高层住宅建筑电气设计.docx

高层住宅建筑电气设计.docx

《高层住宅建筑电气设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高层住宅建筑电气设计.docx（41页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高层住宅建筑电气设计

摘要

本毕业设计主要介绍的是根据国家相关标准和规范对小区供配电系统进行电气设计。

其主要内容包括以下几个方面：

首先，按单位面积法、单位指标法进行负荷计算。

其次，选择降压箱式变电站的形式及位置。

最后，根据电压和计算电流选择低压电缆型号和低压配电设备。

简要介绍了箱式变电站的防雷与接地，并绘制出相关的电气图纸。

关键词：

负荷计算；箱式变电站；电缆；防雷接地；

Abstract

Themaingraduationpresentedisbasedonnationalstandardsandnormsforresidentialelectricpowersupplysystemdesign.Itsmaincontentsincludethefollowingaspects:

First,perunitareamethod,unitloadcalculationmethodindicators.Next,choosetheformofstep-downboxandthelocationofsubstation.Finally,theselectionvoltageandlowvoltagecablemodelscalculatecurrentandlowvoltagepowerdistributionequipment.Outlinedboxsubstationlightningprotectionandgrounding,anddrawouttherelevantelectricaldrawings.

Keywords:

 loadcalculation; box-type substation; cable; lightningprotectionandgrounding;

第一章绪论

1.1研究目的和意义

众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。

电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。

因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。

电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。

从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。

因此，一个稳定可靠的供配电系统对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。

由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义。

因此在当今全球资源紧张的局势下，一个好的供配电系统设计，对于节约能源、保护环境、支援国家经济建设，也具有重大的作用。

1.2国内外高层住宅建筑设计及发展研究现状

1.1课题背景及意义

供配电技术，就是研究电力的供应及分配的问题。

电力，是现代工业生产、民用住宅、及企事业单位的主要能源和动力，是现代文明的物质技术基础。

没有电力，就没有国民经济的现代化。

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。

因此，电力供应如果突然中断，则将对这些用电部门造成严重的和深远的影响。

故，作好供配电工作，对于保证正常的工作、学习、生活将有十分重要的意义。

供配电工作要很好的为用电部门及整个国民经济服务，必须达到以下的基本要求：

（1）安全——在电力的供应、分配及使用中，不发生人身事故和设备事故。

（2）可靠——应满足电力用户对供电可靠性和连续性的要求。

（3）优质——应满足电力用户对电压质量和频率质量的要求。

（4）经济——应使供配电系统投资少，运行费用低，并尽可能的节约电能和减少有色金属消耗量。

另外，在供配电工作中，还应合理的处理局部和全局，当前与长远的关系，即要照顾局部和当前利益，又要有全局观点，能照顾大局，适应发展。

1.2国内外研究现状20世纪三相交流电发明之后，供配电技术就朝着大机组、大电网、超高压、自动化的方向不断发展。

我国目前用电结构趋于重型化，为满足经济增长对电力的需求，国家加大电力建设投资。

中国电力跨越式发展使得发电装机容量和发电量先后超过法国、加拿大、德国、英国、俄罗斯跃升世界第二，西电东送、南北互供、全国联网的发展战略为我国电力系统的发展带来了极大的空间。

世界范围内，电力工业正在进行以打破垄断、引进竞争为特征的电力体制改革，2008世界电力工业概况显示：

日本首次量产发电效率全球最高的燃料电池，正在开发高效家用燃料电池热电联产系统；德国靠“秘密技术“让太阳和地热水发电；英国拟建水上太阳能板；俄罗斯研制出新一代核电厂挑战通用电气抢占国际电力市场。

1.3本文的工作

配电网处于电力系统末端，将大量通过输电网传输过来的电能经逐级降压后通过配电网络“分配’’给各个用户，近年配电网供电可靠性受到电力企业的重视，把供电可靠性作为企业达标评优的一个具体考核指标，促进供电企业积极开展配电网供电可靠性管理工作，用可靠性研究的结果指导生产建设。

改革开放30年来，随着我国经济的高速发展，城镇化水平不断提高，人民生活水平得到极大的改善，全社会用电量增长迅猛。

在11年全国发电量仍然达34334亿千瓦时实现5％的增长，同比10年2566亿千瓦时增长了13．35倍。

尽管如此我国人均生活用电更是仅为246千瓦时，约为美国的5％，同本的l0％，存在巨大的发展空间。

但是我国长期以来配电工程的资金投入落后于发电、输电工程，造成配电网供电能力远低于发电能力和输电能力的增长。

配电网普遍存在技术落后、设备陈旧、网架结构薄弱、转供互供能力差，供电可靠性低，在内需成为拉动国民经济增长主要力量，如何不断提高人民生活水平提振内需成保持国民经济持续快速健康发展主要动力的今天。

