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1、序论近几年来，随着我国国民经济的快速发展，电能需求量越来越大，其中城市用电量更是急剧增加。目前，我国一般大、中型城市的市中心地区每平方公里的负荷密度平均已达左右，有些城市市中心局部地区的负荷密度甚至高达上万千瓦，乃至几万千瓦，且有继续增长的势头。不但如此，随着经济的发展和建筑技术的进步，我国的高层建筑发展也越来越快，19921994年间，我国仅建设部系统每年建成的10层以上建筑就达800900万，加上其它部门，估计每年建成10层以上建筑在1000万以上。目前，全国已建成的高层建筑约为1亿，一万幢左右，而且这种趋势仍在继续发展。相应的，高层建筑的电气设计则会增加许多新内容，而首当其冲的则是高层建
2、筑的供配电设计。供配电设计，就是要完成对电力的供应和分配的设计问题。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，就没有工业现代化，就没有整个国民经济的现代化。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。做好供配电工作，对于保证企业生产的正常进行和实现工业现代化，保证正常的工作、学习、生活都具有十分重要的意义。民用建筑的供配电设计主要包括：高压供配电系统，低压供配电系统，动力照明干线系统，配电箱系统，电缆导线的敷设，各种电器设备的选型，安装，建筑防雷接地等等。它的基本要求为：可靠，间接，安全，可选择性。高层配电设计要求在满足国家有关
3、经济技术效果的前提下，还必须严格按照供配电有关技术规定和相关原则进行设计。其相关原则概括如下：1必须遵守有关国标，认真贯彻执行国家的技术经济政策，并做关于保障人身和设备安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理方面的针对性设计。2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，做到远近期结合，以近期为主，考虑到扩建。3必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷的性质，用电容量，工程特点和地区供配电条件，合理确定设计方案，满足供配电要求。4注意节约能源，节约有色金属等技术政策。5认真学习新技术，新方案，做到尽量全面掌握好相关知识，使供配电设计尽善尽美。现在，供配电技术已经进入了一个
4、更高技术和可靠性要求加强的新阶段。近50年以来，我国的供配电技术也取得了很大进展。由于在生活和工厂用电负荷的发展不断向前，因此我们对远期工业建筑和住宅负荷的发展很难预测，当前要将住宅小区的电气设计做到十分完美是不可能的。我们只有不断的学习探讨，交流总结和统筹兼顾，才能在每一具体阶段将住宅，商业和工业建筑的供配电设计尽量做到最好。最后，供配电系统设计还应贯彻执行国家的经济技术政策，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
5、的效率高、能耗低、性能先进的电气产品，并应符合国家现行的有关标准和规范的规定。目 录序论-1摘要-5第一章 负荷计算-81.1 负荷计算的目的和负荷分级-81.2 电力负荷的计算-11第二章 变配电所的设计-262.1 变压器的选择- 272.2 变压器型号的确定-312.3 变配电所位置的选择-322.4 短路电流的计算-332.5 高压设备的选择-372.6 电源进出线的选择-462.7 低压电器的选择-57第三章 供配电二次接线的设计-623.1 二次回路的操作电源-623.2 断路器的控制回路-633.3 中央信号回路-653.4 测量仪表及接线-66第四章 继电保护系统的设计-694
6、.1 继电保护的任务和基本要求-694.2 变压器二次继电保护整定-704.3 变压器二次继电保护接线原理图及说明-734.4 10KV线路的保护-744.5 10KV线路继电保护的原理说明-754.6 10KV母线的保护-76第五章 高低压开关柜的选择-775.1 高压开关柜的选择-775.2 低压开关柜的选择-785.3 动力配电箱的选择-795.4 低压配电屏的选择-81第六章 防雷接地-826.1 民用建筑的防雷分类-826.2 避雷针保护范围计算-836.3 各类建筑物的防雷措施-846.4 本建筑物的防雷-85结束语-88文献摘要-89摘 要本设计是长安大学E点高层住宅楼供配电系统
7、的设计，其中包括一次主干线设计和二次保护线路的设计，具体为变配电所的设计，住宅楼照明配电系统的设计，动力配电系统的设计，防雷及接地系统的设计等。设计根据课题提供的的用电负荷和供电条件，并适当考虑生产的发展，按照国家相关标准、设计准则，本着安全可靠、技术先进、经济合理的要求确定住宅楼的供配电设计方案。通过负荷计算，确定主变压器的台数和容量；运用经济及技术比较的方法来确定变电站的电气主接线；进行短路电流计算，选择变电所主接线方案及高低压设备与进出线，合理选择整定继电器保护装置；通过查阅设计手册和技术规程对主要设备和导体以及电气总平面布置和高压配电装置进行了设计和选择；根据住宅楼的安全级别计算确定出
