高层建筑群的供配电设计.docx

1、高层建筑群的供配电设计摘 要摘要：改革开放以来随着国民经济的迅速发展，国内现代建筑物趄着大型、超大型、密集、高密集趋向发展，由多个单体建筑物构成的相互之间有联系的建筑群体正大量涌现，此设计通过对长沙市新建西路南侧某高层建筑群的供配电系统设计的思考，总结出对大型建筑群供配电设计的一般模式。大型高层建筑群总体变配电系统的构成，10kV配电系统采用双环网配电和环网柜的优点，低压配电系统及柴油发电机容量的选择等。高层民用建筑用电设备多，用电负荷大。其中一、二类负荷较多。为保证供电的可靠性和企业人员及设备的安全，一般取两路或两路以上的独立电源供电，并设置柴油发电机组作为应急电源。由于建筑物高，供配电线路

2、长，为了减少线路损耗及电压损失，配电变压器可根据情况上楼分层布置。低压配电网络多采用混合式配电系统。其中地下室及裙楼部分采用放射式配电，主体部分采用树干式配电。根据负荷大小和楼层层数的多少，决定选用分区树干式还是母线树干式配电系统。树千式的配电形式一般为电缆或插接式绝缘母线槽沿垂直的电气竖井内敷设。随着经济的发展，新设备、新材料、新功能等不断增多，因此供配电系统应适应高层民用建筑不断发展的需要。关键词：大型建筑群 供配电设计 施工实例AbstractAbstract: since the reform and opening up with the rapid development of n

3、ational economy, modern buildings with large domestic reclined, super large, dense, high intensive tendency, composed of a plurality of monomer structures have reciprocal link building groups are in large numbers, the design of the Changsha City New Road on the south side of high-rise buildings for

4、distribution system design, summed up the large building design for the distribution of the general model. Large high-rise buildings overall power transformation and distribution system, distribution system using 10kV loop network distribution and ring network cabinet has the advantages of low volta

5、ge distribution system, and the capacity selection of diesel generator. High rise civil building electrical equipments, electric load. These one or two types of load more. In order to ensure the reliability of power supply enterprises and the safety of personnel and equipment, generally take two or

6、more than two lines of independent power supply, and diesel generating set as an emergency power supply. As a result of the building, power supply line is long, in order to reduce the line loss of distribution transformer and voltage loss, according to the situation upstairs hierarchical arrangement

7、. Low voltage distribution network based on hybrid power system. The basement and the skirt part adopts the radial distribution, a main body part adopts a tree type distribution. According to the size and the number of the layers of the load floor, decided to select partition trunk or bus trunk type

8、 distribution system. Tree of 1000 distribution form is commonly cable or plug type insulated bus groove along the vertical electrical shaft installation. With the development of economy, new equipment, new materials, new function is ceaseless grow in quantity, so the power supply and distribution s

9、ystem should be adapted to the needs of development of high-rise civil building.Key Words：large construction group power supply design and construction example第一章 供配电工程设计阶段内容及程序供配电工程设计一般分为方案设计、初步设计和施工图设计三个阶段。对于技术要求简单的民用建筑工程，经有关部门同意，并且合同中有不做初步设计的约定，可在法案设计审批后直接进入施工图设计。方案设计阶段主要是有建筑专业进行投标方案设计。电气专业通过及其他专

10、业一起对总平面图和建筑平、立、剖面图配合进行，提出涉及方案性的意见，以保证建筑方案可行。在建筑方案中标并批复后，除技术要求简单的民用建筑工程外，通常需要进行初步设计。在这个阶段设计文件要满足政府主管部门报批、控制工程造价、特殊大型设备订货的需要在初步设计文件经政府有关部门审查批复、甲方对有关问题给予答复后，项目组开始进行施工图设计工作。这个阶段设计文件应满足设备材料采购、非标设备制作和施工的需要。设计工作的基本程序如下：(1) 设计准备。设计人员接受任务后，首先应和专业负责人一起研究设计任务书和有关批文，搞清楚设计范围及要求，然后收集有关设计基础资料，并协助建设和供电管理部门进行供电业务洽谈和

11、互提资料。(2) 确定本专业设计技术条件。在正式设计工作开展前，专业负责人协同设计人一起确定本专业设计技术条件。内容包括:1.设计依据的有关规定、规范和标准；2.拟采用的新技术、新材料、新工艺等；3.各系统方案；4.关键技术参数；5.各系统的主要材料、做法等；6.专业内部计算和制图工作需协调的问题等。(3) 进行专业间配合。为保证工程整体合理性，确保设计质量，尽量减少错、漏、碰、缺，在各设计阶段中专业间均要相互配合。(4) 编制设计文件。设计人员应充分理解建设方的要求，执行国家及地方有关工程建设法规，依据国家现行的工程建设标准、设计规范和制图标准，按照国家标准图形符号及文字符号编制设计文件。(

