中心商厦供配电及照明系统设计.docx
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中心商厦供配电及照明系统设计
毕业设计[论文]
题目：
中心商厦供配电及照明系统设计
摘要
在人们生活水平日益提高的今天，对生活的追求也有个了更高的要求，在加上当今电器设备的大量应用，人们对与自己相关的住宅，办公场所等提出了更高的要求，希望有个舒适，安全，绿色的环境，所以对电的设计也提出了更高的要求，本工程为某大型综合商厦，建筑高度为79.4m，属一类高层商业建筑，底层地下部分为车库、配电室及其他动力机组室，一到六层地上部分为商场，七七到16层为标准层办公室，17层为电梯机房，18层水箱房。
本论文对某大型综合商厦的供配电及照明系统进行了设计，阐述了建筑供配电设计的目的、意义、设计任务和设计依据，并依据国家相关规范，对系统的供配电电气主接线的选择、负荷计算、短路电流计算、无功功率补偿、变压器与自备发电机的选择、供配电系统设备的选择、防雷与接地系统、以及供配电系统设备保护；照明方式的选择、光源与灯具的选择、合理布置灯具、照明供电、照度计算、疏散标志照明、插座、照明供电系统等内容进行了合理的设计。
设计中还兼顾了供配电的可靠性、经济性及照明的适用、经济、美观等因素。
关键词：
供配电系统、负荷、短路电流、配电保护、防雷与接地、照明、灯具、插座
Abstract
Inpeople'slivingstandardsincreasingtoday,thepursuitoflifethereisalsoahigherdemand,coupledwithtoday'selectricalequipmentinthelargenumberofapplications,peopleandtheirassociatedhousing,officespace,suchasahigherdemandthatThereisacomfortable,safeandgreenenvironment,therefore,thedesignofahigherdemand.Thisworksforacomprehensive9-storeyofficebuildingPeople'sProcurator,thebuildingheightof49.4m,asecondclasshigh-risebuilding,thebottompartoftheundergroundgarage,powerdistributionroomsandothercrewroom,thefloortotheeighthfloorofthebuildingforintegrated,Forthe9-storeymulti-functionhall.Atotalconstructionareaof7200m2,pumpingstationsandchilledroominthebottom.
ThepresentpaperhascarriedonthedesignoftheofficebuildingofsomePeople'sProcuratorfortheelectricalpowerdistributionsystem，introducestheintelligentbuildingforthepowerdistributiongoal，thesignificance，thedesigndutyandthedesignbasis，andbasedonthenationalcorrelationstandard，tothesystemloadcomputation，theshort-circuitcurrentcomputation，thepowertransformerrelayprotection，theanti-radarsystem，aswellascontentsandsoonelectricalequipmentshapingandverificationhascarriedonthereasonablesolution.Inthedesignalsogavedualattentiontohassuppliedfactorsandsoonpowerdistributionreliability,efficiency.Intheend，thepaperintroducesthesignificance,mainperformance,networkform，networkstructureandinstruments，anitsconfigurationofcomputermonitoringsystemfortransforminganddistributionstations.AsystemofESD3000substationcomputersupervisionandcontrolisdevelopedtomeettheneedofpowertransforminganddistributionsystemmanagement.Therelevantconfigurationismadeontheactualprojectequipment’ssupervisionandcontrolrequirement.
