一号教学楼供配电设计

一号教学楼供配电设计
摘要：随着信息技术的发展，国民经济对数字化城市、绿色与智能建筑的要求越来越高，现代化和电气化的高层、高级、密集大型建筑群普遍兴建。设备电量增大，高电压、大容量的变电站建立在用电负荷中心，建筑电气范围不断扩大。本设计就是一号教学楼的供配电系统设计，内容包括负荷计算、无功功率补偿、导线与截面的选择、变电所、继电保护、防雷与接地等。这次设计必须考虑到供电系统的安全性、可靠性及经济性。通过对主接线设计，短路电流计算，主要电气设备型号和参数的确定，电气设备的动热稳定校验，无功补偿设计，防雷和过电压保护装置的设计较为详细地完成了电力系统的设计。

关键词：供配电系统设计；防雷与接地设计

Abstract：With the development of information technology, the demand of national economy for digital city, green and intelligent building is higher and higher, and modern, electrification, high-rise, high-level, dense large building groups are generally built. With the increase of equipment capacity, the substation with high voltage and large capacity is built on the power load center, and the electrical range of building is expanding. This design is the design of power supply and distribution system for No. 1 teaching building, which includes load calculation, reactive power compensation, conductor and cross section selection, substation, relay protection, lightning protection and grounding. The design must take into account the safety, reliability and economy of the power supply system. Through the design of the main wiring, the calculation of short-circuit current, the determination of the type and parameters of the main electrical equipment, the dynamic and thermal stability calibration of the electrical equipment, the design of reactive compensation, the design of lightning protection and over-voltage protection device, the design of the power system is completed in detail.

Key words: power supply and distribution system design;grounding design

目录
前言 1
第1章 概述 2
1.1工程概述 2
1.2 高层民用建筑的特点 2
1.3 建筑电气设计的组成 2
1.4建筑电气设计中的原则 3
第2章 供配电系统设计 4
2.1负荷等级 4
2.2各级负荷的供电措施 4
2.3 配电系统的原则 4
2.4 本高层教学楼的负荷分级与供电措施 5
第3章 负荷计算 6
3.1 负荷计算的方法 6
3.2本高层教学楼的负荷计算 10
3.3变压器负荷计算 13
第4章 无功功率补偿 16
4.1提高自然功率因数的方法 16
4.2人工补偿改善功率因数的方法 16
4.3无功补偿容量的计算 17
第5章 变配电所及变压器选择 19
5.1 确定变电所位置 19
5.2对总压变电所的要求 20
5.3变电所变压器选择 21
5.4 变压器容量的选择 21
5.4变压器单位数量的选择 21
5.6 变压器型号的选择 21
第6章 10kV变电所主接线设计规划 23
6.1 电气主接线的基本要求 23
6.2 电气主接线的基本形式 23
6.3 电气主接线方案设计 24
第7章 短路计算 26
7.1 短路概述 26
7.2 产生短路的原因 26
7.3 短路的危害 26
7.4 短路的计算 27
第8章导线型号及截面的选择 30
8.1导线型号的选择 30
8.2导线截面的选择 30
第9章 电气设备选型与检验 33
9.1电气设备选择条件 33
9.2 高压断路器的选择与校验 34
9.3隔离开关的选择与校验 35
9.4互感器的选择和校验 36
第10章 继电保护 39
10.1继电保护的任务与要求 39
10.2变压器保护 40
10.3继电保护电流计算 43
第11章 防雷与接地系统设计 46
11.1建筑物防雷等级确定 46
11.2建筑物防雷保护措施 46
11.3接地安全设计 47
结论 50
致谢 52
参 考 文 献 53

前言
建筑供配电系统设计是整个建筑设计的重要组成部分，供配电设计的质量直接影响到建筑的功能及其发展。建筑供配电设计必须根据上级有关部门的文件、建设单位的设计要求和工艺设备要求进行。建筑供配电设计必须贯彻国家有关工程建设的政策和法规，依据现行的国家标准及设计规范等，遵守对行业、部门和地区的有关规程及特殊规定，并考虑工程规模、特点及发展规划。
现代社会的信息化和网络化都是建立在电气化的基础之上的。做好供配电工作，对于保证企业生产的正常进行和实现工业现代化具有十分重要的意义。供配电工作要很好的为工业生产和国民经济服务，切实保证工业生产和国民经济的需要。在电力的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故，满足电力用户对持续用电的要求，满足电力用户对电压质量和频率质量等方面的要求。经济应使供配电系统的投资少，运用费用低。在供配电工作中，应合理地处理局部与全局、当前与长远的关系、既要照顾局部和当前的利益，也要顾全全局和长远的利益。
建筑供配电设计的内容主要包括供配电线路设计、变配电所设计、电力设计、电气照明设计、建筑物的防雷及接地以及电气信号与自动控制等，本设计主要设计是变配电所的设计、电气照明设计以及建筑物的防雷和接地。