12、5) 专业内校审和专业间会签。设计工作后期，应对设计文件进行校对和审核，设计人员根据校审意见修改设计文件。然后进行专业会签，确认专业间互提条件的落实。(6) 设计文件归档。设计完成后应将设计任务书、审批文件、收集的基础资料、全套设文件、专业间互提资料、校审记录、工程洽商单、质量管理程序表等归档。(7) 技术交底、施工配合及验收。施工图设计完成后，需向建设、施工、监理等单位进行技术交底；解决施工中出现的技术问题，配合处工程洽商或修改（补充）图样；参加隐蔽工程的局部验收。(8) 工程总结。工程竣工后应进行回访，听取相关人员的意见，进行工程总结，以便今后提高设计质量。第二章 供配电系统的负荷计算及无

13、功功率补偿2.1 负荷计算的目的及意义供配电系统的设计，首先要根据用户的基本原始资料即用电设备的容量，对系统中各个环节的电力负荷进行统计计算，其目的是确定供电系统方案，并选择其中的各个元器件(如电力变压器，开关设备，导线及电缆等)，以使其满足正常运行时负荷电流热效应的要求。另外，负荷计算也是合理地进行无功功率补偿的重要依据。这种根据用电设备容量统计计算出来的，用来按发热条件选择供配电系统中各元器件的负荷值，成为计算负荷。按计算负荷选择的电气设备，导线和电缆，在计算负荷下连续运行时，其发热温度不会超过允许值。显而易见，计算负荷是电器元器件连续运行时能够承受的最大负荷。 用户的用电设备品种繁多，数

14、量大，工作情况复杂，实际用电负荷或所需电量并不是用电设备的简单相加。如何根据用电设备的资料正确估计计算负荷，直接影响到电气设备和导线，电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定过大，那么将使电气设备和导线，电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定过小，那么又将使电气设备和导线，电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热现象，导致绝缘过早老化甚至烧毁，同样会造成损失。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。但是影响计算负荷的因素很多，虽然各类负荷的变化有一定规律可循，但仍难准确的确定计算负荷的大小。实际上，负荷也不是一成不变的，它及设备的性能，生产的组织形式，生产者的技能及能源供应的

15、状况等多种因素有关，因此负荷计算只能力求接近实际。2.2 负荷计算的方法日前常用的负荷计算方法有需要系数法、利用系数法和单位指标法。其中单位指标法包括单位面积功率法、综合单位指标法、单位产品耗电量法等。由于在本设计中设备功率未知，且对于住宅建设，在设计的各个阶段均可采用单位指标法和单位面积法。所以我采用的是利用单位面积法负荷密度法（负荷密度法）计算用电负荷。负荷密度就是每平方米的单位面积所需的供电量。不同地区、不同功能的区域，负荷密度是不同的。利用负荷密度法，一般要将预测区域分成若干功能区,如商业区、工业区、居住区、文教区等，然后根据区域的经济发展规划、人口规划、居民收入水平增长情况等，参照本

16、地区或国内外类似地区的用电水平，选择一个合适的负荷密度指标，推算功能区和整个预测区的用电负荷。按分类用地的单建筑面积来估算用电负荷：= 式中：负荷密度，（kw/ m2） 计算的建筑面积，（m2） 有功负荷计算值（w）附表一 各类建筑物的负荷密度（用电指标）建筑类型负荷指标（W/m2）推荐范围平均值高层办公建筑406050酒店、宾馆80120100商场、购物中心608070建筑裙房、综合服务设施406050工业厂房408060停车库203025中学、小学、幼儿园304035医疗服务设施406050体育设施608070居住建筑3060452.3 本工程的具体负荷计算1)2#地块商住综合楼 建筑面积

17、建筑面积65000m2(含地下2层建筑面积7500m2)，主体建筑地上31层，地下2层，其中5-31层为高档商品住宅。每一层的平均建筑面积为Sa=（65000-7500）/31=1854.8 m2 a)全部居民住宅用电(531层)P1=1854.80.045（3060的平均值）27=2254 kwb)用需要系数法确定计算负荷的公式为：Pj=KxPs2#地块地下层：Ps=75000.08600kw Pj0.86600519.1kw2)3#地块商住广场” 建筑面积143000m2，(含地下建筑面积27000m2)。 主体建筑地上31层，地下2层。5-31层为高档商品住宅。每一层的平均建筑面积为:S

