某小区供配电系统设计毕业论文Word格式文档下载.docx
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（3）设计范围：
高压侧从市政开闭所10kV配电线路起，在接引10kV电源处设置明显断开点，低压侧至小区内各建筑低压用电计量装置上表位。
（4）自然环境：
本地区年平均雷暴日24.8d/a，通廊式住宅建筑年物预计雷击次数为：
0.0812次/a；
建筑商业写字楼建筑年物预计雷击次数为：
0.0359次/a。
2负荷的计算
2.1负荷分级以及要求
用电负荷分级，是为了能够正确地反映出对于用电可靠性要求的界限，以便选出合适的、符合实际水平的供电方式，保护人员安全，并能有效地节约投资提高经济效益。
负荷分级主要是从经济损失和安全这两方面来确定的。
2.1.1负荷分级和供电电源要求
（1）负荷分级[2]
根据JGJ16—2008《民用建筑电气设计规范》行业标准规定，用电负荷应根据供电可靠性及中断供电所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。
各级负荷应符合下列规定：
●符合下列情况之一时，应为一级负荷：
中断供电将造成人身伤亡；
中断供电将造成重大影响或重大损失；
中断供电将破坏有重大影响的用电单位的正常工作，或造成公共场所秩序严重混乱。
例如：
重要通信枢纽、重要交通枢纽、重要的经济信息中心、特级或甲级体育建筑、国宾馆、承担重大国事活动的会堂、经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等的重要用电负荷。
在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应为特别重要的负荷。
●符合下列情况之一时，应为二级负荷：
中断供电将造成较大影响或损失；
中断供电将影响重要用电单位的正常工作或造成公共场所秩序混乱。
●三级负荷属于一般的电力负荷，所有不属于上述一、二级负荷的，均属于三级负荷。
（2）各级电力负荷对供电电源的要求：
一级负荷是重要负荷，要求由两路电源供电，若其中一路电源发生故障停止工作时，则另一路电源不会同时损坏。
同时，除两路电源外，还必须增设应急电源。
其中，常用的应急电源有：
蓄电池；
干电池；
供电网络中独立于正常电源的专门供电线路；
独立于正常电源的发电机组。
二级负荷也是重要负荷，也要由两路电源供电，并有两台供电变压器。
在其中一台或回路中发生故障时，二级负荷不会中断供电，或中断后迅速能恢复供电。
三级负荷属于一般负荷，所以对供电电源没有特殊的要求。
2.1.2本工程建筑的负荷类型
本工程为综合性住宅小区，有高层住宅楼、多层办公楼、商铺、泵房、热力交换站、地下车库等公共用电设施。
本次设计的高层住宅楼属于一类高层民用建筑，此类建筑内的消防控制室、火灾自动报警及联动控制装置、火灾应急照明及疏散指示标志、防烟及排烟设施、自动灭火系统、消防水泵、消防电梯及其排水泵、电动的防火卷帘及门窗以及阀门等消防用电应为一级负荷。
住宅小区内的生活给水泵房以及热力交换站的用电负应根据工程规模、重要性等因素合理确定负荷等级，且不应低于二级。
商铺内的主要通道照明和应急照明以及和地下停车库的消防设备被归为二级负荷。
其余的如居民、商业、办公等用电为三级负荷。
用电设备条件汇总如表1所示。
表1用电设备条件汇总表
用电设备名称
用电设备台数
负荷等级
用电设备
相数
常用
备用
单台容量（KW）
电压（V）
低区生活泵
1
一级
7
380
三相
中区生活泵
8.6
高区生活泵
11
普通客梯
2
18.5
观光电梯
10
消防电梯
正压风机A
4
正压风机B
7.50
排烟风机
5.50
换热机组A
7.00
换热机组B
4.10
消火栓泵
75.00
自动喷淋泵
90.00
潜水排污泵A
4.00
潜水排污泵B
3
2.20
防火卷帘
6
1.00
送风兼消防补机A
送风兼消防补机B
1.10
送风兼消防补机C
3.00
送风兼消防补机D
送风兼消防补机E
双速排风兼排烟风机A
17/12
双速排风兼排烟风机B
11/9
双速排风兼排烟风机C
8/6.5
双速排风兼排烟风机D
16/13
双速排风兼排烟风机E
3/2.4
景观照明
80
车库照明
40
变电所照明
15
2.2计算负荷概述
2.2.1概述
现代社会发展迅速，人们对生活环境有了更高的追求。