我国落后的配电网建设、管理水平不能满足R益增长的电力供应需求。

国家的电力投资将向配电网倾斜投入巨资大规模建设和改造城乡配电网络，电力企业也将目光转向如何提高配电网供电可靠性增供扩销提高效益上来。

如何投放资金和高效的利用资源，有效的改善配电网供电可靠性成为电力企业面临一个现实问题。

一方面用户对电能质量和连续性要求不断提高，系统规模不断扩大，运行控制复杂，事故后果严重；另一方面资金资源有限，通过对现有配电网络进行可靠性评估，了解整个系统配电系统的可靠性水平，指出配电网薄弱环节和改进方向，找到可行的改进措施为配电网的规划、建设、管理提供依据是提高配电网供电可靠性保证，对实现电力工业现代化，提高电力企业经济效益和社会效益都有着重要意义。

第二章设计说明

2.1.住宅小区基本情况

本工程位于地下一层，层高3.0米，主要为汽车和自行车库；地上十五层，一层层高4.20米、二三层高3.9米，四-十五层层高3.0米，一-三层为商业，四-十五层均为住宅；屋顶设有电梯机房及水箱间；建筑主体高度48米，总建筑面积为22000平方米。

结构形式为框架剪力墙结构，现浇混凝土楼板，对此建筑进行电气设计。

2.2.设计范围

按照市区供电部10kV及以下配电网络设计的规定，对于商住配电工程，设计范围为：

高压侧从市区公用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。

2.3.设计原则

进入新世纪后，我国正在进入人口城市化的社会新时期。

各地的开发小区悄然兴起，以满足城市人口急剧膨胀的需要。

开发小区的特点是占地面积大、人口集中、楼房之间有较大的空间。

加之绿地、曲径、花园、水泵、以及灯饰等，丰富了小区的内涵，体现环境、建筑及人居的和谐统一。

根据以上特点它的供电特点与一般的乡村、工厂不同，必须采取新的配电思路和方式来满足其功能的需要。

在供配电设计中，力求做到小区特点及环境的要求。

设计必须根据小区实际，符合其特点，采用多种供配电形式和方法，满足使用功能的要求，不但做到整体布局合理，在宏观上保持三相负荷分配基本平衡，而且在微观上要做到细致，给每个用户提供一个良好的用电环境。

在实现安全可靠配电的同时，还要做到环境的美化，使整个小区的配电合理、适用、经济。

总之，供配电设施要坚持服务和服从于文明城、文明小区创建活动的要求，坚持美化城镇、小区形象，合理布局，科学规范的原则，要有超前意识和适应不断发展变化的新形势。

否则，将有可能造成重复建设，不仅造成资金、资源的浪费，还要影响居民用电。

在建设上主要是符合如下条件：

（1）符合城镇建设的总体规划；

（2）节约居民小区宝贵的土地资源；

（3）保持居民小区的形象整体美观；

（4）配变置于居民小区中心位置；

（5）有较高的供电质量和供电可靠性。

住宅小区的供电方案主要有：

柱上变压器配电、独立配电室配电、箱式变电站配电三种。

其中，柱上变压器配电方案虽然投资小，但对小区环境影响较大，因为高压需架空线路引入而不容易深入负荷中心，不能保证较高的供电质量也将造成较高的低压线损，对居民也增加了事故隐患。

独立配电室配电方案需要一定面积的土建占地，增大了建设投资，对于本设计所选择的小区来说并不适宜，本小区多为多层建筑，用电负荷分散，供电半径大，降低了供电质量、提高了低压线损。

箱式变电站配电方案的特点是，体积小、占地小、外形美观，高压侧采用电缆引入，箱变位置可以随意选择，使得低压配电部分更加合理，提高了供电可靠性，也有利于安装电量采集装置实现自动化管理。

因此，本设计考虑将住宅小区的主要供电模式定位为箱式变电站配电工程。

本市的高压供电等级模式为110kV→35kV→10kV，城区主要配电线路电压等级为10kV，住宅小区一级配电电压选用10kV，低压配电电压应采用220/380V。

