供配电设计【某高层住宅供配电设计】

摘 要

本设计是按照建筑供配电的要求，以国家规范为准则以安全用电为用电、节约电能、经济环保为理念！在满足对供电的要求的同时，同时兼顾施工的可行性以及节约经济预算为理念，设计出满足人们对智能化建筑要求的满意工程，在设计中严格遵守国家的相关规定以及标准，执行国家的方针政策，从而达到科学，人性化设计的现代化电气工程

设计内容主要包括负荷计算，供电电源、电压的选择、变压器的容量的选择、类型以及台数、变电所的选址、各个楼层的供电线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以及校验，防雷接地的设计。设计中需要绘制、参照相应的CAD 图然后进行分别运算设计最后将设计整理成文档形式的报告。

关键词：

国家标准、负荷计算、供电线路、 防雷接地、CAD 图

第一章 工程概况

某高层综合楼，总23层，地上22层，地下1层。总建筑面积28807.1平方米，其中地下室建筑面积为2916平方米，建筑物总高度为99.8米。年预计雷击次数0.11次，为二类防雷建筑物。地下一层为附建式6级人防地下室，平时做汽车库，战时作为一个防护单元的二等人员掩蔽部，掩蔽人数为800；地面一到四层为商场，三层以上均为办公用房；屋顶为设备层，变电所设在一层。

第二章 负荷分级、负荷计算及无功功率补偿

第一节、负荷分级

该工程属于一类高层建筑，用电多为一、二级负荷，用电负荷分级如下：

地下室：应急照明，消防设备用电（送、补风机，消防泵）及地面用生活水泵为一级负荷；战时送风机，消防楼梯口排污泵为二级；其余为三级负荷。

地面：排烟风机、屋顶正压风机、消防电梯、应急照明、防火卷帘门及普通客梯的电力属一级负荷；其余均为三级负荷。

第二节、 负荷数据

本工程负荷包括照明、电力及消防负荷。所有电源均由一层变电所低压出线直接提供，其中一~四层商场以及二十一、二十二层、屋顶的电源用电缆供电，五到二十层的楼层配电箱用插接式母线槽供电。计量除五到二十层分层集中设电表计量以外，其余均在变电所计量。该综合楼个部分负荷数据见表1~3。

表1

表2

表3

第三节、负荷计算

火灾时运行的消防负荷小于火时必然切除的正常照明负荷和电力负

荷总和，因此火灾时的消防负荷不计入总计算负荷。本工程10/0.38kv变电所计算过程如下：

一、 正常运行时的负荷计算

（一）总计算负荷Pc

总计算负荷等于照明负荷和电力负荷及平时的消防负荷的总和。由表1、2可得照明计算负荷为：Pcl= 1649.6KW ，Qcl= 1039.9Kvar 电力及平时运行的消防负荷总计算负荷为：

Pcm =814.4KW ，Qcm =746.3Kvar

由此可得变电所低压侧总计算负荷为：

Pc= Pcl+Pcm= 1649.6+814.4=2464KW Qc= Qcl+Qcm=1039.9+746.3=1786.2Kvar

（二）计算同时系数后总计算负荷和功率因数。

对于总计算负荷，取有功和无功同时系数分别为K ∑p=K∑q=0.80,则计入同时系数后的总经计算负荷为：

P

/c

=

K

∑p

p

c

=0. 8⨯2464=1971. 2KW

Q

S

/c

/c

==

K Q

∑q

c

=0. 8⨯1786. 2=1429Kar

/2c

p

/2c

+Q

=. 2+1429

P c "S c "

