某大厦供配电系统设计Word文件下载.doc
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3变电所设计 8
3.1电力负荷分级及对供电电源的要求 8
3.2大厦配电方案设计 9
3.3变电所所址的选择 10
3.4变电所主变压器的选择 11
3.5变电所主接线方案的选择 11
3.5.1变电所电气主接线 11
3.5.2变电所主接线方案的设计原则与要求 12
3.5.3变电所主接线方案比较分析 13
4短路电流计算 15
4.1短路电流的计算 15
4.1.1绘制计算电路图 15
4.1.2设定基准容量 15
4.1.3计算短路电抗的标幺值 15
4.1.4绘制短路回路等效电路 16
4.1.5计算短路电流 17
5一次设备的选择及校验 18
5.1选择电气设备的一般条件 18
5.2高压电气设备的选择及校验 21
5.2.1高压断路器的选择及校验 21
5.2.2高压隔离开关的选择及校验 23
5.2.3高压熔断器的选择及校验 23
5.2.4高压电压互感器的选择及校验 24
5.2.5高压电流互感器的选择及校验 25
5.3低压电气设备的选择及校验 26
5.3.1低压刀开关的选择校验 26
5.3.2低压断路器的选择及校验 26
5.3.3低压电流互感器的选择及校验 27
5.4导线和电缆的选择及校验 28
5.4.1选择导线截面的条件 28
5.4.2母线的选择及校验 28
5.4.3高压架空线的选择及校验 29
5.4.4电缆的选择及校验 29
6继电保护及二次回路的选择 31
6.1继电保护的基本要求 31
6.2高压计量二次回路 31
6.3变压器保护 32
6.4高压进线控制保护 33
7防雷与接地装置的设计 36
7.1防雷设计 36
7.1.1雷击的类型 36
7.1.2建筑物防雷等级的划分 37
7.1.3防雷措施 38
7.2接地装置设计 38
8总结 40
致谢 41
参考文献 42
附录 43
43
1绪论
1.1建筑供配电的意义
建筑供配电工程建筑电气是的重要组成部分,是连接电力系统与人们生产、生活的纽带,它完成全楼的照明、通讯、安防等功能,管理水泵、空调通风等建筑设备工作,火灾等紧急状态组织人员疏散和火灾扑救。
建筑电气设计主要是依据建设单位提出的设计委托要求和国家设计规范,分析建筑布局与功能,以功能与安全为原则,同时兼顾工程造价、施工难易、管理与维护等因素,合理组织楼内供配电系统及各通讯等弱电系统,是建筑功能与安全设计的核心组成部分。
1.2建筑供配电设计的一般原则
建筑供配电必须遵循的一般原则:
(1)建筑供配电设计必须遵守国家的有关法令、标准和规范,执行国家的有关方针、政策,包括节约能源、节约有色金属等技术经济政策。
(2)建筑供配电设计应做到保障人身和设备的安全、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经济合理,设计中采用的技术标准和装备水平,应与工程的性质、规模、功能要求相适应。
(3)建筑供配电设计设计中应符合国家现行有关标准的高效节能、性能先进、绿色环保、安全可靠的电气产品。
应选择具有国家权威机构认证的产品,严禁使用已被国家淘汰的和不符合国家技术标准,没有产品质量认证的设备。
(4)建筑供配电系统设计必须从全局出发,统筹兼顾,按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件,合理确定设计方案。
(5)建筑供配电系统设计应根据工程特点、规模和发展规划,正确处理近期建设与远期发展的关系,做到远近期结合,在满足近期使用要求的同时,兼顾未来发展的需要。
(6)建筑供配电设计应体现以人为本的设计理念。
重视电磁污染及声、光污染对环境的影响,采取综合治理措施,确保人居环境安全。
(7)建筑供配电设计应采取实践证明行之有效的新技术、新理论,创造经济效益、社会效益和环境效益。
1.3本课题所做的工作
课题的主要任务(需附有技术指标要求):
(1)熟悉建筑电气设计的过程,熟悉参建各方的配合程序,熟悉专业间的配合程序;
(2)初步掌握民用建筑不同场所的基本电气设置;
(3)通过对不同供配电系统比较,学习合理选择供配电系统,整定继电保护、线路保护等,学习低压电器的配套、选型、安装;
(4)学习人工照明基础理论,初步认识电光源、照明灯具及其启动控制等;
(5)学习智能建筑基础知识,熟悉楼内电话通讯、有线电视、计算机网络、安防监控、火灾自动报警、消防联动控制等系统基本形式;
(6)学习AUTOCAD制图软件的使用,会熟练绘制电气平面图、系统原理图及接线图;
(7)在图纸及选型设计完成后,通过设计院校对、审核程序,修改无误后交付使用。
2负荷计算及无功功率补偿
2.1负荷计算
2.1.1负荷计算及负荷计算的目的
(1)计算负荷又称需要负荷或最大负荷。
计算负荷是一个假想的持续性负荷,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30min的最大平均负荷,最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。
