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楼宇自动化技术实训 结业论文 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 信息技术学院电气工程系 2013 年1 月 2 日 综合楼供配电系统设计 摘 要：本文对地下一层，地上十二层，局部十五层的综合楼供 配电系统进行全面设计，保证系统安全、可靠、优质、经济地运 行，必须遵守国家的有关规定及标准， 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。 设计内容包括确定大楼的设备电气负荷等级，进行负荷计算， 选择变压器的容量、类型及台数，各个楼层供电线路中的短路电 流的计算，供配电系统的主接线方式、高低压设备和导线电缆的 选择及校验的设计。 关键词： 综合楼供配电 计算负荷设备选择 目录 1 绪论. 1 1.1 概况： 1 1.2 设计依据： 1 2.1 负荷分级 . 1 2.2 负荷数据：. 2 2.3 负荷计算书. 4 2.3.1 照明负荷计算 . 4 2.3.2 10/0.38KV变电所计算负荷 5 3 供电电源与电压选择 7 3.1 供电电源 7 3.2 供电系统主接线 8 3.3 电压选择 9 4 电力变压器选择 9 4.1 变压器型式及台数选择 9 4.2 变压器容量选择 10 5 高低压配电接线设计及配电系统要求 10 5.1 10KV 配电要求. 10 5.2 220V/380V配电系统及负荷分级. 10 6 短路电流计算及设备和导线的选择. 11 6.1 短路电流计算 11 6.2 设备选择 . 14 6.2.1 高压断路器的选择 15 6.2.2 高压断路器的校验 15 6.2.3 高压断路器选择参数 16 6.3 低压断路器选择 16 6.3.1 低压断路器选择 17 6.4 低压断路器选择参数 17 6.5 电流互感器的选择. 18 7 总结 20 参考文献 22 1 1 绪论 1.1 概况： 本建筑楼宇为综合楼，地下一层，地上十二层，局 部十五层，总面积约 16000平方米，地下层为设备用房， 一、二层为公寓，十三至十五层为办公用房及设备用房。 1.2 设计依据： 该建筑属一类高层综合建筑，其供配电系统接线方 案的设计，不仅要满足负荷的需求， 而且还要接线简单， 运行安全可靠，方式灵活。 2 负荷分级、 负荷计算及无功功率 补偿 2.1 负荷分级 该楼宇属一类高层建筑，用电多为一、二级负荷， 用电负荷分级如下： 一类负荷：各层公共照明、乘客电梯及消防电梯、 排污泵，消防负荷包括应急照明及平时照明、电话机房、 消防控制室、消防泵及泵房、喷淋泵、送风机、轴流风 机、排烟风机、提污泵等。 2 二类负荷：平时照明、乘客电梯及消防电梯、生活 泵、空调机组、商铺、写字楼及公寓供电等。 三级负荷：设备房照明、储藏室照明、用电插座、 空调水泵等。 2.2 负荷数据： 表 1 本系统照明负荷数据 用电设备名称 所在楼 层 设备功率 功率因 数 负荷分 级 备注 地下室照明-1F 5KW 0.9 三级 由 照 明 负 荷 计算 14 层公共照 明 14F 6KW 0.9 一级 由照明负荷 计算 57 层公共照 明 57F 4.5KW 0.9 一级 由照明负荷 计算 810 层公共照 明 810F 4.5KW 0.9 一级 由照明负荷 计算 1112 层公共 照明 1112F 20KW 0.9 一级 由照明负荷 计算 13 层公共照明13F 26KW 0.9 一级 由照明负荷 计算 1415 层公共 照明 1415F 16KW 0.9 一级 由照明负荷 计算 12 层平时照 明 12F 197KW 0.9 三级 由照明负荷 计算 310 层平时照 明 310F 680KW 0.9 三级 由照明负荷 计算 1112 层平时 照明 1112F 10KW 0.9 三级 由照明负荷 计算 1314 层平时 照明 1314F 15KW 0.9 三级 由照明负荷 计算 3 表 2 本系统电力负荷数据 用电设 备名称 所在楼层设备功率功率因数负荷分级备注 113 层 电梯 113F 24KW 0.8 一级 由电梯负荷计 算 115 层 电梯 115F 41KW 0.8 一级 由电梯负荷计 算 生活水 泵 -1F 31KW 0.8 二级 按单位功率法 预留功率 轴流风 机 -1F 7KW 0.7 一级 按单位功率法 