宾馆大楼供配电及照明课程设计

宾馆大楼供配电及照明课程设计

信息与电气工程学院

课程设计说明书〔2021/2021学年第一学期〕

课程名称：建筑供配电及照明课程设计题目：宾馆大楼供配电及照明课程设计专业班级：电气0班学生姓名：学号：0600指导教师：岑毅南、王静爽、李冰设计周数：2周

设计成绩：

2021年1月22日

1.课程设计目的…………………第2页

2.课程设计的主要任务与设计步骤……………第2页

2.1主要任务……………………第2页

2.2技术要求……………………第2页

2.3设计步骤……………………第2页

3．系统中各局部设计与设备选择………………第2页

3.1电气主接线的设计……………第2页

3.2容量计算及主变压器选择……第2页

3.3短路电流计算及开关柜的选择………………第4页

3.4二次回路继电保护配置及整定计算……………第4页

3.5防雷与接地……………………第5页

3.6无功补偿………第5页

4．照明设计………第6页

5.建筑概况附表，负荷表………第7页

6．课程设计总结…………………第9页

7．参考文献………第9页

8.教师评语………第10页

9.附图……………第11页

-1-

1.课程设计目的

随着国民经济的开展和人民生活水平的提高,用户对电力和供电质量的要求越来越高,特

别是随着社会信息化和电气化的高度开展,对供电可靠性的要求也越来越高,配电系统采用原

有的运行、控制、管理模式已无法适应新形势的要求.鉴于此,这次供配电的课程设计一是为

提高自己学习实力，二是随着科技进步，深感自身所掌握的知识贫乏，已不能更好地适应工

作需要，希望通过学习，提高自身的知识文化水平，三是在校学习期间，由于所学理论知识

都是书本上的，与实际实践相差很远，结合不深，知识不是掌握得很好，现在，整个大学

学习课程已经全部结束，开始做课程设计，这是在全部理论课程及完成各项实习的根底上进

行的一项综合性环节，

主要目的如下：1.稳固和扩大所学的专业理论知识，并在课程设计的实践中得到灵活应用；

2．学习和掌握变电所电气局部设计的根本方法，树立正确的设计思想；

3．培养独立分析和解决问题的工作能力及解决实际工程设计的根本技能；

4.学习查阅有关设计手册、标准及其他参考资料的技能。

2.课程设计的主要任务与设计步骤

2.1主要任务

1〕熟悉设计资料，明确设计任务，考虑上下压供配电系统，并画出草图

2〕照度计算及灯具选择设计

3〕建立负荷统计计算表、并计算计算负荷、短路电流计算

4〕设备选型〔变压器、断路器、开关、导线、配电箱、开关柜等〕

5〕CAD绘图〔供、配电线路图；布线图；照明布置图等〕

6〕编写课程设计说明书，

2.2技术要求

1、输电线路、变配电所、电力、照明、防雷与接地、电气信号及自动控制等工程。

2、健身休闲馆照度要求到达300lx。

2.3设计步骤

〔一〕初步设计:1、收集资料2、编制初步设计文件

〔二〕施工图设计:1、准备工作2、编制施工图设计文件

3．系统中各局部设计与设备选择

3.1电气主接线的设计:分析任务书给定的原始资料，根据变电所在电力系统中的

地位和建设规模，考虑变电所运行的平安性、可靠性、灵活性、经济性,全面论证，确定

主接线的最正确方案。除线路、变压器的互为暗备用外，紧急应急电源采用150KW发电机作

为备用。

3.2负荷计算及主变压器选择(见负荷表)

计算负荷意义和目的:

