住宅小区供配电系统的设计Word文件下载.docx
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6、小区的防雷接地与电气安全（30）
6.1过电压与雷电的有关概念（30）
6.2接地（32）
6.3本小区的防雷与接地系统（33）
7、结论（34）
8、致谢（34）参考文献（35）英文摘要、关键词（36）附录（37）
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绪论
电能是人们生活中不可缺少的能源和生活工具，它的影响力和对社会的帮助可以说超过了任何媒介。
当然如果只有电能这种单纯的物质，电能一样不能为人民服务，所以，必须要有专门的专业人员对其进行分配与传输，这样才能使电能造福于人，服务于人民群众。
当前，电能的供配电系统的种类与形式纷繁复杂，所以选择一种适合的系统形式不是太容易。
如果选择的不合适，可能会造成财产的损失、设备的浪费，有时甚至造成人类的伤亡，所以，选择一种适合的系统十分重要，不容马虎。
本课题就是住宅小区的供配电系统的设计，是一个典型的案例，设计内容主要包含以下几个方面的内容：
住宅小区的负荷计算，小区变配电所的位置选取，小区变配电所内主变压器太熟与容量的选择，防雷，接地等内容。
其中的每部分内容都十分重要，每一部分都会影响住宅小区的整体效果与安全性能。
供配电系统的发展也是科技进步的表现，反过来一样，供配电系统越是需要发展就越需要科技的进步。
当前，中国供配电事业飞速发展，这是人民需求增多的映射，当然，满足人民的各种需求也是供配电部门与人员的责任与义务。
目前，智能供配电系统也层出不穷，反映出进步与革新。
总之，建立不仅满足要求同时考虑到未来发展需要的供配电系统是我们不尽的追求，需要我们的不懈努力。
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第一章概论
1.1小区设计说明
1.1.1小区总体设计
小区位于天津
建筑类型普通民用住宅小区（平均层数为6层）
占地面积50000平方米
住户共1200户
该小区为普通民用住宅小区，小区的北半部分为90平方米户型，半部分为80平方米户型。
现在城市居民要求比较高，所以为了丰富居民的业余生活，适应居民多元化的兴趣爱好，我特意在小区的中央地带专门设置了大面积的户外活动中心。
本小区采用了人车混合布局的形式，车流通过入口进入小区，然后再通过主干道行驶到专门设置的停车区域。
同时，地块内部道路由组团级路和主干道两个大的分支系统组成。
世外桃源小区主干道平均的宽度为8米，组团级道路平均的宽度为5米，入户道路平均的宽度为7米，完美的道路系统，是安全的必须，小区的灵魂。
小区内布置了鲜明的人性化方向、标志建筑等指示牌，消防、紧急机动车在小区内可以快速便捷地到达每幢住宅的入口，把钱财人员损失降低到达最小。
明显通过主干道绿化设计把组团绿化和户间绿化串联了起来，然后再加上居民户外活动中心所设计的集中绿化，引入的大量的遮阴树、行道树、防护树、独赏树，彻底把小区塑造成一个绿色、环保、生机勃勃的独特住所。
1.1.2该小区建筑单体个性设计
建筑单体设计中，优先考虑到居民建筑住宅本身的特点及周围的建筑元素，建筑师特将艺术感和时代感完美的结合在一起，既默契的融入到整个大环境中，又充分体现了此单体建筑的独一无二。
设计共五种主要户型，分别为AX型AY型AZ型BU型BV5
型。
设计师从始至终贯彻“以人为本”的设计思想，严格按照国家有关规定，顺应以下几个设计原则：
◆优先保证房间尺寸符合大众人民的习惯；
◆个性鲜明客厅与主卧的地位，大主、大客的分割，尽量给予最好的朝向和风景；
◆我们根据21世纪市面上的厨卫面积分割厨卫空间，高效与审美无处不在。
1.1.3环境条件
年最高温度平均为+40oC,年最低温度平均为-30oC,该小区年平均温度+10oC。
覆冰-5mm，最大风速30m/s。
当地海拔高度米。
1.1.4小区平面图
平面图是建筑物或者物体直接投影在水平面上所得到的图形，其实平面图也是地图的一种，可以按照一定的比例扩大和缩小，平面图也可以手工绘画。
根据上述说明设计小区平面图见附图1。
1.2住宅小区的负荷计算
1.2.1负荷计算概述
1、确定计算负荷，是作为根据发热要求选择系统各级电压供电准备变压器的容量、研制建筑物报装容量和世外桃源电气设备的依据；
2、确定计算负荷，是用来计算电压损耗和小区设备功率损耗的依据；
3、确定计算电流，是选择电缆容量、规格的依据；
4、求总的有功计算负荷和总的无功计算负荷，也是确定静电电容器的依据。
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1.2.2住宅小区负荷计算包含内容
1、什么是计算负荷
通过所有负荷的统计计算所求出、用以根据发热条件筛选供电系统中各元件分别的负荷值，这就是我们通常定义的计算负荷。
根据这么多年来，奋斗在住宅小区电气设备计算、电气线路计算中的工作人员的实际经验，我们知道计算实际负荷其实也可以认为它就是半小时最大负荷P30。
计算负荷按照规定来说，必须设计得非常合理。
我们大致可以分成两种情况：
第一，如果计算负荷大了，直接导致财产和材料浪费；
第二，如果计算负荷小了，直接后果是电气设备、电缆在过负荷的情况下运行，不仅仅增加了电能损耗，更甚的是会产生过热现象，导致绝缘皮肤提早老化，导致火灾灾难！
我们可见，准确计算计算负荷的严重性。
2、平均负荷
顾名思义，即电力负荷在一定的时间内平均所消耗的电功率，公式为
Pav?
