商住楼供配电系统的电气设计.docx
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商住楼供配电系统的电气设计
本科生毕业设计(论文)
题目:
商住楼供配电系统的电气设计
ElectricalDesignOfCommerce-residenceBuildingPowerSupplyAndDistributionSystem
教学单位西南民族大学
姓名
学号2
年级2010级
专业电气工程及其自动化
指导教师
职称讲师
2013年11月13日
摘要
本论文是关于十一层的商住楼的电气分析及设计,主要是供电系统以及防雷接地设计。
通过以下内容来实现设计。
一,根据图纸掌握楼层结构以及设备负荷在楼层的分布信息,初步分析出所需求的负荷。
二,根据所统计出的需求负荷设计出的系统图进行负荷计算以及无功补偿形式和容量的确定。
三,根据负荷及系统图来进行短路计算。
四,根据前面的负荷点计算的短路电流计算出的数据来进行各种变配电设备选型。
五,根据规范来设计楼层的防雷接地等工程。
关键字:
建筑电气,负荷计算,防雷接地
Abstract
Thisthesisfocusesontheelectricalanalysisanddesignincommercialresidentialbuildingswith11layers,andthemostimportmantisonthedesignofpowersupplysystemandlightningprotectiongrounding.Toimplementthedesign,First,obtaininformationofthefloors’structureandthedistributionofmachineutilizationaccordingtothesedrawings,andthenmakearudimentaryofthedemandofload.Second,accordingtothestatisticsofloaddemandtodesignasystemdiagram,carryouttheloadcalculationandtheformandcapacityofreactive-powercompensation.Third,calculatetheshortcircuitcalculationaccordingtotheloadandsystemdiagram.Forth,accordingtotheloadpointinfrontofthecalculationwecangetthedataofshortcircuitcurrent,then,equipanykindsofvariablepowerdistributionequipmentwiththedata.Fifth,todesignthefloors’lightningprotectiongroundingandotherprojects,wemustfollowtheafficialnorms
Keywords:
buildingelectricity,loadcalculation,lightningprotectiongrounding
1、绪论
1.1建筑电气概况
建筑电气是”建筑电气工程”的简称,是指电气工程技术在建筑中的应用.他是电能、电气设备和电气技术为手段,创造、维持或改善建筑环境功能,提高建筑物环境等级和效益的一门科学
。
主要分为民用和非民用,本次设计主要是设计民用类建筑。
时代在进步,现代的建筑电气与传统的差别也越来越大,现代建筑电气更加偏向于智能化,作为一个综合性学科,这门课程对学生的综合素质要求也比较高,能提高学生的思考和动手能力。
建筑电气作为一个专业,从无到有,由简单而复杂,发展到如今已经囊括了兼之强电和弱电在内的多个系统,并且随着以IT业为龙头的科学技术的发展,及其在建筑业的应用,综合弱电项目的智能电气更是突飞猛进。
特别是近年来绿色建筑、智能建筑的兴起,使得现代计算机技术、现代控制技术、网络技术和现代通信技术在建筑电气领域取得了广泛的应用,使得建筑更加节能、环保,安全。
在工程实践中,伴随着不断暴露的问题和解决问题的过程,建筑电气必将日趋成熟和发展健全;在避免二次投资造成浪费的同时,走向专业化、正规化和规范化。
1.2设计原则
本次设计是对商住楼的电气设计,设计需做到方案合理、运行可靠、满足相关规范的要求,还要实用、便于操作和维护,减少综合投资。
并应结合当地供电、施工等具体条件,选用的各类设施、器件除应考虑产品容量、质量、安全性、便于维护和管理等因素外,还应为日后用电水平的增长,留有裕量。
