某办公楼计算书课程设计论文.docx

建筑供配电课程设计计算书 建筑供配电课程设计计算书摘 要21世纪，电子技术计算机网络技术，自动控制技术和系统工程得到空前的高速发展，并渗透到各个领域，深刻的影响着人类的上产方式和生活方式，给人类带来了前所未有的方便和利益。虽然电能带来了巨大利益，但是电能的安全输配还是至关重要的，生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。对于普通居民楼供电系统的核心部分是配变电室。因此，设计和建造一个安全、经济的配变电室，是极为重要的。此配变电所供电设计包括：负荷归类、主接线方案、负荷计算、配变电所主变压器台数和容量、型式确定、进出线的方案选择、无功功率补偿、短路计算和开关设备选择、地下配变电线路布线方案确定、线路导线及其配电设备和保护设备选择。本次设计作为蓝天集团办公楼，采用了两路市电进线，两台变压器供电，低压侧采用单母线分段联络方式，并有柴油发电机作为备用，柴油发电机供一二级负荷供电，提高了供电可靠性；在低压配电系统中采用放射式与树干式相结合，巧妙地利用将这两种方式的优点，同时提高了供电的经济性，避免材料浪费，符合科学发展，适合于未来时代的发展，具有一定的参考意义。关键词：输配电 配变电所 变压器 等电位接地目录第1章 绪论11.1设计题目及工程概况21.1.1设计题目21.1.2工程概况21.2设计目的21.3设计原则和设计要求21.3.1设计原则21.3.2设计要求21.4设计依据和设计程序21.4.1设计依据21.4.2设计程序31.5设计任务及范围3第2章 方案论证42.1负荷等级42.2供电电源52.3配变电所系统5第3章 负荷计算63.1负荷计算的依据和目的63.2需要系数法计算6-93.3系统无功补偿计算10-11第4章 高低压设备选择及要求124.1变压器的选择124.2高压开关柜的选择124.3高压断路器的选择124.4低压开关柜选择134.5低压断路器选择134.6互感器的选择134.6.1电流互感器的选择13-144.6.2电压互感器的选择154.7电缆的选择16第5章 配变电所设计175.1配变电所设计的要求175.2配变电所位置选择的要求175.3配变电所的布置175.3.1高压柜平面布置175.3.2低压柜平面布置185.4配变电所接地18小结19参考文献20第一章 绪论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为变配电系统，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。1.1设计题目及工程概况1.1.1设计题目长春市蓝天集团办公楼配变电所1.1.2工程概况长春市蓝天集团办公楼配变电所,共七层，设有地下一层，地上六层，框架结构，桩基础。总建筑面积为19717，其中地下2173，地上17544，为二类办公建筑。建筑高度为20.80m。 地上部分主要为公用大厅、办公室、会议室等，地下部分主要为车库、设备用房等。1.2设计目的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）学会天正电气、cad、word等软件的使用。 5）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。1.3设计原则和设计要求1.3.1设计原则1.安全性：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.可靠性：体现在供电电源和供电质量的可靠性。3.合理性：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.先进性：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.实用性：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。1.3.2设计要求在本次建筑变配电所的设计中，我们要学会用自己所学的理论知识与认识实习的感性认识，对本次设计做合理分析，论证，并根据设计任务书的要求和工作计划，在老师的指导下，来合理分配各个阶段的工作量，妥善安排时间。在进行方案论证中，小组同学之间，应集思广益，通过小组讨论并在教师的指导和帮助下，取得合理有据的方案，在设计过程中，要学会积极思考，求同存异的分析问题，解决问题，以取得设计满足实际问题的需要和要求方案。所有变配电系统图纸的绘制必须符合国家有关最新标准规定，包括线条，图形符号及图纸的折叠和装订等。