2.4.环境条件

当地年最高温度+40C°，年最低温度-30C°，年平均温度+10C°。

覆冰-5mm，最大风速30m/S。

当地海拔高度800米。

第三章住宅小区负荷计算

3.1.供配电系统概述

随着国民生活水平的提高和房地产业的蓬勃发展，各地新建中高档住宅小区越来越多。

准确计算出住宅小区的用电负荷，合理选择配变电设施，才能既满足小区居民现在及将来的用电需要，又能合理降低工程造价、节省投资。

供配电系统设计要彻彻执行国家的技术经济政策，做到保障人身安全，供电可靠，技术先进和经济合理。

另外，供配电系统的还必须做到统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案。

供配电系统的设计为减小电压偏差，应符合下列要求：

 一、正确选择变压器的变压比和电压分接头。

 二、降低系统阻抗。

 三、采取补偿无功功率措施。

四、宜使三相负荷平衡。

3.2.负荷分级及供电要求

3.2.1.负荷分级的相关规范：

电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度进行分级，并应符合下列规定：

1.符合下列情况之一时，应为一级负荷：

（1）.中断供电将造成人身伤亡时。

（2）.中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。

例如：

重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废，国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。

（3）.中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。

例如：

重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力。

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，应视为特别重

要的负荷。

2.符合下列情况之一时，应为二级负荷：

（1）.中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。

例如：

主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。

（2）.中断供电将影响重要用电单位的正常工作。

例如：

交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。

3.不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。

3.2.2.本工程的负荷情况：

按我国现有的有关规范规定，凡多层住宅用电均按三级负荷供电，而小区的配套设施如面积较大或带有空调系统的会所、商铺及地下停车库等则应根据《建筑防火设计规范》（GBJ16-87）、《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-98）、《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（GB50057-97）设置相应的消防设施，且上述消防设备应按二级负荷供电。

为小区服务的保安系统、远程集中收费系统、电视、信息网络系统的负荷等级不应低于二级，即宜由二回线供电或地区供电条件困难时，二级负荷可由一路专用10kV架空线路或电缆供电。

