建筑用电设计计算

第一章 绪论

1.1设计题目及工程概况 1.1.1设计题目

长春某20层教育大楼供配电设计

1.1.2工程概况

本工程为教学楼，属于一类办公建筑,建筑面积为2.9万m2，地下一层,地上二十层,建筑高度79.2m，顶层附设有电梯机房、水箱间。建筑结构形式为框架结构，基础采用独立基础和桩基础。负荷级别属一、二级负荷。

该建筑物南侧有城市10KV供电网线路二条，可由此线路引入建筑物变配电室内。

1.3设计原则和设计要求 1.3.2设计要求

在本次建筑变配电所的设计中，我们要学会用自己所学的理论知识与认识实习的感性认识，对本次设计做合理分析，论证，并根据设计任务书的要求和工作计划，在老师的指导下，来合理分配各个阶段的工作量，妥善安排时间。

在进行方案论证中，小组同学之间，应集思广益，通过小组讨论并在教师的指导和帮助下，取得合理有据的方案，在设计过程中，要学会积极思考，求同存异的分析问题，解决问题，以取得设计满足实际问题的需要和要求方案。所有变配电系统图纸的绘制必须符合国家有关最新标准规定，包括线条，图形符号及图纸的折叠和装订等。

1.4设计依据和设计程序 1.4.1设计依据

1.国家现行的有关规范、规程及相关行业标准： 《10KV及以下变电所设计规范》GB50053-94；

《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）；

吉林建筑工程学院供配电课程设计说明书 《《民用建筑电气设计规范》JGJ/T 16-2008； 《供配电系统设计规范》GB50052-95； 《低压配电设计规范》GB50054-95； 《建筑照明设计标准》GB50034-2004； 其他有关现行国家标准、行业标准。

2.建筑及有关专业提供的方案文本、图纸及资料。

1.4.2设计程序

1.制定设计方案。确定建筑物供配电方案，照明方式及保护设备控制方式等 2.确定方案后，绘制施工图。

3.进行设计计算，选择设备容量、整定值、型号、台数等编写书。编写设计计算书。

1.5设计任务及范围

1）高压供配电系统； 2）低压配电系统；

3）柴油发电机低压配电系统；

4）竖向配电干线系统； 5）二次接线原理系统 6）变配电所的平、剖面布置 7）变配电所接地 8）相关设备选择。

第二章 方案论证

2.1负荷等级

本工程中

一级负荷：消防设备、事故照明、保安系统、生活水泵、消防梯等； 二级负荷：主要办公室、会议室、生活水泵、客梯等。 三级负荷：其他电力负荷。

2.2供电电源

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吉林建筑工程学院供配电课程设计说明书 本工程变电所从城市电网分别引来两路独立的10kV电源，两路共同承担本工程全部负荷，两路10kV电源同时工作，不护卫备用，10kV电缆埋地分别就进引入设在一层的变电所。地下室设一台连续输出功率为580kw柴油发电机作为第三路电源。当10kV市电停电、缺相、电压或频率超出范围，或变配电所内两台变压器同时故障时，手动启动柴油发电机为一级负荷提供应急电源。采用KFM-SD-1250A沿地下室敷设至底层变电所电源切换柜内。

我们对电气主接线拟订了3个方案进行比较。

A方案：两台干式变压器（10/0.4KV）直接接入电力系统，高压侧母线分段，联络，低压母线不分段，大楼的应急照明和相关消防用电来自于自备柴油发电机组的电源母线。

B方案：两台干式变压器（10/0.4KV）直接接入电力系统，高压侧母线分段不联络，每台变压器均能承担相应部分负荷，其中一级和二级负荷均有一用一备电源，大楼的应急照明和相关消防用电来自于自备柴油发电机组的电源母线。

C方案：选用两台干式变压器（10/0.4KV）直接接入电力系统，高压侧母线分段联络，其中两台变压器低压母线分段联络，每台变压器除能承担相应部分负荷外还可以承担另外一台变压器回路中的重要负荷；大楼的应急照明和相关消防用电来自于自备柴油发电机组的电源母线。 三种方案比较：最佳方案应选择C方案

