建筑供配电课程设计.docx
- 文档编号:6596073
- 上传时间:2023-01-08
- 格式:DOCX
- 页数:24
- 大小:67.47KB
建筑供配电课程设计.docx
《建筑供配电课程设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《建筑供配电课程设计.docx(24页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
建筑供配电课程设计
1.绪论
1.1、工程概况
某高层综合楼,总16层,地上15层,地下1层.总建筑面积约2.0883万
其中地上19447
地下1436
建筑总体高度58.7m,其中1层高5.1m,2~3层高4.8m,4~15层高3.2m,1~3层为商业用房,4~11层为写字间。
3层与4层之间设有夹层,为转换层。
顶层为设备间、电梯机房及水箱间,1~3层设有中央空调。
地下层为设备用房,汽车库。
主体建筑为框架、剪力墙结构。
消防设计:
主体建筑为一类高层建筑,建筑耐火等级为一级,地下一层及地上1~3层为每层2个防火分区,转换层及4~15层为每层一个防火分区。
1.2、设计要求及依据
首先,根据设计要求和目的,按照最新的《供配电系统设计规范》对其中的建筑负荷进行分类统计,根据《高层民用建筑设计防火规范》,按照现行的国家标准工业与民用供配电系统设计要求进行设计,然后进行负荷等级与无功补偿计算,列出负荷计算表。
其次,根据负荷类别及对供电可靠性的要求进行负荷计算,根据最后总计算负荷选择变压器容量及台数、主接线方案以及是否需要柴油发电机,确定配电所主接线方式。
对它的基本要求,即要安全可靠又要灵活经济,安装容易维修方便。
接着选择大楼的高低压部分进行短路电流的计算,并列出计算表格,选择配电所的一次设备及其校验,包括高低压断路器、熔断器、隔离开关、避雷器、开关柜,电流、电压互感器等设备,并根据需要进行热稳定和力稳定检验,列表表示。
然后进行导线电缆的选择与校验。
最后,根据相关规范,进行建筑的防雷保护与接地设计。
2.负荷分级、负荷计算及无功功率补偿
2.1负荷分级
该工程属一类高层建筑,用电多为一、二级负荷,用电负荷分级如下:
一级负荷:
各层公共照明、普通乘客电梯、地下室排污泵、所有消防负荷包括应急照明、消防控制室用电、消防电梯、屋顶稳压泵、正压风机、送风机、排烟风机、喷淋泵、消火栓泵及泵房、消防电梯井坑排污泵等。
二级负荷:
地下室及1~3层照明、商场自动扶梯、商场乘客电梯、生活泵等。
三级负荷:
顶层设备房照明及插座用电、转换层及4~15层照明及插座用电、屋顶节日照明、商场空调机组、商场空调水泵等。
2.2负荷数据
本工程负荷包括照明、电力及消防负荷。
该大厦商铺、写字间等部分用电需要二次设计,因此先按单位功率预留负荷,其余用电设备负荷功率由照明设计计算而得或由其他专业提供。
本工程照明负荷数据表2-1
用户设备名称
所在楼层
设备数量及功率
功率因数
负荷等级
备注
-1层照明
-1
15KW,共11
0.9
一级
按单位功率法预留功率
1层商铺照明
1
20KW,共22
0.85
二级
负荷功率由照明设计计算得来
1层大堂照明
1
15KW,共9
0.9
一级
负荷功率由照明设计计算而来
2层商铺照明
2
25KW,共27
0.85
二级
负荷功率由照明设计计算得来
3~15层正常照明
3~15
20KW,共11
0.90
一级
按单位功率法预留功率
6~8层公共通道照明
6~8
10KW,共9
0.90
一级
按单位功率法预留功率
9~10层公共通道照明
9~10
10KW,共9
0.90
一级
按单位功率法预留功率
12~15层公共通道照明
12~15
12kw,共12
0.90
一级
按单位功率法预留功率
开水器
6KW,共3
0.90
二级
按单位功率法预留功率
本工程电力负荷数据表2-2
用户设备名称
所在楼层
设备数量及功率
功率因数
负荷等级
备注
3~15层空调
3~15
30KW,共10
0.85
二级
负荷功率由照明设计计算得来
本工程消防负荷数据表2-3
用电设备名称
所在楼层
设备数量及功率
功率因数
负荷等级
备注
应急照明
-1~15层
20
0.9
一级
负荷功率由照明设计计算得来
地下室及泵房应急照明
-1F
16
0.9
一级
负荷功率由照明设计计算得来
变电所用电(含照明)
-1F
5
0.9
一级
负荷功率由照明设计计算得来
消防控制室用电
