=（pR+qX）/U2 =（77×0.185×50+57.75×0.231×50）/3802=1%，1% ≦5%,则满足要求；
3所选导线横截面积是95 mm2，显然满足机械强度的要求。
根据前面计算，故选用ZRYJV- 4x95+1x50，作为输出回路电缆。其它电缆选择
按照以上方法,具体电缆选择见本工程的系统图。
第五章 变配电所设计

5.1变配电室设计的要求
（1）变配电所设计应该根据工程特点，规模和发展规划，正确处理近期建设和远期发展的关系，远近结合，以近期为主，适当考虑发展的可能。
（2）变配电所设计应该根据负荷特点，合理确定设计方案。
（3）变配电所设计采用的设备应该符合国家或行业的产品技术标准，并应优先选用技术先进，经济适用和节能的成套设备和定型产品，不得采用淘汰产品。
5.2变电所位置选择的要求
根据《10KV及以下变电所设计规范》中第2.0.1条，变电所位置的选择，应根据下列要求经技术、经济比较确定：
（1）接近负荷中心；
（2）进出线方便；
（3）接近电源侧；
（4）设备运输方便；
（5）不应设在有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，当无法远离室，不应设在污染源盛行风向的下风侧；
（7）不宜设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不与上述场所相贴邻；
（8）不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有保证或火灾危险环境的建筑毗邻时，应符合先行国家标准《保证和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定；
（9）不应设在地势低洼和可能积水场所。
本工程变配电室设置在地下一层，根据第4.1.1条，可设组合式成套变电站，且设置单独值班室。根据房间几何图形及变配设置的规格设置变压器及高低压开关柜等的方位，见电施图。
5.3.变配电所的布置
5.3.1高压柜平面布置
一路10KV电缆从建筑中间穿管埋地引入设在地下一层的电缆分界室，经技术经济考虑，高压柜设在配电室北侧，靠近分界室侧，高压柜配电室内各种通道最小宽度应符合表3-6的规定：
表3-6 高压配电室内各种通道最小宽度（mm）开关柜布置方式

柜后维护通道

柜前操作通道

固定式

手车式

单排布置

800

1500

单车长度+1200

双排面对面布置

800

2000

双车长度+900

双排背对背布置

1000

1500

单车长度+1200
注：①固定式开关柜为靠墙布置时，柜后与墙净距应大于50mm，侧面与墙净距应大于200mm；
②通道宽度在建筑物的墙面遇有柱类局部凸出时，凸出部位的通道宽度可减少200mm。
当电源从柜（屏）后进线且需在柜（屏）正背后墙上另设隔离开关及其手动操动机构时，柜（屏）后通道净宽不应小于1.5m，当柜（屏）背面的防护等级为IP2X，可减为1.3m。
变压器平面布置
由配电装置的布置和导体、电器、架构的选择，应符合正常运行、检修、短路和过电压等情况的要求。变压器设在高压开关柜右侧。配电变压器高压侧采用开关柜控制，按宽面推进安装。
本工程设置两台变压器，其之间的净距为2500mm以满足安全运行和检修的需要。室内安装的变压器基础有不抬高式和抬高式两种形式，本工程采用基础抬高式，相对标高为+0.8-1.2m，其下方悬空，上表面与抬高的地坪平齐，以便于变压器的稳定。
5.3.2低压开关柜平面布置
（1）低压配电室内成排布置的配电屏，其屏前、屏后的通道最小宽度，应符合表3-7的规定

表3-7 配电屏前、后通道最小宽度（mm）型式

布置方式

屏前通道

屏后通道

固定式

单排布置

1500

1000

双排面对面布置

2000

1000

双排背对背布置

1500

1500

抽屉式

单排布置

1800

1000

双排面对面布置

2500

1000

双排背对背布置

1800

1000
注：当建筑物墙面遇有柱类局部凸出时，凸出部位的通道宽度可减少200mm。
（2）低压开关柜与变压器的净距宜≥1.2m。具体布置见平面图。
5.4变配电所接地
根据相关规定，变配电所接地线与基础结构主筋可靠焊接，且保证接地极电阻≤4Ω，变配电所整体采用10×40的镀锌扁钢进行等电位连接，具体接线见接地平面图。
心得体会
此次课程设计让我得到了了一次综合性质的练习，进一步增强了我对所学知识的理解，以及对CAD、WORD等学习软件的使用。磨练了我的耐性，使我知道对自己所做的事要负责，做事要认真。
在这里要感谢老师的不辞劳苦，放弃周末的休息时间来给我们作指导，同时也要感谢同学们的帮忙。通过老师的讲解和同学们的相互帮助解决了很多难题，在老师的指导下,多次修改并完善设计,使我们对电气专业课程进行一次全面系统的复习和总结，对我们专业设计不足的方面进行学习，也是对本专业理论知识进行一次全面的应用和实践，提高分析问题、解决问题的能力。为日后步入工作岗位做了很好的准备。

参考文献
1.雍静主编《供配电系统》 机械工业出版社2003.6
2.孙成群编著《建筑电气设计与施