2.3变配电所系统

（1）高压供配电系统中，为了保证整个系统的供电可靠性，拟采用高压母线分段联络的供电方式。

（2）低压配电系统中为保证本工程的一、二级负荷供电可靠性，拟采用低压母线分段联络的供电方式，并拟用TN-S系统。

（3）为保证本工程一级负荷的供电可靠性，单独设立柴油发电机低压配电系统，此系统与低压配电系统采用分裂运行的方式，不联络。

（4）根据本工程实际需要拟将变电所设置在地下一层。

（5）根据相关规定，同时为了提高在变配电所工作的安全可靠性，拟采用接地线同基础主筋可靠焊接的方法，对整个变配电室采用等电位系统。

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吉林建筑工程学院供配电课程设计说明书

第三章 负荷计算

3.1负荷计算的依据和目的

系统的构成依赖于系统中的每个设备的确定，以及这些设备必须满足在正常负荷电流作用下长时间安全运行的要求。

在负荷计算中，除了以存在的同类型负荷为依据外，还应考虑由于经济的发展，人们生活水平提高所带来的用电量的增加。

3.2设备负荷计算

本工程根据相关规定及实际需要采用需要系数法进行负荷计算 负荷计算的需要系数法

即: pc=kd∑pn

Qc= tanφpc

2 sc=Pc2?QCIC?SC3ur

式中∑pn——总设备功率,单位为KW kd ——需要系数

pc ——计算有功功率,单位为KW Qc——计算无功功率,单位为Kvar sc ——计算视在功率,单位为KVA tanφ——电气设备功率因数角的正切值 ur——电气设备额定电压,单位为KV IC——计算电流,单位为A

当每台电气设备台数9(套)≤3台时,考虑其同时使用效率kd取为1,其于计

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吉林建筑工程学院供配电课程设计说明书 算与上述公式相同。

利用上述公式对本工程的总负荷进行计算，具体数值见表一。

表一、总负荷计算结果

设备 事故照明 D7-N3 地下室照明 D7-N2 多功能大照明 D7-N5 1-5照明 D9-N1 6-10照明 D9-N2 11-20照明 D9-N3 消防水泵 D8-N2 自喷泵 D8-N3 地上消防风机 D8-N4 地下消防风机 D8-N8 消防电梯 D8-N1 消控中心 D7-N1 电梯 D8-N5 信息机房 D8-N9 弱电 D7-N5 生活水泵 D8-N6 车库 D8-N7 厨房动力 D3-N3 电脑教室 D7-N6 演播室 D7-N7 1-5空调 D3-N1 6-20空调 D3-N4 冷水机组1 D3-N5 冷水机组2 D9-N4 冷水循环泵 D3-N2 设备容量P/KW 99 46 20 119 160 177 75 58 5.5/88.5 56/65 25 10 75 60 45 75 50 100 30 30 69 113 200 200 77

需要功率因计算功系数 数 率P/KW S/KVA I 1 0.9 99 110.00 170 1 0.75 46 61.33 92 1 0.7 20 28.57 43 1 0.8 119 148.75 226 0.8 0.8 128 160.00 243 0.8 0.75 141.6 188.80 288 1 0.85 75 88.24 135 1 0.83 58 69.88 106 1 0.75 88.5 118.00 176 1 0.75 65 86.67 130 1 0.5 25 50.00 75 1 0.8 10 12.50 20 1 0.5 75 150.00 225 1 0.75 60 80.00 120 1 0.75 45 60.00 90 1 0.75 75 100.00 150 1 0.8 50 62.50 95 1 0.8 100 125.00 190 1 0.75 30 40.00 60 1 0.75 30 40.00 60 1 0.8 69 86.25 131 1 0.8 113 141.25 215 1 0.87 200 229.89 350 1 0.87 200 229.89 350 1 0.8 77 96.25 146 1049 1291.02 1962 3．3 系统无功补偿计算

本工程采用自动补偿的方式对系统进行无功补偿。由于采用的是单相无功

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吉林建筑工程学院供配电课程设计说明书 功率补偿，因此每相的电容器台数应该相等。 补偿容量计算公式：

QCC=PC(tanφ1tanφ2)=PCqc

电容器所使用台数应满足

N?QCC/Qr

N——电容器台数

QCC——需要补偿的无功功率，kVar PCC————计算负荷，kW COSφ1——补偿器功率因数 COSφ2——补偿后功率因数

（1） 计算有功功率：取同期系数K?=0.7 （2） PC=KΣ×Kd×∑PN1=935kW

i=1n（3） 补偿前计算无功功率：（B2变压器） =PC×tan(arccos0.89)=479 Kvar ；

（4） 电容补偿：采用BCMJ0.4-16-3电容器补偿。欲使补偿后cos?达到0.9以

上，则补偿后的无功功率为：Qc?=Ptan（arccos0.95）=307.3Kvar。即：c×需要补偿的无功功率为：

30Kvar=180 Kvar，补偿后的Qc=479-307.3=171.68Kvar，实际补偿：6×

Qc??=Qc-Qc?=479-180=299Kvar。

2（5） 补偿后的计算视在功率：Sc?PC2?QC=981.6KVA

（6） 计算电流：IC?Sc3Ur?1491.5A

（7） 电容补偿后的功率因数：cos??=636/677.6=0.95

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吉林建筑工程学院供配电课程设计说明书 其它补偿选择也按以上方法。

第四章 高低压设备选择及要求

4.1变压器选择

由公式： Sc=Pc/βcosφ

β=SC/Sr

式中 SC——变压器计算容量kVA Sr——变压器额定容量 PC——计算负荷kW

β——变压器负荷率（本次设计按照有关规定变压器负荷率应该取值在70%到80%之间）

cosφ——补偿后的功率因数 拿1#变压器选用为例： 根据前面计算 SCT2=981.6kVA Sr=

Sr =1227-1402kVA β因此选用型号为SG10-1250/10/0.4干式变压器，额定容量为1250 kVA，该变压器设有强制风冷系统及温度监测及报警装置。 根据以上方法1#变压器也用型号为SG10-1250/10/0.4干式变压器，额定容量为1000kV。该型号变压器每台高2200mm,宽1300mm，深2100mm。