〔一〕求计算负荷〔需用负荷〕

1.作为按发热条件选择供配电系统各级电压供电网络变压器容量、导体和电气设备的依据。

2.用来计算电压损失和功率损耗。

3.在工程上为方便计算，亦可作为能量消耗量及无功功率补偿的计算依据。

-2-

〔二〕求尖峰电流：计算电压波动、选择熔断器等保护元件。

〔三〕求平均负荷

计算供配电系统中电能需要量，电能损耗和选择无功补偿装置等。

负荷计算采用需要系数法，方法如下，计算数据见负荷表：

需要系数法

〔一〕计算公式如下：

Pc＝Kd·Pe

式中：Pc——计算有功功率(kw)；

Kd——需要系数(三台以下时Kd＝1)；

Pe——用电设备组的设备容量(kw)。

〔二〕进行负荷计算时，应先对用电设备容量进行如下处理：

照明负荷的用电设备容量应根据所用光源的额定功率加上附属设备的功率。如气体

放电灯、金属卤化物灯，为灯泡的额定功率加上镇流器的功耗。

低压卤钨灯为灯泡的额定功率加上变压器的功率。

用电设备组的设备容量不包括备用设备，消防用电设备容量不列入总设备容量。季节性用电设备(如制冷设备和采暖设备)应择其大者计入总设备容量。

反复短时工作制的用电设备功率应换算到负载持续率为25％的设备功率。

单相负荷应均衡的分配到三相上。当单相负荷的总容量小于计算范围配电干线和变电所的计算负荷为各用电设备组的计算负荷之和再乘以同时系数K

∑，一般取为0.9~0.95。

当不同类别的建筑(如办公楼和宿舍楼)共用一台变压器时，其同时系数可适当减小。

1.用电设备组的计算负荷

PcKdPekw

Sc22PQccQcPctg

IcSckVA3UN

2.多个用电设备组的计算负荷

〔配电干线和变电所低压母线〕

PcKKdiPei〔K∑－－同期系数〕

i1m

变压器台数的选择依据：台数的选择

据负荷性质-----可靠性要求：一、二级负荷，宜选用两台，互为备用。

二级负荷〔无一级负荷〕时，也可采用一台，但在低压侧应与其它备用电源联络。

(1)明备用：两台变压器均按100%负荷选择，一台工作，一台备用。

(2)暗备用：每台变压器的容量均按最大负荷的70%来选择，正常情况下两

台变压器都参加工作，每台变压器承当50%最大负荷

-3-

考虑经济运行

季节负荷较大时，可装二台以上的变压器。

考虑负荷大小

车间原那么上一台，总负荷过大可装两台，防止故障影响大。

考虑负荷的开展

主变压器的选择：

1.按年负荷增长率6％计算，考虑8年。

2.双变压器并联运行，按每台变压器承当60％负荷计算,互为暗备用，采用SC系列10KV铜绕组低损耗电力变压器，额定容量分别为1000KVA和1250KVA。

3.3短路电流计算以及设备选择(见负荷表和附图)

短路电流计算的目的:为了确定线路接线是否需要采取限制短路电流的措施，保证各种电气设备和导体在正常运行和故障情况下都能平安、可靠地工作，为选择继电保护方法和整定计算提供依据，验算导体和电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流计算，应考虑5－10年的远景开展规划。

〔一〕、计算各元件电抗

1系统电抗

X系=U*U/S=10.5*10.5/630=0.175Ω

2变压器的阻抗

X1=U%*Unt2/100*Snt=5*0.42/100*630*10-3=0.013Ω

3查表得

刀开关接触电阻R1=0.4mΩ

断路器接触电阻R2=0.75mΩ

断路器线圈电阻R3=1.3mΩ

断路器线圈电抗R4=0.86mΩ

4选择电缆

YJT-600/1000-2(150*3+1*70)r1=0.117Ω/kmx1=0.079Ω/km

YJT-600/1000(16*3+1*10)r2=1.097Ω/km

YJT-600/1000(50*3+1*25)r3=0.351Ω/km

(二)计算各短路点的总电阻

Rk1=(0.42+0.75+1.3)*(0.4/10.5)*(0.4/10.5)+[(0.42+0.75+1.3)*(0.4/10.5)*(0.4/10.