设计必须根据商住楼实际,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,给每个用电单元提供一个良好的用电环境。
1.3设计任务
按照市区供电10kV及以下配电网络设计的规定,对于是商住楼配电工程,任务要求为:
要求熟悉设计过程中的各个环节,并了解国家有关政策、法规,运用所学知识解决工程设计中的具体问题。
具体任务如下:
2、供配电系统的主接线、供配电方式的确定;
3、供配电系统负荷计算、短路电流计算;
4、高压系部分统主要电气设备的选择;
5、完成防雷接地系统设计;
6、完成供配电系统部分的图纸(低压系统图、高压系统图、主接线图)。
1.4工程概况
设计条件来源主要是大楼建筑图纸和供电局的10kv进线。
楼层结构的分析方便负荷统计以及设备设计布局。
由大楼建筑图纸可知整栋楼共11层,分四个单元。
具体情况如下:
第1—2层楼商住用途,其中供电功率由单位面积法计算;第3-11层楼居住用途,每个单元住两户,每一户都是两室一厅一厨一卫;负1层是设备层,置放各种负荷设备。
7、配电系统设计
2.1供配电系统的概述
将电力系统中从降压配电变电站(高压配电变电站)出口到用户端的这一段系统称为系统。
配电系统是由多种配电设备(或元件)和配电设施所组成的变换电压和直接向终端用户分配电能的一个电力网络系统
。
准确计算出商住楼内各用电单位的用电负荷,合理选择配变电设施,才能既满足商住楼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,合理确定设计方案和用电设备。
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。
2.2负荷统计
1)照明负荷:
由工程概况中的楼层结构分析可知将照明的1、2楼的负荷为一回路,其余3三到11层楼按照每个单元一回路来设计最为合理,方便低压端电气设备及导线选型及设计。
故,照明负荷有五个回路,分别标记为、照明一,照明二、照明三、照明四,照明五。
2)动力及其余负荷:
由商务楼图纸统计出的动力及其余负荷:
消防泵、一台消防电梯、一台正压风机、一台消防送风机、应急照明、设备房照明、四台客梯、一台给水泵。
2.3负荷等级情况及要求
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:
一级负荷
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。
JGJ/T16-2008《民用建筑电气设计规范》规定:
国家级政府办公建筑的主要办公室、会议室;电视台、广播电台直接播出的电视演播厅、中心机房;特、甲等剧场的舞台照明、电声设备;一、二级旅馆的宴会厅、餐厅、高级客房;科研院所、高等院校重要实验室电源;县级以上医院急诊部、手术部、婴儿室;一类高层建筑消防水泵、防排烟设施、走道照明、客梯电力、变频调速(恒压供水)。
2一级负荷接线要求:
一级负荷中断供电后果严重,因此要由双电源供电;并要求当一个电源发生故障时,另一个电源不应同时受到影响而损坏,以维持继续供电。
考虑到电力网的实际情况,在发生故障时还是有可能会引起全部电源进线同时失电而造成停电事故。
因此,一级负荷中特别重要的负荷,除了由电力网提供的两个电源供电外,还应增设应急电源,并且严禁将其它负荷接入应急供电系统,以保证其供电的可靠性。
按照以上中所述中的规范。
本设计中所有消防类、应急类的设备供电应属于一级负荷。
包括:
一台正压风机、一台消防送风机、应急照明、设备房照明、消防泵、一台消防电梯。
断电会造成重大损失,必须得不间断供电,所以需双电源供电。
除了供电局给的10kv回路外还得增加一应急发电机电源供电。
二级负荷
1.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。
2.二级负荷接线要求:
宜用双回线路给二级负荷供电。
若地区供电条件困难或负荷较小,二级负荷可由单回6KV及以上电压等级的专用架空线路或电缆供电。
当单回电缆线路供电时,应用两根电缆组成的线路,其每根电缆都应能承受100%的二级负荷。
本设计中除一级负荷外客梯断电可能会造成重大人身伤亡,故二级负荷只有四台客梯。
接线也必须双回路,增设应急发电机回路。
三级负荷
不属于一级和二级负荷者应为三级负荷,接线无特殊要求。
本设计中出去一、二级负荷外其余皆为三级负荷。
包括:
照明一,照明二、照明三、照明四、一台给水泵。
按照以上的叙述,做出负荷等级及供电情况的表2.1。
表2.1负荷等级及接线情况
用电设备
用电等级
接线回路号
设备房照明
一
WL1
应急照明
一
WL2
一台消防泵
一
WL3
一台消防电梯
一
WL4
消防送风机
一
WL5
正压风机
一
WL6
四台客梯
二
WL7
照明一
三
WL8
