某住宅小区供配电系统设计.docx
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某住宅小区供配电系统设计
Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse学号69
《工厂供电》
课程设计
（2010级本科）
题目：
_某住宅小区供配电系统设计_
学院：
物理与机电工程学院
专业：
电气工程及其自动化
作者姓名：
甘孝田
指导教师：
赵文忠
职称：
教授
完成日期：
2012
年12月27日
工厂供电课程设计任务书
学生姓名
甘孝田
学号
69
专业方向
电气工程及其自动化
班级
电气102班
题目名称
某住宅小区供配电系统设计
一、设计的主要内容
1.1设计内容：
负荷计算和无功功率补偿；变电所主变压器和主接线方案的选择；短路
电流的计算等。
1.2设计依据
1.小区的年最大负何利用小时为2500h,日最大负何持续时间为8h;本住宅小区共16栋楼，384户，根据《住宅设计规范》GB50096-1999和《小康住宅电气设计》的
有关规定，每户用电指标按10kw计算，需要系数参照《民用建筑电气设计规范》的
规定，取©=0.30，功率因数cos®=°.75。
2.整个小区的道路照明采用节能火箭炮5U系列节能灯PLT-125W共有80盏，灯头
E40，安装间隔为20m。
单侧布置，安装高度为3.5m。
道路照明：
p=125V，
n=80Kd=1,cos®=0.9tan=0.48
JJ0
3.不要求进行小区照明单体设计和二次回路设计。
一、设计的基本要求
1、设计及计算说明书
（1）说明书要求书写整齐，条理分明，表达正确、语言简练。
（2）主要计算过程和步骤完整无误，分析论证过程简单明了，各设计内容列表汇总。
2、图纸
（1）绘制电气主接线图
（2）原理图要求用标准符号绘制，布置均匀，设备符号大小合适清晰美观。
三•设计进度安排
阶段
设计各阶段名称
起止日期
1
熟悉设计任务书、设计题目及设计背景资料
第1周周一
2
查阅有关资料、阅读设计要求必读的参考资料
周二
3
负荷计算
周三至周四
4
电气主接线设计
周五
5
短路电流计算
周六
6
主要电气设备选择
周日至第2周周一
7
书写课程设计说明书
周二至周三
8
打印整理课程设计资料
周四
9
答辩及成绩评定
周五
四.需收集和阅读的资料及参考文献（指导教师推荐）
【1】刘涤尘、王明阳、吴政球•电气工程基础[M].武汉：
武汉理工大学出版社.2003年
【2】张学成.工矿企业供电设计指导书[M].北京：
北京矿业大学出版社.1998年
【3】刘介才.工厂供电简明设计手册[M].北京：
机械工业出版社.1993年
【4】刘介才.实用供配电技术手册[M].北京：
中国水利水电出版社.2002年
【5】刘介才.工厂供电[M].北京：
机械工业出版社.1997年
【7】JGJ16-2008民用建筑电气设计规范
【8】GB50054-95低压配电设计规范
【9】GB50052-95供配电系统设计规范
【10】GB50217-2007电力工程电缆设计规范
【11】GB50060-923〜110KV高压配电装置设计规范
指导教师签名：
赵文忠
2012年12月14日
一、设计说明1..
1.1工程概况.1
1.2设计依据1
1.3设计原则1
1.4小区概况1
二、小区负荷计算1..
三、无功补偿方式.3.
3.1无功补偿方式3.
3.2无功补偿容量3.
3.3并联电容器的选择及制4
四、变配电所位置和型式的选择4.
4.1变配电所位置的确定4
4.2变配电所的总体布置4
五、主变压器台数和容量的确定5.
5.1变压器主变台数的选择5.
5.2变压器容量的选择5
六、变配电所主接线方案的选择5.
6.1变电所主接线方案的评价6
七、短路电流的计算7.
7.1短路计算的意义和方法7
7.2相关节点的短路计算7.