从大的方面来说，住宅小区内的基本生活设施越来越丰富，住宅楼房越来越多样化。
本次设计的小区内就包含高层住宅楼、多层住宅楼、写字楼、商铺、泵房、热力交换站和地下停车库等设施，不同的建筑用电负荷也大不相同，对整个小区的电气设计要求也有所提高。
从小的方面来说，人们生活富裕了，每家每户像是空调、彩电、洗衣机之类的家用电器也在逐渐增多，用电负荷与过去相比有了大幅度的增长。
居民用电越来越多样化，所以要根据不同的负荷选取合适的计算方法。
小区的供电系统要能正常，安全可靠地运行，就需要对整个住宅小区的负荷容量和计算负荷进行可靠地计算，才能正确地选择适合变压器的类型、容量以及数目。
只有这样，才能满足小区居民现在以及将来的用电需求，并且合理降低了工程造价，节省材料。
2.2.2计算负荷的步骤
负荷计算主要内容有负荷容量，计算负荷。
负荷容量也称安装容量，是住户所使用的用电设备的额定容量或是额定功率的和，是配电系统设计和计算的基础资料和依据。
计算负荷也称计算容量、需要负荷，它标志用户的最大用电功率，是配电设计时选择变压器、确定可作为按发热条件选择变压器、导体及电器的依据，并用来计算电压损失和功率损耗，也可作为电能消耗及无功功率补偿的计算依据。
计算负荷需要采用的方法主要有需要系数法、二项式法、单位面积法。
方案设计阶段可采用单位指标法；
初步设计及施工图设计阶段，宜采用需要系数法。
且根据《住宅建筑电气设计规范》JGJ242-20113.4.1条：
对于住宅建筑的负荷计算，方案设计阶段可采用单位指标法和单位面积法；
初步设计及施工图设计阶段，宜采用需要系数法进行计算[3]。
因此本论文主要使用需要系数法对有关内容进行计算，并简单介绍单位面积法的基本概念。
（1）单位面积法
建筑的用电负荷常与建筑面积直接相关。
对于具有相同功能、用途和档次的建筑，尽管建筑的规模不同，但单位建筑面积上的负荷密度具有统计规律上的相似性。
表2列出了当前经济发展情况下各类建筑物的负荷密度。
若已知建筑面积A（m²
），并查表2得到同类建筑的负荷密度指标（W/m²
），可根据下式估算出计算负荷的大小：
（1）
各类建筑物用电指标如表2所示。
表2各类建筑物的用电指标
建筑类别
用电指标（W/m²
）
公寓
30～50
医院
40～70
旅馆
高等学校
20～40
办公
30～70
中小学
12～20
商业
一般：
40～80
展览馆
50～80
大中型60～120
体育
演播室
250～500
剧场
汽车库
8～15
（2）需要系数法
需要系数标志着用电设备组投入运行时，从供电网络实际取用的功率与用电设备组设备功率之比。
需要系数的值总小于1，它不仅与设备的负荷率、效率、台数、工作情况及线路损耗有关，而且与维护管理水平等因素也有关系。
●单台用电设备的计算负荷
考虑到设备可能在额定工况下运行，单台用电设备的计算负荷就取设备的安装容量。
（2）
（3）
（4）
（5）
PN——用电设备的安装容量（KW）；
UN——设备的额定电压（KV）；
tan——用电设备铭牌给出的功率因数角的正切值；
Pc——有功计算负荷（KW）；
Qc——无功计算负荷（Kvar）；
Sc——视在计算负荷（kVA）；
Ic——计算电流（A）。
●用电设备组的计算负荷
当计算配电干线（例如，第j条）上的计算负荷时，首先将用电设备分组，求出各组用电设备的总安装容量PN.i，然后查表得到各组用电设备的需要系数Kd.i及对应的功率因数cosi和功率因数正切值tani，则：
（6）
（7）
（8）
●建筑物总计算负荷
建筑物总的负荷计算以建筑内用电设备组或配电干线的计算负荷为基础，从负荷端逐级向电源端计算，而且需要在各级配电点乘以同时系数KΣp，即：
（9）
（10）
（11）
需要系数和功率因数可根据表3、表4来进行选择，但并不能局限于此表。
电器设备在不断地更新换代，其性能也不断改善，还与它的使用场合有关。
所以，需要系数不是一成不变的，不能随便拿起一本书就套用系数，需要研究设备样本里提供的相关数据，结合工程的供电特点和当地的生活条件等因素，从而确定比较合适的需要系数。
需要系数选择表如表3、表4所示。
表3住宅用电负荷需要系数选择表
按单相配电计算时所连接的基本户数
按三相配电计算时所连接的基本户数
需要系数
9
12
0.95
18
0.75
8
24
0.66
30
0.58
36
0.50
14
42
0.48
16
48
0.47
54
0.45
21
63
0.43