18、a=（143000-27000）/31=3742 m2 a)全部居民住宅用电(531层)P1=37420.04527=4546.5 kwb)3#地块地下层:Ps270000.082160kw Pj21600.491047.7kw2#地块商住综合楼总的负荷为P=2253.6+600+519.1= 3372.7kw3#地块商住广场总的负荷为 P=4546.5+1047.7+2160=7754.2kw2#地块用电负荷及变压器容量 表1用电设备设备容量（KW）计算负荷（KW）视在负荷（KVA）变压器（KVA）变压器负荷率（A座+地下汽车库）住宅变700441469163074%（B座+自行车库）住宅变

19、679442470163075%（C座+小商铺）住宅变680437465163074%商场（专变）149812251303280081%“河西苑”变电所3557254534903#地块用电负荷及变压器容量 表2用电设备设备容量（KW）计算负荷（KW）视在负荷（KVA）变压器（KVA）变压器负荷率（A+B+C座）住宅212811701245280078%（A-B-C）商场8357528001100080%（A-B-C）商场（空调）7957558031100080%商场+公用+地下层+下层广场9507608081100081%1#（A-B-C座）变电所合计4（D+E+F座）住宅2280076%（D

20、-E-F）商场8207387852100079%（D-E-F）商场（空调）7967568041100080%商场+公用+地下层+下层广场9187347811100078%2#（A-B-C座）变电所合计460033644600 火警时消防设备及（非火警）故障时需保障用电负荷表 表3消防设备设备容量计算负荷保障用电设备容量计算负荷消防电梯60 KW60 KW客梯160 KW130 KW正压风机排烟风机198 KW198 KW生活泵78 KW62 KW防火卷帘28 KW28 KW地下车库38 KW23 KW消防泵220 KW220 KW消防、弱电25 KW25 KW消防、安防中心15 KW15 KW

21、V车库动力96 KW57 KW应急照明147 KW88 KW公用287 KW230 KW合计668 KW609 KW合计684 KW527 KW2.4 无功功率补偿2.4.1概述用户供电系统在最大负荷时的功率因数满足当地供电部门的要求，当无明确要求时：高压用户的功率因数应为0.9以上；低压用户的功率因数应为0.85以上。在进行人工无功补偿装置设计时，应首先采取措施提高用电设备的自然功率因数，例如，正确选择电动机的类型和功率，尽量使电动机的负荷率为80%90%;正确选择变压器容量和台数，保持变压器负荷率在75%85%范围，不低于60%；减少配电线路感抗，如采用电缆线路。一般用户供配电工程的无功功

22、率补偿装置均为并联电容装置，故仅介绍采用并联电容器装置进行无功功率补偿的设计方法。2.4.2无功功率在系统的传输中所造成的影响1、无功功率在通过电网时，会引起线路及设备的有功损耗。2、电网在电压损耗将会随着无功功率的增加而增加。3、在电网输送有功不变下，无功增加而使总电流增加，会使供电系统的如变压器，断路器，导线以及测量仪器，仪器等等的一次，二次设备的容量，规格尺寸增大，从而使投资费用增加。2.4.3并联电容器的控制及安装方式的选择为尽量减少线损和电压损失，宜就地平衡补偿无功功率。低压部分的无功功率宜由低压电容器补偿，高压部分的无功功率宜由高压电容器补偿。当配电所中无高压负荷时，不宜在高压侧装

23、设电容器装置。（1）对于容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率，宜单独就地补偿。补偿基本无功功率的电容器组宜在变电所内集中装设。在坏境正常的车间内宜装设低压电容器分散补偿。（2）供给气体放电灯的配电线路宜在线路或灯具内设置电容补偿，功率因数不应低于0.9。 （3）对于补偿低压基本无功功率的电容器组以及常年稳定的无功功率和投切次数较少的高压电容器，宜采用手动投切；为避免过补偿或在轻载时电压过高，造成某些用电设备损坏等，宜采用自动投切，且宜优先选用低压无功自动补偿装置。（4）无功自动补偿的调节方式可根据下列情况来选择：以节能为主进行补偿者，采用无功功率参数调节；当三相负荷平衡时，也可采用

24、功率因数参数调节，应按电压参数调节。无功功率随时间稳定变化时，按时间参数调节。必要时，可采用组合调节方式。（5）电容器分组时，应及配套设备的技术参数适应，满足电压偏差的允许范围，适当减少分组组数和加大分组容量 。分组电容器投切时，不应产生谐振。（6）电容器装置的开关设备及导体等载流部分的长期允许电流，对高压电容器不应小于电容器额定电流的1.35倍，对低压电容器不应小于电容器额定电流的1.5倍。（7）电容器组应装设单独的控制和保护装置。低压电容器组应采用专用投切接触器或电力电子开关以减少合闸冲击电流，并设置过载保护、短路保护和过电压保护。（8）对三相不平衡系统，低压无功补偿应采用分相补偿或混合补