=1971. 22434. 7

22

=2434. 7KVA

=0. 81

功率因数为： cos φ=

（三）无功补偿容量的计算

根据规范要求，低压配电侧无功功率补偿后的功率因数应达到0.92，故有：

对于总计算负荷：

△Q=1971.2X[tan(arccos0.81)-tan(arccos0.92)]=587.4Kvar,可取接近的600Ｋvar 。

无功功率补偿后的总功率计算负荷保持不变，总无功计算负荷为：Qc"=Qc＇-△Q= 1429-600=829Kvar

视在计算负荷为：S"=P c "2+Q c ""2=2138.5KVA 功率因数为cos ϕ//=变压器的损耗

无功损耗为∆P T =0. 01S c ""=0. 01⨯2138. 5=21. 4KW 有功损耗为∆Q =0. 05S c ""=0. 05⨯2138. 5=107K var

T

P c "S c ""

=

1971. 22138. 5

=0.92

变电所高压侧的总计算负荷为：

P

c 1

=

P

/c

+∆

P

T

=1971.2+21.4=1992.6KW

Q

S

c 1

==

Q

//c

+∆Q =829+107=936Kvar

T

2c 1

c 1

P

+Q

2c 1

=. 62+936

2

=2201.5KVA

总功率因数cos Φ=

S

c 1c 1

=

1992. 62201. 5

=0. 91

电源故障时切除三级负荷后仅供一、二级负荷运行的负荷计算 照明负荷中一级负荷为P cl 1

=18. 84KW

，

Q

cl 1

=22. 4K var

，无二级负荷；

cm 1

电力及平时运行时的消防负荷中的一级负荷为

P

=156KW

，

Q p

cm 1

=142. 6Kar ；二级负荷为

P

cm 2

=38. 4KW

，Q

cm 2

=38. 4KW 。则总

的一、二级负荷为

cl 2

=

p

cl 1

+

p

cm 1

+

p

cm 2

=18. 84+156+38. 4=213. 24KW

取有功和无功同时系数分别为K ∑p =0. 80K ，K ∑q =0. 85，则计入同时系数的一二级总计算负荷为

Pcl

Qcl

"

2

=

=

K P

∑p

cl 2

=0. 8⨯213. 4=170. 7KW

=0. 85⨯208=176. 8K var

2cl 2

"

2

K Q

∑q

2

cl 2

Scl

"

2

=

P "

2cl 2+Q "

=. 7+176. 8

2

=245. 8KVA

功率因数为

COS Φ12=

"S "

cl 2

=

170. 7245. 8

=0. 7

cl 2

无功补偿容∆Q =170. 7⨯[tan(arccos 0. 7) -tan(arccos0. 92)]=102K var ，

12

取100Kvar 。

无功补偿后的一、二级总有功计算负荷保持不变，总无功计算负荷为

Q ""

cl 2

=

Q "

cl 2

-∆Q

12

=176. 8-100=76. 8K var ，取

补偿后的视在计算负荷为

S ""

cl 2

=

P "

2

cl 2

+

2Q ""

=

cl 2

. 7+76. 8

22

=187. 2KVA

//

功率因数为COS ϕ12=

"

S ""

cl 2cl 2

=

170. 7187. 2

=0. 91，无功补偿满足要求。

本工程10/0.38KV变电所负荷计算书如表4所示。

表4

第三章 供电电源、电压选择与电能质量

第一节 、供电电源

本工程高压侧总有功计算负荷仅为 1992.6 KW ，故可采用10KV 供电。根据当地电源状况，本工程从供电部门的110/10KV变电站引来1路10KV 专线电源A ，可承担全部符合；同时从供电部门的35/10KV变电站引来1路10KV 电源B ，仅作一、二级负荷的第二电源。两路10KV 电源同时供电，电源A 可作为电源B 的备用。两路10KV 电缆从建筑物一侧穿管引入设在1层的10/0.38KV变电所。

本工程的两个10KV 供电电源相对独立可靠，可以满足规范中以及符合应有双重电源供电且不能同时损坏的条件，且工程中没有特别重要的一级负荷，因此不再自备柴油发电机组或其他集中式应急电源。

第二节、电压选择

本工程为高层综合楼，用电设备额定电压为220/ 380V，低压配电距离最长不大于150m 。本工程只设置一座10/0.38KV变电所，对所有设备均采用低压220/380V三相五线TN-S 系统配电。