8、它的防雷接地系统；最后按要求写出设计说明书,并绘出设计图样。该变压室设有2台主变压器，采用单母线结构及单母线分段的结构。设计的主要内容有：变配电所的设计，变压器的选择，短路电流的计算，负荷量统计，高压供配电系统方案的设计，低压配电系统方案的设计，二次保护方案的设计，低压侧一次供电方案的设计，高压架空线，电缆，高压母线，低压母线及低压负荷馈线的选择，主要高低压电气设备选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器），无功补偿，各种继电保护的设计整定，防雷接地以及相关设备元件的选择和校验等。本次设计以提供安全，可靠，优质，高效的电能为目标，严格遵守供配电设计的原则，在安全可靠的前提下，尽
9、量考虑经济性方案，减少投入的资金，做好节能，并且考虑远景，为以后的扩展设计留有裕量。由于本人能力有限，设计过程中难免有考虑不足之处，尚请老师批评指正，以便能及时纠正错误，利于今后设计工作的进步和提高。谢谢指导！关键词：变配电所，需用系数法，负荷统计，短路电流计算，无功补偿，设备导线选择，参数校验，继电保护，变压器二次保护，防雷接地 ABSTRACTThis design is the ChangAn University E spot high-rise construction for electrical power distribution systems design .It incl
10、uding the subsystem main skeleton line design and two subsystem protects lines design, makes concrete to change the substation the design, the apartment building illumination electrical power distribution systems design, the power electrical power distribution systems design, anti-radar and earth sy
11、stems design and so on. Design provides according to the topic uses electricity the load and the power supply condition, and the due consideration productions development, according to the national related standard, the design criterion, in line with safe reliable, the technological advance, the eco
12、nomical reasonable request determination apartment building supplies the power distribution design proposal. Through load computation, definite main transformers Taiwan number and capacity; Determines the transformer substation using the economical and the technical comparison method the electrical
13、main wiring; Carries on the short-circuit current computation, chooses the transformer substation main wiring plan and the high and low pressure equipment with enters going beyond a line, chooses the installation relay protection installment reasonably; Has carried on the design and the choice throu
14、gh the consult design handbook and the technical schedule to the major installation and the conductor as well as the electricity total plane layout and the high pressure power distribution equipment; Determines its anti-radar earth system according to the apartment building security rank computation