照明二
三
WL9
照明三
三
WL10
照明四
三
WL11
照明五
三
WL12
给水泵
三
WL13
2.4发电机及变压器所带负荷的分配及其数量选择
主变压器的台数和容量按照GB50053-94、GB50059-92等规范要求选择。
配电变压器(低
压为0.4kV)的容量不宜大于1250kVA,预装式变电所变压器,单台容量不宜大于800kVA。
在确定变电所主变压器台数时,应考虑负荷的发展,留有15%~25%左右的余量,满足可靠性。
因此本次设计共使用2台变压器和一台柴油发电机:
T1:
设备房照明、应急照明、消防泵、消防电梯、正压风机,消防送风机
T2:
照明一、照明二、照明三、照明四、给水泵。
G:
设备房照明、应急照明、消防泵、消防电梯、正压风机,消防送风机、客梯
变压器和发电机所带负荷如表2.2所示。
表2.2变压器和发电机所带负荷情况
用电设备
变压器
柴油发电机
设备房照明
T1
G
应急照明
T1
G
消防泵
T1
G
消防电梯
T1
G
正压风机
T1
G
消防送风机
T1
G
照明
T2
给水泵
T2
2.5主接线方式
常用的主接线方式有以下两种:
1.单母线不分段接线:
在有母线的主结线中,单母线不分段结线是一种最简单的结线方式。
它的每条进出线中都应安装断开回路的开关以及保护电器,如图2.1所示。
图2.1中断路器QF的作用是带负载切断负荷电流或故障电流并提供保护。
隔离开关靠母线侧的称为母线隔离开关,靠近线路侧的称为线路隔离开关。
隔离开关QS的作用是隔离电压,以便断路器QF检修。
单母线不分段结线形式线路简单,使用设备较少。
由于是母线制,扩建较为方便。
但它的可靠性较差,例如当母线或母线侧隔离开关(或其他开关)发生故障及检修时,就会造成全部负荷停电。
图2.1单母线不分段接线
2.单母线分段主接线:
图2.2是单母线分段接线示意图,它的每个母线段接有一个或两个电源,在母线中间用断路器或隔离开关来联络。
采用单母线分段式结线,其可靠性高于单母线不分段结线。
当某段母线发生故障时,仅停一半负荷。
某段母线电源失电,可经过倒闸操作,用母线分段开关维持失电母线上负荷的继续供电。
单母线分段式结线的另一个好处是,对重要负荷可从不同的母线段引出回路,对它们进行多电源供电。
单母线分段可分出多
于两段的母线。
图2.2单母线分段接线
GB50053-94规定:
6~10kV母线的分段处宜装设断路器,当不需带负荷操作且无继电保护和自动装置要求时,可装设隔离开关或隔离触头。
作出系统主接线如图附录一。
结合本次设计中需求的两台变压器和一台柴油发电机。
高压侧采用单母线不分段接线分别接入两变压器回路。
低压侧采用单母线分段式主方式,两台变压器低压侧和发电机的低压侧分别用单母线分段的形式。
含一二级负荷的7个低压回路(见表2.1)分别接入T1变压器和应急发电机的低压端。
其余的三级负荷回路接入T2变压器低压端母线。
这样其中一变压器需维修或损害可利用分段母线的倒闸操作,投入另一个变压器供电。
另外一级负荷的双电源供电接线要求也得到满足。
8、负荷计算
3.1负荷计算的意义与目的及需要系数法介绍
1)意义
要使供配电系统在正常情况下可靠运行,就要求其中的各个元件(如电力变压器、开关设备、电缆等)必须选择合适,除了应满足工作电压和频率的要求外,还要满足正常发热的要求。
这就要求对该系统中各个环节的电力负荷,根据基本的原始资料进行统计计算。
常用的负荷计算方法有二项式法和需要系数法。
需要系数法适用于负载数量、容量大的场合而二项式法适用于设备台数少、容量差别大的场合。
由于本次设计的容量较大,负载较大,所以选用需要系数法进行负荷计算。
2)需要系数法
负荷计算的方法之一。
用设备功率乘以需要系数和同时系数,直接求出计算负荷。
这种方法比较简便,应用广泛,尤其适用于配变电所及长期运行而负载平稳的用电设备和生产车间(锅炉引风机、水源泵站、集中空压机)的负荷计算。
但不适合用电设备台数少,各台间容量相差悬殊且工作制度不同时的电力负荷计算
1.单组三相设备的计算公式
有功功率的计算公式:
(3-1)
无功功率的计算公式:
(3-2)
视在功率的计算公式:
(3-3)
电流的计算公式:
(3-4)
3.多做三相设备的计算公式
在计算供配电干线或变电所低压母线上的计算负荷时,要考虑到各个用电设备组的最大负荷不可能同时出现。
因此,在确定多个组用电设备的总计算负荷时,应把各个用电设备组的最大负荷累加起来再打个折扣,即引入有功与无功的同时系数KΣp,KΣq。
有功同时系数KΣp取0.8~0.95;无功同时系数KΣq取0.85~0.97。
同时系数越靠近电源(变电所)端取越大的值,并且同时系数可以累乘。
有功功率的计算公式:
(3-5)
无功功率的计算公式:
(3-6)
视在功率的计算公式:
(3-7)
电流的计算公式:
(3-8)
3.2各低压端回路的负荷计算
1)照明回路(需要系数:
0.85功率因数:
0.9)
照明一(WL8),即一二楼的照明
按照规范,负荷密度取100w/m
总面积S=1278834750mm
换算得1278.8平方米,所以
P8=100w/m
x1278.8m
=12780w=12.79kw
照明二(WL9),即一单元的照明
按照规范,两室选取6kw,一室选择4kw。
总的两室户有:
2户×8层楼=16户,总的一室户有:
1户,故
P9=16户x6KW+4KW=100KW
照明三(WL10),即二单元的照明
总的两居室:
2户x9层楼=18户,总的一居室:
0,故
P10=6KWx18户=108kw
照明四(WL11),即三单元的照明
情况与照明三相同,
P11=108KW
照明五(WL12),即四单元的照明情况与照明二相同
P12=100KW
2)其余各回路
各种设备的需要系数和功率因素由设备手册得可得。
设备房照明(WL1)额定值:
15kw需要系数:
0.8功率因数:
0.95
应急照明(WL2)额定值:
30kw需要系数:
1功率因数:
0.95
消防泵(WL3)额定值:
55kw需要系数:
1功率因数:
0.85
消防电梯(WL4)额定值:
20kw需要系数:
1功率因数:
0.55
正压风机(WL5)额定值:
5x4kw需要系数:
0.8功率因数:
0.8
消防送风机(WL6)额定值:
4kw需要系数:
0.8功率因数:
0.8
客梯(WL7)额定值:
20x4kw需要系数:
0.4功率因数:
0.55
给水泵(WL13)额定值:
7.5kw需要系数:
0.85功率因数:
0.95
按照需要系数法的公式计算可得结果如表3.1。
表3.1各低压回路的负荷计算结果
回路号
Pe(kw)
Kd
Pc(kw)
Qc(kvar)
Sc(kv.A)
Ic(A)
Cosφ
WL1
15
0.8
12
3.94
12.63
19.19
0.95
WL2
30
1
30
9.86
31.58
47.98
0.95
WL3
55
1
55
34.09
64.71
98.31
0.85
WL4
20
1
20
30.37
36.36
55.25
0.55
WL5
20
0.8
16
12
20.00
30.39
0.8
WL6
4
0.8
3.2
2.4
4.00
6.08
0.8
WL7
80
0.4
32
48.59
58.18
88.40
0.55
WL8
12.79
0.85
10.87
5.27
12.08
18.35
0.9
WL9
100
0.85
85
41.17
94.44
143.50
0.9
WL10
108
0.85
91.8
44.46
102
154.98
0.9
WL11
108
0.85
91.8
44.46
102
154.98
0.9
WL12
100
0.85
85
41.17
94.44
143.50
0.9
WL13
7.5
0.85
6.375
2.10
6.71
10.20
0.95
3.3无功补偿
电网中的电力负荷如电动机、变压器等,大部分属于感性负荷,在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。
在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后,可以提供感性负载所消耗的无功功率,减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率,由于减少了无功功率在电网中的流动,因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗,这就是无功补偿。
无功补偿的基本原理是:
把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路,能量在两种负荷之间相互交换。
这样,感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。
电网中常用的无功补偿方式包括:
①集中补偿:
在高低压配电线路中安装并联电容器组;
②分组补偿:
在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器;
③单台电动机就地补偿:
在单台电动机处安装并联电容器等。
加装无功补偿设备,不仅可使功率消耗小,功率因数提高,还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。
商务楼楼的电气设计之中,
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