5)+(0.42+0.75+1.3)]/2=1.431mΩ

Xk1=(0.175+0.86*0.001)*(0.4/10.5)*(0.4/10.5)+[(0.86*0.001+0.013)*(0.4/10.5)*(0.4/10.5)+0.86*0.001]/2=0.0082Ω

Zk1=2.18mΩ

Rk2=Rk1+r1*(0.068+0.005+0.0035)=1.44mΩ

Xk2=Xk2+x1*(0.068+0.005+0.0035)=0.006824Ω

Zk2=6.98mΩ

Zk3=220.9mΩ

Rk4=Rk1+r2*(0.068+0.005+0.0035)=85.4mΩ

Rk5=Rk1+r3*(0.068+0.005+0.0035)=28.3mΩ

〔三〕、计算短路电流

K1点

1、短路电流周期分量的有效值：

Ik1=Uav1/1.732*Zk1=0.4/(1.732*2.18)=106KA

-4-

2、短路电流的冲击值：

ish=1.84*Ik1=1.84*106=195.04KA

Ish=1.09*Ik1=1.09*106=115.5KA

3、短路容量：

Sk1=1.732*Uav2*Ik2=1.732*0.4*106=73.44MVA

K2点

1、短路电流周期分量的有效值：

Ik2=Uav2/1.732*Xk=0.4/(1.732*6.98)=33KA

2、短路电流的冲击值：

ish=1.84*Ik2=1.84*33=60.72KA

Ish=1.09*Ik2=1.09*33=35.97KA

3、短路容量：

Sk2=1.732*Uav2*Ik2=1.732*0.4*33=22.86MVA

K3点

1、短路电流周期分量的有效值：

Ik3=Uav2/1.732*Xk=10.5/(1.732*0.223)=27.4KA

2、短路电流的冲击值：

ish=2.55*Ik2=69.87KA

Ish=1.52*Ik2=41.65KA

3、短路容量：

Sk3=1.732*Uav2*Ik2=1.732*10.5*27.4=498.3MVA

K4点

1、短路电流周期分量的有效值：

Ik4=Uav2/1.732*Xk=0.4/(1.732*85.4)=2.7KA

2、短路电流的冲击值：

ish=1.84*Ik2=1.84*2.7=5KA

Ish=1.09*Ik2=1.09*2.7=2.9KA

3、短路容量：

Sk4=1.732*Uav2*Ik2=1.732*0.4*2.7=1.87MVA

K5点

1、短路电流周期分量的有效值：

Ik5=Uav2/1.732*Xk=0.4/(1.732*28.3)=8.2KA

2、短路电流的冲击值：

ish=1.84*Ik2=1.84*8.2=15.1KA

Ish=1.09*Ik2=1.09*8.2=8.94KA

3、短路容量：

Sk5=1.732*Uav2*Ik2=1.732*0.4*8.2=5.68MVA

〔四〕断路器的选择

在电力系统中，高压断路器是一种重要的控制和保护电器。目前国产高压断路器主要有多油断路器、少油断路器、压缩空气断路器、真空断路器、SF6断路器等。

供电系统的运行状态，负荷的性质是多样的，作为控制，保护元件的高压断路器，为保证供电系统的平安运行，对它的要求是多方面的。对于开断电路中负荷电流和短路电流的高压断路器，首先应按使用地点和负荷种类及特性选择断路器的类型与型号，即户内或户外式，以及灭弧介质的种类，并能满足以下条件：

-5-

断路器的额定电压，应不能低于电网的工作电压，即

Ue≥Ug

式中，Ue，Ug-分别为制造厂给出的断路器额定电压和网路的工作电压，伏或千伏。断路器的额定电流Ie，应不小于电路中的最大长期负荷电流，即

Ie≥Ig

根据断路器的断路能力，即按照制造厂给定的额定切断电流Ieq，或额定断路容量Sed选择断路器切断短路电流〔或短路功率〕的能力。为此，应使额定切断电流Ieq不小于断路器灭弧触头刚别离瞬间电路Sed≥Ue×Ieq≥Sdt〔三相系统〕

式中，Idt-短路后t秒短路电流有效值〔周期分量〕，对快速断路器，取Idt=I″t≤0.1″；Sdt-短路后t秒短路功率，对快速断路器Sdt=S″。

校验短路电流通过时的机械稳定性

在短路电流作用下，对断路器将产生较大的机械应力，为此，制造厂给出了能保证机械稳定性的极限通过电流瞬间时值Igf，即在此电流通过下不致引起触头熔接或由于机械应力而产生任何机械变形。因而，应使