4.2 高压开关柜的选择

高压开关柜用在高压电力系统中，作电能接受和分配的通、断和监视及保护之用。

根据本工程变压器使用环境是户内，工作电压是10kV，为了提高设备工作可靠性要求，本工程确定使用手车式开关柜，额定工作电压为12kV的施奈德SM6（G）型高压开关柜。开关柜大小为375×1600×840（mm）。

4. 3 高压断路器的选择

高低压断路器是供配电系统中最重要的开关设备之一，它能在事故情况下迅速地断开短路电流，防止事故扩大。

拿G3高压柜的出线回路进行短路电流计算举例：

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吉林建筑工程学院供配电课程设计说明书

根据相关规定设定电源系统的短路容量Sk取500MVA。

Ur10.52Zk===0.22Ω

S∞500Ur10.52Ik===47.6kA

Zk0.22ish=2.55×IK=121.3KA

Ish=1.84×IK=87.6kA

高压断路器除了进行正常的投切操作外，还必须能够对故障的短路电流进切断操作，所以必须能够承受的住短路冲击电流和短路过程中的热能作用。工程采用安全系数较高的VD4高压真空断路器。其它高压断路器选择也按以上方法，具体见高压供配电系统图。 具体数值对比见下表： 项目 电压校验 电流校验 动稳定校验 热稳定校验

安装地点电气条件 UN=10kV IC=63.1A ish=121.3 kA Ish2×tim=9200kJ VD4/1250A/50KA 判断 Ur=10kV Ir=1250 A Ibr=50 kA imax=125 kA UN =Ur合格 IC

低压开关柜用在低压电力系统中，作为低压配电系统。

低压开关柜选用GCS型号的开关柜，本工程所选用的低压开关柜外形尺寸为900×2200×1000 mm,模数单位E=25mm，该产品具有设计紧凑、以较小的空间容纳较多的功能，垂直母线采用 高强度阻燃型功能隔离版进行保护，具有抗电弧的能力。单元各馈电柜具体小室高度见低压配电系统图

4.5低压断路器选择

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吉林建筑工程学院供配电课程设计说明书 由公式：

UN =Ur IC

式中 UN——工作电压， V

Ur——额定电压，V IC——计算电流，A Ir——额定电流，A IK3 ——三相短路电流，A Ibr——分断电流，A

拿低压侧D7柜的N2回路进行短路计算：

计算短路电路元件的电抗：

高压系统的电抗，由于高压系统认为容量SK=500MVA

4002则折算到低压侧ZS= =0.32mΩ 3500?10Ur2t21变压器阻抗ZT=XT==7.68

100SrtKTU00k电缆相线的电阻R7=0.251×50=12.55mΩ 电缆相线的电抗XL=0.34×50=17mΩ 计算短路点阻值Z=27.97mΩ K点的三相短路电流 IK=10.05 kA

ish=2.55×Ik=25.62KA Ish=1.84×Ik=18.492kA

根据上面高压断路器选择校验方法，该回路选用NS160/3P断路器。

4.6 互感器的选择 4.6.1电流互感器的选择

1）满足工作电压要求即：

Ur=UN

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吉林建筑工程学院供配电课程设计说明书 Um≧Uw

式中 Um——电流互感器最高工作电压； Uw——电流互感器装设处的最高电压； Ur——电流互感器额定电压；

UN——系统标称电压；

2）满足工作电流要求，应对一、二次侧电流进行考虑。 （a）一次侧额定电流Ir1：

Ir1≧Ic 式中Ic————线路计算电流。 （b）二次侧额定电流Ir2： Ir2=5A 3）准确度等级

由于考虑到仪表指针在仪表盘1/2~2/3左右较易准确读数，因此： Ir1=（1.25~1.5）Ic 以低压配电系统图D3-N2回路为例： 由于 Ur=380V Ic=146

Ir1=（1.25~1.5）Ic=182.5

本工程供配电系统的电流互感器主要用于测量，因此准确级选0.5 级，因此选用电流互感器BH-0.66-200/5。其它电流互感器选择按以上方 法选择，具体见本工程供配电系统图。

4.6.2电压互感器的选择

1）满足工作电压要求 对一、二次侧分别考虑如下： （a）一次侧电压：

Ur1=UN Um1≧Uw

式中 Um1——电压互感器最高工作电压

Uw ——电压互感器装设处的最高工作电压

Ur1——电压互感器额定电压 UN ——系统的标称电压 （b）二次侧电压Ur2:

Ur2=100V

本工程高压供配电系统中Ur1=10kV,因此选用电压互感器RZL10/0.1KV。其

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