住宅小区供电系统设计
毕业设计（论文）
（说明书）
题目：桃花源住宅小区
供电系统设计
姓名：XXXX
编号：
XX工业职业技术学院
2013 年5 月10 日
XX工业职业技术学院
毕业设计（论文）任务书
专业电气自动化技术专业
任务下达日期2013年3月4日
设计（论文）开始日期2013年3 月11日
设计（论文）完成日期2013年5月17日
设计（论文）题目：桃花源住宅小区供电系统设计
A·编制设计
B·设计专题（毕业论文）
指导教师
系（部）主任莉
2013年5 月24日
XX工业职业技术学院
毕业设计（论文）答辩委员会记录
自动化与信息工程系电气自动化专业，学生于年月日
进行了毕业设计（论文）答辩。
设计题目：桃花源住宅小区供电系统设计
专题（论文）题目：桃花源住宅小区供电系统设计
指导老师：宋刚
答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生毕业设计（论文）成绩为。
答辩委员会人，出席人
答辩委员会主任（签字）：
答辩委员会副主任（签字）：
答辩委员会委员：，，，
，，，
XX工业职业技术学院毕业设计（论文）评语
第页
毕业设计（论文）及答辩评语：
摘要
本课题设计的内容为《桃花源住宅小区供电系统的设计》主要是根据国家相关标准和规X对桃花源住宅小区电气供电系统进行设计。本次所设计的供电系统是非常重要的，如果系统出故障了，将影响整个住宅小区的供电，所以可靠性要求很高。本课题内容主要包括以下几个方面：小区的电力负荷统计及其计算、无功功率补偿、变电所选址变电站的主接线设计、变压器选择、确定供电方案、短路电流计算、主要电气设备型号和参数的确定、电气设备的动热稳定校验、变压器的继电保护、防雷接地与电气安全。若要提高住宅小区供电系统的可靠性，提高电能的利用率，就必须要准确地计算小区的电力负荷、合理地选择变压器、电气设备等。本论文结合特定的住宅小区，对这些内容都进行了详细的介绍和计算。在这一框架下，按照国家的标准，结合小区实际情况完成设计。本次设计考虑到了供电系统的安全、可靠、灵活、经济四项基本要求，在选择供电方案和电器设备时，优先选择低能耗并且满足设计要求的方案和设备。本次设计论文是以我国现行的各有关规X规程等技术标准为依据，所设计是一次初步设计，根据任务书提供原始资料，参照有关资料及书籍，对各种方案进行比较而得出。
关键词负荷计算功率补偿短路计算设备选型继电保护
目录
第一章引言1
1 .1 引言1
1.2 设计任务2
1.2.1 桃花园小区建筑平面图2
1.2.2 气象资料3
1.3 地质水文资料3
第二章负荷计算与无功补偿4
2.1 负荷计算的目的4
2.2负荷计算的方法4
2.3 园区的负荷分析和计算4
2.4 无功功率补偿6
2.4.1 提高功率因数的意义6
2.4.2提高功率因数的方法6
2.4.3补偿后功率因数的计算及电容器柜的选择7 第三章变电所变压器与主接线方案的选择8
3.1 变电所的选择8
3.1.1 变电所选址的一般原则8
3.1.2变电所形式的选择8
3.2 变压器的选择9
3.3 供电系统接线方案的选择10
3.3.1主接线方案设计10
3.3.2电缆的选择11
3.3 .3供电系统图12
第四章短路电流的计算13
4.1 短路的种类13
4.2 短路的原因13
4.3 短路故障的危害14
4.4 短路电流的计算过程15
第五章高低压设备的选型18
5.1 电气设备选择的一般条件18
5.2设备选择的基本原则18
5.3 高压设备的选择与校验19
5.3.1高压设备的选择19
5.3.2高压设备的校验21
5.3.3高压配电柜所接负荷22
5.4低压设备的选择与校验23
5.4.1低压设备的选择23
5.4.2低压设备的校验25
5.4.3低压配电柜所接负荷26 第六章变压器的继电保护27
6.1继电保护的意义及设置原则27
6.2变压器整定的方法27
6.3变压器的继电保护28
第七章变电所防雷与接地30
7.1防雷保护30
7.1.1防雷保护的分类30
7.1.2防止直接雷击的措施30
7.1.3变电所防雷保护的设计31
7.2 接地与接零32
7.2.1接地的类型32
7.2.2变电所接地保护的设计33 结论33
参考文献34
附录34
附录Ⅰ34
附录Ⅱ35
致36
第一章引言
1 .1 引言