1.4设计依据和设计程序1.4.1设计依据1、国家现行的有关规范、规程及相关行业标准：1）民用建筑电气设计规范jgj/16-20082）高层民用建筑设计防火规范gb50045-953）10kv及以下变电所设计规范gb50053-954）建筑物防雷设计规范gb50057-20105）住宅建筑规范gb503682005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。1.4.2设计程序1.制定设计方案。确定建筑物供配电方案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。1.5设计任务及范围本工程设计包括以下电气系统:1）10/0.4kv变配电系统高压低压、配电系统的设计；2）设备计算与选择；3）配变电所布置图；4) 防雷接地；5）计算书；第二章 方案设计与论证2.1负荷等级本工程中消防系统设施电源、应急照明、电梯等为一级负荷。主要办公室电源为二级负荷。生活水泵、照明等为三级负荷。2.2供电电源由市电网引两路10kv电源至地下室高压配电柜作为主电源（采用两个1000kva干式变压器sc9-1000、另设地下室发电机组一套，为一级动力负荷做备用电源）。高压柜电源进线采用nh-yjv223*35电缆埋地引来、低压柜电源进线采用100x10裸母线,线制采用tn-s系统。地下一层设有变电所。本工程采用混合式供电（放射式加树干式）。我们对电气主接线拟订了3个方案进行比较。a方案：两台干式变压器（10/0.4kv）直接接入电力系统，高压侧母线分段联络，低压母线不分段，大楼的应急照明和相关消防用电来自于自备柴油发电机组的电源母线。b方案：两台干式变压器（10/0.4kv）直接接入电力系统，高压侧母线分段不联络，低压侧分段联络，每台变压器均能承担相应部分负荷，其中一级和二级负荷均有一用一备电源，大楼的应急照明和相关消防用电来自于自备柴油发电机组的电源母线。c方案：选用两台干式变压器（10/0.4kv）直接接入电力系统，高压侧母线分段联络，其中两台变压器低压母线分段联络，每台变压器除能承担相应部分负荷外还可以承担另外一台变压器回路中的重要负荷，能保证电源和变压器都互为备用；大楼的应急照明和相关消防用电来自于自备柴油发电机组的电源母线。三种方案比较：最佳方案应选择c方案。c方案的主接线图如下：2.3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一、二级负荷供电可靠性，拟采用低压母线分段联络的供电方式，并拟用tn-s系统。（3）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联络运行的方式。（4）根据本工程实际需要拟将变电所设置在地下一层。（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。第三章 负荷计算 3.1负荷计算的依据和目的系统的构成依赖于系统中的每个设备的确定，以及这些设备必须满足在正常负荷电流作用下长时间安全运行的要求。在负荷计算中，除了以存在的同类型负荷为依据外，还应考虑由于经济的发展，人们生活水平提高所带来的用电量的增加。 3.2需要系数法计算 本建筑等级为二级，电气符合估算采用了符合密度法并考虑其最大符合的同期系数。本工程采用低压电容器作为无功补偿，以提高符合的同期系数。电气符合计算结果如下：用电设备安装总容量：t1: 设备功率pe=574.2kw；需要系数kx=0.9，计算容量pjs=kxpe=516.78kw,无功功率qc=483.60kvar,功率因数cos=0.73,计算视在功率 sc=707.76kva ，计算电流ic=1075.33a,t2: 设备功率pe=528.8kw；需要系数kx=0.9，计算容量pjs=kxpe=475.92kw,功率因数cos=0.75 无功功率qc=425.87kvar,视在功率sc =638.64kva ，计算电流ic=970.31a,设置两台800kva的干式变压器，柴油发电机柴油发电机cummins(康明斯)kta50g3330kw/0.4/0.23kv。供电电源：本工程市政引两路专用10kv电源供电，低压侧单母线分段结线，互为备用，任一路电源均能负担全部负荷。高压系统电压等级为10kv，低压系统电压等级为220v/380v。利用上述公式对本工程的总负荷进行计算，具体数值如下。