供配电工程课程设计某小区大楼供配电与照明设计.docx
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供配电工程课程设计某小区大楼供配电与照明设计
供配电课程设计
课题：
某小区大楼供配电与照明设计
专业：
电气工程及其自动化
班级：
姓名：
指导教师：
设计日期：
成绩：
前言
工厂供配电系统设计必须遵循国家的各项方针政策，设计方案必须符合国家标准中的有关规定，并力争做到保障人身和设备安全、供电可靠、电能质量稳定、技术先进和经济指标合理，同时注重选用效率高、能耗低、性能先进、便于施工安装和维护的新型电气设备。
设计时应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理好近期建设和远期发展的关系，并按照用户的负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案，以满足供电的要求。
工厂供配电系统电气设计包括变配电所设计、配电线路设计和电气照明设计等。
对供配电工作的基本要求：
1.安全：
在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。
2.可靠：
应满足电能用户对供电可靠性的要求。
3.优质：
应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。
4.经济：
供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。
重庆大学城市科技学院电气学院
某小区大楼供配电与照明设计设计报告
1、设计目的
通过某小区大楼的电气设计，熟悉高层住宅电气设计的方法及步骤。
掌握根据建筑物用途的不同，合理选择电源、变压器、各种用电设备，能读懂各种电气图，了解防雷与接地。
2、设计要求
2.1设计任务
要求在规定时间内独立完成下列工作量：
（一）设计说明书，需包括：
（1）前言
（2）目录
（3）负荷计算和无功率补偿
（4）变电所位置和型式的选择
（5）变电所主变压器台数、容量及主接线方案的选择
（6）变电所主接线方案的设计
（7）短路电流的计算
（8）变电所一次设备的选择与校验
（9）变电所二次回路方案选择及继电保护整定
（10）大楼内外照明设计
（11）防雷保护和接地装置的设计
（12）附录——参考文献
（13）设计总结与心得体会
（二）设计图纸，包括：
（1）变电所主接线图1张
（2）变电所平面或剖面图1张
2.2设计要求
根据本小区所能取得的电源及本小区用电负荷的实际情况，并适当考虑到小区负荷的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量，选择变电所主接线方案及高低压设备与进出线，建筑的内外照明设计、确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。
2.3设计依据
1．小区平面图与房屋建筑平面图如图2和图3所示。
2．大楼负荷情况。
该楼高18层，设为2个单元，属于1梯2户型，户型为90平米两室两厅一厨一卫，单独设立水泵站。
低压动力设备均为三相，额定电压为380V。
照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。
该楼的负荷统计资料如表1所示，楼内住户每户需要系数取0.6、功率因素为0.5。
3．供电电源情况。
按照小区与当地供电部门签订的供电协议规定，该小区可由附近一条10kV的公用电源干线和另一个小区变电所取得工作电源。
该干线的走向和变电所位置参看小区总平面图。
该干线首端所装高压断路器的断流容量为500MV·A，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为1.5s。
3、负荷计算和无功补偿
3.1负荷等级
根据《民用建筑电气设计规范》及《火灾报警与消防联动控制》的规定，普通高层住宅按二级负荷供电，19层及以上的住宅按一级负荷供电。
高层住宅言主要消防设备有消防水泵、消防控制室、消防电梯、防排烟设施、火灾自动报警及消防联动装置、火灾应急照明和电动防火门窗、卷帘、阀门等。
3.2负荷计算和无功补偿
表一某小区大楼负荷表
负荷名称
数量
单一设
备容量
单类设
备容量
需要
系数
功率
因数
n
`Pe（KW）
Pe（KW）
K
照明
照明灯
320
0.04
14.40
0.50
0.48
0.90
插座
71
4
228
0.30
0.75
0.80
电梯
4
22.00
44
0.50
0.80
泵房
消防用扬水泵
4
22.00
44
1.00
1.00
0.70
管道加压泵
2
4.00
8.00
高水箱加水泵
2
4.00
8.00
消防水排水泵
2
1.00
2.00
公用照明
36
0.04
1.44
0.50
0.48
0.90
合计
408.84
合计（K∑=0.9）