25、偿方式。对含有谐波的配电系统，无功补偿电容器回路中应装设抑制谐波和涌流的装置、相关设计要求需参考其他文献。2.4.4本次设计的无功补偿设计本次设计中电容补偿的界限方式采用及下图的接线方式：特点是初投资较小，运行方便。 电容补偿的接线方式第三章短路电流及计算一、短路电流计算内容及目的供配电工程设计时，需确定的高压电网短路电流及计算目的见下表需要确定的短路电流及计算目的序号短路物理量计算目的1三相对称短路电流初始值（超瞬态短路电流）用于校验高压电器导体的热稳定、整定继电保护（电流速断保护装置）2三相对称开断电流（有效值）开关电器的第一对触头分断瞬间，预期短路电流对称交流分量在一个周期内的有效值，用

26、于校验高压开关电器的分断能力3三相短路电流峰值（短路冲击电流）用于校验高压电器、母线、绝缘子的动稳定，校验断路器的额定关合电流4三相稳态短路电流（有效值）计算其他短路电流的依据5两相稳态短路电流（有效值）用于继电保护装置或高压熔断器的灵敏度；对远离发电机短路，等于两相短路电流初始值6对称短路容量初始值用于校验高压电动机起动的依据，也是计算低压电网短路电流的依据7单相接地电容电流用于确定高压系统中性点接地方式；对高压非有效接地系统，用于验算接地装置的接触电压和跨步电压8单相接地短路电流对高压有效接地系统，用于验算接地装置的接触电压和跨步电压二、短路电流计算步骤1）选取基准容量和基准电压（一般取各

27、级的平均电压）。2）将各元件的电抗换算为同一基准值的标幺值的标幺电抗。3）绘制等值网络图，并将各元件电抗统一编号。4） 化简等值网络：为计算不同短路点的短路值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源及短路点之间的电抗。5) 求计算电抗。6) 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值7) 计算无限大容量的电源供给的短路电流周期分量。8) 计算短路电流周期分量有名值和短路容量。9）计算短路电流冲击值。三、本工程短路计算的估算 在本次设计任务中因为不涉及到二次回路的设计，所以短路电流这部分计算不作重点考虑。下面仅就变压器低压侧母线三相短路电流进行估算见下表。变压器

28、额定容量Se(KVA)变压器低压的额定电压Ue(KV)变压器低压的额定电压百分数UK(%)变压器低压的额定电流Ie(A)变压器低压侧母线出三相短路电流估算值Id(KA)20000.386607.7517.31Id=IeUK% Ie=Se(1.732Ue)Id=100Se(1.732UeUK) 其中： Se-变压器额定容量 Ie-变压器低压的额定电流 Ue-变压器低压的额定电压 UK-变压器的阻抗电压百分数 Id-变压器低压侧母线三相短路电流 第四章 电气设备的选择4.1电气设备中电弧的产生及灭弧方法一、电气设备中电弧的产生及灭弧方法 开关电气在接通或断开有电流的电路时，触头间就可能产生电弧。电

29、弧是一种气体放电现象，放电过程中伴随着高温和强光。 开关触头间隙中能产生电弧放电，说明其中存在大量的带点质点。带电质点的产生及消失决定了电弧放电现象。产生带电质点并形成电弧的游离方式有： （1）强场发射 开关触头分断电流的瞬间，触头间很强的电场使阴极表面的电子逸出，成为自由电子。（2）热电发射 当开关触头分断电流时，阴极表面由于大电流逐渐收缩集中而出现炽热的光斑，温度很高，可使其中的电子获得巨大动能，逸出金属成为自由电子。（3）碰撞游离 在强电场的作用下，间隙中的自由电子向阳极加速移动而获得动能，动能积累到一定数值后，碰撞中性质点就会使中性质点游离，游离后新产生的电子和原有电子又将从电场获得动

30、能，继续引起游离，使触头间隙中正离子和电子数目迅速增加，像“雪崩”一样，形成了所谓电子蹦。当带电质点浓度足够大时，介质就被击穿而产生电弧。（4）热游离 电弧形成后温度很高，可大数千度，间隙中质点剧烈热运动而相互碰撞，使电弧中的中性质点进一步游离。由于上述几种游离的综合作用，使触头在分断电流时产生电弧并维持电弧燃烧。二、电弧的影响电弧的产生对供配电系统的安全运行有很大影响，主要包括：1延长了电路的开断时间。当开关分断短路短路时，触头间的电弧延长了短路电流持续的时间，从而对供配电系统造成更大的损坏。2电弧的高温可使开关触头烧损。3电弧的强光可能损害人的视力，严重时可导致人眼失明。4可能引起电路弧光短路，甚至造成爆炸事故。 因此，为了保证供配电系统的安全运行和人员的生命安全，必须采取有效措施迅速熄灭电弧。二、电弧的熄灭1.熄灭电弧的条件在电弧产生的过程中，游离和去游离是共同存在的两个过程。