供配电设计 计算书
供配电课程设计
设计题目：某工厂办公楼供配电系统设计所在学院：电气工程与控制科学学院
专业：电气工程及其自动化
班级：浦电气1303
学生姓名：
指导教师：丁玉林
起讫日期： 2016-06-20～2016-07-03
2014年 06月16日
第一章建筑概况
建筑工程的电气设计中，需要讲究设计的可操作性、延续性、系统性和整体协调性。本次设计的电气系统包括：变配电系统，照明系统，消防系统，通过理论和实践相结合，提高分析问题和解决问题的能力;学会使用规范及有关的设计资料，掌握设计的基本方法。
设计题目及建筑概况
设计题目
某工厂办公楼供配电系统设计
建筑概况
本建设项目为南京市厂区内办公楼建筑，该建筑由地面上11层、局部地下1层组成，建筑面积27464m2，建筑高度，属2类高层建筑。该建筑地下1层为水泵房及备用设备房，地上1层为开敞式办公用房及部分设备用房（含变配电所），2层为内部食堂及部分办公用房，3～5层为开敞式办公用房，6～11层为办公及会议用房。
设计目的和意义
1）掌握变配电系统设计的理论知识，方法程序，技术规范。
2）学会对变配电所的高低压系统的设计及相关设备的选择。
3）学会合理的布置变配电所内的设备。
4）会用设计规范、规程、设计手册及有关资料进行正确设计。
5）懂得利用产品样本进行设计及设备选型。
6）培养创新意识和获取新知识的能力以及树立起严谨、认真、实事求是、刻苦钻研、团结协作的工作态度。
设计原则
1.安全。设计阶段应首先充分注意安全用电问题，要从生命、设备、系统及建筑等方面全面考虑。
2.可靠。体现在供电电源和供电质量的可靠性。
3.合理。一方面要符合国家有关政策和法令，符合现行的行业行规要求，另一方面要符合建筑方的经济实力、运行维护及扩充发展等的要求。
4.先进。杜绝使用落后、淘汰设备，不使用未经认可的技术，要充分考虑未来发展。
5.实用。考虑降低物耗，保护环境，综合利用等实用因素。如提高功率因数，深入负荷中心，选用高效电光源，选用节能开关等等。
设计依据和设计程序
设计依据
1.国家现行的有关规范、规程及相关行业标准：
《10KV及以下变电所设计规范》GB50053-94；
《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）；
《民用建筑电气设计规范》JGJ/T 16-2008；
《供配电系统设计规范》GB50052-95；
《低压配电设计规范》GB50054-95；
《建筑照明设计标准》GB50034-2004；
其他有关现行国家标准、行业标准。
2.建筑及有关专业提供的方案文本、图纸及资料。
设计程序
1.制定设计方案。确定建筑物供配电方案，照明方式及保护设备控制方式等
2.确定方案后，绘制施工图。
3.进行设计计算，选择设备容量、整定值、型号、台数等编写书。编写设计计算书。
设计内容
（1）低压配电干线系统设计
（2）10KV 变配电所电气主接线图设计
（3）变配电所设备平面布置
（4）短路计算及其各种校验含：高低压系统短路计算，相关设备、导体的动稳定度、热稳定度校验，相关设备、导体的过电流保护校验，相关线路电
压损耗校验.