预留功率 表 3 本系统消防负荷数据 用电设备名称 所在楼 层 设备功率 功率因 数 负荷分 级 备注 -1 层应急照明-1F 6 0.9 一级 由照明设计计 算 1 层应急照明1F 1.5 0.9 一级 由照明设计计 算 24 层应急照 明 24F 6 0.9 一级 由照明设计计 算 514 层应急照 明 514F 6 0.9 一级 由照明设计计 算 113 层电梯113F 24KW 0.8 一级 由电梯负荷计 算 115 层电梯115F 41KW 0.8 一级 由电梯负荷计 算 设备照明-1F 20 KW 0.9 一级 由照明负荷计 算 消防泵-1F 52KW 0.8 一级 按单位功率法 预留功率 喷淋泵-1F 52KW 0.8 一级 按单位功率法 预留功率 提污泵-1F 6.4KW 0.8 一级 按单位功率法 预留功率 4 变频控制柜-1F 20KW 0.8 一级 按单位功率法 预留功率 送风机13 F 20KW 0.8 一级 按单位功率法 预留功率 排烟机13F 17KW 0.8 一级 按单位功率法 预留功率 恒压泵15 29KW 0.8 一级 按单位功率法 预留功率 2.3 负荷计算书 2.3.1 照明负荷计算 照明负荷按负荷性质分组， 115 层公共通道照明为 一组，地下室照明为一组； 12 层平时照明为一组， 310 层平时照明为一组，1112 层平时照明为一组，1314 层平时照明为一组；采用需要系数法进行计算，不计备 用设备功率。照明负荷计算书见表4。 表 4 照明负荷计算书 设备名称 设备功 率 （KW ） 需要系 数 Kd 功率 因数 cos 负荷 等级 Pc(KW) Qc(KW) Sc(KVA) Ic(A) 115 层公 共 照明 51 1 0.9 一级51 25.5 57 86 地下室照 明 5 1 0.9 一级5 2.5 5.6 8.4 12 层平 时照明 197 0.92 0.9 三级181 88 201 305 5 310 层平 时 照明 680 0.92 0.9 三级626 304 696 1057 1112 层 平时 照明 10 1 0.9 三级10 4.8 11 16.7 1314 层 平时 照明 15 1 0.9 三级15 7 16.7 25 总计958 0.69 0.86 662 391.3 769 1538. 5 一级负荷56 1 0.9 56 27 62.2 94.5 二级负荷902 0.7 0.85 631.4 389.7 742.8 1128. 6 2.3.2 10/0.38KV变电所计算负荷 本设计 10/0.38kv 变电所计算过程如下： 1）正常运行时的负荷计算 总计算负荷等于照明负荷和电力负荷及平时运行的 消防负荷的总和。由表可知照明计算负荷为： 电力及平时运行的消防负荷总计算负荷为 由此可得变电所低压侧总计算负荷为 = 6 = 计入同时系数后的总计算负荷和功率因数。对于总 计 算 负 荷 ， 取 有 功 和 无 功 的 同 时 系 数 分 别 为 =0.80,则计入同时系数后的总计算负荷为： 功率因数为： 2）无功补偿容量的计算 根据规范要求，民用建筑低压侧无功功率补偿后的 功率因数应达到0.90 以上，一般在计算时按达到0.92 来计算，故有对于总计算负荷： , 可取接近的 120kvar。 7 总无功计算负荷为： = 视在计算负荷为662. 6kVA 功率因数为 变压器的损耗为： 有功损耗为 无功损耗为 变电所高压侧的总计算负荷： =682.2kvar 总功率因数 : 3 供电电源与电压选择 3.1 供电电源 本系统高压供电应由区域变电站不同母线段引来两 8 路 10KV 电源至高压配电室， 10KV 配电系统宜设计为 单母线分段，并设计为两台变压器，正常工作时，两路 电源同时供电，互为备用，各负担50%负荷，一路故障 时，另一路电源供全部负荷。 3.2 供电系统主接线 电力的输送与分配，必须由母线、开关、配电线路、变压器 等组成一定的供电电路，这个电路就是供电系统的一次结线，即 主结线。智能化建筑由于功能上的需要， 一般都采用双电源进线， 即要求有两个独立电源，常用的供电方案如图1所示。 图1常用供电方案主接线 图1（a）为两路高压电源，正常时一用一备，即当正常工作 电源事故停电时，另一路备用电源自动投入。此方案可以减少中 间母线联络柜和一个电压互感器柜，对节省投资和减小高压配电 室建筑面积均有利。这种结线要求两路都能保证100% 的负荷用电。 