Keywords:
Forelectricalpowerdistributionsystem，burden，short-cutcircuitcurrent，relayprotection，anti-radar，substation，supervisionandcontrol
第一章绪论
1.1课程的来源和工程概况
随着社会的进步和改革开放的不断深入，我国的建筑工业突飞猛进。
绿色建筑、智能建筑的兴起，标志着现代建筑朝多元化方向发展,向新的高度推进。
改革开放以来，随着综合国力的增强，人民生活质量有了很大提高，建筑行业也得到很大改善,这就给建筑电气及照明设计带来了新的机遇和挑战。
本工程为某大型综合商场，总共为19层（含地下室一层），属一类高层建筑，底层地下部分为车库、配电室及其他动力机组室，一到六层为商场，七到16层为标准层办公室，17层为电梯机房，18层水箱房。
1.2设计目的和意义
通过设计，可更好的熟悉有关高层建筑国家的有关规范、标准和规定；熟悉高层建筑电气及照明系统设计的内容；树立科学技术与工程经济相统一的辨证观点；培养综合应用所学的理论知识分析解决工程实际问题的能力；了解建筑电气的特点；掌握建筑电气设计计算的方法和步骤；熟悉照明灯具的选择和铺设；并在进行工程计算、工程制图、文字处理等方面得到初步训练；为以后从事高层建筑电气工程设计、照明系统设计运行及管理工作打下必要的基础。
1.3设计主要完成的工作和依据
1.主要工作：
地下室、商场及标准间的配电系统，各层照明与动力配电系统，防雷接地保护设计及照明系统设计，其中供配电和照明设计作为本次设计的重点内容。
2.依据：
本工程根据国家有关规范规定、需求方提出的设计要求，进行电气和照明设计。
第二章供配电设计
2.1建筑物分类
建筑物的种类较多，常见分类方法如下：
2.1.1按建筑物基本功能分类
按建筑物基本功能分为民用建筑和工业建筑。
民用建筑包括：
住宅建筑、商业建筑（商业网点、商场）、办公建筑、宾馆建筑、学校建筑（图书馆、教学楼、办公楼、宿舍等）、医院建筑、体育场馆、展览馆、影剧院等。
工业建筑包括：
车间、厂房等。
本工程为商业建筑。
2.1.2按建筑物高度分类
高层建筑（一类高层、二类高层）、非高层建筑。
一类高层建筑包括：
高级住宅、19层及其以上的普通住宅、高度24m及其以上的医院、高级旅馆、高度大于50m的商业楼或每层面积超过1000m2的商业楼、单层面积超过1500m2或高度超过50m的商住楼、藏书超过100万册的图书馆。
二类高层建筑包括：
不属于一类高层的高层民用建筑。
本工程建筑高度>50米，属于一类高层商业建筑。
2.2.负荷分级及供电要求
2.2.1负荷分级
电力负荷根据供电可靠性及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。
一级负荷
（1）中断供电将造成人身伤亡者。
（2）中断供电将造成重大政治影响者。
（3）中断供电将造成重大经济损失者。
（4）中断供电将造成公共场所秩序严重混乱者。
对于某些特等建筑，如重要的交通枢纽、重要的通信枢纽、国宾馆、国家级及承担重大国事活动的会堂、国家级大型体育中心，以及经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等的一级负荷，为特别重要负荷。
中断供电将影响实时处理计算机及计算机网络正常工作或中断供电后将发生爆炸、火灾以及严重中毒的一级负荷亦为特别重要负荷。
二级负荷
（1）中断供电将造成较大政治影响者。
（2）中断供电将造成较大经济损失者。
（3）中断供电将造成公共场所秩序混乱者。
三级负荷：
不属于一级和二级的电力负荷。
根据以上要求和经济考虑，本建筑供电按一级负荷设计。
2.2.2.一级负荷对电源供电的要求
（1）当在主体建筑中有一级负荷时，与其有关的主要通道照明为一级负荷。
（2）电话站的电源为一级负荷，其交流电源的负荷级别应与该建筑工程中最高等级的电力负荷相同。
（3）当有大量一级负荷时，其附属的锅炉房、冷冻站、空调机房的电力和照明为二级负荷。
（4）一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。
（5）一级负荷容量较大或有高压用电设备时，应采用两路高压电源。
如一级负荷容量不大时，应优先采用从电力系统或临近单位取得第二低压电源，亦可采用应急发电机组，如一级负荷仅为照明或电话站负荷时，宜采用蓄电池组作为备用电源。
（6）一级负荷中特别重要负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。
为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。
1）常用的应急电源可有下列几种：
a.独立于正常电源的发电机组。
b.供电网络中有效地独立于正常电源的专门馈电线路。
c.蓄电池。
2）根据允许的中断供电时间可分别选择下列应急电源：
a.静态交流不间断电源装置适用于允许中断供电时间为毫秒级的供电。
b.带有自动投入装置的独立于正常电源的专门馈电线路，适用于允许中断时间为1.5s以上的供电。
c.快速自动起动的柴油发电机组，适用于允许中断供电时间为15s以上的供电。
根据以上要求，本建筑按一级负荷设计，电源设置一台变压器，加自备发电机，但发电机启动有时间间隙，一些不能中断用电的重要弱电、信息、控制系统采用不间断电源系统供电。
疏散照明用电采用交流电加蓄电池供电。
2.3电气主接线
2.3.1.主接线的定义
主接线是指由各种开关电器、母线、电力电缆或导线、移动电容器、避雷器等电气设备依次相联接的接受和分配电能的电路.