补偿低压电容器容量
0.92
补偿后合计
变压器损耗
合计（高压侧）
0.91
计算负荷确定如下：
照明器：
插座：
电梯：
消防用扬水泵：
管道加压泵：
高水箱加水泵：
消防水排水泵：
公用照明：
总计算负荷：
无功补偿计算如下：
（1）补偿前的变压器容量和功率因数，变压器低压侧的视在计算负荷为：
根据变压器容量的选择原则，查附录表1，应选一台容量为315
的变压器。
变压器低压侧的功率因数为：
（2）确定无功补偿容量现要求变电所高压侧的功率因数不低于0.9，而在变压器低压侧进行补偿时，考虑到变压器的无功补偿损耗远大于其有功功率损耗，可按低压侧补偿后的功率因数为0.92来计算补偿容量。
因此，欲将功率因数
从0.76提高到0.92，则低压侧所需的补偿容量为：
查附录表3，选BW0.4-12-1型电容器，则所需电容器个数为
。
取
，则实际补偿容量为
。
（3）补偿后的变压器容量和功率因数无功补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为
因此，无功补偿后变压器的容量改选为250
。
查附录表1知，S9—250/10型（Yyn0）电力变压器的技术数据为：
，
，
，
。
变压器负荷率为
，则变压器的功率损耗为
变压器高压侧的计算负荷为：
变压器高压侧的功率因数为：
（4）无功补偿前后变压器容量的变化
由此可见，无功补偿后变压器容量减少了65
，不仅减少了投资，而且减少了电费支出，提高了功率因数。
4、变电所位置和形式的选择
由于大楼有二级重要负荷，考虑到对供电可靠性的要求，采用两路进线，一路经10kV公共电源电缆接入变电所，另一路引自邻近高压环网箱。
变电所的形式由用电负荷的状况和周围环境情况确定，根据《变电所位置和形式的选择规定》及GB50053－1994的规定，结合本大楼的实际情况，这里变电所采用单独设立方式。
4.1变电所所址选择的一般原则
选择工厂变配电所的所址，应根据下列要求并经技术经济分析后确定：
1）尽量靠近负荷中心，以使电压损失、电能损失和有色金属消耗量达到最小；
2）进出线方便，高压架空线进出线走廊的位置应与变电所位置同时确定；
3）尽量靠近电源侧，特别是选择工厂总变配电所时要考虑这一点；
4）占地面积小，位于厂区外的变电所尽量不占或少占农田；
5）交通方便，以便于变压器等大型用电设备运输；
6）应避免设在多尘或有腐蚀性气体的场所；当无法远离时，应尽量设在污染源的上风侧；
7）应考虑地形和地质条件，避免设在有剧烈震动的地方或低洼积水处；
8）不妨碍工厂的发展，考虑扩建的可能；
9）所址的选择应方便职工的生活；
4.2变电所的类型
1）独立变电所
2）附设变电所
3）车间内变电所
4）地下变电所
4.3变电所主变压器台数、容量及主接线方案的选择
1）变电所主变压器台数的选择
变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。
当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：
有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。
结合本大楼的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。
图一变压器主接线图
2）变电所主变压器容量选择
每台变压器的容量
应同时满足以下两个条件：
任一台变压器单独运行时，宜满足：
考虑到本大楼的实际情况，同时又考虑到未来5~10年的负荷发展，初步取
=500
。
考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为SC3系列箱型干式变压器。
型号：
SG，其主要技术指如下表所示：
表二SC3系列箱型干式变压器
变压器
型号
额定
容量
/
额定
电压
/kV
联结
组型号
损耗/kW
空载
电流
%
短路
阻抗
%
高压
低压
空载
负载
S9
315
10.5
0.4
Dyn11
2.45
7.45
1.1
4
3）变电所主接线方案的选择
方案一：
高、低压侧均采用单母线分段。
优点：
用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电；当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
缺点：
当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。
方案二：
单母线分段带旁路。
优点：
具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断对用户供电。
缺点：
常用于大型电厂和变电中枢，投资高。
方案三：
高压采用单母线、低压单母线分段。
优点：
任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。