Wt
t
Wt是时间t内消耗的所有电能量。
平均负荷可用来计算电能消耗量Wt和最大负荷Pmax。
年平均负荷为
Wa
8760h
1.2.3住宅小区负荷计算的方法概述
1、概述
目前，我国采用最普遍的确定小区、建筑物所有用电设备组计算负荷，就是二项式法则和需要系数法则。
两种法则各有其优缺点，我们分别介绍一下：
其中，二项式法的局限性是比较大的。
目前，需要系数法则是目前社会各界通用的确定计算负荷的方法，我们应该牢牢掌握。
下面内容大致介绍需要系数法的概念与应用。
2、需要系数法
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用电设备组的计算负荷，就是指从供电系统中取用的年最大负荷。
下图为用电设备的计算负荷说明图（计入ηWL）。
图1负荷说明图
用电设备组的设备容量，顾名思义，就是指所有设备的额定容量的总和，用公式表示为Pe=∑PN。
现实生活中，所有设备实际上都不一定同时运行，而且运行的设备实际上也不是太可能都同时满负荷，而且再加上功率损耗的存在，得出，用电设备组的有功计算负荷容易表示为
P30?
K?
KL
?
e?
WLPe
e各个符号的含义：
K∑是设备组同时系数，KL是设备组负荷系数，η
设备组平均效率，ηWL的意义为的意义为配电线路平均效率。
我们可以命名上面式子中的K∑KL/（ηeηWL）=Kd，这个Kd就是需要系数。
由前式可得到需要系数公式表示为
Kd?
P30
Pe
由此我们可以得到有功计算负荷的式子为
KdPe
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在求出有功计算负荷之后，我们可以根据下面所列举的公式求其余的计算负荷，其中，视在计算负荷计算公式为
S30?
cos?
无功计算负荷计算公式为
Q30?
P?
30tan
计算电流计算公式为
I30?
S30
3UN
1.2.4需要系数的选择
计算需要系数的方法有很多种，大都不尽清楚，不太实用。
根据调查有经验专业电气工程师，计算任意户数的需要系数表格如下：
表1需要系数表
1.3本住宅小区的负荷计算
1、本小区住宅的用电负荷按照最大负荷计算，即50W/m2；
水泵等公用负荷以10W/m2计算；
消防负荷在此不统计入最大负荷。
住宅户内的导线用铜芯绝缘导线，截面满足最大负荷长期长时间工作的要求。
所以，为了保证线路的安全可靠运行，住宅户内总进线选用的是?