当采用架空线时，可为一回路架空线供电。

当采用电缆线路时应采用二根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受百分之百的二级负荷。

本工程包含高层普通住宅、商场、车库等，属于规范规定的二级负荷。

3.3.电源及高压供配电系统

小区位于城市主城区内，高压电源即由附近10kV配网线路接引，再由高压电缆输送至小区负荷中心。

近年来，为保证供电质量和供电可靠性，某些小区高压部分采用双电源的供电模式，但对于本设计中的小区来说，参考《城市电力网规划设计导则》规定：

1.中断供电后造成的后果符合下列情况之一的用户为重要用户：

（1）.将造成人身伤亡者；

（2）.将造成环境严重污染者；

（3）.将造成设备严重损坏、连续生产过程长期不能恢复或大量产品报废者；

（4）.将在政治上、军事上造成重大影响者；

（5）.将造成重要公共场所秩序混乱者；

（6）.对供电质量和可靠性有特殊要求的用户。

2.重要用户除正常供电电源外，应有备用电源。

对于需要连续不间断供电的重要用户，除了供电部门提供的电源外，用户还应自备保安电源并具备零秒启动功能。

3.双电源用户一般采用一路电源供电、一路电源备用的供电方式。

一般不采用专线供电方式。

在正常情况下，用户的10千伏侧不能并列运行。

4.双电源用户必须与电网调度部门签定调度协议，并按照调度命令执行操作。

5.双电源或多电源用户（包括使用自备发电机用户）应采用可靠的技术措施，在任何情况下都不得向电网反送电。

6.10层至18层的非住宅建筑及19层以上的住宅建筑以及高度超过24米的其他民用建筑，除正常供电电源外，应有备用电源。

本设计中的小区用电面积不大，且并不符合以上规定中重要用户的标准，因此，只允许接入一回路高压电源。

另外对消防系统采用柴油发电机自备电源，可对电梯、消防设施自备应急电源，应急电源与工作电源之间采取措施，防止并列运行对10kV供电网络造成反送电事故。

应急电源的设置需经供电部门审查同意后方能接入。

本设计案例南侧为供电电源由城市电网引来一路10kV线路，用电缆直埋方式供电，向由供电部门确定，本设计仅绘出电缆进线示意。

高压电力电缆至小区内高压设备。

3.4.负荷计算

3.4.1.住宅小区住户照明用电负荷计算方法：

简单测算住宅小区住户照明用电负荷的方法可以有两种：

1.单位指标法

应用单位指标法确定计算负荷Pjs（适用于照明及家用电负荷），即：

Pjs=∑Pei×Ni÷1000（kW）

式中　Pei——单位用电指标，如：

W/户（不同户型的用电指标不同），由于地区用电水平的差异，各地区应根据当地的实际情况取用

Ni——单位数量，如户数（对应不同面积户型的户数）

应用以上方法计算负荷应乘以同时系数，即实际最大负荷（PM）。

PM=Pjs×η（式中η——同时系数，η值按照住户数量多寡不同取不同的数值：

一般情况下，用户数量在25～100户的取0.6；用户数量在101～200户的取0.5；用户数量在200户以上的取0.35。

）

2.单位面积法

按单位面积法计算负荷，在一定的面积区有一个标准，面积越大的区其负荷密度越小，其表达式如下：

PM=Ped×S×η

式中　PM——实际最大负荷，kW

Ped——单位面积计算负荷，W/m2

S——小区总面积，m2

η——同时系数，取值范围同上

3.4.2.其它负荷计算方法：

根据以上两种方法求出照明及家用负荷后，结合小区的实际情况，还需考虑其它用电负荷。

比如本小区还包括小区物业公司、泵房、热力交换站及车库、自行车棚等用电负荷；另外还有四座小高层，还应考虑电梯负荷；二次加压泵房负荷（供生活及消防用水），以上诸负荷在计算住宅小区负荷中占比重较大的是照明及家用电负荷，而照明及家用电负荷出现最大值的时段为每天19：

00～22：

00，因而在计算小区的最大负荷时就以19：

00～22：

00时段的照明及家用电负荷为基础，然后再叠加其它负荷。

其它负荷计算方法为：

1.电梯：

PD=∑PDi×ηD。

式中　PD——电梯实际最大总负荷，kW

　　　PDi——单部电梯负荷，kW

　　　ηD——多部电梯运行时的同时系数（取值范围见下表）

电梯同时系数一览表

电梯台数123456…12

同时系数10.910.850.80.760.72…0.48

2.二次加压水泵：

PMS=∑PSi×NSi

式中　PMS——二次加压水泵最大运行方式下（开泵最多的方式）的实际最大负荷

　　　PSi——各类水泵的单台最大负荷

　　　NSi——最大运行方式下各类水泵的台数

3.物业楼：

PWM=PWS×ηW

式中　PWM——物业楼在照明及家用电最大负荷时段实际最大负荷

　　　PWS——物业楼设计最大负荷，kW

　　　ηW——物业楼负荷、照明及家用电最大负荷的同时系数

4.路灯及公用照明：

按照路灯的盏数及每盏灯的瓦数进行累加计算。

路灯负荷为PL（kW）。

5.住宅小区的综合最大负荷

P∑=PM+PD+PMS+PWM+PL（kW）

2.4.3.详细负荷计算：

1.居民用电负荷计算：

首先按照单位面积法计算每户居民最大用电负荷，以此做为单位用电指标，再用单位指标法计算每座住宅楼的负荷并合并计算结果。

PM=Ped×S×η

式中　PM——实际最大负荷，kW

Ped——单位面积计算负荷，W/m2

S——每户面积，m2

η——同时系数，

其中单位面积计算负荷按照张家口市的用电标准，取40W/m2，小区内户型种类较多，从80m2到140m2左右，其中小户型居多，为方便计算，取平均值100m2，则每户负荷为：

PM=40W/m2×100m2=4kW

再将PM作为单位指标Pei代入单位指标法公式Pjs=Pei×Ni×η（kW），可求出每座住宅楼的用电负荷。

2.商业及写字楼用电负荷计算：

根据已知商户面积，可按单位面积法求取每座楼的商户负荷：

PM=Ped×S×η

式中　PM——实际最大负荷，kW

Ped——单位面积计算负荷，W/m2，商业用户取80W/m2，写字楼取40W/m2，

S——每户面积，m2

η——同时系数，商业用户取0.7，写字楼取0.65

大楼商户住宅面积代入上式得负荷值如上表

3.其他用电负荷计算：

（1）.电梯：

电梯的负荷分级

电梯的负荷分级应符合3.2.1的负荷分级规范要求。

客梯的供电要求应符合下列要求：

一级负荷的客梯，应由引自两路独立电源的专用回路供电；二级负荷的客梯，可由两回路供电，其中一回路应为专用回路；三级负荷的客梯，宜由建筑物低压配电柜以一路专用回路供电，当有困难时，电源可由同层配电箱接引；