在工程上为方便计算,亦可最为电能消耗量及无功功率补偿的计算依据。
(2)尖峰电流指单台或多台用电设备持续1s左右的最大负荷电流。
一般取启动电流的周期分量,最为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。
在校验瞬动元件时,还应考虑启动电流的非周期分量。
(3)一级、二级负荷,用以确定备用电源或应急电源。
(4)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。
2.1.2负荷计算方法的分类
(1)需要系数法
用电设备功率乘以需要系数和同时系数,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。
(2)利用系数法
采用利用系数法求出最大负荷班的平均负荷,再考虑设备台数和功率差异的影响,乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷。
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难,在民用建筑电气设计中一般不采用。
(3)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。
(4)单位面积功率法、单位指标法
负荷计算方法一般可按下列原则选取:
(a)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;
对于住宅,在设计的各个阶段均可采用单位指标法;
(b)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、配变电所得负荷计算;
(c)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。
2.1.3需要系数法计算负荷
综合以上四种负荷计算法的适用范围和本课题的数据资料,本课题采用需要系数法。
本课题用电负荷原始数据资料见表2-1所示。
表2-1用电负荷原始数据
楼层
编号
用途
负荷
类别
设备容量kW
需要系数
功率
因数
-1
地下
超市
动力水泵
60
0.6
0.70
照明
75
0.8
0.92
1
商铺
动力电梯
90
0.4
0.75
2
动力
3
餐饮
150
0.5
0.65
0.7
4
娱乐
休闲
5
办公
120
6
7
8
9
10
原始数据资料已经对用电设备分组,利用公式:
有功功率:
…(2-1)
无功功率:
,…(2-2)
总有功功率:
(2-3)
总无功功率:
(2-4)
有功功率和无功功率的同期系数均取1
总视在功率:
(2-5)
负荷计算见表2-2所示,系统总的视在功率Sc=1046.27kVA,系统总功率因数tanφ=Pc/Qc=0.71,cosφ=0.81。
二级负荷有功功率为150kW。
表2-2负荷计算结果
负荷类别
需要
系数
tanφ
cosφ
有功功率kW
无功
功率kvar
视在
功率kVA
计算
电流
A
动力水泵
1.02
36
36.73
51.43
78.14
0.43
25.56
65.22
99.10
动力电梯
56.25
23.96
61.14
92.90
1.17
87.68
115.38
175.31
52.5
22.36
57.07
86.70
72
54
136.74
45
113.95
续表2-2负荷计算结果
楼层编号
合计
1455
852
607.28
1046.27
1585.26
2.2无功功率补偿
(1)无功功率的人工补偿装置
建筑中通常采用并联电容器来补偿供电系统中的无功功率。
常用的并联电容器的型号及其主要技术数据如下页表2-3所示。
并联电容器的补偿方式,有以下三种:
(a)高压集中补偿
电容器装设在变电所的高压电容器室内,与高压母线相联。
(b)低压集中补偿
电容器装设在变电所的低压配电室或单独的低压电容器室内,与低压母线相联。
(c)低压分散补偿
电容器装设在低压配电箱旁或与用电设备并联。
(2)并联电容器的计算
(a)无功功率补偿容量的计算
要求cosφ达到0.95,0.95对应的正切值为tanφ2=0.33;
QB=Pc(tanφ1-tanφ2)=852×
(0.71-0.33)=323.76kvar;
(2-6)
tanφ1—补偿前系统总功率因数角cosφ1对应的正切值;
tanφ2—补偿后系统总功率因数角cosφ2对应的正切值;
Pc—系统的计算有功功率;
(b)并联电容器套数的计算
选用BW0.4—14—3型并联电容器;
n=QB/qc=323.76/14=23.13,取24。
(2-7)
qc每套电容器的容量为14kvar
补偿的总的无功功率的容量为14×
24=336kvar。
表2-3并联电容器的常用型号及其主要技术数据
序号
电容器型号
额定电压
