建筑电气设计.docx

第一章设计任务书

一、设计题目：某单位小高层住宅楼供电照明设计
二、设计内容：
（一）供电部分：
1.统计系统计算数据：
（1）统计负荷量（给出负荷量统计表格）；
（2）进行无功功率补偿；
（3）选两台变压器；
（4）列出负荷量统计表格（包含有内容（1），（2），（3）的数据）；
（5）完成短路电流计算（列出短路电流计算表格）。
2.确定供电方案：
（1）确定电源进线类型；
（2）确定高压开关类型及个数；
（3）确定进出线类变压器台数、类型；
（4）确定配电柜类型及个数；
（5）确定配电柜出线类；
（6）完成成变电所接地；
（7）绘制一次系统图。
3.选择一次系统图中所有导线和设备（同类导线设备只选一次）。
4.二次设计：
（1）确定各类高压开关柜面上应安装仪表类型（列出表格）；
（2）完成成变压器二次保护整定（列出表格）。
（二）照明部分：
1.完成标准层走线；
2.选择标准层层配；
3.计算照度（A型房间大厅）。
三、设计数据：
（一） 建筑概况：本住宅楼为11层，两梯6户，A、B、C、D种房型。每层A与D型均为2套，C与D型均为1套。A、B为两室两厅一卫一厨，C、D为三室两厅一卫一厨。总面积为13000 m2，变电所设在地下一层。
（二） 电力负荷如下：
1. 生活与消防电梯（正常时兼作生活用）均为15KW，COSΦ=0.4,Kx=0.8
2. 生活与消防泵（正常时兼作生活用）均为12KW，COSΦ=0.8,Kx=0.8
3. A、B型每户6KW; C、D型每户6KW, COSΦ=0.5.
4. 4.其他负荷2KW， COSΦ=0.5，Kx=0.9.
（三）系统电压为U=380/220 ，环境温度为25℃，10KV母线相邻相轴间距为250mm,档距为900mm，380V母线相邻相轴间距为200mm，档距为900mm。铜母线热稳系数为C=171(A*S1/2*mm-2)，电缆VV热稳系数为C=115(A*S1/2*mm-2)。
（三） 系统电源由地区变电所经一4Km 10KV高压架空线然后再经1Km10KV高压电缆送入本变电所。电力系统出口断路器断流总容量为200MVA, Tmax=4800小时。
（四） TA与KA配合接线形式为两相不完全星接，Kjx=1,Kf=0.85,Kk=1.3.过负荷整定系数为1.05.
（五） 各类房间顶棚、墙面反射系数为0.5，灯具效率为0.7减光系数为0.8，灯具利用系数查课本P86附表5-5.
四、设计要求:
1.应借书《建筑电气设计手册》、《建筑电气设计数据手册》、《建筑电气设备手册》、《电气照明设计手册》。
2.应交课设内容：
（1）3张图纸：供电一次系统图照明系统图各一张；标准层平面走线图一张。
（2）设计计算书
3. 应交课设时间：9月15日
4.辅导时间: 第一周：2、4
第二周：1、3 8:00---11:00