负荷115的计算值（1#和2#变压器低压出线）： 表1负荷编号11#21#31#41#51#62#72#82#92#102#112#122#132#142#152#负荷名称空调机组冷水泵一楼照明二楼照明三楼照明四楼照明五楼照明六楼照明负一层照明装饰照明消防中心消防水泵排烟机事故照明电梯设备容量/kw25037.69696189.612610352122411.2134311125功率因数0.80.430.80.80.750.810.720.550.80.80.80.740.890.730.89回路数/个211111111112222一变压器t1所在回路的计算负荷：1.计算d1d5点的负荷： 表2计算点设备容量/kw功率因数计算无功功率qc/kvar计算视在功率sc/kva计算电流ic/ad12050.8153.75256.25389.33d237.60.437987.5132.94d3960.872120182.32d4960.872120182.32d5189.60.75168.9253.9385.762.计算c1点的计算负荷： 表3计算点成组设备计算有功功率pc/kw成组设备计算无功功率qc/kw需要系数kd计算有功功率pc/kw计算无功功率qc/kvar计算视在功率sc/kva计算电流ic/ac1*205+37.6+96+96+189.6=624.2153.75+79+72+72+168.9= 545.651624.2545.65829.071259.64c1*的计算结果未计及补偿，补偿后的计算负荷如下表： 表4计算点补偿前功率因数cos1补偿后功率因数cos2无功补偿容量qcc/kvar实际补偿容量/kvar( 9台，16kvar/台)补偿后计算有功功率pc/kw补偿后计算无功功率qc/kvar补偿后计算视在功率sc/kva补偿后计算电流ic/ac10.750.93274.64288624.2261.30676.681028.113.计算b1点的计算负荷：b1点的计算负荷就是c1点的计算负荷加上变压器t1的功率损耗。根据c1点的计算视在功率，可对变压器进行选择，选择变压器额定容量1000kva。 表5空载损耗po/kw短路损耗pk/kwuk(%)i。(%)变压器有功损耗/kw变压器无功损耗/kvar计算有功功率pc/kw计算无功功率qc/kvar计算视在功率sc/kva计算电流/ab11.810.361.57.145.6631.3306.9701.951066.50二变压器t2所在回路的计算负荷：1.计算g1g10点的负荷： 表6计算点有功功率/kw功率因数计算无功功率qc/kvar计算视在功率sc/kva计算电流ic/ag11260.8392.1 156.1 237.17g2 1030.72100.6144218.79g3520.5575.995 144.34g4120.891522.79g5240.8183045.58g611.20.88.41421.27g71340.74120.9180.5274.24g8310.8916.23553.18g9110.7310.21522.79g10250.8912.62842.542.计算c2点的计算负荷： 表7计算点成组设备计算有功功率pc/kw成组设备计算无功功率qc/kw需要系数kx计算有功功率pc/kw计算无功功率qc/kw计算视在功率sc/kva计算电流ic/ac2*528.8473.181528.8473.18709.61078.13c2*的计算结果未计及补偿，补偿后的计算负荷如下表： 表8计算点补偿前功率因数cos1补偿后功率因数cos2无功补偿容量qcc/kvar实际补偿容量/kvar(18台，16kvar/台)补偿后计算有功功率pc/kw补偿后计算无功功率qc/kw补偿后计算视在功率sc/kva补偿后计算电流ic/ac20.750.93253.83288528.8173.34557.75847.41b2点的计算负荷就是c2点的计算负荷加上变压器t2的功率损耗。根据c2点的计算视在功率，可对变压器进行选择，选择变压器额定容量800kva， 表9空载损耗po/kw短路损耗pk/kwuk(%)i。(%)变压器有功损耗/kw变压器无功损耗/kvar计算有功功率pc/kw计算无功功率qc/kvar计算视在功率sc/kva计算电流/ab21.557.561.55.235.52534.00208.86573.40871.1833 系统无功补偿计算本工程采用自动补偿的方式对系统进行无功补偿。由于采用的是单相无功功率补偿，因此每相的电容器台数应该相等。补偿容量计算公式： 电容器所使用台数应满足电容器台数需要补偿的无功功率，kvar计算负荷，kw补偿器功率因数补偿后功率因数 计算有功功率：取同期系数=0.9电容补偿：采用abb（盈泰）电容clmd43/15 kvar 400v 50hz电容器补偿。欲使补偿后达到0.93以上，则补偿后的无功功率为：=tan（arccos0.93）。