1F
5
0.8
一级
按单位功率法预留功率
消防电梯
RF
4
0.7
一级
负荷由电梯负荷计算
屋顶正压风机(含地下室)
RF
35.5
0.8
一级
负荷由通暖专业提供
地下室排烟机(平时排风,火灾时排烟)
-1F
13.6
0.8
一级
负荷由通暖专业提供
潜水泵(火灾时运行)
-1F
4
0.8
一级
负荷由排水专业提供
消防栓泵(火灾时运行)
-1F
5
0.8
一级
负荷由排水专业提供
2.3负荷计算
本工程的各类负荷中有评审会议需要运行的用电设备,也有发生火灾时才需要运行的消防用电设备。
因此负荷计算按照平时运行的负荷和火灾时运行的负荷来分别进行计算。
2.2.1.平时运行的负荷计算
(1)照明负荷计算
照明负荷计算书表2-4
用电设备名称
设备功率(KW)
需要系数
功率因素
负荷等级
Pc
(KW)
Qc
(KW)
Sc
(KVA)
Ic
(A)
-1层照明
165
1
0.9
一级
165
74.25
183.3
10.58
1层商铺照明
440
0.7
0.85
二级
308
190.96
517.64
29.88
1层大堂照明
135
0.8
0.9
一级
108
48.6
150
8.66
2层商铺照明
675
0.7
0.85
二级
472.5
292.95
794.11
45.84
3~15层正常照明
220
0.8
0.9
一级
176
79.2
44.44
14.11
6~15层公共照
总计
324
1959
0.8
0.69
0.9
0.86
一级
259.2
1351.71
116.64
838.06
360
2304.706
20.785
133.06
其中一级负荷
844
0.8
0.9
675.2
303.84
937.778
54.06
其中二级负荷
1115
0.7
0.85
780.5
483.91
1311.765
75.736
(2)、电力负荷
本工程电力负荷表2-5
用电设备名称
设备功率(KW)
需要系数
功率因素
负荷等级
Pc
(KW)
Qc
(KW)
Sc
(KVA)
Ic
(A)
3~15层空调
300
0.85
0.85
三级
255
158.1
352.94
20.37
(3)、消防负荷
本工程消防负荷表2-6
用电设备名称
设备数量及功率(kw)
需要系数
Kd
功率因数
负荷等级
Pc
(kw)
Qc
(kw)
Sc
(kw)
Ic
(kw)
应急照明
20
1
0.9
一级
18
7.56
20
1.15
地下室及泵房应急照明(含防火卷帘门)
16
1
0.9
一级
14.4
6.084
16
0.92
变电所用电(含照明)
5
1
0.9
一级
4.5
1.89
5
0.28
消防控制室用电
5
1
0.8
一级
4
3
5
0.28
消防电梯
4
1
0.7
一级
2.8
2.856
4
0.23
屋顶正压风机(含地下室送风机)
35.5
1
0.8
一级
28.4
21.3
35.5
2.04
地下室排烟机(平时排风,火灾时排烟)
13.6
1
0.8
一级
10.88
8.16
13.6
0.78
潜水泵(火灾时运行)
4
1
0.8
一级
3.2
2.4
4
0.23
消防栓泵(火灾时运行)
5
1
0.8
一级
4
3
5
0.28
合计
108.1
1
0.8
一级
108.1
70.26
131.82
7.61
2.2.2、10/0.38V变电所计算负荷
火灾时运行的消防负荷小于火灾时必然切除的正常照明负荷和电力负荷总和,因此火灾时的消防负荷不计入总计算负荷。
本工程10/0.4kV变电所计算过程如下:
(1)、正常运行时的负荷计算
1、总计算负荷Pc
总计算负荷等于照明负荷和动力负荷及平时运行的消防负荷的总和。
由表可得照明计算负荷为:
=1351.72kW,
=838.06kvar
电力及平时运行的消防负荷总计算负荷为:
Pc2=363.1kW,Qc2=228.36kvar
由此可得变压所低压侧总计算负荷为:
=
1+
=1351.72+363.1=1714.82kW
=
+
=838.06+228.36=1066.42kvar
2、计入同时系数后的总计算负荷和功率因数。
对于总计算负荷,取有功和武功同时系数分别为KΣp=KΣq=0.8,则计入同时系数后的总计算负荷为:
Pc'=KΣpPc=0.8*1714.82=1317.85kW
Qc'=KΣqQc=0.8*1066.42=853.14kvar
Sc'=√Pc'2+Qc'2=1569.9