第二章负荷调查
由设计任务书可得知建筑概况：本住宅楼为11层，两梯6户，A、B、C、D种房型。每层A与D型均为2套，C与D型均为1套。A、B为两室两厅一卫一厨，C、D为三室两厅一卫一厨。总面积为13000 m2，变电所设在地下一层。
由于得知住宅楼的总面积，首先通过计算负荷的估算方法进行初步设计，但是又由于未查得民用住宅的电能消耗量面积密度指标，在此不做初步设计。
第三章电力负荷计算
计算负荷常用的计算方法有需用系数法、二项式法、利用系数法、ABC法、单位产品耗电量法和单位面积耗电量法。需用系数法计算简便，适用于方案估算、初步设计和民用负荷计算。在此次供配电设计中，由于对象是单位小高层住宅楼，所以采用需用系数法进行负荷统计。
3.1 与负荷计算有关的物理量和公式
（1）设备容量计算PS=∑PN
（2）有功、无功计算功率Pjs=KxPs Qjs=Pjstanα
（3）功率因素tanα=QjsPjscosα=PjsSjs
（4）系统视在计算功率Sjs=Pjs2+Qjs2
（5）系统计算电流Ijs=Sjs3U
（6）线路损耗∆Pwl=0.06Sjs∆Qwl=0.08Sjs
（7）变压器损耗∆PT=0.02Sjs∆QT=0.1Sjs
（8）无功补偿QC=Pjs(tanα1-tanα2)
（8）变压器计算容量SjsT=(Pjs+∆Pwl+∆PT)2+(Qjs+∆Qwl+∆QT)2
（9）需用系数需用系数可以通过查电气照明第62页表2—2得到，对于没有出现的可以通过查相邻的值进行换算。
3.2 统计负荷量
根据上面的公式统计负荷量其结果见附录表1统计负荷量表。
第四章确定供电电源、电压和供电线路
由任务书可知住宅小区负荷种类包括生活与消防电梯、生活与消防泵、普通照明负荷和其他符合。根据负荷类型可知小区属于二级负荷，所以根据二级负荷供电原则可知采用双回路供电。再结合任务书提供的条件，供电方案确定如下：系统电源由地区变电所经一4Km 10KV高压架空线然后再经1Km10KV高压电缆送入本变电所，系统电压为U=380/220。
第五章变电所主接线选择设计
变电所主接线选择设计主要包括变压器容量的选择、变压器台数的确定和电气接线方式。
为保证供电可靠，根据住宅小区供电条件、负荷类型用电容量和运行方式综合考虑，在变电所内装设两台变压器，一台为主变压器，另一台为备用变压器，为低压侧电力网提供备用电源。对于小区，另设一发电机做应急电源用，进一步保证小区供电的安全可靠。
变压器选择依据和结果如下表

选择依据
型号
台数
电力变压器
STN单≥0.8SjsT=226.68kVA
SC8250/10
2台
说明
因为系统中有消防电梯和消防泵，所以至少为二级负荷，故选择了两台变压器。
电容器柜的选择如下表

型号
台数
电容器柜
BW0.4-14-3
22台
说明
在低压母线上需要进行无功集中对称补偿，每边要放11台
由于进线电源只有一路，电气主接线高压侧采用单母线不分段方式，接线简单，经济型比较好。
由于采用两台变压器工作方式，低压侧采用单母线断路器分段接线，有利于备用变压器自动重合闸装置的采用，同时提高供电的可靠性。
一次系统图见附录图1
第六章短路电流计算
三相短路电流的计算方法有欧姆值法和标幺值法，由于欧姆值法在计算三相短路电流时需要进行电压等级换算，因此在此采用标幺值法。
6.1 计算短路电流相关的物理量和公式
①三相短路电路Id(3)=Ij/X*∑
②两相短路电流Id(2)=0.867Id(3)
③三相短路电流稳态值I∞=Id(3)
④三相短路电流冲击值高压ich=2.55Id(3)低压ich=1.84Id(3)
6.2 短路电流计算
6.2.1 确定基准值
取Sj=100MVAUj1=10.5kVUj2=0.4kV计算短路电流
而Ij1=Sj/3Uj1=5.50kAIj2=Sj/3Uj2=144kA
6.2.2 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值
1）电力系统：Soc=200MVAX*1100MVA/200MVA=0.5
2）架空线路（ Xo1=0.4Ω /km）：X*2= Xo1lSjUj2=1.45
3）电缆线路( Xo2=0.08Ω /km ): X*3= Xo2lSjUj2=0.07
4）电力变压器（Uk%=4）：X*T=Uk%Sj/100SNT=16
6.2.3 短路电流计算结果
短路电流计算结果如表

公式
最小运行方式
最大运行方式
备注
高压
低压
高压
低压
Id(3)
Id(3)=Ij/X*∑
2.72
7.99
2.72
14.37
用于其他量的计算及校设备的灭弧能力，以防假性跳闸
Id(2)
Id(2)=0.867Id(3)
2.36
6.93
2.36
12.46
用于校高压灵敏度
I∞
I∞=Id(3)
2.72
7.99
2.72
14.37
用于校热稳，检验设备对于热损坏的承受的能力
ich
高压ich=2.55Id(3)
低压ich=1.84Id(3)
6.94
14.70
6.94
26.44
用于校动稳，检验设备对于力损坏的承受能力。
说明：由计算可知，一台变压器的电抗标幺值为16。在最小运行方式，即T分列运行时，X*T=16；在最大运行方式，即T并列运行时，X*T=8。
短路简化电路图如下图