缺点：
在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。
以上三种方案均能满足主接线要求，采用方案三时虽经济性最佳，但是其可靠性相比其他两方案差；采用方案二需要的断路器数量多，接线复杂，它们的经济性能较差；采用方案一既满足负荷供电要求又较经济，故本次设计选用方案一。
如下图：
图二高压主接线图
5、短路电流计算
5.1短路电流计算的目的及方法
供配电系统中的短路，是指电力系统正常情况以外的一切相与相之间或相与地之间发生通路的情况。
进行短路电流计算主要是为了：
（1）校验系统设备能否承受可能发生的最严重短路。
（2）作为设置短路保护的依据。
（3）可通过短路电流大小判断系统电气联系的紧密程度，作为评价各种接线方案的依据之一。
系统发生短路的主要原因是系统中某一部位的绝缘遭到破坏。
绝缘遭到破坏的原因有很多，根据长期的事故统计分析，主要有以下一些原因：
（1）雷击或高电压侵入；
（2）绝缘老化或外界机械损伤；
（3）误操作；
（4）动、植物造成的短路。
对中性点接地系统，可能发生的短路类型有：
三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路，后者是指两根相线和大地三者之间的短路。
单相短路有相线与中性线间的短路，也有相线直接与大地之间的短路，这时的单相短路又称单相接地短路。
对中性点不接地系统，可能发生的短路类型有：
三相短路和两相短路。
另外，异相接地也应算作一种特殊类型的短路，它是指有两相分别接地，但接地点不在同一位置而形成的相间短路。
据统计，从短路发生的类型来看，单相短路或接地的发生率最高；从短路发生的部位来看，线路上发生的短路或接地的比例最大。
我国在中压系统中采用中性点不接地系统，主要就是为了避免单相接地造成的停电。
5.2短路电流计算
1 本大楼的供电系统简图如下图所示。
图三短路计算电路图
2 求K-1点的三相短路电流和短路容量（
）
电力系统电抗为：
电缆线路电抗为：
总电抗为：
三相短路电流周期分量的有效值为：
三相次暂态短路电流及短路稳态电流为：
三相短路冲击电流为：
三相短路容量为：
3 求K-2点的三相短路电流和短路容量
电力系统的电抗：
电缆线路电抗为：
电力变压器电抗
为：
总电抗为：
三相短路电流周期分量的有效值为：
三相次暂态短路电流及短路稳态电流为：
三相短路冲击电流为：
三相短路容量为：
6、变电所一次设备的选择与校验
1）导线机截面选择的基本理论
为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，对导线和电缆截面进行选择时必须满足下列条件：
a.发热条件
导线和电缆（包括母线）在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。
b.电压损耗条件
导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。
对于较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。
c.经济电流密度
35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。
所选截面，称为“经济截面”。
此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。
10KV及以下线路，通常不按此原则选择。
d.机械强度
导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。
对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。
母线也应校验短路时的稳定度。
对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。
根据设计经验，一般对高压线路，常按经济电流密度选择，用其他三种方法校验。
对10KV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再由电压损耗和机械强度校验。
对低压架空线路，常按长时允许电流选择，其余校验。
对低压照明线路，因其对电压水平要求较高，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再发热条件和机械强度进行校验。
对长距离大电流及35KV以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。
高压一次设备选取原则：
根据以上负荷计算和短路电流计算选择高低压一次设备。
选取母线型号：
TMY-3
（50
4）；TMY-3
（80
10）+1
（60
6）
6）变电所高压一次设备的选择:
变压器：
S9-250/10（价格：
15900元）