15、; Finally presses requests to write the design instruction booklet, and draws the design drafts.This live pressure room is equipped with 2 main transformers, uses the single bus bar structure and the single bus bar partition structure. The design primary coverage includes: Changes the substation the
16、 design, transformers choice, the short-circuit current computation, the load statistics, the high pressure for the electrical power distribution system plan design, the low pressure electrical power distribution system plan design, two protection plans design, the low pressure leans a power supply
17、plan design, the high-pressured air line, the electric cable, the high-pressured bus bar, the low pressure bus bar and the low pressure load feeder choice, main height piezo unit select and verification (including circuit breaker, isolator, current transformer, voltage transformer), idle work compen
18、sation, each kind of relay protection design installation, anti-radar earth as well as related equipment components choice and verification and so on.This design take provides safely, reliable, high quality, the highly effective electrical energy as a goal, observes strictly for the power distributi
19、on design principle, under the safe reliable premise, considers the efficient plan as far as possible, reduces investment the fund, completes the energy conservation, and the consideration prospect, leaves leeway the allowance for the later expansion design.Because of my ability is limited, the cons
20、ideration deficiency unavoidably in the designing process is not avoid, in addition , Teacher criticizes points out mistakes , in order to correct the mistake promptly, will favor from now on the project work progress and the enhancement. Thanks the instruction!Key word:changing into the distributio
21、n bureau，needing to use the coefficient method，burden statistics，short-circuit electric current calculation，reactive power compensation，choice of equipment and lead wire ，parameter verification，the protection of relay，the second side protection of the transformer，defending thunder and ground第一章 负荷统计