Igj≥ｉch

式中Igf，ick——分别为断路器的极限通过电流和断路器安装处的三相短路冲击电流〔幅值〕

校验短路时的热稳定性

短路电流通过时断路器的热稳定性，由制造厂给出的在t秒〔t分别为4，5或10秒〕It—为制造厂规定的t秒热稳定电流,Qd—短路电流发热效应。

Qd=Qz+Qfi

高压断路器的选择

Ic1=38A;In1=630A

Ic2=57A;In2=630A

Ic3=57A;In1=630A

T1高次侧断路器应选为：ZN5-10/630

〔1〕、热稳定性的校验：

Ik12*tima=27.42*(0.5+0.05)<202*2合格

〔2〕、热稳定性的校验：

Ish=41.65KA<50KA合格

〔3〕、断流能力的校验：

Ik1=27.4<30KA合格

低压断路器的选择

〔1〕、Ic1=1011A;In1=1250A

〔2〕、T1的选型选为：MW12

〔3〕、各脱扣器的整流电流：

瞬时脱扣器

-6-

Iop.or=(1.1*1.8*1000)/(1.732*0.38)=3000AK3=3

短时脱扣器

Iop.or=(1.1*1.3*1000)/(1.732*0.38)=2173AK3=2

长延时脱扣器

Iop.tr=1.1*1011=1112AK=0.9

〔4〕、开断能力校验

Ik=15.88<In.br=35KA合格

〔2〕高压熔断器的选择

熔断器是最简单和最早采用的一种保护电路，常和被保护的电气设备串接于电路中。当发生过负荷和电路故障时，超额电流使熔件发热而熔断，从而切除故障点，实现对电气设备的保护。熔断器主要由金属熔体，支持熔体的触头和外壳构成。有些熔断器Ier≥Iej≥Ig

式中Ier，Iei—分别为熔断器额定电流和熔件额定电流；

Ig—网路中最大长期工作电流。

按断流容量

Iq≥I″或Sg≥S″

式中Iq，Se—分别为熔断器额定电流和额定断流容量。

对污秽地区屋外安装的熔断器，其绝缘泄漏比距应满足

δ≤δxu

因熔断器的熔断时间很短，故采用熔断器保护的导体和电器可不校验短路电流的机械稳定性和热稳定性。此外，高压熔断器熔件的选择还必须与网络中各分段，分支电路的熔断器熔件或与馈电线继电保护之间，从时间特性上保证相互间动作的选择性和时限配合关系。经比对，选用RN2-100.5A熔断器。

〔五〕隔离开关的选择

隔离开关是一种没有灭弧装置的开关电器，它的主要用途是为检修区域提供明显的开断点、保证高压装置检修工作的平安。由于隔离开关没有灭弧装置，不能切断负荷电流和短路电流，因此，必须与断路器串联使用时，操作应在断路器完全开断的情况下进行。选择隔离开关，首先应考虑装置的种类与型式，屋内或屋外使用，对屋外污秽地区安装的隔离开关还应按上述熔断器选择时的条件保证绝缘泄漏比距的需要。

隔离开关的其它选择条件与断路器类似，但对隔离开关不进行切断能力〔切断电流或断路容量〕的校验。

高压侧拟选用GN-10T/1000型隔离开关，低压侧拟选用JDW1-0.5/600A型刀熔开关互感器的选择

互感器是电气测量，控制和保护回路的交流电源，其工作原理与变压器相同，特殊之处是其励磁电流很小，在电路计算中可忽略不计和规定的准确度。通常0.2级用于实验室精密测量，0.5级用于电能测量，1级用于测量仪表，3级用于继电保护。

电流互感器一次绕组串联在电力回路中，二次测额定电流为5A，由于负载是仪表与保护设备的电流线圈，其阻抗很小，运行中相当于变压器短路。二次侧绕组匝数远大于一次侧绕组匝数，所以二次侧不能开路，开路将产生危险的高电压。

-7-

电压互感器一次并联在电力回路中，二次侧额定电压为100V，由于负载阻抗很大，运行条件相当于变压器空载，二次侧匝数远小于一次侧匝数，所以二次侧不能短路。短路将产生危险的过电流。为保证人在接触测量仪表和继电器时的平安起见，互感器的二次侧必须接地。