（5）（选做）防雷系统设计（在课程设计小结中用文字叙述即可）
第二章方案设计
负荷等级
该工程属一类高层建筑，用电多为二、三级负荷，用电负荷分级如下：二级负荷：-1~11楼应急照明，客梯，火灾自动报警设备，电视监控、计算机网络设备，应急消防设备，消防电梯，消火栓泵，喷淋水泵，潜污泵等。
三级负荷：-1~11楼一般照明，-1~11楼新风机组，空调机组，货梯，屋顶正压风机，2楼厨房电力，生活水泵等。
变配电所系统
（1）高压供配电系统中，为了保证整个系统的供电可靠性，拟采用高压母线分段联络的供电方式。
（2）低压配电系统中为保证本工程的二、三级负荷供电可靠性，拟采用低压母线分段联络的供电方式，并拟用TN-S系统。
（3）为保证本工程二级负荷的供电可靠性，单独设立柴油发电机低压配电系统，此系统与低压配电系统采用分裂运行的方式，不联络。
（4）根据本工程实际需要拟将变电所设置在一层。
（5）根据相关规定，同时为了提高在变配电所工作的安全可靠性，拟采用接地线同基础主筋可靠焊接的方法，对整个变配电室采用等电位系统。
变配电室设计的要求
（1）变配电所设计应该根据工程特点，规模和发展规划，正确处理近期建设和远期发展的关系，远近结合，以近期为主，适当考虑发展的可能。
（2）变配电所设计应该根据负荷特点，合理确定设计方案。
（3）变配电所设计采用的设备应该符合国家或行业的产品技术标准，并应优先选用技术先进，经济适用和节能的成套设备和定型产品，不得采用淘汰产品。
变电所位置选择的要求
根据《10KV及以下变电所设计规范》中第条，变电所位置的选择，应根据下列要求经技术、经济比较确定：
（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场所；
（6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离室，不应设在污染源盛行风向的下风侧；
（7）不宜设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不与上述场所相贴邻；
（8）不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有保证或火灾危险环境的建筑毗邻时，应符合先行国家标准《保证和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定； （9）不应设在地势低洼和可能积水场所。
本工程变配电室设置在地下一层，根据第条，可设组合式成套变电站，且设置单独值班室。根据房间几何图形及变配设置的规格设置变压器及高低压开关柜等的方位，见电施图。
变配电所接地
根据相关规定，变配电所接地线与基础结构主筋可靠焊接，且保证接地极电阻≤4Ω，变配电所整体采用10×40的镀锌扁钢进行等电位连接，具体接线见接地平面图。
第三章 负荷计算
负荷计算
计算方案中涉及到的公式：
N
30302
30230303030e d 303U S I Q P S tg P Q P K P ?=
+==?=φ
30P
式中 d K ：需要系数； e P ：用电设备组的设备容量，单位kW ；
30
P ：计算有功功率，单位kW ；
30
Q ：计算无功功率，单位kvar ；
30S ：计算视在功率，单位kVA ； tg ：电气设备功率因素角的正切值；
N
U ：电气设备额定电压，单位为kV ；
30
I ：计算电流，单位为A ；
负荷数据：
负荷计算
一般照明：
A
2.188638
.073.11240
I KVA 1240744992S Kvar 74475.0992Q KW 9928.0)53010640424140(P 13022130130130=?=
=+==?==?++++=
）（）（）（）（）（
普通动力设备：
A
7.67838
.073.12
.446I KVA 2.4461.28148.346S Kvar
1.281Q KW 48.3464.015020102
2.0405.0240228.08.4P 13022130130130=?=
=+===?+++?+??+??=）（）（）（）（
应急消防设备：
A
25138
.073.1165
I KVA
165S KW
16589204201022P 130130130=?=
==+++++=）（）（）（
取本大楼同时系数：9.0K p =∑ 95.0K q =∑
无功功率补偿
由以上计算可得一台变压器视在计算负荷为：S= 去除非常用的应急消防设备的视在计算负荷为：S= 这时功率因素为：cos φ==
为使高压侧功率因素≥，则低压侧补偿后功率因素因高于，
取：cos φ=。要使低压侧功率因素由提高到，则低压侧需装设的并联电容器容量为：
Q=*=243kVA
取：Q=256kVA 选用两台128kVA 的电容补偿柜。 则补偿后变电所低压侧视在计算负荷为：
计算电流30I 2513A 30.38
=
=?