即：需要补偿的无功功率为：t1：qc1 = qc-=137.33,实际补偿916kvar=1144kvar,功率因数为0.932满足要求。t2：qc2= qc-=253.83kvar，实际补偿1815kvar=288kvar,功率因数为0.948，满足要求。 补偿后的视在功率： t1: sc=694.14.40kva. t2: sc=573.40kva 计算电流：ic=. t1 : ic=1054.63a. t2 : ic=871.18a. 电容补偿后的功率因数：t1 : =0.932. t2 : =0.948.其它补偿选择也按以上方法。第四章 高低压设备选择及要求4.1变压器选择由公式： sc=pc/cos=sc/sr式中 sc变压器计算容量kva sr变压器额定容量 pc计算负荷kw变压器负荷率（本次设计按照有关规定变压器负荷率应该取值应小于70%）cos补偿后的功率因数拿1#变压器选用为例：根据前面计算 sct2=690.86kvasr= =690.86/0.7=987kva因此选用型号为sc9-1000/10/0.4干式变压器，额定容量为1000kva，该变压器设有强制风冷系统及温度监测及报警装置。 根据以上方法2#变压器用型号为sc9-800/10/0.4干式变压器，额定容量为800kv。4.2 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，安装在地下1层配变电室，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，kyn5-10高压开关柜，该开关柜外壳防护等级为ip2x，安全可靠，维修方便，各小室和断路器室门打开时的防护等级时ip2x，具有架空进出线、电缆进出线及其它功能方案。4. 3 高压断路器的选择高低压断路器是供配电系统中最重要的开关设备之一，它能在事故情况下迅速地断开短路电流，防止事故扩大。ah3高压柜的wb1出线回路进行短路电流计算：变压器t：x1=（uk%100 ）（u2r sr。t ）1k2=6m电缆: 100m 根据查表得:ro=0.753 m/m,xo=0.078 m/mr2=0.753x100=0.0753 x2=0.078x100=0.0078x=x2+x1=0.0198 r=0.0753 ，所以z=0.16 ik t2（3）=0.4(1.7320.16)=1.443 ka ik t13 =1.443 ka ish=2.041ka ik t13=1.443 ka ik3max=1.52 ik t13=0.082 ka高压断路器除了进行正常的投切操作外，还必须能够对故障的短路电流进切断操作，所以必须能够承受的住短路冲击电流和短路过程中的热能作用。工程采用安全系数较高的vd4高压真空断路器。其它高压断路器选择也按以上方法，具体见高压供配电系统图。具体数值对比见下表：项目安装地点电气条件vz1-10/630判断电压校验un=10kvur=10kvun =ur合格电流校验ic=38air=630 aic ir合格分段能力校验ik3=0.054kaibr=16 kaik3 ibr合格动稳定校验ish=0.137 kaimax=40 kaish imax合格热稳定校验ik3max=0.082 kaibr=16 kaik3max ibr合格其它回路计算见图4.4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mns-b型号的开关柜，本工程所选用的低压开关柜外形尺寸为100010002200mm,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。单元各馈电柜具体小室高度见低压配电系统图4.5低压断路器选择由公式：un =uric irik3 ibr式中 un工作电压， vur额定电流，vic计算电流，air额定电流，aik3 三相短路电流，aibr分段电流，a低压侧al9柜的wp2回路进行短路计算：计算短路电路元件的电抗： 高压系统的电抗，由于高压系统认为容量sk=700mva则折算到低压侧zs= =0.23m变压器阻抗zt=xt= =9.6m变压器的电阻rt=1.875m变压器的电抗xt=11.85m高压侧线缆的电阻r=0.0753高压侧线缆的电抗x=0.0198电缆相线的电阻r7=0.43850=22m电缆相线的电抗xl=0.16150=15m计算短路点阻值z=0.11k点的三相短路电流 ik=2.3 ka ish=1.4141.001ik=3.26ka ish=1.001ik=2.3ka根据上面高压断路器选择校验方法，该回路选用dz20h-100断路器。