研究意义：近几年来我国社会发展迅速，人民的生活水平有了很大提高，对居住环境的方便、安全、环保、舒适等方面提出了更高的要求。这使得住宅小区的供电系统要适应小区的用电负荷及小区的规划，从多方面考虑，设计出最合理的供电方案，以使供电系统的运行更加经济、灵活、安全、可靠。
发展现状：步入21世纪后，我国城市化正处于又一新的发展阶段，城市地区的住宅建筑林立，建筑标准越来越现代化，不同种类的小区对用电负荷的要求也不尽相同，但总体的趋势是用电负荷有较大增高，在夏冬季节或用电高峰时段时，用电负荷有较大的波动，造成供电的不稳定或是停电时有发生，为居民用电带来了诸多不便，因此要求小区供电系统要具备更高的可靠性与安全性。随着城市化进程的逐年加快，城市用地更加紧X、用电负荷更加集中，城市的电力电网也逐步由架空向电缆过渡，老旧的配电方案以及变压器、配电室等电力设备在安全性、经济性、环保性等方面都难以满足时下的住宅用电负荷要求，由此对于小区的供电方案也有了新的要求。
发展趋势：将来的供配电系统主要发展方向为小型化、节能化及更加自动化。目前对于供电系统的供电可靠性尚感不足，对于某些重要设备如消防设施、生活水泵、生活电梯的供电可靠性还有待提高。另外，低压配电部分的安全性也需要更多的重视。
小区供电设计要考虑下列基本要求：（1）安全性需要达到相关技术规X与国家标准，且能够保证人身和设备的安全。
（2）可靠性需要满足小区正常用电的电力负荷。
（3）灵活性需要适用于多种运行方式，以便于电气设备的维修及切换，并适当考虑未来的负荷发展情况。
（4）经济性在符合上述要求的前提下，尽可能简化设计方案，降低投资及设备运行、维修的费用，并减少线路有色金属的消耗和电能的节约。
1.2 设计任务
1.2.1 桃花园小区建筑平面图
图1-1桃花源小区建筑平面图
表1-1生活园区负荷统计表
序号 设备名称 容量/W de K
?cos
tan ?
1
笔记本电脑 50
0.6
0.8
0.75
2 台式电脑 180 0.75 0.7 0.97
3 挂式空调 900 0.7 0.8 0.75
4 柜式空调
1500 0.6 0.8 0.75
5
饮水机300 0.7 0.8 0.75
6
洗衣机200 0.6 0.7 0.97
7
电视机120 0.7 0.7 0.97
8
冰箱140 0.8 0.7 0.97
9
电磁炉1700 0.6 0.8 0.75
10
浴霸900 0.7 0.7 0.97
11
电淋浴器1800 0.6 0.7 0.97
12
吊灯70 0.7 0.7 0.97
13
节能灯15 0.5 0.7 0.97
14
台灯9 0.5 0.7 0.97
1.2.2 气象资料
本所在地区的年最高温度为39C?, 年平均气温为25C?,年最热月平均最高气温为36C?, 年最热月平均气温为32C?, 年最热月地下0.8m处平均温度为25C?.当地主导风向为东北风, 年雷暴日数为45。
1.3地质水文资料
桃花园小区所在地区平均海拔500m, 地层以砂粘土为主, 地下水位为2m。
第二章负荷计算与无功补偿
2.1 负荷计算的目的
负荷计算的目的是为了掌握用电情况，合理选择配电系统的设备和元件，如导线、电缆、变压器、开关等。负荷计算过小，则依此选用的设备和载流部分有过热危险，轻者使线路和配电设备寿命降低，重者影响供电系统的安全运行。负荷计算偏大，则造成设备的浪费和投资的增大。为此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。
2.2负荷计算的方法
目前，我国设计部门在进行企业供电设计时, 经常采用的电力负荷计算方法有:需要系数法、二项式系数法、利用系数法、单位电耗法和单位面积功率法等.需要系数法计算简便, 对于任何性质的企业负荷均适用, 且计算结果 上符合实际, 因此, 这种计算方法采用最广泛. 尤其对各用电设备容量相差较小, 且用电设备数量较多的用电设备组, 这种计算最适宜. 二项式系数法则主要适用于各种设备容量相差大的场所, 如机械加工企业、煤矿综合采工作面等。利用系数法是平均负荷作为计算依据,利用概率论分析出最大负荷与平均负荷的关系。这种计算方法虽理论依据较充分, 但由于目前积累的实用数据不多, 且计算步骤较繁琐, 精确度也并不比前两种方法强多少, 所以, 目前以逐渐不被采用. 最后两种方法常用于方案估算。