高压断路器：
ZN6-10
高压熔断器：
RN2-10/0.5-50（价格：
13.20元）
电流互感器：
LZZQB6-10-0.5-200/5（价格：
780元）
电压互感器：
JDZJ-10（价格:
650元）
接地开关：
JN-3-10/25
绝缘子型号：
ZA-10Y（价格：
18元）
抗弯强度：
3.75kN（户内支柱绝缘子）
从高压配电柜引出的6kV三芯电缆采用交联聚乙烯绝缘电力电缆，型号：
YJV-3
50，无钢铠护套，缆芯最高工作温度
。
7、变电所二次回路方案选择及继电保护整定
7.1变电所二次回路方案选择
二次回路是指用来控制、指示、监测和保护一次电路运行的电路，亦称二次系统，包括控制系统、信号系统、监测系统及继电保护和自动化系统等。
二次回路在供电系统中虽是其一次电路的辅助系统，但他对一次电路的安全、可靠、优质、经济的运行有着十分重要的作用，因此必须予以重视。
7.1.1二次回路电源选择
二次回路操作电源有直流电源，交流电源之分。
蓄电池组供电的直流操作电源带有腐蚀性，并且有爆炸危险；由整流装置供电的直流操作电源安全性高，但是经济性差。
考虑到交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠，维护方便。
这里采用交流操作电源。
7.1.2高压断路器的控制和信号回路
1、控制回路：
控制回路是指控制（操作）断路器分、合闸的回路。
结合本工程的实际情况，选用了弹簧储能直流操作电源的控制回路。
2、 信号回路：
是指用于指示一次系统中设备运行状态的二次系统；
（1）位置信号：
用来显示断路器正常工作的位置状态，一般用红灯亮，表示断路器在合闸位置，用绿灯亮，表示断路器在跳闸位置。
（2）事故信号：
用来显示断路器在事故情况下的工作状态，一般用红灯闪光，表示断路器自动合闸，用绿灯闪光，表示断路器自动跳闸。
（3）预告信号：
是在一次设备出现不正常状态时或故障初期发出报警信号。
3、对断路器控制回路及信号回路的基本要求：
（1）应能监视控制回路保护装置（如熔断器）及其分、合闸回路的完好性，以保证断路器的正常工作。
（2）合闸或跳闸完成后，应能使其命令脉冲解除，即能切断合闸或跳闸的电源。
（3）应能指示断路器正常合闸和跳闸的位置状态，并在自动合闸和自动跳闸时有明显的指示信号。
（4）各断路器均应有事故跳闸信号。
（5）对有可能出现不正常工作状态或故障的设备，应装设预告信号。
7.1.3电测量仪表与绝缘监视装置
这里根据GBJ63-1990的规范要求选用合适的电测量仪表并配用相应绝缘监视装置。
（1）10KV电源进线上：
电能计量柜装设有功电能表和无功电能表；为了解负荷电流，装设电流表一只。
（2）变电所每段母线上：
装设电压表测量电压并装设绝缘检测装置。
（3）电力变压器高压侧：
装设电流表和有功电能表各一只。
（4）380V的电源进线和变压器低压侧：
各装一只电流表。
（5）低压动力线路：
装设电流表一只。
7.1.4自动装置
供配电系统常用的自动装置是备用电源自动投入装置和自动重合闸装置。
结合本工程的实际情况，选用了机械型的自动合闸装置（ARD）。
1、自动重合闸的作用
在线路上，尤其是架空线路上，由于雷电大气过电压或电网操作过电压，在线路或设备上引起放电闪络，闪络时使线路形成短路，使断路器分闸，线路停电，造成损失，据此，人们提出了自动重合闸装置，以减少瞬时性故障停电所造成的损失．
2、对自动重合闸装置的要求
按照《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB50052-1992）的规定当用电设备允许且无备用电源自动投入时，应装设自动重合闸装置．
3、自动重合闸装置与保护的配合
（1）自动重合闸前加速保护
（2）自动重合闸后加速保护
7.2变电所继电保护整定装置
电力变压器是电力系统的重要设备之一，它的故障对供电可靠性和系统正常运行带来严重后果，因此必须根据变压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。
变压器的异常运行状态有：
变压器过负荷、外部短路引起的过电流、油箱漏油引起的油面过低和变压器油温升高等。
为了保证电力系统安全可靠运行，针对上述故障和异常运行状态，变压器应该装设如下保护：
（1）瓦斯保护：
用来反应变压器油箱内部各种故障和油面降低。
其中，轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳开各电源侧断路器。
对于容量为800
及以上的油浸式变压器，应装设瓦斯保护。
（2）纵联差动保护或电流速断保护：
用来反应变压器绕组、套管及引出线上的短路故障，保护动作于跳开各电源侧断路器。
对于容量在6300
及以上并列运行的变压器和容量在10000
及以上单独运行的变压器，应装设纵联差动保护。
对于容量在10000
以下变压器且其过电流保护的动作时限大于0.5s时，应装设电流速断保护。
但是，对于2000