72
0.41
25～100
75～300
0.40
125～200
375～600
0.33
260～300
780～900
0.26
表4需要系数及自然功率因数表
负荷名称
规模（台数）
需要系数（Kd）
功率因数（cos）
照明
面积<
500m²
1～0.9
500～3000m²
0.9～0.7
0.9
3000～15000m²
0.75～0.55
＞15000m²
0.6～0.4
商场照明
冷冻机房锅炉房
1～3台
0.8～0.85
＞3台
0.7～0.6
热力站、水泵房、通风机
1～5台
0.75～0.8
＞5台
0.8～0.6
电梯
0.18～0.22
0.5～0.6（交流电）0.8（直流电）
洗衣机房、厨房
≤100KW
0.4～0.5
0.8～0.9
＞100KW
0.3～0.4
窗式空调
4～10台
0.8
10～50台
50台以上
0.4～0.3
舞台照明
＜200KW
1～0.6
0.9～1
＞200KW
2.2.3本工程负荷计算
本工程采用需要系数法进行计算，计算过程如下。
（1）住宅用电部分
根据实际负荷估算，规定面积在100㎡以下的每户按4KW计算，120㎡-150㎡的每户按5KW计算，150㎡以上的每户按6KW计算。
由此可知，户型1为4KW/户的共4户、户型2为5KW/户的共9户、户型3为6KW/户的共2户。
使用需要系数法计算负荷，每层一个电表箱。
用6条配电干线从地下室二层变电所引来,每条配电干线连接5个楼层电表箱，其中一条干线连接4个楼层。
本次设计以住宅负荷计算为主，以其中一条配电干线为例，其余负荷按相同方法计算，结果如表5所示。
用户配电箱部分，由公式2可得安装容量：
楼层电表箱,查表3、4得Kd=0.75，cos=0.9，tan=0.48，由公式6和公式7可得楼层电表箱的计算负荷：
配电干线,查表3、4得Kd=0.4，cos=0.9，tan=0.48，由公式6和公式7可得配电干线的计算负荷：
住宅负荷计算如表5所示。
表5住宅负荷计算
安装容量（KW）
有功（KW）
无功（Kvar）
1#住宅干线
292
87.6
42.05
2#住宅干线
365
109.5
52.56
3#住宅干线
4#住宅干线
5#住宅干线
6#住宅干线
合计
2117
635.1
304.85
在计算负荷的过程中还会涉及到同时系数。
同时系数主要用在计算小区总负荷或计算变电所容量，由于用电设备组的全部设备并不同时运行，存在同时运行系数，所以需要乘以同时系数来折算负荷。
同时系数取值需要根据当地的用电水平具体分析，本次设计同时系数取KΣp=0.9，KΣq=0.95。
由表5中的数据和公式9和公式10可计算得：
因此住宅部分总的计算负荷为571.59KW
（2）公共用电部分
本工程公共用电部分包括：
多层办公楼用电、电梯用电、消防用电、园林及建筑景观用用电、生活水泵用电、路灯和公共照明用电、排污设备用电等照明负荷以及动力负荷。
本次计算以商业区和写字楼的计算负荷为主，其余负荷可根据表4查找需要系数，并根据2.2.2中所介绍的公式对各个用电设备进行负荷计算，具体计算结果见附录表。
由所给资料可知商业区和写字楼的安装容量分别为261KW和208KW，根据需要系数法计算出其计算负荷。
商业区需要系数查表4得：
Kd=0.85，cos=0.9，tan=0.48。
由公式6和公式7可得：
写字楼需要系数查表4得：
Kd=0.7，cos=0.9，tan=0.48。
一般情况下，备用设备与消防设备都不考虑在计算负荷之内，只有当消防用电的计算有功功率大于火灾时可能同时切除的一般电力、照明负荷的计算有有功功率时，按未切除的一般电力、照明负荷加上消防负荷计算低压总设备功率。
2.3无功补偿
2.3.1无功补偿的目的
由于现在的用电设备大都属于阻性负载和阻-感性负载，所以整个供电系统通常是阻感性的，因此供电系统中会消耗大量的无功功率，从而导致功率因数的降低。
功率因数的降低会使电能的传输产生大量的损耗，并且无功功率会影响电压的损耗，同时也会使电力设备的利用率相应降低，造成较多的经济和能源的浪费。
所以，根据供电部门的有关规定，需要对功率因数进行一定限制，在某些供电场所需要达到一定的数值，低于这一数值是就必须进行无功功率的补偿，以免产生不必要的损失。
根据实际情况，一般居民小区的自然功率因数范围在0.7—0.75之间。
但是，根据有关规定，居民用电的功率因数应当保持在0.9以上，以满足供电要求[4]。