本工程其它低压断路器选用dz20h-630系列低压断路器，其它断路器选择也按照以上方法，具体见低压配电系统图。4.6 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：ur=unumuw式中 um电流互感器最高工作电压； uw电流互感器装设处的最高电压； ur电流互感器额定电压；un系统标称电压；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： ir1ic式中ic线路计算电流。（b）二次侧额定电流ir2： ir2=5a3）准确度等级由于考虑到仪表指针在仪表盘1/22/3左右较易准确读数，因此： ir1=（1.251.5）ic以低压配电柜1aa中wp2回路为例：由于 ur=380v ic=130.94 air1=（1.251.5）ic=166.18199.41a本工程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，因此选用电流互感器lmz1-200。其它电流互感器选择按以上方法选择，具体见本工程供配电系统图。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=unum1uw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本工程高压供配电系统中ur1=10kv,因此选用电压互感器jdz-10/0.1kv。其它电压互感器选择按照以上方法，具体见系统图。4.7电缆的选择电缆选择至少要满足三个条件：1）满足发热条件：ialic；2）满足电压损失u%5%；3）满足机械强度条件 铜芯电缆smin1mm2；低压柜1aa柜的wp2回路的电缆选择：经计算ic=130.94a，因此拟定yjv- 4*35+1*25的电缆、实测50m，ial=166a，（35，空气敷设）则满足要求;u%=（pr+qx）/u =37.50.002150+28.130.00008250）/380=0.28%，0.28% 5%,则满足要求；所选导线横截面积是50mm2，显然满足机械强度的要求。根据前面计算，故选用yjv- 4x50+1x25，作为输出回路电缆。其它电缆选择按照以上方法,具体电缆选择见本工程的系统图。第五章 配变电所设计5.1配变电室设计的要求 （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。5.2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2.0.1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4.1.1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。5.3.配变电所的布置5.3.1高压柜平面布置一路10kv电缆从建筑中间穿管埋地引入设在地下一层的电缆分界室，经技术经济考虑，高压柜设在配电室北侧，靠近分界室侧，高压柜配电室内各种通道最小宽度应符合表3-6的规定：表3-6 高压配电室内各种通道最小宽度（mm）开关柜布置方式柜后维护通道柜前操作通道固定式手车式单排布置8001500单车长度+1200双排面对面布置8002000双车长度+900双排背对背布置10001500单车长度+1200注：固定式开关柜为靠墙布置时，柜后与墙净距应大于50mm，侧面与墙净距应大于200mm；通道宽度在建筑物的墙面遇有柱类局部凸出时，凸出部位的通道宽度可减少200mm。 当电源从柜（屏）后进线且需在柜（屏）正背后墙上另设隔离开关及其手动操动机构时，柜（屏）后通道净宽不应小于1.5m，当柜（屏）背面的防护等级为ip2x，可减为1.3m。变压器平面布置 由配电装置的布置和导体、电器、架构的选择，应符合正常运行、检修、短路和过电压等情况的要求。变压器设在高压开关柜右侧。配电变压器高压侧采用开关柜控制，按宽面推进安装。 本工程设置两台变压器，其之间的净距为3300mm以满足安全运行和检修的需要。室内安装的变压器基础有不抬高式和抬高式两种形式，本工程采用基础抬高式，相对标高为+0.15m，其下方悬空，上表面与抬高的地坪平齐，以便于变压器的稳定。5.3.2低压开关柜平面布置（1）低压配电室内成排布置的配电屏，其屏前、屏后的通道最小宽度，应符合表3-7的规定表3-7 配电屏前、后通道最小宽度（mm）型式布置方式屏前通道屏后通道固定式单排布置15001000双排面对面布置20001000双排背对背布置15001500