功率因数为:
cosφ=Pc'/Sc'=1317.85/1569.9=0.84
3、无功补偿容量的计算。
根据规范要求,民用建筑低压侧无功功率补偿后的功率因数应达到0.90以上,故有:
对于总计算负荷:
ΔQ=1714.82[tan(arccos0.84)-tan(arccos0.92)]=342.964
无功功率补偿后的总有功计算负荷保持不变,总无功计算负荷为
Qc〞=Qc'-ΔQ=510.18kvar
视在计算负荷为:
Sc〞=1432.45kVA
cosφ〞=1317.85/1432.45=0.92,满足要求
4、变压器损耗
有功损耗为:
ΔPT=0.01Sc〞=14.32kW
无功损耗为:
ΔQT=0.05Sc〞=71.6kvar
5、变压器高压侧的总计算负荷
变电所高压侧的总计算负荷为:
Pc1=Pc'+ΔPT=1322.17kW
Qc1=Qc〞+ΔQT=581.78kvar
Sc1=1444.5
总功率因数为:
cosφ=0.91
(2)、电源故障时切除三级负荷后仅供一、二级负荷运行的负荷计算
应急照明及动力负荷为:
Pc12=108.1kW
Qc12=70.26kvar
去有功和无功同时系数分别为:
KΣp=0.8,KΣq=0.85,
Pc12'=0.8*108.1=86.48kW
Qc12'=0.85*70.26=59.72kvar
Sc12'=105.1kVA
功率因数为:
cosφ=0.82
无功补偿容量为:
ΔQ12=86.48*[tan(arccos0.82)-tan(arccos0.92)]=22.48kvar
补偿后的视在计算负荷为:
Sc12〞=94.1kVA
功率因数为:
cosφ〞=0.92
满足要求
本工程10/0.38KV变电所计算负荷表2-7
负荷名称
设备功率Pe(kW)
需要系数Kd
功率因数
Pc(kW)
Qc(kvar)
Sc(kVA)
Ic(A)
无功补偿前低压母线的计算负荷合计
照明及动力负荷合计
1415
0.63
0.84
1714.82
1066.42
2019.37
116.5
其中二级负荷
363.1
1
0.9
363.1
228.36
428.94
24.7
计入同时系数
总负荷
1415
0.5
0.84
1713.85
853.14
1914.45
110.53
其中二级负荷
363.1
0.8
0.9
35.2
16.47
38.86
2.24
无功补偿装置容量
900
无功补偿后低压母线的计算负荷
总负荷
1415
0.5
0.92
1713.85
510.18
1788.17
103.24
其中二级负荷
363.1
0.8
0.92
35.2
14.71
38.15
2.2
变压器损耗
14.32
71.6
变压器高压侧计算负荷
1415
0.51
0.91
1322.17
581.78
1444.5
83.4
3.电力变压器选择
4.1、变压器型式及台数选择
本工程为一般商住两用高层民用建筑,防火要求较高,且为减少占地,变电所位于主体建筑地下室内,故宜采用三相双绕组干式变压器,联结组别为Dyn11,无励磁调压,电压比10/0.4kV。
为节省空间,变压器与开关柜布置在同一房间内,变压器外壳防护等级选用IP2X。
因为本工程具有较大的一、二级负荷,故应选用两台或两台以上的变压器。
4.2、变压器容量选择
本工程总视在计算负荷为1432.45kVA,其中一、二级负荷1079.5KVA。
选择两台等容量的变压器,互为备用。
每台容量按总视在计算负荷容量的70%左右,即应该选择1250KV变压器两台。
正常运行时负荷与电力负荷共用变压器,通过合理分配负荷,可使两台变压器正常运行时负荷率相当,均在70%--80%左右。
当一台变压器故障时,另一台变压器可带全部的一、二级负荷和部分三级负荷运行,供电可靠性较高。
负荷率在70%~80%之间,且供电可靠性高。
最终选择两台SCB10-1250-10/0.4型变压器。
4.3变压器负荷分配及无功补偿
电力负荷与照明负荷均衡分配给两台变压器。
4.3.1变压器T1的负荷分配
根据表2—1数据二级负荷照明(共计1115kW)的配电主回路集中在变压器T1上。
根据前面提供的负荷数据可得,设备功率为1115kW,总有功计算负荷为780.5kW无功计算负荷为483.91kvar,计入同时系数K∑p=K∑q=0.80后,总有功计算负荷为624.4kW,无功计算负荷为387.1kvar,功率因数为cosφ=0.90.