第七章电气设备及导线选择
在此章主要是根据各种电气设备的选择条件选择高低压电气设备及导线。在此次的小区住宅供电设计中，主要选择高压断路器、高压互感器、低压空开、各种配电柜和各类导线。
7.1 电气设备的选择
7.1.1 根据高压断路器的选择原则其选择结果如表

电压原则
电流原则
灭弧能力校验
动稳校验
热稳校验
结果
公式
Un≥Ug(kV)
In≥Ijs
Ijs=SjsT3Ug
Ink≥Id3(kA)
imax>ich(kA)
It2t≥t∞2tjA2s
tj=top+toc+0.05（s）
设备型号
高压断路器
10≥10
630≥16.36
8≥2.72
20≥6.93
82×4≥2.722×0.71
ZN3-10/630-8
备注
放绝缘烧坏
防发热烧坏
防假性跳闸
防变形、校验设备对于承受力损坏的能力
防烧坏、校验设备对于承受热损坏的能力top=0.6，toc=0.06

7.1.2 根据高压互感器的选择原则其选择结果如表

电压原则
电流原则
动稳原则
热稳原则
精度校验原则
结果
公式
U1n≥Uxn(kV)
I1n≥1.1Ijs
Ijs=SjsT3Ug
Kdw2I1n≥ich
（KRI1n）2≥I∞2tj
S2N≥S2
设备型号
高压互感器
10≥10
40≥1.2×18.54=22.25
150×2×0.04≥6.93
（75×40）2≥27202×0.2
未校
LZJC-10
备注
防绝缘烧坏
防发热烧坏
防变形、校验设备对于承受力损坏的能力
防烧坏、校验设备对于承受热损坏的能力
保证TA的准确等级，以免计量精度变差。

7.1.3 根据低压断路器器的选择原则其选择结果如表

电压原则
电流原则
与系统及导线配合原则
灵敏度校验原则
灭弧能力校验
级间配合原则
结果
公式
Un≥Uxn(V)
IN≥IRD>Ijs
Ijs=SjsT3Ug
IZL≥1.2IRD
IRD>Ijs
Idmin≥1.3IDD
InK>Id3(kA)
I前级>1.2I后级
t前级≥3t后级
设备型号
低压断路器
400≥380
200≥200>194.83
300≥240
200>194.83
未校
25>14.37
未校
DZ20Y-200
备注
保证设备绝缘
保证长期运行的耐热能力，放烧坏
IZL≥1.2IRD防拒动，IRD>Ijs保证系统满载运行，防误动。
防漏保，一般自然满足。
防假性跳闸，一般在末端自然满足。
防止越级跳，扩大故障面积。

7.2 导线的选择
各类导线选择原则有：发热原则、电压损失原则、机械强度原则、热稳校验、动稳校验、经济电流密度。经济电流密度原则一般用于发电厂和地区变电所，不用于民用建筑工程，在此不做考虑。导线选择结果见附表2
说明：（1）选择高压母线时以发热原则、热稳、动稳原则为主选；选择高压架空线以发热原则、电压损失原则、机械强度校验原则为主选；高压电缆以发热原则、电压损失原则、热稳校验原则；低压绝缘导线以发热原则为主选。
（2）低压线路采用三相四线制，其中零线导线截面一般取火线导线截面50%以上。以下特殊情况时而者相等：
①非三相②火线截面不大于16mm2③负荷群中存在大量可产生高次谐波的用电器④三相负载常工作在极不对称的情况下
（3）在低压绝缘导线时，由于非高层、实验楼、软件大厦、邮电局等，所以距离较近电流较小，因而可不校电压损失；又由于不是室外低压架空线，故免校机械强度。
（4）电缆是埋在地下无需校机械强度，高压母线电阻小、一般距离短无需校电压损失，但20m以上时则除外。
7.3 配电柜（箱）的选择
在此住宅小区供电系统中配电柜可以分为高压配电柜和低压配电柜，高压配电柜有一个高压进线控制柜、一个计量监视保护柜、两个变压器进线控制柜、一个PT柜，共五个。低压配电柜有一个联络柜、一个发电机控制柜、两个变压器出线控制柜、一个生活电梯控制柜、一个生活泵控制柜、两个照明负荷控制柜、一个消防电梯控制柜、一个消防泵控制柜、一个其他负荷控制柜和两个无功补偿柜，共十三个。
根据已选高压断路器及高压互感器的型号选择高压进线控制柜型号为JYN2A-10间隔式金属封闭开关设备。
无功补偿柜选用HXJW户外低压电容补偿柜，其技术参数如下表
序号
名称
单位
参数
1
无功补偿容量
Kvar
30～580
2
额定工作电压
V
AC380
3
额定频率
Hz
50
4
控制电压
V
AC220
5
电容投切时间
S
10～240
6
投切时间间隔
S
300
7
过压、欠压、过流报警延时
S
30
8
温度
℃
-25℃～+40℃
9
防护等级