7.2.4K-1点的短路电流计算8
7.2.5K-2点的短路电流计算8
八、变电所低压侧一次设备的选择与校验9
8.1低压母线的选择与校验9
8.2低压电缆、设备的选择与校验10
九、变压器保护设置13
9.1变电所10kV馈线保护14
9.2变电所10kV母线保护15
十、防雷接地系统设计16
10.1概述16
10.2变电所防雷接地系统设计16
10.3单体楼的防雷接地系统设计17
结束语19
参考文献20
第一章设计说明
1.1工程概况
假设该小区年最大负荷利用小时数为2500h,日最大负荷持续时间为8h,本小区均属于
三级负荷。
低压动力设备均为三相，额定电压均为380V。
照明及家用电器均为单相，额定
电压均为220V。
1.2设计依据
供电电源：
按照当地供电部门的签订的供用电协议规定，本小区可用附近一条10kV的
公用电源线区的工作电源。
该干线的导线型号为LGJ-185，导线为等边三角形，线距为1.2m;电力系统馈电变电站距本小区6km,该干线首端所装高压断路器的断流容量为500MVA，此断路器配备有定时限过电流保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为1.5s。
电费制度：
小区与当地供电部门达成协议，对于电费制度有如下规定，供电与用电双方
必须按照此规定进行电能记费。
在变电所高压侧计量电能，并设置专用的计量柜。
按两部电
费制交纳电费。
一部分为基本电费，按所装用的主变压器容量来计费。
另一部分为电度电费，
按每月实际消耗的电能计费。
小区最大负荷时的高压侧的功率因数不小于0.9。
1.3设计原则
根据小区所取得的电源及小区的用电负荷情况，并考虑以后小区的发展，应采用安全、
可靠、技术先进、经济合理的原则。
假设本工程共16栋，每栋底部为架空层，地上六层，
有阁楼，共两个单元，24户；每层层高为3m，室内外高度差为0.45m。
主体建筑高度为20.9m
（含坡顶）。
设计需做到方案合理、技术先进、运行可靠、满足相关规范的要求，还要简捷实用、便于操作、管理和维护，减少综合投资。
此次设计的目的是通过对小区的各个系统的
设计实践，综合运用所学知识，贯彻执行我国建筑电气行业有关方针政策，理论联系实际，锻炼独立分析和解决电气工程设计问题的能力，为未来的实际工作奠定必要的基础。
1.4.小区资料
1、工程地点：
XX市
2、工程概况：
该小区占地55164.9平方米；共计384户。
3、气象资料：
年最高气温为40C,年平均气温为20C，年最低气温为-22.5C,年最热月平均气温26.3C，年最热月平均最高气温31.5C，年最热月地下0.8m处平均温度28.7C。
年主导风向为东风，年雷暴日数31.3天。
地质水文资料：
所在地区平均海拔130m，地层以沙粘土为主，地下水位为3m。
第二章小区负荷计算
根据小区的负荷情况，年最大负荷利用小时为2500h,日最大负荷持续时间
为8h，按照我国普遍采用的需要系数法确定小区计算负荷。
本住宅小区共16栋楼，384户，根据《住宅设计规范》GB50096-1999和《小康住宅电气设计》的有关规定，每户用电指标按10kw计算，需要系数参照《民
用建筑电气设计规范》的规定，取Kd=0.30，功率因数cos=0.75
有功计算负荷：
P30=NKd巳=3840.3010=1152kw
无功计算负荷：
Q3^P30tan=11520.882=1016.1kvar
另外，整个小区的道路照明采用节能火箭炮5U系列节能灯PLT-125V，共有80
盏，灯头E40,安装间隔为20m单侧布置，安装高度为3.5m。
道路照明：
p=125Vy
n=80,Kd=1,cos^=0.9,tan即=0.48
总视在计算负荷：
s30f汙302Q302=：
'；964.462929.019^1339.1264kVA
综上所述，本小区总计算负荷为:
（取K*=0.83,
K"=0.91）
功率因数：
cos」邑964.46二0.72
S301339.1264
以上计算可列成表1-1所示本小区负荷计算表
表1-1本小区负荷计算表
编
号
用电设备名称
数量
设备容量
需要系数
cos申
计算负荷
1
用户用电
384
3840
0.30
0.75
0.82
1152
1016.1
—
—
2
道路照明
80
10
1
0.9
0.48
10
4.8
—
—
总计
964.46
929.019
1339.1264
2034.5921
第三章无功功率计算及补偿
3.1无功补偿方式