为将功率因数提高到0.92以上,进行无功功率补偿,补偿容量为:
780.5kW×[tan(arccos0.90)-tan(arccos0.92)]=31.22kvar
实际取七组,每组10kvar,共40kvar。
补偿后有功计算负荷不变,即Pc=780.5kW,无功计算负荷为Qc=411.9kvar。
则无功补偿过后低压母线总视在计算负荷为:
Sc=882.52kVA
选择大于并接近该视在计算负荷的变压器容量,故应选则变压器容量为1250kVA。
负荷率为71%。
4.3.2变压器T2的负荷分配
根据表2—1和表2—2数据一级负荷、电力负荷,消防负荷(共计1252.1kW)分配给变压器T2.
设备功率为1252.1kW,总有功计算负荷1035.3KW,无功计算负荷为532.2KVAR,计入同时系数K∑p=K∑q=0.80后,总有功计算负荷为828.24kW,无功计算负荷为425.76kvar,功率因数为cosφ=0.90,
为将功率因数提高到0.92以上,进行无功功率补偿,补偿容量为:
828.24kW×[tan(arccos0.90)-tan(arccos0.92)]=33.12kvar
实际取七组,每组10kvar,共40kvar。
补偿后有功计算负荷不变,即Pc=828.24kW,无功计算负荷为Qc=392.64kvar。
则无功补偿过后低压母线总视在计算负荷为:
Sc=916.6kVA
选择大于并接近该视在计算负荷的变压器容量,故应选则变压器容量为1250kVA。
负荷率为73%。
这样使得两台变压器正常运行时负荷率相当。
同时将给二级负荷配电的主回路与备用回路分别接于不同变压器的低压母线上保证供电可靠性,但不计入每台变压器的总负荷。
4.设备与导线的选择
4.1高压断路器的选择
高压断路器是高压开关设备中最主要、最复杂的电器,广泛应用于电力系统的发电厂、变电所、开关站及高压供配电线路上,承担着控制和保护的双重任务。
高压断路器不仅可以长期承受分断、关合正常情况下高压电路中的空载电流和负荷电流,还可以在系统发生故障或其它异常运行状态、欠压、过流等情况下与保护装置及自动装置相配合,迅速切断故障电流,防止事故扩大,保证系统安全运行。
4.1.1高压侧短路电流的计算
电源S1处的短路容量Sk=350MVA,取进线电缆为YJV(0.08mΩ/m),长度为5000m.