2.3 园区的负荷分析和计算
负荷计算
需要系数法确定计算负荷：需要系数法就是将用电设备容量乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷的一种简便的计算方法。其计算公式为：
N de ca P K P =（公式1-1） ?tan ca ca P Q =（公式1-2）
2
2ca ca ca Q P S +=（公式1-3）
U
S I ca ca 3=
（公式1-4）
式中， ca P 、ca Q 、ca S ——该用电设备组的有功、无功、视在功率的计算负荷；
ca P ——该用电设备组的设备总额定容量；
?tan ——功率因数角的正切值； e d K ——需用系数
1#与2#、3#与4#、5#与6#、7#与8#楼负荷量相同，所以以1#为例： 一个家庭用户
有功计算负荷 N de ca P K P ==0.75×7.5=5.62KW 无功计算负荷 ?tan ca ca P Q ==5.62×0.484var K
视在计算负荷 22ca ca ca Q P S +==6.24 KVA
取同时系数9.0s =K
/
ca P =0.9×ca P ×54=273.14 /ca Q =0.9×ca Q ×54=132var K
2
/2//ca ca ca Q P S +==304.53 KVA
U
S I 3/
ca
ca =
=462A
表2-1整个园区的负荷统计表
数据名称
负荷 /KW
需用系数de K 功率因数
?cos
正切值 tan ?
有功功率 /KW
无功功率 /var K 视在功率 / KVA 计算电流 /A 1# 405 0.75
0.85 0.484 273 132 304.53 462 2# 405 0.75 0.85 0.484 273 132 304.53 462 3# 379.2 0.7 0.8 0.75 238.9 179.3 298.7 453.95 4# 379.2 0.7 0.8 0.75 238.9 179.3 298.7 453.95 5# 357 0.7 0.8 0.75 224.9 168.6 281 427.1 6# 357 0.7 0.8 0.75 224.9 168.6 281 427.1 7# 313.2 0.7 0.8 0.75 197.3 148.07 246.7 374.9 8# 313.2 0.7 0.8 0.75 197.3 148.07 246.7 374.9 总计 2908
1868.2
1255.8
2262.4
3434.1
计算负荷：计算园区负荷，应考虑各组间最大负荷同时系数，9.0s =K ;
∑=∑ca P P 9.0/ca =1681.4KW
∑=∑ca Q Q 9.0/ca =1130.22var K 2
/2
//ca ca ca Q P S ∑+∑=∑=2025.96KVA
∑∑=
//cos ca
ca ca
S
P
?=0.83
2.4无功功率补偿
2.4.1提高功率因数的意义
1.提高电力系统的供电能力，在发、输、配电设备容量一定得情况下，用户的功率因数越高，则无功功率越小，所需视在功率越小，这样同样容量的配电设备，可向更多的用户提供电能。
2.减少供电网络中的电压损失，提高供电质量。用户功率因数越高，在同样有功功率的情况下，线路中的电流就越小，因而网络上电压损失也越小，用电设备的端电压就越高。
3.减少供电网络的电能损耗。在线路电压和输送的有功功率一定的情况下，功率因数越高，电流就越小，则网络中的电能损耗就越少。
可见，提高功率因数，充分利用现有的变电、输电和配电设备，保证供电质量，减少电能耗损，提高供电效率，因而具有显著的经济效益。 2.4.2提高功率因数的方法
1.正确选择并合理使用电动机，使其不轻载或空载运行，在条件允许时尽量选用笼形异步电动机。
2.合理选择变压器容量，适当调整其运行方式，尽量避免变压器空载和空载运行。
3.对于容量较大，且不许调速的电动机，尽量选用同步电动机，并使其运行于过激状态。因为同步电机运行于过激状态时呈容性负载，能补偿线路上其他感性负载的无功功率。
4.人工补偿法提高功率因数：对于自然功率因数不能满足要求，应采用人工补偿发来提高功率因数，且广泛采用并联电容器进行无功功率补偿。
2.4.3补偿后功率因数的计算及电容器柜的选择