补偿后的功率因素为：1498
cos 0.911654
?=
=’ 满足（大于）的要求。
变压器功率损耗为：
r 3030P 0.01S 0.01190819kw 0.05S 0.05190895.4kvar r Q ?≈=?=?≈=?=
变电所高压侧的计算负荷为：
A
1.96KV
103KVA
1664I K 166********S var K 724var K 5.94var K 575.5-1205
K 1498K 19K 1479P 13022130130130=?=
=+==+==+=
VA Q W
W W
变压器选择
变压器型式及台数选择
本工程高层民用住宅建筑，防火要求较高，且为减少占地面积，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 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 。应为本工程采用双电源双回路供电，故选用两台变压器。
变压器容量选择
本工程视在计算负荷为1654KVA,设计为单母线分段接线方式，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SCB10-1250/10。
KVA KVA KVA S NT ）（8.1157~4.9921654)7.0~6.0(')7.0~6.0(S 30=?==
kVA 452S S NT =≥I I +I
所以选择变压器容量为1250KVA.
计算电流：A KV KVA U N 2.72)103/(1250)3/(S I NT 30=?=?=
变压器主要参数
第四章 短路电流计算
短路电流计算的目的及方法
短路点利益计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。
进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点，短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电器元件有最大可能的短路
电流通过。
接着，按所选择的短路计算点绘制等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。
短路电流的计算
本住宅的供电系统见图4-1。
图4-1 本住宅供电系统图
计算高压10KV 母线上K-1点短路和低压380V 母线上K-2点短路的三相短路电流和短路容量。
本设计采用标幺值发进行短路电流的计算。 （1）确定基准值
取：V V VA K 4.0U K 5.10U M 100S 2c c1d ===，， 所以：
KA V
VA KA V
VA
00.144K 4.03M 100U S I 50.5K 5.103M 100U S I 2c d 2
d 1c d 1d =?===?==
（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值： 1）电力系统的电抗标幺值：
167.0M 600M 100X *1
==VA
VA
2）架空线路的电抗标幺值：
由电线的型号LJG-240，查表得：km 132.0X 0Ω=
60.0K 5.
10M 100k 5)km (132.0X 2
*2=??Ω=）（V VA
m 3）电力变压器的电抗标幺值： 由所选变压器技术参数得6%U K =? *d K 3NT S U %6100M X 4.8100S 1001250K VA
VA
??=
==?
可绘得等效短路电路图如图4-2所示：
图4-2 等效电路图
（3）计算K-1点短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1）总电抗标幺值： 767.06.0167.0X X X
*2*1*
1-=+=+=∑
）
（K
2）三相短路电流周期分量有效值： A A
K 17.7767
.0K 50.5X I I *1-k d131-K ==
∑
=
）（）
（
3）其它三相短路电流：
A
A A A A K 83.10K 17.751.1I K 28.18K 17.755.2i K 17.7I I I 3sh 3sh 31-K 33=?==?====∞）（）
（）（）（）（’’
4）三相短路容量： VA VA
M 39.130767
.0M 100X S S *1-K d 31-K ==
∑
=
）
（）
（
（4）计算K-2点短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1）总电抗标幺值： *
***123K-2X
X X X 0.1670.6 4.8 5.567=++=++=∑
（） 2）三相短路电流周期分量有效值：
3d2K-2*K-2I 144KA
I 25.87K X 5.567
A =
=
=∑
（）
（）