22、1.1负荷计算的目的与负荷分级一电力负荷与电量在电力系统中，用电设备需用的电动率称为电力负荷或功率。功率是表示能量变化速率的一个重要物理量。电功率又分为有功功率，无功功率和视在功率。电阻性用电设备消耗电能的功率称为有功功率，其用P表示；纯电感（或纯电容）性设备不消耗电能，它与电源进行能量交换的功率称为无功功率，其用Q表示；视在功率在三相交流电路中是乘以线电压和线电流，其用S表示。它们之间的关系为：S=。所谓电量，指用电设备所需用的电能数量。有功电量表示用电设备所消耗的电能数量，无功电量表示用电设备与电源所交换的电能数量。二负荷计算的内容和目的在进行工厂供电设计时，基本的原始资料为工艺部门提供的
23、各种用电设备的产品铭牌数据，如额定容量，额定电压等，这是设计的依据。但是能否简单的用设备额定容量来选择各种用电设备呢？显然是不行的，因为所安装的设备并非都同时运行，而且运行着的设备实际需用的负荷也并不是每一时刻都等于设备的额定容量，而是在不超过额定容量的范围内时大时小的变化着，所以是不能直接用额定容量（也称安装容量）来选择供电设备和供配电系统的。因而，供配电设计的第一步，是需要计算全厂和各用电设备的实际负荷。计算负荷是确定供电系统，选择变压器容量，电气设备，导线截面和仪表量程的依据，也是整定继电保护的重要数据。计算负荷确定的是否正确，直接影响到电器和导线的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，
24、将使电器和导线截面选择过大，造成投资和有色金属的浪费；如计算负荷确定过小，又将使电器和导线运行时增加电能损耗，并产生过热，引起绝缘过早老化，甚至烧毁，以致发生事故，同样给国家造成损失。为此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全，经济运行的必要手段。负荷计算主要包括：（1）求计算电流。目的是为了合理的选择工厂各级电压供电网络，变压器容量和电器设备型号。（2）计算尖峰电流。用于计算电压波动，电压损失，选择熔断器和保护元件等。三电力负荷的分级电力系统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
25、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（UPS）。（1）一级负荷一级负荷为突然中断供电将造成人身伤亡或会引起对周围环境严重污染的，突然中断供电将会造成经济上的巨大损失，如重要的大型设备损坏，重要产品或用重要原料生产的产品大量报废，连续生产过程被打乱且需要长时间才能恢复生产的；突然中断供电将会造成社会秩序严重混乱或产生政治上的严重影响，如重要的交通与通信枢纽，国际社交场所，高层建筑的消防，安全照明等用电负荷。特别重要的一级负荷通常称为保安负荷。保安负荷必须备有应急电源，从而保证在工作电源失去时对保安负荷的供电，以保证企
26、业安全生产及人员安全。其包括有：a.中断供电将发生中毒，爆炸和火灾等情况的负荷；b.特别重要场所的不允许中断供电的负荷；c.如正常电源中断时，必须设有处理安全停产所必须的应急照明，通信系统，火灾报警系统，保证安全停产的自动控制装置等；d.民用建筑中大型金属中心的关键电子计算机系统和防盗报警系统，大型国际比赛场的记分系统及监控系统等。本次对长大E点高层住宅的供电设计中，没有一级用电负荷。（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，连续生产过程被打乱需要较长时间才能恢复，重点企业大量减产等；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
27、枢纽、通信枢纽用点单位中的重要电力负荷等；或中断供电将造成秩序混乱的负荷等，如大型影剧院，商场等较多人员集中的公共场所，城市主要水源，广播电视，矿井主提升设备，高层建筑的电梯，商业住宅建筑等。在本次毕业设计中：我校现有的二级负荷有：消防电梯、消防水泵、应急照明，保卫处用电设备，生活水泵。（3）三级负荷不属于一级，二级负荷的均属于三级负荷。对一些非连续生产的中小型企业，停业仅影响产量或导致少量产品报费的用电设备，以及一般民用建筑的用电负荷等均属于三级负荷。对这类负荷，突然中断供电造成的损失不大或不会造成直接损失。长大E点高层住宅楼除了前面罗列的二级负荷外，全为三级负荷。四电力负荷对供电的要求（1
28、）对一级负荷必须有两个或两个以上的独立电源回路供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。负荷容量较大或有高压用电设备应采用两路高压电源，如一级容量不大，可从电力系统或邻近单位取得第二低压电源。对特殊重要的一级负荷，除了应由两个独立电源点供电外，还必须增设应急电源。为确保对特别重要负荷的供电，严禁将其它负荷介入应急供电系统。根据允许中断供电的时间可分别选择下列应急电源：a.蓄电池静止型不间断供电装置（UPS），蓄电池及写出能带年级型不间断供电装置或柴油机电磁储能电机型不间断供电装置，适用于允许中断供电时间为毫秒级的负荷。b.带有自动投入装置的独立于正常电源的专用馈电线路，适用