1.补偿前1cos ?= 0.83 tan 1?=0.56 补偿后应达到2cos ?=0.92 tan 2?=0.39
则电容器所需的补偿容量∑-=)tan (tan 21/
??ca c P Q =285.84var K
2.接在380v 母线上，选用电容器型号为PGJ1-1型 BW0.4-14var K -3型。标称容量为14var K ，额定电压0.4KV 电容器，装在电容器柜中，每柜装6个，每个柜容量84Kvar ，则
电容器柜数：)
(..c n w c n c
U U q Q N =
=3.6
所以电容器柜数为4台
3.电容器的实际补偿容量：==2
.1).(
.c
n w q C U U N S Q 319.2var K 人工补偿后的功率因数：∑=-=1/c ca c Q Q Q 811.6var K
S 30=+=
∑2
'2
P c Q 1865.7 KVA
?cos = P ∑/S 30=0.923
所以电容器柜选用型号为PGJ-1型 BW0.4-14Kvar-3 无功补偿后生活区的计算负荷
表2-2补偿后负荷计算表
项目
?cos
计算负荷
30P / KW
30Q /var K
30S /KVA
30I /A
380V 侧补偿前负荷 0.83 1681.4 1130.22 1130 3434.1 380V 侧无功补偿容量
-811.6 380V 侧补偿后负荷 0.923
1681.4
454
1741.23
2646.25
第三章变电所变压器与主接线方案的选择
3.1 变电所的选择
3.1.1变电所选址的一般原则
选择生活区变、配电所的所址，应根据下列要求经技术、经济比较后确定：（1）接近负荷中心。
（2）进出线方便。
（3）接近电源侧。
（4）设备运输方便。
（5）不应设在有剧烈振动或高温的场所。
（6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧。
（7）不应设在厕所、浴室或其它经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相邻。（8）不应设在有爆炸危险的正上方和正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准GB50058—92《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规X》的规定。
（9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。
（10）高压配电所应尽量与临近建筑变电所或有大量高压用电设备的厂房和建在一起。
3.1.2变电所形式的选择
变电所有屋内式和屋外式两大型。屋内式运行维护方便，占地面积少。在选择生活区变电所的型式时，应根据具体地理环境，因地制宜；技术经济合理时，应优先选用屋内式。
负荷较大的地方，宜设附设式或半露天式变电所。
负荷较大的及高层建筑内，宜设在室内变电所或组合式成套变电站。
负荷小而分散的生活区，或需要远离有易燃易爆危险及有腐蚀性时，宜设独立变电所。如户外环境正常，亦可设露天式变电所。
此处我们设为-GB/T17467-1998/eqVIEC1300：1995高压/低压预装式变电站。
该变电站的用途：
由高压电器设备、电力变压器、低压电器设备和辅助设备组合而成的紧凑型成套配电装置。适用于额定电压35/10kV，10/0.4kV或6/0.4kV的三项交流系统中，作为接受和分配电能之用，特别适合于城市公用配电，高层建筑，住宅小区，工矿企业，港口，
油田，公园，高速公路及施工工地等场所，也可以将箱式变电站装于特制的拖车底盘上成为一个移动配电车，在变压器维修或出现故障时起替代作用。
特点：结构紧凑，成套性强，运行可靠，维护方便，造型美观和完善的“五防”功能等优点，占地面积小，选址灵活，移动方便，建站周期短，投资小。
表3-1变电站技术参数
序号
名 称 单位 参 数
1 额定电压 KV 1
2 2 额定频率 Hz
50 3 主回路额定电流 A 400～630A
4 4s 热稳定电流 KA 20
5 工频耐压 KV 42
6 雷电冲击耐压 KV 75
7 外壳防护等级 外壳IP43 8
变压器容量
KVA
50～2000kVA
3.2 变压器的选择