3）其它三相短路电流：
333K-13sh 3sh I I I 25.87K i 1.8425.87K 47.59K I 1.0925.87K 28.20K A A A A A
∞====?==?="（）（）（）
（）
（）
4）三相短路容量： 3d K-2*K-2S 100M S 17.96X 5.567
VA
MVA =
=
=∑（）
（）
第五章 设备选择
高压开关柜的选择
高压开关柜用在高压电力系统中，作电能接受和分配的通、断和监视及保护之用。
根据本工程变压器使用环境是户内，工作电压是10kV ，为了提高设备工作可靠性要求，本工程确定使用手车式开关柜，额定工作电压为12kV 的KYN28A 型高压开关柜。开关柜大小为800×2200×1500（mm ）。
高压断路器的选择
高压断路器是供电系统最重要的设备之一，采用成套配电装置，本处断路器选择户内型号。又因为本次电压等级为35KV 以下，断路器应选用真空断路器。
根据变压器二次侧的额定电流来选择断路器的额定电流： 计算电流：A KV KVA U N 2.72)103/(1250)3/(S I NT 30=?=?=
查表可知，选择 VD4-12/630型真空断路器，其有关的技术参数及安装地点的电气条件和计算结果如下表，从中可以看出断路器的参数大于装设地点的电气条件，故选断路器合格。
高压熔断器的选择
熔断器熔体的额定电流应大于变压器低压出口处三相短路电流或等于变压器额定电流的~2倍，故选用RN2-10型高压熔断器。
电流互感器选择／10P 10 150／5型号 电压互感器选择JDZ10型号 接地开关选择JN15-12／型号 带电显示装置选择GSN-10／T 型号
低压设备选择依据
低压断路器选择依据
（1）满足工作电压要求，即：N r U U = W m U U ≥
式中 m U ----------开关电器最高工作电压； W U ----------开关电器装设处的最高工作电压； r U ----------开关电器额定电压； N U ----------系统的标称电压。
（2）满足工作电流要求，即：C I I ≥r
式中 r I ----------开关电器额定电流； C I ----------开关电器装设处的计算电流。
（3）满足开关电器分断能力的要求 断路器应能分断最大短路电流
max 3k I I ）
（≥br
低压侧取断路器为断能力≥30KA
根据AH-6B 系列塑料外壳式断路器样本选择断路器 考虑2~3级配电，根据规范，取Ir 比末端Ir 大2~3级 低压电流互感器选择依据
（1）满足工作电压要求，即：N r U U = W m U U ≥
式中 m U ----------开关电器最高工作电压； W U ----------开关电器装设处的最高工作电压；r U ----------开关电器额定电压； N U ----------系统的标称电压。
（2）满足工作电流要求，应对一、二次侧分别考虑 1）一次侧额定电流Ir1： Ir=（~）Ic 2)二次侧额定电流It ： Ir=5A
线缆选择依据
根据规范，一般取r al I I ≥
低压设备选择
导线校验
低压配电线路大多采用绝缘导线或电缆，此处绝缘导线芯线材料选择铝芯；此次布线在室内，环境温度取30℃，选用塑料绝缘材料较为合适。故选择BLV-塑料绝缘铝芯线，敷设方式选择暗敷，穿硬塑料管。
以用户为例
(1)线路中电流的计算
由上表可得，计算电流为。
（2）相导体截面选择
因为是三相四线制线路，查表得4根单芯线穿硬塑料管的参数，每相芯线
截面为270mm 的YJV 型导体，在环境温度为30℃时允许载流量为164A ，，导线正常最高允许温度为90℃。
温度校正系数：
04.130
9025900'0=--=--=θθθθθ
al al K
导线的实际允许载流量为：
A I A I K I c al al
5.1435
6.17016404.1'=>=?==θ
所以，所选相截面270mm 满足允许载流量要求。 （3）中性导体0S 选择
按照?S S 5.00≥要求，选择2
35mm S =。
故选导线YJV-3×70+1×35。
低压开关柜选择
低压开关柜用在低压电力系统中，作为低压配电系统。
低压开关柜选用GCS 型号的开关柜，本工程所选用的低压开关柜外形尺寸为800×2200×1000 mm ,模数单位E=25mm ，该产品具有设计紧凑、以较小的空间容纳较多的功能，垂直母线采用 高强度阻燃型功能隔离版进行保护，具有抗电弧的能力。与室之间用镀锌钢板或高强度阻燃塑料功能板相互隔离，各室作用相对独立，上下抽屉功能单元之间有通风口的金属板隔离，有效防止电器元件因故障引起的飞弧与母线或其它线路短路造成的事故。根据低压侧短路电流计算及一次侧计算电流选择低压出口断路器为AH-6B 系列塑料外壳断路器。
熔断器熔体的额定电流，不应大于电缆或穿管绝缘导线允许载流量的2.倍，长长延时过电流脱扣器的整定电流应根据返回电流而定，一般不大于绝缘导线、电缆允许载流量的倍。