当清扫母线或母线故障时，将会造成全部停电。因此，这种接线 方式常用在大楼负荷较小，供电可靠性要求相对较低的建筑中。 图1（b）为两路电源同时工作，当其中一路故障时，由母线 联络开关对故障回路供电。该方案由于增加了母线联络柜和电压 互感器柜，变电所的面积也就要增大。这种接线方式是商用性楼 宇、高级宾馆、大型办公楼宇常用的供电方案。当大楼的安装容 量大，变压器台数多时，尤其适宜采用这种方案，因为它能保证 较高的供电可靠性。 目前常用的主接线方案为双电源接入，如图2 所示 9 图2 主接线双电源接入 3.3 电压选择 该建筑为高层综合性建筑， 用电设备额定电压为 交流 220/380V，两路电源同时供电，采用YJV22（90） 型电缆由室外变配电室引入地下层配电室。 4 电力变压器选择 4.1 变压器型式及台数选择 本建筑为一般商住两用高层民用建筑，变电所位于 主体建筑地下室内，故宜采用三相双绕组式变压器，连 接组别为 Dyn11，无励磁调压， 电压比 4 .0 10 kV。为节 省空间，变压器与开关柜布置在同一房间内，变压器外 壳防护等级选用IP2X。 应为本楼宇采用双电源双回路供 10 电，故选用两台变压器。 4.2 变压器容量选择 视在计算负荷为662.6Kva（ 92.0cos ）,本设计为 单母线分段，并设计为两台变压器，正常工作时，互为 备用，各负担 50%负荷，一路故障时，另一路电源供全 部负荷。所以选用的变压器型号为SC10-500/10。 5 高低压配电接线设计及配电系统 要求 5.1 10KV配电要求 该建筑高压配电应由区域变电站的不同母线段引来 两路 10KV 电源至高压配电室， 10KV 配电系统宜设计 为单母线分段，并设计为两台变压器，正常工作时，两 路电源同时供电，互为备用，各负担50%负荷，一路故 障时，另一路电源供全部负荷。 5.2 220V/380V配电系统及负荷分级 该建筑配电电压为交流220/380V，两路电源同 时供电，采用 YJV22（90）型电缆由室外变配电室引入 地下层配电室，配电室低压母线分段，各段由一台变压 11 器供电，正常工作时，两段同时供电，互为备用，各负 担 50%负荷，一段故障时，另一段供全部负荷。 （1）配电系统采用 TN-C-S 系统。消防控制室、电 话机房、消防泵、喷淋泵、消防电梯、防烟排烟设施、 应急照明、疏散指示标志等供电为一级负荷，均采用末 端自投线路设计，由不同的母线段引出双回路放射式或 树干式供电，线路采用阻燃电缆或导线。 （2）商铺、写字间、公寓、客梯、空调机等供电为 二级负荷，由配电室放射式或树干式配电至各层配电间， 配电干线采用封闭式电缆桥架在地下层敷设至强电竖井 内，在竖井内向上敷设，消防供电电缆与非消防供电电 缆在桥架内用金属隔板隔开。 （3）电气竖井内、桥架和管线穿越各层楼板处做好 防火隔离。 6 短路电流计算及设备和导线的选 择 6.1 短路电流计算 求K-1点 的 三 相 短 路 电 流 和 短 路 容 量 12 （ 计算短路中各元件的电抗和总电抗 电力系统电抗为： 架空线路电抗 K-1 点的短路等效电路总电抗为： 计算 K-1 点的三相短路电流和短路容量 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电流为： 三相短路冲击电流为 13 三相短路容量为： 求 K-2 点的短路电流和短路容量（ 电路系统电抗为： 架空线路电抗为： 电缆线路电抗为： 电力变压器电抗为： 绘 K-2 点的短路等效电路图其总电抗为: 14 计算 K-2 点的短路电流和短路容量 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段路稳态电流为： 三相短路冲击电流为： 三相短路容量为： 6.2 设备选择 根 据 目 前我 国 高 压 电 器 制 造 情况 ， 电 压 等 级 635KV 的电网中，一般选用真空断路器。 额定电压应 不低于所在电网处的额定电压。额定电流应等于或 大于所在回路的最大长期工作电流（一般即为计算 15 电流. 如果单相短路电流比三相短路电流大15%以上是， 应以单相短路电流为校验条件。 6.2.1高压断路器的选择 取,变压器容量为 1000KVA,得 选择断路器,满足要求。 根 据VK型 高 压 真 空 断 路 器 产 品 手 册 选 择 VK-10J25-630A 。 其 开 断 电 流 为， 额 定 峰 值 耐 受 电 流 .