及以上的变压器，当电流速断保护的灵敏度不满足要求时，也应装设纵联差动保护。
（1）过电流保护：
用来反应外部相见短路引起的过电流，并作为瓦斯保护和纵联差动保护的后备，保护延时动作于跳闸。
（2）过负荷保护：
用来反应变压器的对称过负荷。
过负荷保护采用单相式，带时限动作于信号。
（3）温度信号：
用来监视变压器温度升高和油冷却系统的故障，一般作用于信号。
8、大楼内外照明设计
电气照明设计是由照明供电设计和灯具设计两部分组成。
其目的是应人的视觉功能要求，提供舒适明快的环境和安全保障。
设计要解决照度计算、导线截面的计算、各种灯具及材料的选型，并绘制照明设计平面图。
光源按其工作原理可分为热辐射光源、气体放电光源、半导体发光源三种。
常用的光源有：
白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞灯、金属卤化物灯和半导体灯等。
照明光源的选择遵循以下的一般原则：
1）发光效率好；
2）显色性好，既显色指数高；
3）使用寿命长；
4）可靠、方便、快捷；
5）性价比高
8.1照明方式
（1）一般照明
为使整个照明场地获得均匀明亮的水平照度，使用照明器在整个照明场所基本均匀布置的照明方式
（2）分区一般照明
根据需要提高特定区域照度的一般照明称为分区一般照明。
根据工作面布置的实际情况，将照明器集中或分区集中均匀地布置在工作区上方，使室内不同被照面上产生不同的照度，可以有效地节约能源。
（3）局部照明
以满足照明范围内某些部位的特殊需要而设置的照明称为局部照明。
它仅限于照亮一个有限的工作区，通常采用从最适宜的方向装设台灯、射灯或反射型灯泡。
其优点是灵活、方便、节电，能有效地突出重点。
（4）混合照明
有一般照明和局部照明共同组成的照明称为混合照明。
其实质是在一般照明的基础上，在另外需要提供特殊照明的局部，采用局部照明。
8.2照明种类
（1）正常照明
为满足正常工作而设置的室内外照明称为正常照明。
它起着满足人们基本视觉要求的功能，是照明设计中的主要照明。
它一般可单独使用，也可与应急照明和值班照明同时使用，但控制线路必须分开。
（2）应急照明
在正常照明因事故熄火后，供事故情况下继续工作、人员安全或顺利疏散的照明称为应急照明。
它包括备用照明、安全照明和疏散照明三种。
应急照明的设置原则，从安全角度考虑，应在较多建筑内设置应急照明，而从经济的观点出发，只能在一些最需要的建筑内设置。
（3）值班照明
在非工作时间供值班人员观察用的照明成为值班照明。
可利用正常照明中能单独控制的一部分或应急照明的一部分或全部作为值班照明。
8.3电气照明设计的基本原则
（1）本设计照度标准选用国家民用建筑照明标准为基准，并参照有关国外照明标准进行设计；
（2）照明电源，根据国家节能要求特殊装修要求外，均选用高效，低耗的节能型日光灯和节能灯筒为主。
图四大楼内外照明设计
9、配电系统设计
高层住宅分板式和塔式两种。
配电系统及计量方式应满足下列要求：
照明系统采用树干式配电。
根据每层户数的多少，每一层或二层取一相交流200V电源供电。
（1）照明计量设在每层用户表箱内。
（2）在动力总配电柜内设动力总计量表。
（3）消防用电要求双路电源时，应以动力电源为主电源，照明电源为备用电源。
（4）电梯前室照明及公共楼梯灯用电按动力计量（不装子表），人防层、居委会应单独计量。
（5）设备层及地下室用电按照明计量，电度表装在照明配电柜内。
（6）住户配电箱可参照多层住宅的户箱。
如下图：
图五大楼内配电系统图
10、防雷保护和接地装置的设计
10.1变配电所的防雷措施
装设避雷针。
室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。
如果变配电所处在附近高建（构）筑物上防雷设施保护范围之内或变配电所本身为室内型时，不必再考虑直击雷的保护。
高压侧装设避雷器。
这主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所的这一最关键的设备。
为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。
避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连接在一起。
在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器。
如果进线是具有一段引入电缆的架空线路，则在架空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头外壳相联后接地。
低压侧装设避雷器。
这主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。
当变压器低压侧中性点不接地时（如IT系统），
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