2.3.2.电气主接线的基本要求：
1、安全性：
必须在任何可能的运行方式及检修状态下运行人员即设备的安全。
2、可靠性：
断路器检修时，不宜影响对系统的供电。
断路器或引线检修及引线故障时，尽量减少停远回路和停长时间，并保证对一级负荷及全部及大部分二级负荷的供电。
3、灵活性：
主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。
（1）调度时，应可以灵活地投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式，检修运行方式及特殊运行方式下的系统调度要求。
（2）检修时，可以方便地停运断路器，母线及其继电保护设备进行安全检修而不致影响电力网和对用户的供电。
（3）扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。
4、经济性：
主接线在满足可靠性，灵活性要求的前提下做到经济合理。
（1）投资省
A、主接线要求简单，以节省断路器、隔离开关、电流互感器和电压互感器、避雷器等一次设备。
B、要使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。
C、要能限制短路电流，以便选择价廉的电器设备和轻型电器。
D、如能满足系统安全运行及继电保护要求，110KV及以下终端和分支变电所可用简单接线方式。
（2）占地面积小，主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少。
（3）电能损失小，经济合理地选择各种电气，减少电能损失。
（4）具有未来发展和扩建的可能性。
2.3.3.主结线的分类及选型
主结线可分为有母线结线和无母线结线两大类。
有母线结线又可分为单母线结线和双母线结线；无母线结线可分为单元式结线、桥式结线和多角式结线。
中低压供配电系统中主要采用单母线结线、单元式结线和桥式结线。
母线，实质上是主结线电路中接受和分配电能的一个电气结点，形式上它将一个电气联接点延伸成了一条线，以便于多个进线回路的联接。
在中低压供配电系统中通常采用矩形截面的铜排作为母线。
单母线结线是有母线主结线的一种。
是中、低压供配电系统中最常用的一种主结线形式。
它分为单母线不分段结线，单母线分段结线，单母线带旁路结线等,其中单母线不分段结线、单母线分段结线最为常用。
（1）单母线不分段结线
单母线不分段结线具有简单清晰，设备小，投资小，运行操作方便，且有利于扩建等优点，但可靠性和灵活性较差，当母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开它所接的电源；与之相接的所有电力装置，在整个检修期间均需停止工作。
此外在出线断路器检修期间，必须停止该回路的工作。
因此，这种接线只适用于6—220KV系统中只有一台发电机或一台主变压器，且出线回路又不多的中、小型发电厂和变电所，它不能满足Ⅰ、Ⅱ类用户的要求，但若采用成套配电装置，由于可靠性高，也可用于较重要用户的供电。
（2）单母线分段结线：
单母线分段接线具有简单清晰，设备较少，投资较小，运行操作方便，且有利于扩建等优点，并可提高供电可靠性和灵活性。
对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路。
由两个电源供电。
当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电，两段母线同时故障的可能甚小，可以不予考虑。
分段的数目，取决于电源数量和容量。
段数分得越多，故障时停电范围越小，但使用断路器数量也越多，且配电装配和运行也越复杂，通常以2—3段为宜，这种接线广泛用于中、小容量发电厂的6—10KV接线和6—220KV变电所中。
主接线的确定
单母线不分段结线，单母线分段结线比较：
表2.1
单母线
单母线分段