本设计采用低压集中补偿方式，补偿范围较分散补偿小。
但其管理方便，电容器能充分利用，电力电容器采用三角型连接，这种连接方式提供的补偿容量大。
3.2无功补偿容量
根据《供电企业规则》规定：
10KV及高压供电用户功率因数为0.9以上，考虑到变压器无功功率损耗厶Qt远大于有功功率损耗Pt，因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于高压侧补偿后的功率因数
0.9，这里取低压侧功率因数cos，=0.92，则低压侧需装设的并联电容器容量应
为：
Qc=P30tanarccos0.72「tanarccos0.93
=964.46（0.964-0.395）=548.778kvar取Qc=600kvar
补偿后的变电所低压侧的视在计算负荷为：
变压器有功功率损耗.Pt=0.015So=0.0151019.0371=15.29kW
变压器无功功率损耗.Qt=0.075S30=0.0751019.0371=76.43kvar
在计算小区高压侧总计算负荷时，需要计入有关线路和变压器的损耗，但小区的配电线路不长，故该部分功率损耗不计，在此只考虑变压器的损耗。
所以变配电所高压侧计算负荷为：
=61.22A
1060.3296kVA
I=
301.310kV
以上计算可列成表3-1所示本小区无功补偿的计算负荷
项目
COS护
380v侧补偿前负荷
0.72
964.46
929.019
1339.1264
2034.59
380v侧无功补偿容量
-
-
-600
-
-
380v侧补偿后负荷
0.93
964.46
329.019
1019.0371
1817.6
主变功率损耗
-
15.29
76.43
-
-
10kv侧负荷总计
0.924
979.75
405.449
1016.3296
61.22
3.3并联电容器的选择及其控制
低压集中补偿所采用的电容器电压为400V,根据要求，选择电容器型号为：
BCMJ0.4-30-3,选用20个，并采用无功功率自动补偿控制器，使电网中功率因数保持在设定值内，达到有效节能的目的。
第四章变配电所位置和型式的选择
4.1变配电所位置的确定
变配电所位置的选择，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、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻；
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《爆炸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的场所。
4.2变配电所的总体布置
变电所的总体布置，应满足以下要求：
1）便于运行维护和检修；
2）保证运行安全；
3）便于进出线；
4）节约土地和建筑费用；
5）适应发展要求。
第五章主变压器台数和容量的确定
电力变压器是变电所中最重要的一次设备，其主要功能是将电力系统的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。
本小区设计变配电所选用S9型普通降压变压器，相数为三相，调压方式为无载调压，绕组型式为双绕组，联结组别为Dynil方式。
5.1变压器主变台数的选择
选择变压器时应考虑以下几条原则：
1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。
对供有大量一、二级负荷的变电所应装设两台变压器。
2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较而宜采用经济运行方式的变电所，可考虑采用两台变压器。
3）负荷集中而容量相当大的变电所，既是为三级负荷，也应采用两台或多台变压器。
4）在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。
本小区设计综合考虑以上原则，确定装设两台变压器。
5.2变压器容量的选择
根据《工厂供电》，装有两台主变压器的变电所，每台变压器的容量Snt应
同时满足以下两个条件：
1）任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷S30的大约60%-70%勺需
要，即：
St=（0.6〜0.7）XS30=（0.6〜0.7）X1019.0371=（611.42〜713.33）kVA。