IP55
根据已选低压断路器的型号选择低压配电柜型号为此PZ30J-4配电柜，柜内共有4路。
层配电箱均选择XRC88L-1/∎，且为非标准型；共九路；层配电箱其中六路为该层一户一路，一路为楼道照明，另外二路为备用。
第八章变压器保护整定
变压器继电保护主要包括过电流保护、纵差动保护、电流速断保护、过负荷保护和低压侧单相接地保护。由于大容量变压器才纵差动保护，所以在此次设计未进行纵差动保护整定。
变电所（配电室）平面图见附录图2
8.1 有关参数计算
变压器额定电流：10kV侧ITN1=2503×10=14.43A 0.4kV侧ITN2=2503×0.4=360.84A
电流互感器变比：10kV侧电流互感器一次电流值3ITN1=24.99AKTA=255=5
0.4kV侧电流互感器一次电流值I=ITN2=360.84AKTA=4005=80
8.2过电流电流保护整定计算
IgD≥KkKjxKzfITN1KfKTA式中Kk=1.3Kzf=1.05Kjx=1Kf=0.85
代入数值后IgD≥ 4.63A 取IgD=5A
灵敏度校验
Klmg=Idmin2-1（2）KTAIgD=11.09≥1.5满足要求
8.3电流速断保护整定计算
IsD≥KkKjxIdmax2-1（3）KTA式中Kk=1.3 Kjx =1代入数值IsD≥149.4A 取IsD=150A
灵敏度校验
Klms=Idmin1（2）KTAIsD=3.15>2满足要求
8.4低压侧单相接地保护
IDD≥Kk0.25ITN2KTA=1.47A取IDD=2A
8.5过负荷保护
IgfD≥KkITN1KTA=3.75A 取IgfD=4A
变压器二次保护整定结果见附录表3
第九章防雷保护与接地装置
在此系统中防雷保护主要指架空线路的防雷保护和变电所（配电所）的防雷保护。架空线的防雷保护常采用的措施有：（1）架设避雷线（2）装设自动重合闸或者自重合熔断器（3）提高线路本身的线路水平（4）利用三角形定线做保护线（5）做社避雷器和保护间隙（6）绝缘子铁脚接地为了经济便利，在此系统中采用第二种措施。
变电所（配电所）的防雷主要包括直击雷的防护和由线路入侵的过电压的防护，在此系统中装设避雷针和避雷线对直击雷的保护，装设避雷器对眼线路入侵的雷电波进行防护。
第十章照明系统
10.1 照明系统设计
照明系统图见附录图3
10.2 标准层布线设计
标准层布线图见附录图4
10.3 照度计算
照度计算时仅以A户型房间大厅为例进行计算。由任务书可知小区住宅楼总面积为13000m2，因此每户型面积较大，A型房间大厅面积较大，故作以下假设计算照度。
假设A型房间大厅的面积为10×8m2，高度为3.2m。大厅使用JXD5-2型平圆型吸顶灯，一共12套，每个发光体功率为40W，光通量为2200lm，灯具均匀布置，灯具高度为3.2m。一般生活工作面高度为0.6m。灯具效率 ηd=0.7 减光系数Kj=0.8
计算室空比RCR=5h-hg（A+B）A×B
h-hg=2.6 A=10m B=8m
计算得 RCR=2.93
再发射系数ρ顶=ρ墙=ρ地=0.5查表得利用系数KL=0.32
利用系数法计算照度可知：E=NφKLKjηdS=59.136Lx

参考文献
【1】 建筑电气设计手册
【2】 建筑电气设计数据手册
【3】 建筑电气设备手册
【4】 电气照明设计手册
【5】 黄纯华葛少云编著.工厂供电.天津：天津大学出版社.2006
【6】 赵丽编著.电气照明技术.