当功率因数不满足要求时，首先应当想办法提高自然功率因数。
要想提高自然功率因数，可以选择合适的电动机型号规格，防止电动机长时间空载运行或者合理选择变压器的容量等方法都可达到目的。
若提高自然功率因数仍达不到要求，则需要对小区内的供电系统进行无功补偿。
2.3.2无功补偿的方法
一般来说，要想补偿无功功率的方法有：
改变发电机的端电压，就地补偿无功功率等。
由于改变发电机端电压这种补偿方式补偿距离较远，损耗比较大，投资高，因此这种方法对于小区供电这种远距离，补偿地点分散的场合并不适用。
所以，小区供配电系统的无功功率补偿一般采用就地补偿的方法。
本工程无功补偿采用并联电容器的方法。
并联电容器装设位置共有高压集中补偿、低压集中补偿和单独就地补偿是三种方法。
本次设计采用低压集中补偿的方法。
低压集中补偿是指将低压电容器装设在10KV变电站0.4V的低压母线上。
该方法能够有效的补偿低压侧用电设备所消耗的无功功率，虽然无法对低压侧配电系统起到无功补偿的作用，但是能够减少高压侧供电系统中的电能损耗。
这种方法补偿与其他方法比较，使用电容器设备较为便宜，投资较小。
并且具有接线简单，管理方便，电容器的利用率较高等优点，能够使无功就地平衡。
不仅如此，补偿无功后会使10KV变压器的视在功率变小，从而能够将选择变压器的容量减小，减小了变压器的投资。
并联电容器采用自动调节的控制方式，俗称无功自动补偿装置。
电容器在低压母线进行补偿时均为自动补偿方式，即实际补偿电容器容量随自然功率因数的变化而调整。
低压无功自动补偿装置示意图，如图1所示。
图1低压无功自动补偿装置的原理电路
2.3.3无功补偿容量
自然功率因数的计算方法如下：
（12）
采用分组自动投切的补偿装置的无功补偿容量应按下式确定：
（13）
tan1——补偿前功率因数cos1对应的正切值；
tan2——补偿后期望的功率因数cos2对应的正切值。
在这里以供住宅负荷的T3变压器进行无功补偿为例。
根据2.2.3中计算出的数据Pc∑=571.59KW，Qc∑=289.61KW，由公式11可得出视在功率为：
由公式12可算出自然功率因数，即：
cos=Pc∑/Sc∑=571.59/640.77=0.89所以住宅部分负荷自然功率因数为0.89，补偿后期望达到0.97，则由公式13可得：
根据计算出来的结果，可选用4组额定容量为15Kvar的电容器和3组额定容量为30Kvar的电容器。
因此，实际补偿容量为150Kvar。
公共部分负荷T1、T2变压器无功补偿可用此方法进行计算，结果见表9、表10。
3短路电流的计算
3.1短路计算的目的
（1）为了选择和校验电气设备。
如断路器、隔离开关、熔断器、互感器、母线、瓷瓶、电缆、架空线等等。
其中包括计算三相短路冲击电流、冲击电流有效值以校验电气设备电动力稳定，计算三相短路电流稳态有效值用以校验电气设备及载流导体的热稳定性，计算三相短路容量以校验断路器的遮断能力等。
（2）为继电保护装置的整定计算。
在考虑正确、合理地装设保护装置，在校验保护装置灵敏度时，不仅要计算短路故障支路内的三相短路电流值，还需知道其它支路短路电流分布情况；
不仅要算出最大运行方式下电路可能出现的最大短路电流值，还应计算最小运行方式下可能出现的最小短路电流值；
不仅要计算三相短路电流而且也要计算两相短路电流或根据需要计算单相接地电流等。
（3）在选择与设计系统电气之接成时，短路计算可为不同方案进行技术性比较以及确定是否采取限制短路电流措施等提供依据。
3.2无限大容量电源条件下短路电流的计算
无限大容量电力系统，是指供电容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统。
其特点是：
当用户供电系统的负荷变动甚至发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压能基本维持不变。
如果电力系统的电源总阻抗不超过短路电路总阻抗的5％～10％，或者电力系统容量超过用户供电系统容量的50倍时，可将电力系统视为无限大容量系统[5]。
3.2.1短路电流计算基本步骤
本工程采用标幺值法计算短路电流，其基本步骤为：
（1）确定基准值
基准容量：
Sd=100MV·
A；
基准电压：
Ud=Uc。
基准电流：
（14）
Uc——元件所在处
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