本小区所在地区的年平均气温为20C,且变压器采用室内安装，故变压器
的实际容量为：
Snt二s/0.92=（611.42〜713.33）/0.92KVA=（664.59
775.39）kVA。
2）任一台变压器单独运行时，宜满足全部一、二级负荷的需要，即
Snt_&0（［才而本次小区设计的负荷全为三级负荷，所以不用考虑这个因素。
第六章变配电所主接线方案的选择
综合考虑上面，本小区变电所采用两台S9系列1000kVA的变压器，装设两
台主变压器的主接线方案
6.1变电所主接线方案的评价
根据小区设计要求，选择高低压侧均为单母线分段的变电所主接线方案。
对该方案的评价可从以下几方面入手：
（1）从技术指标方面考虑，该方案的供电可靠性和运行灵活性都比较高，在高低压母线侧发生短路时，仅故障母线段停止工作，非故障段仍可继续运行，可缩小母线故障时停电范围，同时对重要用户可从不同母线分段引出双回路供电，供电可靠性及运行灵活性相当高。
（2）从经济指标方面考虑，虽然该方案的初投资比较高，但从年运行费用包括设备折旧费，设备维护费和年电能损耗费考虑，该方案又有许多优越之处。
第七章短路电流的计算
7.1短路计算的意义和方法
1）对所选的电气设备进行动稳定和热稳定校验。
2）进行变压器和线路保护的整定值和灵敏度计算。
采用标么制法对变配电所的相关节点进行短路电流计算。
7.2相关节点的短路计算
根据小区原始资料可知，小区由线芯截面185mm的高压架空线供电，距小
区为6km,电力系统馈电变电站首端所装高压断路器的断流容量S°c二500MVA，
查表知架空线路每相单位长度电抗平均值为0.35Q/km。
4
图7-1等效电路图
取Sd=100MVAUd1=Uc1=10.5kV，Ud2二Uc2=0.4kV
⑴电力系统电抗标么值：
&逹計00MVA“2
（2）电缆线路电抗标么值：
X。
=0.35Q/km，
（3）电力变压器的电抗标么值：
查表得变压器的阻抗电压Uk%=5，根据以上计算结果绘制等效电路图如图所示：
图7-2等效电路图
7.2.4K-1点的短路电流计算
（1）总电抗标么值：
（2）三相短路电流周期分量有效值：
（3）三相短路次暂态电流和稳态电流有效值:
（4）三相短路冲击电流及其有效值：
（5）三相短路容量：
7.2.5K-2点的短路电流计算
（1）总电抗标么值：
（2）三相短路电流周期分量有效值：
（3）三相短路次暂态电流和稳态电流有效值:
（4）三相短路冲击电流及其有效值：
（5）三相短路容量：
以上计算短路电流如表7-1
短路计算点
三相短路电流/kA
三相短路容量/MVA
K—1
2.619
2.619
2.619
6.68
3.95
47.62
K—2
32.22
32.22
32.22
59.28
35.12
22.32
表7-1
第八章变电所低压侧一次设备的选择与校验
8.1低压母线的选择与校验
在变压器的低压侧，其计算电流为：
打厂―%—J0®0371-1548.27A
3073Un后0.38
按载流量选择LMY-125X8矩形铝母线，双条
Ial=1548.271.05A=1625.68A>1548.27A符合要求。
动稳定度校验条件为
LMY母线材料的最大允许应力；爲=70MPa
380V低压母线的短路电流为：
ish=59.28kAIsh=35.12kA
三相短路时所受的最大电动力：
母线的弯曲力矩（母线档数为3）:
M=~^=1297.767況1.0=129.767Nm
1010
母线的截面系数：
wb2h0.125m2x0.008m3
W2.08106m3
66
母线在三相短路时的计算应力：
二c—129.76762.39MPa
W20.8"0
所以，匚引=70MPa一二c=62.39MPa，满足动稳定度要求。
热稳定度校验：
Jf
AminT：
1000丄-32.221000-075=296.2mm2<12510mm2，符
C87
合热稳定度要求。
8.2低压电缆、设备的选择与校验
在本小区中，是24户一个楼型。
来计算低压侧的负荷
查表知需要系数Kd=0.7，巳=10kW24=240kW，再
Ro二KdP—0.7240kW=168kW，功率因数为cos=0.9
Q30=F30tan=1680.484=81.3kvar
P30168
S3。
30186.7kVA
cos©0.9
首先，按发热条件选择电缆：