29、于自动装置的动作时间能满足允许中断供电时间为1.5S以上的供电系统。注释：独立电源是指若干电源中，任一电源因故障而停止供电时，不影响其它电源继续供电。同时具备两个条件的发电厂，变电所的不同母线段均属独立电源。每段母线的电源来自不同的发电机；母线段之间无联系，或虽有联系但在其中一段发生故障时，能自动断开联系，不影响其余母线段继续供电。独立电源点是指若干独立电源来自不同的地点。任一电源点因故障而停止供电时，不影响其它电源点继续供电。两个发电厂，一个发电厂和一个地区电网或一个电力系统中的两个区域性变电所都属于两个独立电源点。（2）对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且供电变压器也应有两台（不一定在
30、同一变电所）。当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电迅速恢复。 在负荷较小或地区供电条件因难时，可有一路6KV及以上专用架空线路供电；当采用电缆线路时，采用两根电缆组成的电缆段供电，每根电缆应能承受百分之百的二级负荷；为了解决线路和变配电设备的检修以及突然停电后，设备能安全停产的问题，可采用小容量的柴油发电站，其容量可由实际需要确定。（3）对于三级负荷一般只需一个电源供电。1.2电力负荷的计算一电力负荷计算的计算方法 计算负荷，又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个单位的持续性负荷。其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中通常采用30分钟的最大平均负
31、荷作为按发热条件选择配电变压器，导线以及电气设备的依据，并用来说计算电压损失和功率损耗。在工程上为了方便计算也可作为电量损耗量及无用功率补偿的计算依据。计算负荷的定义：计算负荷是按发热条件选择导体和电器设备时使用的一个假想负荷。其物理意义为：按这个计算负荷持续运行的产生的热效应，与按实际变动负荷长期运行所产生的最大热效应相等。换句话说，当导体持续流过计算负荷时所产生的导体恒定温升，恰好等于导体流过实际变动负荷时所产生的平均最高温升。从发热效果来看，两者等效的。通常规定取30分钟平均最大负荷，和作为该用户的计算负荷，并用，和分别表示其有功，无功和视在计算负荷。计算负荷是按发热条件选择导体和电器设
32、备的依据，并有如下关系：=式中，分别为最大工作班的有功计算负荷，30min平均最大负荷，最大负荷。尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流，一般取启动电流的周期分量作为计算电压损失，电压波形和电压下降以及选择电器和保护元件的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。一二级负荷用以确定备用电源或应急电源。季节性负荷，从经济运行条件出发，用以考虑变压器的台数和容量。负荷计算的方法：目前负荷计算常用的方法有需用系数法（也称需要系数法），二项式法和利用系数法。前两种方法在国内使用最为普遍。利用系数法的理论根据是概率论和数理统计，因而计算结果比较接近实际，适用于各种范围的负荷计
33、算，但计算结果繁琐，因此目前还没有更广泛的应用。在方案设计阶段，需要对用电负荷进行估算，可以采用单位面积功率法或单位容量法。我国地域宽广，各地经济发展情况不一，单位面积功率，单位指标也各不相同。（1）需用系数法该计算方法是把设备功率乘以需用系数，直接求出计算负荷。由于这种计算方法比较简单，因此得到了很广泛的应用。但当用电设备台数少而功率相差悬殊时，利用需用系数法的得到的计算结果往往偏小，故不适用于低压配电线路的计算。为此经常在初步设计或扩大初步设计阶段作为负荷统计或施工图设计确定变配电所的电力负荷时采用。（2）二项式法该方法是设计负荷包括用电设备组的平均功率，同时考虑数台大功率设备工作时的附加
34、功率。这种方法比较简便，但计算结果往往偏大，一般用于低压配电支干线和配电箱的负荷计算，在施工图阶段对各种机械加工厂或各种其中电焊设备作配电线路或动力配电箱选型中也经常采用。 上面都是常用的计算方法，根据本设计的特殊情况本设计主要采用需用系数法和单位面积功率法相结合的方法。 由于住宅楼主要的负荷为照明和动力部分，而且以照明为主要。因此，在统计负荷时，先对整个住宅楼的照明做一个计算负荷的统计。现在再简要介绍本设计的计算方法和相应的参考。负荷密度法和单位指标法是目前对民用建筑计算负荷常用的计算方法。负荷密度法计算有功功率 =aS/1000(KW)式中 a：预计负荷密度（单位面积功率）W/; S: 建