10mm2的铜芯绝缘导线。
2、商业用户的用电负荷按照60W~100W/m2计算，在此综合考虑商业用户的特点，一9
般用户我以100W/m2计算；
当然，有一些商业用户的用电比较明确，我根据实际用电量确定其用电负荷。
3、住宅电表后所有总线一致采用穿管方式进行敷设。
小区住户电表的配置，见下表：
表2电表配置
4、小区住宅总进线入户后，设置了户内配电箱，配电箱内设置了总进线开关以及分路出线开关。
我为了保证用户的安全，一并设置了漏电保护、过载保护、短路保护，并能同时断开零线的功能。
第二章小区的电力照明及其计算
2.1概述
2.1.1照明系统概述
照明方式按照它的光源来源方式可以分为人工照明和自然采光两大类。
电气照明因为其灯光质量稳定、控制调节方便、色彩丰富和安全经济的优点，使其成为现代技术中使用最为广泛的一种方式。
人民的生活质量高低与灯光照明的质量有着极其密切的关系，优质的照明是保证高质量生活、高质量娱乐、高质量身体的必要措施。
因此，电气照明的质量对社会生活具有十分重要的作用。
2.1.2标准照明计量单位
表1国际单位制（SIE单位制）的光度单位
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2.2小区常用电气照明
2.2.1常用照明方式
照明方式是指灯光设备按照它的安装部位或者光照的分布而构成的基本制式。
根据灯光设备安装部位，我们可以具体分成一般照明、局部照明以及混合照明。
（1）一般照明
可以不考虑局部的特殊需要，目的照明整个室内而采用的最普遍的照明方式。
这种照明方式，室内可以获得较好的照明均匀度，住宅小区所采用的光源功率较大，具有较高的照明效率。
适用：
在无固定工作区或工作区分布密度较大的房间，比如卧室。
（2）分区一般照明
顾名思义，分区一般照明就是根据实际需要提高特定区域的一般照明，根据工作面布置的情况，将照明灯具集中或分区地布置在工作区的上方，使室内不同的被照面产生不同照度，可以有效节约能源。
（3）局部照明
目的满足室内某些地方的特殊需要，在特定小范围内设置照明灯具的照明方式。
通产情况下我们会将局部的照明灯安装在靠近工作面的上方。
这种局部照明方式在局部范围内用较小光源功率可以获得较高照度，而且还可以同时改变调整光的方向。
（4）混合照明
一般照明和局部照明混合组成的照明方式，为保证应有的视觉工作条件。
优点：
增加工作区照度；
减小照明设施总的功率，节约能源。
缺点：
视野内亮度分布不均匀。
2.3照度计算
2.3.1概论
在灯具的型式、悬挂的高度、布置的方案初步确定之后，电气设计人员就应该根据初步所拟定的照明设计方案精确计算工作面上的照度，检验照明设备是不是符合照度标准的规定。
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照度的计算方法有多种，普遍利用的有两大类：
单位容量法、利用系数法、概率曲线法和逐点计算法。
第一类：
单位容量法、利用系数法、概率曲线法只适用于水平工作面上的照度计算；
第二类：
逐点计算法可用于任一倾斜面上的照度计算。
2.3.2单位容量法
光源单位容量，指单位水平面上照明光源的安装功率，公式表示即为
P0?
nPN?
AA
根据单位容量法大约估算照明灯具的灯数和安装容量：
如果已知单位容量P0和平
面面积A，那么一般照明的总安装容量等于
P?
?
P0A
2.3.3利用系数法
1、概念
利用系数u：
表征照明光源所发射的光通量被有效的利用程度的参数。
通常利用投射到工作面上的光通量Φe与全部光源的光通量表示，公式表示
u?
e
n?
通常利用系数与许多因素有关，例如：
（1）、利用系数u与灯具的形状、光效性有关系。
制约关系：
灯具光效越高，并且光通量越集中，那么利用系数就会越高。
（2）、利用系数u与悬挂高度有关系。
灯具悬挂的高度越高，反射光通量越多，那么利用系数就会越高。
（3）、利用系数u与房间的总体面积、形状均有关系。
房间平均面积越大，形状越接近正方形，则因为直射的光通量越多，导致利用系数就会越高。
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2.4照明供电系统及其选择
2.4.1概述
第二节叙述了电气照明的种类，在此重点说明一下应急照明。
应急照明的电源不同于正常照明的电源。
根据国家有关规则规定，应急照明的电源从下列方式中选择：
（1）蓄电池组。
（2）供电系统中完全与正常供电电源独立的发电机组。
（3）应急照明灯应该自带逆变器。
（4）仅仅装有一台变压器的时候，应急照明的电源应该与正常照明供电干线的自变电所的母线上分开来，如下图：
图1装有一台变压器
（5）同时装两台及以上的变压器时，正常照明与应急照明应该接自不同变压器如下：
图2装有两台变压器
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2.4.2照明系统导线截面选取
均一照明线路按照允许电压损耗选取导线截面公式为
A?
M
C?