〔六〕电压互感器的选择

根据设计条件及目的，选用JDZ-10型电压互感器。一次测U1N=10KV，二次U2N=100V，容量效验：

压互二次回路分别有计量、失压保护和电压测量，其等级要求分别为0.5级、3级、1级。JDZ-10型电压互感器二次线圈容量分别为

0.5级80VA；1级120VA；3级300VA

因二次负荷分别接在了三个二次线圈中，且负荷较小每个负荷为小于10VA，所以容量能满足要求。

因电压互感器在主接线中是与主回路并联的，主接线及其主回路发生短路时，电压互感器不会通过短路电流，所以不需要短路稳定性效验。

〔七〕电流互感器的选择

电流互感器选择时所依据的条件为

①、额定一次电压

所选择电流互感器的额定一次电压U1e必须与互感器安装处的额定电压一致。

②、额定电流

应满足I1e≥Ig·max

式中I1e﹑Ig·max—分别为互感器原边额定电流和装置的最大长期工作电流

在环境温度条件下，容许连续通过电流互感器的原边电流可达额定值的120%，但过大将使误差增大。互感器的二次额定电流一般为5A。与仪表、继电器的标称电流相符。

③、准确度级与铁芯数

电流互感器采用不同铁芯时，二次绕组的准确度级不同，供电度表需用0.5级、一般仪表用1.0级、继电器只需3级准确度，假设只有一种用途，那么可只选一个铁芯的互感器。

电流互感器的准确度级与一定容量相对应，假设负载增大超过某一准确度级所对应的额定容量，那么准确度级下降。

④、二次负载的计算与校验

电流互感器次边通过额定电流I2e和负载总阻抗Z2时的功率

W2=I22e·Z2

⑤、校验短路时的热稳定性和机械稳定性

电流互感器的热稳定性，应按下式的条件判断，即

〔I1e·Kt〕²·t≥Qd

式中Kt—互感器热稳定倍数

t—为热稳定电流通过的时间〔t=1秒〕

I1e—为电流互感器一次额定电流

电流互感器机械稳定性，应按下式的条件判断，既

2I1e·Ku≥ｉch

式中Ku—电动力稳定倍数，ｉch—短路电流冲击值

据设计条件及要求，电源回路拟选用LFS-10/600/5型电流互感器〔具体计算步骤略〕。

〔八〕母线的选择

母线主要是用来集中和分配电能的。常用铜、铝和钢三种材料制成。铜的导电性最好、机械-8-

强度大、耐腐蚀；铝的导电性比铜差、机械强度小、但比重小、本钱低；钢的导电性最差，但机械强度最大，通常只在小电流的情况下采用。根据我国资源情况和技术政策，选取铝作为母线材质。

硬母线一般采用矩形截面，因为同其它截面相比，矩形母线的集肤效应小，散热条件好，安装方便，因此，母线选择的主要任务是确定其截面。

母线采用竖置放置，三相位置如图：

W＝b2*h*1/6

W：截面系数，它的物理意义是指母线对垂直与力

作用方向为轴线的抗弯距。

h:宽度、b:厚度。①、母线的选择

母线的选择按工作电流选择截面，应满足Igmax≤Irx

Igmax:最大长期工作电流，Irx：母线长期容许电流

本系统额定电流为1400A,现拟选TMY-80*6，其长期允许载流量为1480A；低压母线选用TMY-60*6和TMY-40*4。〔最高允许温度＋70度，基准环境温度＋25度〕。

〔九〕开关柜的选择

断路器通常装在小室内，根据要求选用KYN系列高压开关柜，该开关柜用于50Hz，电压3～10kV，额定电流600～3000A三相单母线系统，作为发电厂、变电站控制馈电和高压电动机起动和保护之用；低压开关柜选用MNS系列。