第三节、 电能质量

采用以下措施保证电能质量：

一 采用铜芯电缆，选择合适导体截面，将电压随时限制在5%以内。 二 气体放电灯采用低谐波电子镇流器或节能型电感镇流器，并就地无功功率补偿使其功率因数不小于0.9, 。在变电所低压侧采取集中补偿，自动投切。

三 将单项设备均匀分布与三厢配电系统中。

四 照明与电力配电回路分开。对较大容量的电力设备如电梯、空调机组、水泵等采用专线供电。

第四章 电力变压器的选择

第一节 变压器型号及台数选择

本工程为一般高层综合楼，属于一类高层，防火要求较高，且为减少占地，变电所位于主体建筑一层内，故宜采用三项双绕组干式变压器，联结组别为Dyn11, 无励磁电压，电压比10/0.4KV。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 。因为本工程具有较大的一、二级负荷，故应选用两台或两台以上的变压器。

第二节 变压器容量选择

本工程总视在计算符合为2175KV A （cos φ=0.91），其中一、二级负荷187KV A （cos φ=0.91）。

选择两台等容量变压器，互为备用。每台容量按总视在计算负荷容量的70%（0. 7⨯2175=1522. 5KVA ）左右且大于全部一、二级负荷选择，故选择1600KV A 变压器两台。正常运行时照明负荷与电力负荷公用变压器，通过合理分配负荷，可以使两台变压器正常运行时负荷率相当，且都在70%~80%之间。当一台变压器故障时，另一台变压器可带全部的一、二级负荷和部分三级负荷运行。

第五章 变电所电气主接线设计与变电所所址和

型式的选择

第一节 变电所高压电气主接线

采用单母线分段主接线形式。正常运行时，由10KV 电源Ａ和电源Ｂ同时供电，母线断路器断开，两个电源各承担一半负荷。当电源B 故障或检修时，闭合母线联络断路器，由电源A 承担全部负荷；当电源Ａ故障或检修时，母线联络断路器仍断开，由电源Ｂ承担一半负荷。供电可靠性高，灵活性好。

第二节 变电所低压电气主接线

变电所设有两台变压器，低压侧电气主接线也采用单母线分段接线形式。正常运行时，两台变压器同时运行，母联断路器断开，两台变压器各承担一半负荷。当任一台变压器故障或检修时，切除部分三级负荷后，闭合母联断路器，由另一台变压器承担全部一、二级负荷和部分三级负荷。该接线方式供电可靠性高。

第三节 变电所所址的选择

本工程设置一层室内型变电所，内有两台干式变压器。

第六章 短路电流计算

供电部门提供的系统短路数据如下

提供10KV 专线电源A 的110/10KV变电站距离本工程4km ，110/10KV变电站10KV 母线处三相短路容量S ocA =500MVA 。

提供10KV 电源B 的35/10KV变电站距离本工程1km ，35/10KV变电站10KV 母线处三相短路容量S ocB =200MVA 。

第一节、变电所高压侧短路电流计算

本工程有两个10kv 电源供电，需要分别计算变电所10kv 母线上的三相和两相短路电流。采用标幺值法进行计算，取S d =100MVA 。此处仅以系统A 高压侧短路（如图1）电流计算为例进行介绍。

1） 基准值计算U

基准电流I d 1=2） 电抗标幺值

电力系统电抗标幺值： X s *=

d 1

=U

av 1

=(1+5%)U

1003⨯10. 5

N

=10. 5KV

3U

d

=

d 1

=5. 5KA

S S

d oc

=

100M V A 500M V A

=0. 2

电缆线路单位长度电抗值x 0=0. 095Ωkm ，长度4km ，则电缆线路电抗标幺值为：

X

*

L

=

x 0l

S (U

d

2

) av 1

=0. 095⨯4⨯

100(10. 5)