占地面积
占地面积较大
占地面积较小些
优点
接线简单、清晰、设备小、操作方便、便于扩建、投资较小
接线简单、操作方便、便于扩建供电可靠性，灵活性较好
缺点
供电的可靠性，灵活性较差，不能满足Ⅰ、Ⅱ类用户需要
投资较大些，占地面积较大
适用范围
用于6—220KV系统中只有一台发电机或一台主变，且出线不多的中、小型变电所
适用于6—10KV电压等级引出线在6回以上的中、小型变电所中
根据以上主结线的比较、和电力系统的发展、用户的需求等几方面考虑，从近期及远景的发展规划，确定本商厦主接线方式为单母线分段结线。
2.4负荷计算
2.4.1.负荷计算及负荷计算的目的
计算负荷，作为按发热条件选择配电变压器、导体及电器的依据，并用来计算电压损失和功率损耗。
在工程上为方便计，亦可作为电能消耗量及无功功率补偿的计算依据。
2.4.2负荷计算的方法
需要系数法。
用设备功率乘以需要系数，直接求出计算负荷。
这种方法比较简便，应用广泛，尤其适用于配变电所的负荷计算。
利用系数法。
采用利用系数求出最大负荷班的平均负荷，再考虑设备台属和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数的出的计算负荷。
这种方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，但因利用系数的实测与统计较困难，在民用建筑电气设计中一般不用。
二项式法。
在设备组容量之和的基础上，考虑若干容量最大设备的影响，采用经验系数进行加权求和法计算负荷。
单位面积功率法、单位指标法。
2.4.3负荷计算方法宜按下列原则选取：
（1）在方案设计阶段可采用单位指标法；在初步设计及施工图设计阶段，宜采用需要系数法。
（2）对于住宅，在设计的各个阶段均可采用单位指标法。
（3）用电设备台数较多，各台设备容量相差不悬殊时，宜采用需要系数法，一般用于干线，配变电所的负荷计算。
（4）用电设备台数较少，各台设备容量相差悬殊时宜采用二项式法，一般用于支干线和配电屏（箱）的负荷计算。
2.4.4结合以上论述，本建筑采用需要系数法计算负荷。
需要系数法负荷计算公式：
（1）单组设备计算负荷：
式中
PN——总设备功率，单位为kW
Kd——需要系数
Pc——计算有功功率，单位为kW
Qc——计算无功功率，单位为kvar
Sc——计算视在功率，单位为kVA
tgφ——电气设备功率因数角的正切值
Ur——电气设备额定电压，单位为kV
IC——计算电流，单位为A。
（2）多组设备计算负荷
Pc=K∑PKd
PNi（式2.5）
Qc=K∑qPctgφ（式2.6）
式中K∑P——有功功率同时系数，取0.8—0.9
K∑q——无功功率同时系数，取0.93—0.97
2.4.5下面负荷计算
（1）照明负荷
需要系数：
0.8
功率因数：
cosφ＝0.75 tgφ＝0.88
设备容量：
PN＝75kW
计算负荷：
Pc＝KdxPN＝0.8x75=60kW
Qc=Pcxtgφ=60x0.88=52.8kvar
Sc=80kVA
Ic=121.5A
（2）空调设备，给排水泵设备，送排风机设备负荷计算
需要系数：
0.7
功率因数：
cosφ＝0.8 tgφ＝0.75
设备容量：
制冷机9kW
冷媒水泵22kW
冷却水泵37kW
凝结水泵0.55kW
冷却塔2*7.5=15kW
生活水泵11kW
排水泵2kW
送排风机10kW
总计106.55kW
计算负荷：
Pc＝KdxPN＝0.7x106.55=74.6kW
Qc=Pcxtgφ=74.6x0.8=55.9kvar
Sc=93.2kVA
Ic=141.7A
（3）电梯负荷计算
需要系数：
1
功率因数：
cosφ＝0.5 tgφ＝1.73
设备容量：
2*24=48kW
计算负荷：
Pc＝KdxPN＝1x48=48kW
Qc=Pcxtgφ=48x1.73=83kvar
Sc=95.9kVA
Ic=145.7A