l30=283.6A，查《工厂供电设计指导》选择铜芯主芯线截面是150mm2的YJLP2-1.0kV交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，其载流量为I引=305A>283.6A.初步选定的电缆型号为YJV22-3X150+1X95。
短路热稳定度校验：
由变电所引向单体楼的电缆线路总电抗为
总电抗标幺值为
三相短路稳态电流有效值为I⑶匹144-10.88kA
-X^k13.23
电缆满足热稳定度的最小截面为
因此截面为150mm2的电缆满足热稳定校验要求。
电压损失计算：
根据A=150mm2查表得R^-0.14Q/km,X。
=0.070Q/km，故线路的电压损耗值为：
线路电压损耗百分值为.；U%「U100%=13.183=3.5%
UN0.38"0
电压损耗小于.；Ual%=5%，因此电缆选择YJV22-3X150+1X95满足电压损耗要求。
综合以上校验条件，对单体楼采用型号为YJV22-3X150+1X95的电缆供电。
1）受电柜和母联柜的低压断路器的选择与校验，根据以上短路计算结果，选
择断路器为大王智能万能式断路器。
整定与校验：
（1）瞬时过电流脱扣器动作电流的整定
瞬时额定电流Inlor-2500A_丨3。
=1870.49A,线路的尖峰电流取额定电流130的2倍，瞬时过电流脱扣器的动作电流I"。
应躲过线路的尖峰电流Ipk，即Iopo一心引乐-1.353740.98=5050.32A，设瞬时脱扣电流整定为3倍，即：
Iopo=32500=7500A>5050.32A，满足躲过尖峰电流的要求。
（2）短延时过电流脱扣器动作电流和动作时间的整定
短延时过电流脱扣器动作电流l°ps应躲过线路负荷尖峰电流Ipk，即
Iops-K^ilpk=1.22887二3464A故整定为lOPs=7000A。
短延时过电流脱扣
器的动作时间应满足保护选择性要求，整定为0.6s
（3）长延时过电流脱扣器动作电流和动作时间的整定
长延时过电流脱扣器动作电流lopl应躲过线路最大负荷电流Ije，即
Iopl_Krellje=1.11870.49二2057.54A故整定为lOP肯6000A。
长延时过电流
脱扣器的动作时间应躲过允许过负荷的持续时间，整定为2h。
（4）热脱扣器额定电流Inltr应不小于线路的计算电流丨30，即
Inltr-130，选择2500A，其动作电流按下式整定：
Iopitr-Co=1.13740.98=4115.08A，热脱扣器动作电流整定为2500A。
2）低压出线柜断路器的选择与校验
根据电流计算结果，选择断路器为NM8-630S/3P/350A塑料外壳式断路器。
低压断路器的整定：
In.°p=350A>la0=283.6A，瞬时脱扣电流整定为5倍,
即|OP=5350=1750A而KerIP^4I30Ke^4283.62=2268.8A因此需增加
脱扣电流。
如整定为8倍时，l°p=8350=2800A,满足躲过尖峰电流的要求。
校验断流能力：
loc=50kV>20.6KkV，满足要求。
l30=283.6A,因此选择HD13-300/31型的刀开关，其Un=380V,ln=300
A>283.6A,开断电流loc-ln-300A,均符合要求。
G=283.6A，选电流互感器为LM-0.5-3005，Un=500V，
I1N=400A283.6A。
动稳定度校验：
imax=、2KesliN=厲135400=76.356kAiS?
=59.28kA满足条件。
热稳定度校验：
K」1N-I（3）..tima,75400=30kA.I⑶、.烏=32,22、、015=12,48kA满足
条件。
第九章变压器保护设置
根据GB5006—1992《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规程规定,
容量小于6300KVA的变压器设以下保护：
1、瓦斯保护
防御变压器铁壳内部短路和油面降低。
轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸。
2、过电流保护
防御变压器铁壳内部短路和油面降低。
轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸。
本设计采用干式变压器无此项。
过电流保护动作电流的整定
取Krel=1.3,而Kw=1，K「0.8，Kj=100/5=20,
L.max=2In.
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