2

=0. 35

K-1点短路时等效电路如图2所示：

K-1点短路时总电抗标幺值为

X ∑=X

*

*

s

+X

*L

=0. 2+0. 35=0. 55

=10kA

三相短路电流为 I k (3) =

d 1*

X ∑

=

5. 50. 55

三相次暂态短路电流及短路稳态电流为：

I i

(3) k

"

=

I

∞

=

I

(3) k

=10kA

三相短路冲击电流为：

(3) sh

(3) sh

=2. 55⨯10kA =25. 5kA =1. 51⨯10kA =15. 1kA

I

三相短路容量为

S

(3) k

=

3U

av 1

I

(3) k

=1. 732⨯10. 5⨯10=181. 9MVA

两相短路电流为

I

(2) k

=0. 866

I

(3) k

=0. 866⨯10=8. 7KA

按照同样的方法可以计算出系统B 高压侧k-2点短路时三相短路电流和两相短路电流。变电所高压侧短路计算书如表5所示。 表5

第二节、变电所低压侧短路电流计算

本工程变电所低压侧短路电流计算电路如图3所示。正常运行时，电源A 和电源B 同时供电，低压母线分段不联络，短路点选在两台变压器低压绕组出口处k-3、k-4点，两台低压进线开关负荷侧k-5、k-6点和离

低压进线开关最远端母线处k-7、k-8点。以变压器Ｔ１低压侧ｋ-3点短路时短路电流计算为例介绍计算过程。

U

I

d

d

=1. 05U

N

=1. 05⨯0. 38=0. 4KV

1003⨯0. 4

=

3U

d

=

d

=144. 3KA

变压器电抗标幺值：

X

*T

=

k

%

100

S

d N

=

4. 5100⨯10100

1600

3

=2. 8

总电抗标幺值

X ∑=X s +X

*

*

*L

+

X

*T

=0. 2+0. 35+2. 8=3. 35

三相短路电流为

I k

(3)

=

X

d *∑

=

144. 33. 35

=43. 1kA

三相次暂态短路电流及短路稳态电流为：

I

(3) k

"

=

I

∞

=

I

(3) k

=43. 1kA

三相短路冲击电流为：

i

(3) sh

(3) sh

=1. 84⨯43. 1kA =79. 3kA =1. 09⨯43. 1kA =47kA

I

三相短路容量为

S

(3) k

=

3U

av 1

I

(3) k

=1. 732⨯0. 4⨯43. 1=29. 9MVA

两相短路电流为

I

(2) k

=0. 866

I

(3) k

=0. 866⨯43. 1=37. 3KA

第七章 防雷与接地系统设计

第一节 建筑物防雷类别的确定

本工程为一类高层综合楼，地面22层，地下一层，地面一到四层为商场，四层以上均为办公用房，顶层为设备层，变电所设在一层。楼高99.8m ，年预计累计次数为N=0.11，为二类防雷建筑。

第二节 建筑物防雷措施

作为第二类防雷建筑物，应有防直击雷和防雷电波侵入的措施。由于楼高度超过45m ，还应采用防侧击雷和等电位的保护措施。另外，本建筑物内内装有电子信息系统设备，还应有防雷击电磁脉冲的措施。

第三节 建筑物外部防雷装置的布置

一、 屋面采用ø12mm 镀锌圆钢作为接闪器，沿女儿墙四周敷设，支持

卡子间距为1m ，转角处悬空段不大于0.3m, 避雷带高出屋面装饰柱或女儿墙0.15m 。屋面采用ø12mm 镀锌圆钢做成小于10mX10m 避雷网格，并与屋面的钢网架、屋面板及现浇梁、柱内的钢筋与柱内作为防雷引下线的两更柱子主筋做有效的连接，全部金属物均连接成为一体。

二、 突出屋面的所有金属构件、金属通风管、屋顶正压风机等均应与

避雷带可靠焊接。

三、 本工程采取以下防侧击和等电位的保护措施:

a) 将45m 及以上各层外围梁两个主筋通长焊接，并与各引下线焊接。 b) 将45m 及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接。 c) 竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端与防雷装置连接。