3.4二次回路继电保护配置及整定计算

一、根据?继电保护和平安自动装置技术规程?进行保护配置。

(1)变压器继电保护：纵差保护，瓦斯保护，电流速断保护，复合过流保护〔后备保护〕

1、纵差保护：变压器内部故障保护，例如断线、层间、匝间短路等变压器两侧电流不平衡起动保护，断开变压器两侧开关。

2、瓦斯保护：变压器内部短路，剧烈发热产生气体起动保护。轻瓦斯发信号，重瓦斯断开变压器两侧开关。

3、过电流保护：事故状态下可能出线的过负荷电流动作于信号

4、电流速断保护：相间短路断开线路断路器

(2)10KV线路继电保护：电流速断保护，过电流保护，单相接地保护

二、整定计算

电流速断保护整定计算:1＃T、2＃T电流速断保护整定计算10kv系统都是中性点非接地运行，因此电流速断保护接成两相两继电器式。此种接线方式的整定计算按相电流接线计算。变压器外部短路时，流过保护装置的最大短路电流Idz＝KkI〔3〕d.max

3.5防雷与接地

按照国家标准GB50057-94?建筑物防雷设计标准?的要求，重要计算机网络系统机房所在大楼为第二类或第三类防雷建筑物，一般都按要求建设有防雷设施，如大楼天面的避雷网(带)、避雷针或混合组成的接闪器等，这些接闪器通过大楼立柱根底的主钢筋，将强大的雷电流引入大地，形成较好的建筑物防雷设施；

-9-

在大楼周围做接地网，用较少的材料和较低的安装本钱，完成最有效的接地装置；接地电阻值要求R＜1Ω；接地体应离机房所在主建筑物3~5m左右设置；水平和垂直接地体应埋入地下0.8m左右，垂直接地体长2.5m，每隔3~5m设置一个垂直接地体；垂直接地体采用50×50×5mm的热镀锌角钢，水平接地体那么选50×5mm的热镀锌扁钢；在地网焊接时，焊接面积应≥6倍接触点，且焊点做防腐蚀防锈处理；各地网应在地面下0.6~0.8m处与多根建筑立柱钢筋焊接，并作防腐蚀、防锈处理；土壤导电性能差时采用敷设降阻剂法，使接地电阻≤1Ω；回填土必须是导电状态较好的新粘土；与大楼根底地网多点焊接，并预留接地测试点。

3.6无功补偿--采用低压分组补偿(见负荷表)

无功功率补偿装置在电子供电系统中所承当的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。在本设计中采用容量为12Kvar,三角形连接方式。

提高功率因数的方法:

1、提高负荷的自然功率因数：

1〕正确的选择、合理的使用电动机和变压器。

尽量选择鼠笼型电动机。防止：空载、轻载运行。

2〕更换设备为节能设备，对大容量，长时工作的设备采用同步电动机，使其工作在过

激状态。

2、人工补偿提高功率因数〔无功补偿〕

当COSφ＜0.9时，采用人工补偿法来提高功率因数，广泛采用并联电容器进行补偿。

单独就地补偿方式：

优点：补偿范围大，补偿效果最好

缺点：投资大，利用率低。适用经常运转而容量大的感性用电设备。

低压分组补偿方式：

优点：补偿范围较大，补偿效果较好

适用：车间变电所。工厂广泛采用。

高压集中补偿方式：

优点：初期投资少，便于集中管理，利用率高。

缺点：补偿效果差

适用对象：6～10kV大中型工厂采用补偿方式

4．照明设计

照明灯具的选择依据：

按照明设施目的和用途选择光源

办公、工作、学习场所宜采用色温较高的日光型光源，以提高工作、学习效

率

休息场所宜采用色温低的光源，已取得温馨舒适的气氛

在有高速机械运行的地方不宜用一般的气体放电灯，以防止频闪效应

频繁操作的灯宜选用白炽灯，需要光的用白炽灯和卤钨灯

按环境要求选择光源

有较大震动的环境中可使用氙灯；电压波动大的地方不宜使用易熄灭的灯；

低温环境中，不宜用荧光灯以免启动困难。

-10-

按投资和年运行费选择光源

选用节电，光效高，寿命长的电源

室长：50m；宽：22m；层高为4.5m健身休闲馆三面为墙,一面为玻璃罩式墙。天花板的反射系数为70%，墙面的反射系数为50