变压器选择的原则:
1、 应满足用电负荷对供电可靠性的要求。
2、 对季节负荷或昼夜负荷变动较大现而宜于采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。
3、对于三级负荷集中负荷较大者，虽为三级负荷，也可采用两台以上的变压器。
4、 在确定变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。 按需用系数法分别计算出各楼的计算负荷：
根据供电可靠性考虑选择两台变压器，变压器的容量为：
SNT ≥ST= tp K Sac=0.75×1741.23=1306KVA;tp K 为故障保证系数。
考虑20%的富裕容量，两台变压器平均分配供电，查表确定选择两台SC9-1000/10的变压器。
表3-2 SC9-1000/10的变压器技术参数
型号
额定容量
额定电压
联结组标
损耗/W
空载电
阻抗电
号流% 压高压低
压
空载负载
SC9-1000/10 1000
6；
10；0.4 Yyn0
Dyn11
1550 7600 1 6
3.3 供电系统接线方案的选择
3.3.1主接线方案设计
供配电系统主结线是指有开关电器、电力变压器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器、等的电路。
主结线可分为有母线结线和无母线结线两大类。有母线结线又可分为单母线结线和双母线结线；无母线结线可分为单元式结线、桥式结线和多角形结线。中、低压系统中主超级大要采用单母线结线、单元式结线和桥式结线。
主接线的基本要求：安全性，可靠性，灵活性，经济性。
(1)开关电器的组合方式及操作顺序
①开关电器的组合方式.
②开关电器的操作顺序 .
(2)单母线不分段结线通常有两种情况：a单进线回路，b双进线回路。双进线回路有三种运行方式：即双电源并列运行、双电源一用一备运行、电源一进一出运行。
单母线分段结线通常有三种运行方式，即：双电源并列运行、双电源分列运行和双电源一用一备运行。
单母线带旁路结线主结线中有两条母线，一条为主母线，一条为旁路母线。主要用于出线回路较重要，不允许停电检修断路的场合。利用旁路母线每次只能不停电检修一条出线回路。
无母线的主结线常见的有两种，即：单元式结线和桥式结线。
供配系统网络
供配电网络是指由电源端向负荷端输送电能时采用的网络形式。
供配网络的分类主要的类别有放射式、树干式和环式以及由上述三种形式派生出来的其它形式。
（1）放射式网络结构
①单回路放射式. ②双回路放射式 . ③带公共备用线的放射式
树干式网络结构
①单回路树干式. ②双回路树干式
环式网络结构
①单环式网络结构
②双环式网络结构
各种网络结构的供电可靠性及适用对象
高压系统常见网络结构形式有环式结构、放射式结构和树干式结构。
低压系统常见的网络结构有放射式结构和树干式结构。
主接线方案设计
技术经济比较包括三方面的内容：技术指标、经济计算、有色金属消耗量。
技术指标；（1）供电电能质量；（2）运行管理、维护检修条件；（3）交通运输及施工条件；（4）分期建设的可能性与灵活性；（5）可发展性；（6）其他方面的有利与不利条件。
经济计算包括以下五项；（1）基建投资费用, （2）年运行费用。
有色金属的消耗量
技术方案与方案确定
对于配电系统，由于总降压变电所位置不同或配电路的路径和结构不同，可以提出很多设计方案，当拟定的各方案按同等的条件经计算得出各项指标后，应尽可能选择投资少，技术性能较好的方案。
如果两个方案在技术上相当，则一般应优先采用投资和年运行费用均较小的方案。由于该园区供电X围小，供电距离短，都是三级负荷。本设计采用的是单母线分段式。
3.3.2电缆的选择
电缆线路与架空线路相比，虽然具有投资大，查找故障困难，维护检修不便等缺点，但是它具有不受外界影响，不占地面空间，不影响市容观瞻，使用安全可靠等优点，而且电缆可在地下，水中，隧道中，有火灾危险有爆炸危险和化学腐蚀的场所铺设，所以在不宜架设架空线路的地区和不准架设架空线路的场所，如房屋，风景区，受空间限制的工厂厂区，有爆炸，火灾。腐蚀的场所均应采用电缆线路。
电缆材料的分类
电力电缆按绝缘材料可分为纸绝缘电缆，橡胶绝缘电缆，塑料绝缘电缆三种。
本次设计采用塑料绝缘电缆，根据负荷统计共用16根电缆
表3-3电缆的选择