35、筑面积（）； 利用负荷密度计算有功功率为规划值或为可能发生的最大负荷值，在确定计算负荷时，还应结合具体情况，乘上不同的需用系数。即：=负荷密度法适用于照明功率及非工业负荷功率的计算。其中部分用电单位负荷密度参考值参考芮静康主编的现代工业与民用供配电设计手册。近年来，在城市电网制订发展规划中，符合预测值多采用负荷密度法来确定。特别在是在城市中，按功能将建筑划分为不同的等级，根据功能特点，功能区负荷性质，参照已有城市的经验值，结合本市建筑特点，及其具体情况，利用负荷密度法制定将来的拓展计划，是比较接近实际情况的。随着国民经济的发展，人们的消费观念在转变，社会消费结构在变化，消费水平在提高，对建筑的
36、规格要求也在不断提高，其中对生活生产用电的需求也在不断提高。从长远来看，特别是居民生活的负荷水平还会随着人民的生活方式的转变而大幅度提升。所以在本设计中结合以上情况，为了将来的电量需求潜在的大幅度增加，在统计负荷量时给与了适当的余量。二负荷统计的计算过程根据长大E点住宅楼的特点，在统计负荷量时，以地上建筑照明负荷为主，同时也要统计地下室的动力负荷。详细的统计计算过程如下：1照明负荷统计本次设计的E点高层，对其的照明负荷统计采用采用负荷密度法（单位容量法）计算。由于要设计的长大E点高层住宅楼共31层，其中地下一层，作为一个人防的地点，地上三十层，在二十层和二十一层之间有一个设备间，主要是对水压和
37、气压的一点补偿。整幢大楼每一层的结构布局基本一致，可按一层的结构面积进行计算。（1）室内照明长大E点高层的每一层均为一梯六户，并且采用对称结构，每户面积分别为135,125,155, 135,125,155,所以，每一层平面的面积为：S=（135+125+155）2=830根据照明手册，结合实际，每一层的单位面积功率3.5W/，名 称面积()单位负荷密度a(W/)需用系数功率因数Cos一层830350.4085=aS/1000=3.5830/1000=2.91KW =1.16KW=tan=0.72Kvar=1.36KVA=2.07A（2）楼梯间及走廊照明根据实际，每一层的楼梯间及走廊的面积为：
38、S=21.6+39.04=60.64单位面积功率为2W/：名 称面积()单位负荷密度a(W/)需用系数功率因数Cos楼梯间及走廊60.64209085=aS/1000=260.64/1000=0.12KW =0.11KW=tan=0.07Kvar=0.2KVA=0.31A（3）每个房间其它用电 对每一户内插座的统计按提高型住宅插座计算： 房间要求插座类型用途起居室(厅)主卧室次卧室厨房卫生间工作室二、三孔双联插座（组）43212三孔插座（空调）1111三孔插座（电炊具）12三孔插座（电热水器）1三孔插座（排气扇、排烟风机）11三孔插座（燃气热水器）1三孔插座（洗衣机）12对每一户内插座总数的统
39、计如下：插座类型135房间（个）125间（个）155间（个）二、三孔双联组合插座121214三孔插座（空调）445三孔插座（电炊具）222三孔插座（电热水器）212三孔插座（排气扇、排烟风机）323三孔插座（燃气热水器）111三孔插座（洗衣机）111总计373542所以插座的总数为：N=（37+35+42）2=234（个）其中，每一个插座的功率按100W进行计算，则有：=234100/1000=23.4KW其需用系数=1，功率因数Cos=0.7，所以=23.4KW =tan=23.87Kvar=33.43KVA=151.95A所以一层的单元的照明总负荷为：=24.67KW=24.66Kvar一
40、层平面总的照明负荷为：=34.88KVA=53.00A（4）地下室长大E点高层住宅楼的地下一层为人防间，里面设有防毒室，消洗室，配电室，供水间，对其负荷统计如下：名 称面积()单位负荷密度a(W/)需用系数功率因数Cos地下室850209085=aS/1000=2850/1000=1.70KW =1.57KW=tan=0.97Kvar=1.74KVA=2.64A（5）设备层在长大E点高层住宅楼的第二十层和第二十一层之间有一设备层，主要功能为对消防水压及生活用水水压进行加压。对其负荷统计如下：名 称面积()单位负荷密度a(W/)需用系数功率因数Cos设备层830206085 =aS/1000=2
41、830/1000=1.66KW =1.00KW=tan=0.62Kvar=1.18 KVA=1.79A2动力负荷统计（1）消防水泵，生活水泵，消防排水泵的负荷统计。地下室内的消防水泵2台，每台功率45KW，一用一备运行；设备层内消防水泵2台，每台功率25KW，一用一备运行，电动机选用JJ11-B-45/380自耦降压启动控制柜。取0.8，Cos取0.8，=380V，=（45+25）0.8=56KW=tan=560.75=42Kvar=74.67KVA=113.45A地下室内的生活水泵共2台，每台功率18KW，一用一备运行；设备层内消防水泵2台，每台功率11KW，一用一备运行，水泵电动机选用QX4-17型Y-Y降压启动。取0.85，Cos取0.8，=380V，=（18+11）0.8=23.2KW=tan=17.40Kvar=29KVA=44.06A消防排水泵一台，功率1.1KW，采用QC25-4型磁力启动器启动。取0.8，Cos取0.8，=380V，=1.10.8=0.88KW=tan=0.