第1章 概述
1.1工程概述
本次设计的对象——高层教学楼，是个集教学与办公为一体的教学楼，建筑面积约为21000平方米，地下一层，地上七层。其中，地下室包括地下车库、水泵房、蓄水池、空调机房、变配电室、电梯等。地上一层面积约为3000平方米，由14个教室、6个教师办公室、1个消防控制室、1个值班室、2个阶梯教室、2个小演讲厅、1个大演讲厅及观景平台组成。二层与一层基本类似，在去掉两个值班室的基础上增加了两个教师休息室。三层则为教室和办公室、2个绘图教室、1个多功能厅。四到六层为标准层，由教室、办公室、绘图教室组成。一到六层每层面积约为3000平方米。七层为顶层，面积较小，约1800平方米，只有教师办公室、展厅以及教师活动大会议室。
1.2 高层民用建筑的特点
1、高层民用建筑采用10KV甚至35KV高压供电，而一般高层教学楼则可采用城市公用变压器低压供电；
2、高层民用建筑的用电量大，对电气设备的要求较高；
3、高层民用建筑对消防系统的安全、可靠性要求较高；
4、高层民用建筑对防雷、接地等安全要求较高；
5、高层民用建筑功能较全，对弱电部分依赖较多，智能化水平较高。
1.3 建筑电气设计的组成
建筑电气设计是现代高层建筑的重要组成部分，一般来讲，建筑电气设计大致分为强电部分和弱电部分。
强电部分的设计包括低压配电系统，动力照明干线系统，配电箱系统和导线电缆的敷设。强电部分是建筑电气设计的基础和主干部分，建筑电气的重要性和可靠性都取决于强电部分设计的好坏。而弱电部分包括有线电视及卫星电视系统，通信系统，广播扩声系统，火灾自动报警与消防联动系统还有综合布线系统，目前设计中比较深化的是火灾报警及消防联动系统与综合布线系统两部分。随着建筑智能化水平的提高，弱电部分的系统增加很多，弱电系统占基建投资的比率也越来越高，因此设计好弱电的各个子系统，对节约投资、提高智能化水平是有重要意义的。
1.4建筑电气设计中的原则
1、满足建筑物的使用功能。即满足照明的照度、色温、显色指数；
满足舒适性空调的温度及新风量，也就是舒适卫生；满足上下、左右的运输通道畅通无阻；满足特殊工艺要求，如娱乐场所的一些电气设施的用电，展厅的工艺照明及电力用电等。
2、考虑实际经济效益。节能应按国情考虑实际经济效益，不能因为节能而过高地消耗投资，增加运行费用，而是应该让增加的部分投资，能在几年或较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。
3、节省无谓消耗的能量。节能的着眼点，应是节省无谓消耗的能量。
首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的，再考虑采取什么措施节能。如变压器的功率损耗，传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗，又如量大面广的照明容量，宜采用先进技术使其能耗降低。

第2章 供配电系统设计
2.1负荷等级
民用建筑电气负荷，根据建筑物在政治、经济上的重要性或用电设备对供电可靠性的要求，分为三级。即一级负荷、二级负荷、三级负荷。
在本设计高层教学楼中，根据负荷等级的分类，消防中心、消防栓泵、喷淋泵、消防电梯、防烟排烟风机、应急照明等消防设备为一级负荷；普通电梯、生活水泵和弱电机房为二级负荷；而普通照明为三级负荷。
2.2各级负荷的供电措施
各级负荷用户和设备的供电措施，均与外部电源条件有关，而外部电源条件取决于工程筹建单位提供的由当地供电部门出据的“供电方案”。根据“供电方案”设计本工程的电源及供配电系统。
1、一级负荷用户和设备的供电措施
一级负荷用户应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到破坏。而且当一个电源中断供电时，另一个电源应能承担本用户的全部一级负荷设备的供电。一级负荷用户的变配电室内的高低压配电系统，均应采用单母线分段系统。分列运行互为备用。一级负荷设备应采用双电源供电，并在最末一级配电装置处自动切换。
2、二级负荷用户和设备的供电措施
二级负荷的供电系统应做到当电力变压器或线路发生常见故障时，不致中断供电或中断供电能及时恢复。应急照明等分散的小容量负荷，可采用一路市电加EPS或采用一路电源与设备自带的蓄电池(组)在设备处自动切换。
3、三级负荷用户和设备的供电措施
三级负荷对供电无特殊要求，采用单回路供电，但应使配电系统简洁可靠，尽量减少配电级数，低压配电级数一般不宜超过四级。且应在技术经济合理的条件下，尽量减少电压偏差和电压波动。
2.3 配电系统的原则
配电系统设计应满足供电可靠性和电压质量的要求。配电系统以三级保护为宜。系统结构不宜复杂，在操作安全、检修方便的前提下，应有一定的灵活性。配电线路或配电室及配电箱应设置在负荷中心，以最大限度地减小导线截面，降低电能损耗。同一用电设备性质相同或接近，应有同一线路供电；不同性质的用电设备应有不同支路的线路供电。
在供电线路中，如果安装有冲击负荷大的用电设备，应有单独支路供电。对于容量较大的用电设备（10千瓦以上），应有单独支路供电。在三相供电线路中，单相用电设备应均匀地分配到三相线路，应尽可能做到三相平衡。由单相负荷分配不均匀所引起的中性线电流，不得超过额定电流的25﹪；每一相的电流在满载时不得超过额定电流值。
在配电系统中的配电屏、箱应留有适当的备用回路。选择导线截面也应适当留有余量。
2.4 本高层教学楼的负荷分级与供电措施
本工程为一高层教学楼，消防中心、消防栓泵、喷淋泵、消防电梯、防烟排烟风机、应急照明等消防设备为一级负荷，普通电梯、生活水泵和弱电机房为二级负荷，设为一用一备，互为备用，采用双电源供电，从附近两变电站引入两回路，采用单母线分段制，中间设联络柜，并在最末一级配电箱处设置自动切换装置。其它照明用电为三级负荷。

第3章 负荷计算
3.1 负荷计算的方法
1、需要系数法。用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。这种方法比较简单，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。
2、利用系数法。采用利用系数求出最大负荷班的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷。这种方法的理论依据是概率论和数理统计，因而计算结果比较接近实际，但因利用系数实测与统计较难，在民用建筑电气中一般不用。
3、单位面积功率法、单位指标法。
一般情况下，在方案设计阶段可采用单位指标法；在初步