kV
额定容量
kvar
额定电容
μF
频率
Hz
相数
BW0.23-4-1
0.23
240
50
BW0.23-4-3
BW0.23-5-1
301
BW0.4-12-1
12
BW0.4-12-3
BW0.4-14-1
14
280
BW0.4-14-3
(c)无功补偿后总计算负荷的计算
供电系统中装设无功补偿装置后,对其前面的线路或变压器的无功功率就进行了补偿,从而使前面线路或变压器的无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流得以减小,功率因数得以提高。
补偿后系统Qc=607.28-336=271.28kvar,Sc=894.15kVA,cosφ=Pc/Sc=0.953。
与补偿前相比,补偿后变电所低压侧的无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流都显著减小,功率因数显著提高。
补偿前该变电所变压器的容量要选1250KVA才能满足负荷用电量的要求,而补偿后变压器容量选1000kVA就可以满足要求。
同时由于计算电流的减小,使补偿点以前系统中各元件上的功率损耗也相应的降低,因此无功补偿的经济效益十分可观。
3变电所设计
3.1电力负荷分级及对供电电源的要求
电力负荷又称电力负载,有两种含义:
一种是指耗用电能的用电设备或用户,如重要负荷、一般负荷、动力负荷、照明负荷等;
另一种是指用电设备或用户耗用的电能的功率或电流大小,如轻负荷(轻载)、重负荷(重载)、空负荷(空载)、满负荷(满载)等。
电力负荷的具体含义是具体情况而定。
(1)电力负荷的分级
根据《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16—2008,用电负荷应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。
(a)一级负荷。
符合下列情况之一时,应为一级负荷:
①中断供电将造成人身伤亡时。
②中断供电将在政治、经济上造成重大影响或损失时。
③中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作,或造成公共场所秩序严重混乱时。
例如:
重要通信枢纽、重要交通枢纽、重要的经济信息中心、特级或甲级体育建筑、国宾馆、国家级及承担重大国事活动的会堂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用电单位中的重要电力负荷。
在一级负荷中,当中断供电后将影响实时处理重要的计算机及计算机网络正常工作以及特别重要场所中不允许中断供电的负荷,为特别重要的负荷。
(b)二级负荷:
符合下列情况之一时,应为二级负荷:
①中断供电将造成较大政治影响时。
②中断供电将造成较大经济损失时。
③中断供电将影响重要用电单位的正常工作,或造成公共场所秩序混乱时。
(c)不属于一级负荷和二级负荷的用电负荷应为三级负荷。
(2)各级电力负荷对供电电源的要求
(a)一级负荷对供电电源的要求。
对于一级负荷必须考虑有两路独立电源供电,当一路电源发生故障时,另一电源不应同时受到损坏。
在允许的时间内第二路电源自动投入。
一级负荷中特别重要的负荷供电,还应符合下列要求:
除应由双重电源供电外,尚应增设应急电源,并不得将其它负荷接入应急供电系统。
常用的应急电源:
独立于正常电源的发电机组、供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路、蓄电池、干电池。
(b)二级负荷对供电电源的要求。
二级也要求有两路独立电源供电,当工作电源失去时,由运行人员手动操作投入备用电源。
供电变压器也应有两台。
只有在负荷较小或当地供电条件困难时,二级负荷可由一回路6kV及以上专用的架空线路或电缆供电。
当采用架空线时,可为一回路架空线供电,这是考虑架空线路发生故障时,较之电缆线路发生故障时易于发现且易于检修和修复;
当采用电缆线路时,应采用两根电缆组成的线路供电,其每根电缆应能承受100%的二级负荷。
(c)三级负荷对供电电源无特殊要求
3.2大厦配电方案设计
根据电力负荷分级及对供电电源的要求,大厦为二级负荷供电,其中地下一层动力水泵和一层动力电梯为二级负荷,采用双回路电源供电,公共通道设充放电的疏散照明指示灯和应急照明灯,持续供电时间不短于20min。
图3-1大厦配电方案图
3.3变电所所址的选择
变电所是接受、交换、分配电能的环节,是供电系统中极其重要的组成部分。
它是由变压器、配电装置、保护及控制设备、测量仪表以及其它附属设备(试验、维修、油处理等)及有关建筑物组成。
(1)变电所位置选择的一般要求:
变电所位置的选择,应根据下列要求,经技术、经济比较,综合考虑确定:
(a)接近负荷中心;
(b)接近电源侧;
(c)进出线方便;
(d)运输设备方便;
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