Ual%
其中，C是计算系数，∑M是线路中负荷的功率矩的和，单位为kW?
m。
根据上式计算得出的结果，实际中应该取其相近并且偏大的截面，并要校验机械强度和发热条件。
2.4.3照明系统的保护装置的选取
照明供电系统可以采用熔断器或者断路器来进行短路保护、过负荷保护。
具体事项可见附表（参考刘介才《工厂供电》第二版）。
2.4.4本住宅小区的插座系统
本住宅小区的插座系统具体说明:
1、主卧：
五孔插座三个，高度为0.3米；
2、次卧：
3、客厅：
五孔插座四个，高度为0.3米；
4、厨房：
带防溅盒的油烟机用插座一个，高度为2；
电热插座二个，高度为1.5米；
5、卫生间：
带带防溅水的盒的插座两个，高度为2米的热水器用；
高度为0.4米的洗衣机用；
2.5本小区标准层照明示意图
标准层照明示意图见附图2。
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第三章住宅小区变配电所设计
3.1变配电所的任务与类型
3.1.1变配电所概论
变电所：
对电力系统中电压电流进行变换、分配的设施。
变电所根据用途分类可以分为电力变电所以及牵引变电所。
配电所：
不能对电压进行变压，可以对电能进行分配。
配电所，顾名思义，她是变电所的延伸，以满足某些用电地区配电的需要。
变电所的种类很多，主要有以下2种分类方法：
根据用途分类：
配电用、送电用变电所、直流送电用、电气管道用等；
根据形式上分类：
屋内型、屋外型、半屋外型、地下型、移动型变电所等。
3.1.2小区变配电所所址的选择
住宅小区的变配电所起着十分重要的作用，所以其所址选择也显得十分重要，国家有关标准《10kV及以下变电所设计规范》GB50053-94对小区变配电所的所址选择进行了详细的规定。
见附录的参考文献。
3.1.3负荷中心的确定
负荷中心的确定必须要设计负荷指示图。
负荷指示图：
将电力负荷按照一定的比例（比如x平方米代表ykW。
），然后再用负荷圆的形式标示在小区或者工厂的平面图上即可。
各建筑（住宅）的负荷圆的圆心应该与建筑（住宅）的负荷中心点大致相符。
在负荷均匀分布的建筑（住宅）内,负荷圆的圆心就在建筑（住宅）的中心。
而在负荷分布不均匀的建筑（住宅）内，圆心就应该偏向多数负荷集中的一侧。
我们定义负荷圆半径为r，由建筑（住宅）计算负荷P30=Kπr2可以得出：
r?
K?
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K是人为规定的负荷圆的比例，单位kW/mm。
通过指示图我们可直观的确定建筑（住宅）的负荷中心，再结合选择变配电所的条件选择最优的方案确定变配电所的所址。
2
3.2电力变压器
3.2.1概述
电力变压器，文字符号为T，变电所中可以说最关键的一次设备，功能：
将电力系统中的电压升高或者降低，使有利于电能的分配、输送及使用。
小区变电所采用的一般都是降压变压器；
直接供电给予用电设备的最终端降压变压器，为配电变压器。
3.2.2变电所主变压器的选择
1、台数的选择
变压器台数及容纳量的选择都是变压器投入使用时必须要进行的工作。
变压器台数如果选择过多，就会造成设备资源及财产的浪费；
台数如果选择过少，就会容易出现事故，有时也会造成财产及设备的损失。
我国《10kV及以下变电所设计规范》GB50053-94对小区变配电所变压器台数的选择进行了详细的规定，见附录的参考文献。
2、主变压器容量的选择
（1）、只装有一台变压器的情况
主变压器容量（一般当额定容量SN.T）应满足所有用电设备总的计算负荷S30：
ST?
SN.T?
（2）、同时装有2台主变压器的情况
每一台容量ST应该同时满足两个条件，即
1）、任意一台变压器单独工作时，应该满足总的计算负荷S30的0.6～0.7的要求:
（0.6~0.7）S30
2）、任意一台变压器单独工作时，应该满足全部的一、二级负荷的要求：
S30（1?