额定短时耐受电流（ 3s）。 6.2.2高压断路器的校验 额定开断电流校验：,开断 电流满足条件。 动稳定性校验：,动稳定条 件满足。 16 热稳定性校验： ,热稳定条件 满足。 遐想时间-断路器反应时间-断路 器开断电流 -三相短路电流-计算电流-冲击 电流 6.2.3高压断路器选择参数 表 5 高压断路器选择参数 设备参数VK-10J25-630A 比较条件计算数据 12 满足10 630 满足92.4 25 满足 9.76 ) 满足 ) 90.49 63 满足24.89 6.3 低压断路器选择 低压短路器以 1#变压器组为例进行选择。 17 6.3.1低压断路器选择 选择万能低压断路器DW15-2500. 额定电流选择：，满足条 件。 断流能力校验：，满足条 件。 长延时过电流脱扣器征订电流 短延时过电流脱扣器征订电流 瞬时过电流脱扣器整定电流 6.4 低压断路器选择参数 表 6 低压断路器选择参数 设备参数DW-15-2500 比较条件计算数据 380 满足380 18 2500 满足1739.46 60 满足 13.24 长延时脱扣器 2500 满足1793.46 瞬时脱扣器35 满足13.24 6.5 电流互感器的选择 1、电流互感器的选择 1）满足工作电压要求即：UrUn 式中Ur电流互感器额定工作电压。 Un电流互感器测量处额定电压； 2）满足工作电流要求， 应对一、二次侧电流进行考 虑。 （ a） 一 次 侧 额 定 电 流Ir1 ： Ir1 Ic 或 者 Ir1=1.21.5Ic （b）二次侧额定电流Ir2：强电使用 Ir2=5A 3）种类和型式选择：此处选择浇注式 4）准确度等级 由于考虑到仪表指针在仪表盘2/3 左右较易准确读 19 数，因此： Ir1=1.5Ic 以低压配电系统图WP2 回路为例： 由于 Ur=380V Ic=122.81A Ir11.5Ic=184.2A 本系统供配电系统的电流互感器主要用于测量，因 此准确级选0.5 级，因此初选用电流互感器LQG-0.5- 200/5（准确度为：0.5 级；一次侧额定电流为200A,二次 侧额定电流： 5A） 。 2、电压互感器的选择 1） 满足工作电压要求对一、 二次侧分别考虑如下： （a）一次侧电压 : Ur1=UN Um1Uw 式中 Um1电压互感器最高工作电压 Uw 电压互感器装设处的最高工作电压 Ur1电压互感器额定电压 UN 系统的标称电压 （b）二次侧电压 Ur2: Ur2=100V 本楼宇高压供配电系统中Ur1=10kV,因此选用电压 互感器 JDJ-10KV。JDJ-10KV 参数：最大容量 640VA。 本系统选用铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力 20 电缆 (YJV) 中压线路 ,由于用电负荷距系统较近,短路电 流大且故障时间相对较长,但其负荷电流较小 ,线缆选择 的主要矛盾是能否承受短时电流的作用,即热稳定问题。 因此,一般用热稳定条件确定线缆截面,再以机械条件和 载流量较验。 满足热稳定性要求的电缆最小截面应为: Amin ×/c=169.47故 选 截 面 积 为 240 校验:满足载流量240载流量为 509A190A 查表满足机械特性。 故回路选用 YJV(3×400)。 7 总结 本文是对一个商贸集团综合楼供配电系统设计，通 过学习和了解，我们了解到该建筑是一个地下一层，地 上十二层，局部十五层面积约1600 平方米，地下层为设 备房，一、二层为商铺，三到十层为写字间，十一、十 二层为公寓，十三至十五层为办公用房和设备用房的一 类建筑。 21 本次实训是检验和锻炼学生实践能力的一项教学环 节，在本次设计中我运用课本上所得知识以及对参考资 料的学习，严格执行设计规范，完成了该综合大楼高低 压供配电系统设计，让我对所学知识有了更深刻的了解， 对一个系统有了完整细致的了解和掌握。同时我认识到 自己的不足，看问题不全面，在今后的学习中我会加倍 努力，学好专业知识，并锻炼自己的动手能力，另外进 行实践。 22 参考文献 1翁双安 .供配电楼宇设计指导，机械工业出版社， 2004 2 李英姿 .现代建筑电气供配电设计技术， 中国电力出版社， 2008 3 孟德星 .AutoCAD2008 电气设计完全自学手册，机械工业出版 社， 2008 4 供配电系统设计规范，GB50054-2009 5 民用建筑电气设计规范，GBJGJ_T16-2008