（4）应急电源负荷计算
需要系数：
1
功率因数：
cosφ＝1 tgφ＝0
设备容量：
5kW
计算负荷：
Pc＝KdxPN＝1x5=5kW
Qc=Pcxtgφ=5x0=0kvar
Sc=5kVA
Ic=7.6A
（5）变压器低压端负荷总计：
∑PN=125+106.55+48+5=284.55kW
∑Pc＝100+74.6+48+5＝227.6kW
∑Qc=88+55.9+83=226.9kvar
有功同时系数：
Kp=0.9
无功同时系数：
kq=0.95
总计算负荷：
Pc＝Kpx∑Pc＝0.9x227.6=204kW
Qc=kqx∑Qc=0.95x226.9=215.6kvar
Sc=296.4kVA
Ic=450.4A
功率因数：
cosφ＝0.69
tgφ＝1.06
列表如下：
表2.2
设备名称
设备容量
Pn/kW
需要系数
Kd
cosφ
tgφ
Pc
/kW
Qc
/kvar
Sc
/kVA
Ic
/A
照明（含部分非事故情况下也用的应急照明、插座）
75
0.8
0.75
0.88
60
52.8
80
121.5
制冷机
9
106.55
0.7
0.8
0.75
74.6
55.9
93.2
141.7
冷媒水泵
22
冷却水泵
37
凝结水泵
0.55
冷却塔
15
生活水泵
11
排水泵
2
送排风机
10
电梯
48
1
0.5
1.73
48
83
95.9
145.7
仅事故情况下使用的应急照明
5
1
1
0
5
0
5
7.6
总计
234.55
180.6
191.7
274.1
416.5
有功同时系数
0.9
无功同时系数
0.95
总计算负荷
162.5
182.1
244.1
370.9
2.5.无功功率补偿
2.5.1、功率因数低对供配电系统的影响：
在工民用电设备中，有大量设备工作需要够过向系统吸收感性的无功功率来建立交变磁场，这使系统输送的电能容量中无功率的成分增加，功率因数降低，对系统会造成如下影响：
使变配电设备的容量增加；
使供配电系统的损耗增加；
使电压损失增加；
使发电机的效率降低。
2.5.2提高功率因数的措施：
功率因数低就要提高，一般从两个方面采取措施：
一是提高用电设备的自然功率因数，自然功率因数是指不采用任何补偿装置式的功率因数。
这种方法只能通过选择功率因数高的电气设备来做到，但不能达到完全补偿。
二是采取人工补偿的方法使总功率因数得以提高，有两种方法，一是采用同步电动机替代异步电动机工作，由于投资和损耗较大，又不便于维护、检修，供配电系统中很少采用。
二是采用并联电容器补偿。
采用并联电容器补偿时目前供配电系统中普遍采用的一种补偿方法，也叫移相电容器静止无功补偿。
它具有有功损耗小、运行维护方便、补偿容量增减方便、个别电容器损坏不影响整体使用等特点，但不能实现无级调节。
采用干式金属化全膜低压并联电容器：
该电容器各项性能指标符合国际电工委员会IEC831标准，使用寿命10年以上，其主要特点：
1.体积小、干式结构、不污染环境、无爆炸危险即不会引起火灾；
2.安全措施齐全，具有短路和过流保护功能，故障元件退出运行后不影响其它元件；产品内设有限流线圈，可限制涌流在50IN以内，内装放电电阻，断电1分后端子电压可降至50V以下；
3.具有自愈功能。
4.镀银锌膜电极性能稳定，有功损耗低。
变压器低压侧无功功率补偿计算：
在变压器低压母线上集中补偿；
补偿后的目标值是在变压器低压测cosφ２≥0.93，这样补偿后变压器高压侧功率因数满足≥0.9的要求。
补偿前变压器低压侧功率因数为：
cosφ＝0.69 tgφ＝1.06
补偿后变压器低压侧无功率因数要达到：
cosφ２＝0.93
tgφ２＝0.4
无功补偿量：
Qcc=Pc（tgφ-tgφ２）
=204x（1.06－0.4）
=134.64kvar
考虑到三相均衡分配
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