2）
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3.3变压器的选取
3.3.1住宅小区负荷计算统计——用电设备的用电负荷统计
表1负荷计算统计表
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注释：
1、A户型住宅用电为80m2*50W=4kW；
B户型住宅用电为90m2*50W=4.5kW。
2、商住楼负荷密度为：
40~65W/m2。
本商住楼采用60W/m2计算。
所以每户用电为300m2*60W=18kW。
3、需要系数选择见第一章第二节需要系数法的介绍。
4、对于处于备用状态的喷淋泵、消防泵等设备，我不作为一部分来选择变压器容量。
所以，为了保证火灾时消防设施可以正常启动与运行，可以采取自动切去非消防用电设施的方法，来缓解用电紧张。
5、有关公式：
根据Kd=P30/Pe可以得到：
P30=KdPe。
所以Q30=P30*tanφ，S30=P30/cosφ。
6、公共辅助设施给排水的用电负荷。
每一天每个人的供水量大约在0.3吨，一般居民住宅的每吨水耗电为0.1kW。
所以按照负荷年利用小时4500小时计算相当于每人用电负荷大约是0.028kW，也可以按0.2~0.25W/m2。
排水在平常自然排水时，用电可以忽略不计。
3.4.2箱式变电站及内部设备类型选择
将高压控制开关和变压器集于一体的变电站是美式箱变，该类型箱变体积较小；
将高低压控制开关和变压器集于一体的变电站是欧式变电站，该类型箱变体积较大，外形美观，内部空间比较大易于操作和检修，为住宅小区箱变的首选。
该小区箱变类型选择为：
ZBW-12。
内部配置见附图3
3.4电气设备中的电弧问题
3.4.1概述
电弧是电气设备运行中常有的一种现象，特点可以概括为两点：
温度很高且光亮很强。
根据实践经验与实验，电弧对供电系统有很大的威胁。
一，电弧一般情况下会延长电路开断时间长短；
二，高温极可能会烧毁电气设备、导线电缆，引起危险火灾；
第三，强烈弧光极可能损坏人眼得视力，情况严重时很有可能造成失明。
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3.4.2电弧的产生原因
1、根本原因
开关触头在分断电流时产生电弧的根本原因：
触头本身及触头周围的介质中一定含有大量可以被游离的电子。
当分断触头之间有足够大外电压时，这些电子就很可能强烈电离从而造成电弧的产生。
2、电弧产生的游离类型
高电场发射、热电发射、高温游离、碰撞游离。
3.4.3电弧的熄灭条件
1、熄灭电弧的条件：
电弧中去游离率必须大于游离率。
2、去游离方式：
正负带电质点的扩散和复合都会去游离；
3、开关电器中常用灭弧方法：
冷却灭弧法、真空灭弧法、狭沟灭弧法、SF6灭弧法。
3.4.4对电气设备电气触头的基本要求
必须具有足够热稳定度；
需要具有足够机械强度；
严格满足负荷的正常发热要求；
需要具有足够断流能力。
第四章小区的电力线路
4.1供配电系统概述
4.1.1供配电示意图
供配电系统是将发电厂、变电所、电力用户等几个环节连接起来的一个整体，包括发电、输电、变电、配电、用电几个组成部分。
对于小区供配电系统来说，供配电方式为：
采用10kV的高压进线，然后经过住宅小区的箱式变电站降压到小区单元配电箱，最后到达住户配电箱，变成用户可以直接使用的220V或者380V的低压电。
电19
力系统示意图如下：
图1供配电示意图
图2小区供配电抽象示意图
20
4.1.2配电模式
本小区主要供电模式定位：
箱变配电工程。
天津市的高压供电模式为：
110kV-35kV-10kV,城区配电线路电压等级是10kV，到达住宅小区一级配电电压等级是10kV，低压配电电压等级为220V/380V。
本小区10kV主接线方式示意图如下：
图310kV单环网主接线方式示意图
4.2电力线路敷设
4.2.1架空线路
现实生活中，架空线路的应用相当普遍，是因为架空有许多优点，比如：
成本价格低，安装比较容易简便，维护以及检修十分方便等等。
但是架空线路也有缺点，比如：
受天气影响比较严重，占用空间，有时还会影响交通等等，所以架空线路的敷设需要注意一些事项。
由于本课题为住宅小区的供配电设计，所以在此处只介绍一些与住宅小区有关的架空线路。
我国有关标准GB50061-1997对架空线路的敷设进行了详细的规定。
4.2.2电缆线路
电缆线路得到了越来越多的应用，
只因为它有很多架空线路所不具备的优点，比21
如：
不容易受外界的影响、不占空间、运行安全可靠等等。
但是也有许多缺点，比如:
成本比较高、维修不太方便等等缺点。
下面简单介绍一下。
电缆种类:
根据材料分为铜芯和铝芯；
根据绝缘介质大致分为塑料绝缘电缆和油浸纸绝缘电缆两大类别。
由于油浸绝缘电缆具有耐热好、寿命长、耐压高等优点，所以实际中应用比较广泛。
电缆的敷设方式有：
沿墙敷
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