PD=∑PDi×ηD=15kW×2台电梯=30kW

（2）.物业管理中心

物业管理中心的用电负荷主要为照明、办公用电器（电脑、复印机等），可能会有热水器、电视等家电设施，基本上可以按照普通居民的负荷计算方式来考虑，使用单位面积法可得：

热力交换站按用户提供资料可知所有设备合计负荷为110kW，水泵房按用户提供资料可知所有设备合计负荷为128kW，此类负荷在用电时一般为全部设备投入运行，按满负荷考虑用电。

地下车库的用电时间主要在早晨7：

00~8：

00、中午12：

00~12：

30、晚上5：

30~6：

00左右几个时间段，与住户用电高峰期并不重合，且多层住宅的地下车库数量少、用电负荷较小、用电同时率较低，所以在负荷计算时可忽略不计，仅按低标准配置线路即可。

自行车棚负荷主要为照明用电，通常单个车棚用电负荷不足1kW，可忽略不计，配电线路按最低标准配置。

第四章住宅楼层供配电措施

住宅小区供配电特点：

住宅小区楼房林立，各栋楼房之间空间较大，供电面积较大，负荷点的离散性大，每台箱变供电范围有限，因此需用多台箱变才能满足用户负荷要求。

首先把开发小区根据单体建筑的布局和负荷容量进行分块，形成以箱变为中心的配电区域。

每一台箱变置于区域的位置中心地带，向周边区采用电缆放射式配电（一般为6～10回路）。

每一组区一般由5～8栋多层建筑组成。

再由各建筑低压电缆分支箱敷设低压分支线缆至各单元内配电箱。

除高层楼房内配电箱及多层楼房单元内电表箱有电表位置外的均需加装低压电表计量箱。

配电模式示意图如下：

4.1.箱式变的台数与容量、类型的选择

4.1.1.变压器的容量选择

电源采用现场一级变压，10kV变为0.4kV（户外箱式变电站）。

住宅小区负

荷点多而分散，箱变分布在负荷中心，减小一次投入，降低运行成本，提高用户的用电质量。

从站变到箱变的10kV用电缆连接，各个箱变的容量由各进户单栋楼房的区域计算总负荷选定。

变配电所宜靠近用电负荷中心设置。

从小区物业管理方面考虑，小区变配电所应设置在小区会所或专用管理用房内。

从小区的建筑特点方面考虑，即住宅群、楼栋之间间距较大，分布分散。

可在小区中心会所设高压总配电房，分区、分片设低压配电房。

当条件不允许时亦可设置户外箱式变电站，但应注意对小区整体环境的影响和电力变压器躁声对小区住户的影响。

负荷的分配状况及变压器容量的选择如下表所示：

住宅楼层箱式变的配电方案及变压器容量的选择

序号

楼号

计算负荷（kW）

计算电流（A）

功率因数

负荷同时率

实际负荷

实际电流

补偿后功率因数

1

1-4层

220

493

0.85

0.65

421.30

638.61

0.95

#1箱式变选择方案

1、根据负荷计算，实际运行后负荷功率为：

421.3kW，负荷电流为：

638.61A；

2、依据有关变压器运行规范及规程中的规定，确保变压器安全、经济、可靠运行的条件，应选择630kVA电力变压器做为#1箱式变的供电电源；

3、630kVA变压器运行负荷率为35.8%。

序号

楼号

计算负荷（kW）

计算电流（A）

功率因数

负荷同时率

实际负荷

实际电流

补偿后功率因数

2

4-15层

1889

3377

0.85

0.35

661.15

1002.17

0.95

#2箱式变选择方案

1、根据负荷计算，实际运行后负荷功率为：

378.15kW，负荷电流为：

1002.17A；

2、依据有关变压器运行规范及规程中的规定，确保变压器安全、经济、可靠运行的条件，应选择4楼集中表箱供电；

3、630kVA变压器运行负荷率为39.1%。

如上表所示，本小区配电设计共选择1台箱式变电站工程，为630kVA，选择在本项目地下负一层配电房中。

4.1.2.变压器的类型选择

目前国内10kV以下配网主要采用的变压器类型有：

油浸式配电变压器S9系列配电变压器，S11系列配电变压器，卷铁