则:
XS=Uav2/ska=10.52/350Ω=0.315Ω
XYJV=5000*0.08mΩ=400mΩ
IK=Uav/1.732(Xs+XYJV)=10.5/1.732*0.715=8.48KA
ish=2.55*Ik=21.6KA
I∞2*tim=8.482*1.45=104.27KA
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。
选择原则:
1.满足工作电压要求即:
Ur=UN
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——电流互感器额定电流;
UN——系统标称电压;
2.满足工作电流要求即:
Ir≥IC
式中Ir——开关电器额定电流;
IC——开关电器装设处的计算电流;
3.满足工作环境要求选择电气设备时,应考虑其适合运行环境条件要求,如:
温度、风速、湿度、污秽、海拔、地震烈度等。
满足短路故障时的动、热稳定条件:
1.满足动稳定要求短路时电器设备能受到的电动力,与导体间形状系数、间距、长度、材料以及通过导体的电流大小有关。
对于开关电器而言,一旦制造出来,无论用于系统何处,其导体间间距、长度及形状系数都不会改变,因此通过导体的电流的大小就成为决定该开关电器能否达到动稳定要求的唯一因素,即只要满足:
imas≥iSH或Imas≥ISH
式中imas——开关电器的极限通过电流峰值;
Imas——开关电器的极限通过电流有效值;
iSH——开关电器安装处的三相短路冲击电流;
ISH——开关电器安装处的三相短路冲击电流有效值;
2.满足热稳定要求开关电器自身可以承受的热脉冲应大于短路时最大可能出现的热脉冲,称为满足热稳定要求,即:
It2×t≥I∞2×tim
式中It——开关电器的t秒热稳定电流有效值;
I∞——开关电器安装处的三相短路电流有效值;
tim——假想时间;
满足天关电器分断能力的要求:
开关电器分断能力用极限分断能力和额定分断能力两个参数来表达.极限分断能力是指在该条件下开关断后,不考虑开关电器继续承载额定电流,即不考虑其是否还能正常使用;额定分断能力是指在该条件下开关分断后,开关电器还能继续承载额定电流正常运行,并能反复分断该条件电路多次.
断路器应能分断最大短路电流:
Ibr≥I(3)k.max或Sbr≥S(3)k.max
式中Ibr——断路器的额定分断电流;
Sbr——断路器的额定分断容量;
I(3)k.max——断路器安装处最大运行方式下三相短路电流有效值;
S(3)k.max——断路器安装处最大运行方式下的短路容量.
选择结果:
以电源S1进线段为典型分析所用设备及导线的选择
例如VK-10M25/1250(电源S1进线段回路WH1):
表4-1
项目
运行电压
计算数据
额定参数
计算数据
满足条件
结论
电压校验
Un
10KV
Ur
10KV
Ur=Un
合格
电流校验
Ic
1250KA
Ir
92.5A
Ir>Ic
合格
分断能力校验
I(3)k.max
20KA
Ibr
8.48KA
Ibr>Ikmax
合格
动稳定校验
i(3)sh
50KA
imax
21.6KA
imax>ish
合格
热稳定校验
I*I*tim
202*4KA
.S
Ik*Ik*t
8.482*1.45KA
.S
Ik*Ik*t>I*I*tim
合格
4.2低压断路器选择
低压断路器又称自动空气开关,是低压开关中性能最完善的开关,不仅可以对电路进行正常的分合操作,接通和切断正常负荷电流及负荷电流,而且可以起保护电路的作用。
当电路有短路、过负荷或电压严重降低时,能自动切断电路,因此常用作低压大功率电路的主控电器。
低压断路器主要作为短路保护电器,不适于进行频繁操作。
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=350MVA
则折算到低压侧ZS=
=0.46mΩ
变压器阻抗ZT=XT=
=
=0.155Ω
电缆相线的电阻R7=0.315×50=1.575mΩ
电缆相线的电抗XL=0.097×50=0.485mΩ
计算短路点阻值Z=0.116Ω
K点的三相短路电流IK=
=2.275kA
ish=2.55×Ik=6.576KA
Ish=1.84×Ik=4.775kA
4.3互感器的选择
互感器是保证电力系统安全运行的重要设备,包括电压互感器和电流互感器,是一次和二次系统间的联络元件。
从基本结构和工作原理来说,互感器就是一种特殊变压器。
电流互感器将一次系统的交流大电流变成5A或1A小电流,供给测量仪表和保护装置的电流线圈;电压互感器将一次系统的高电压变换成100V或100/1.732的低电压,供给测量仪表和保护装置的电压线圈。
电流互感器
1)满足工作电压要求即:
Ur=UN
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WP2回路为例:
由于Ur=380V
Ic=115.9A
Ir1=(1.25~1.5)Ic=150A
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LQG-0.5-150/5。
电流互感器工作原理与变压器相似,其结构主要特点是:
一次绕组串联在一次电路中,绕组匝数很少而导线很粗,绕组中流过的电流I1
是被测电路的负荷电流;二次绕组与测量仪表和保护装置的电流线圈串联,匝数很多且导线很细;由于二次侧所接的仪表、继电器等的线圈阻抗非常小,正常情况下二次电流I2随一次电流按一次变比变化,不受负载大小的影响。
电压互感器
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
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 建筑 配电 课程设计