第四节 雷电过电压保护设计

一、 高压电气装置过电压保护设计

本工程10KV 变电所布置于室内一层，已在主体建筑物的防雷保护范围之内，因此高压电气设备不需要装设直接雷击保护装置，但须采取防雷电波侵入的过电压保护。

具体做法是在两路10KV 电源进线隔离柜内电源电缆终端侧和变压器柜出线电缆终端侧安装氧化锌避雷器，其接地线与变压器中性点以及金

属外壳连接在一起。

二、 低压电气装置过电压保护设计

本工程具有中等规模的商场与办公自动化系统，具有较高的自动化与智能化程度，有大量的电子信息设备，需要防雷击电磁脉冲。除根据建筑物和房间不同防雷区的电磁环境要求在外部设置屏蔽措施，以合适的路径辐射线路屏蔽措施外，还采取以下措施：

①向电子信息系统供电的低压配电系统采用TN-S 接地形式。

②分别在变电所低压母线上和终端配电箱处安装电涌保护器，安装于变电所低压配电柜处为第一级SPD ，安装与终端配电箱处为第二级SDP 。

第五节、 电气装置接地与等电位联结设计

一、电气装置的接地与接地电阻的要求

本工程电气装置的接地类型由系统工作接地、安全保护接地、雷电保护接地等。将上述接地与建筑物电子信息系统采用共同的接地系统，并实施等电位连接措施。

共用接地装置的接地电阻按接入设备要求的最小值确定，不大于1Ω。

二、 接地装置的设计

（一）利用建筑物钢筋混凝土基础内的钢筋作为自然接地体，将基础底板上下两层主筋沿建筑物外圈焊接成环形，并将主轴线上的基础梁及结构底板上下两层主筋相互焊接做接地体。

（二）接地装置完工后，应实测其接地电阻，如大于1Ω，还应补设人工接地体，人工接地体采用以水平接地体为主的闭合环形接地网。 （三）各种接地引下线一般利用柱子或剪力墙内两根ø16mm 以上主筋通长相互焊接，引至局部等电位端子箱LEB ，再通过镀锌扁钢与各设备房接地干线相连。各种接地引下线的下端应通过镀锌扁钢或连接导线与基础接地网可靠焊接并作防腐。

（四）（本工程还采用一40mmX4mm 镀锌扁钢沿建筑物四周辐射成闭合形状的水平人工接地体与自然接地体相连。水平人工接地体埋深0.8m ，规格材料满足规范要求。

（五） 变配电室内、强电竖井内采用一40mmX4mm 镀锌扁钢做接地干

线。

第六节 等电位联结设计

一 、 本工程采用总等电位联结，其总等电位联结线必须与楼内所有可

导电部分相互连接。

二、本工程在下列场所实施局部等电位联结：电梯机房、转换空调机房、水泵房、配电间、每层强电竖井等。

心得体会

一周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．

通过这次供配电设计，本人在多方面都有所提高。通过这次供配电设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次高层建筑供配电设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了建筑供配电系统设计等课程所学的内容，掌握建筑供配电设计的方法和步骤，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。

在这次设计过程中，体现出自己共同设计配电的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。

致谢：

在此感谢我们的曹祥红老师以及其它帮助我们的老师. ，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次供配电设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。

同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。

由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教, 我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。

在这里祝愿亲爱的老师新年愉快！

参考文献

参考资料：

[1] 《高层民用建筑设计防火规范》，GB50045-95

[2] 《民用建筑电气设计规范》，JGJ/T16-92

[3] 《低压配电设计规范》，GB5004-95

[4] 《人民防空地下室设计规范》，GB50038-94，2003

[5] 《人民防空工程设计防火规范》，GB50098-98，2001

[6] 《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》,GB50067-97

[7] 《火灾自动报警系统设计规范》，GB50116-98

[8] 《建筑物防雷设计规范》，GB50057-94,2000

[9] 《智能建筑设计标准》，GB50314-2000