小區(qū)供配電系統(tǒng)設計

小區(qū)供配電系統(tǒng)設計小區(qū)供配電系統(tǒng)設計［摘要］住宅小區(qū)供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行直接影響著人們的日常生活及秩序。因此研究小區(qū)供配電系統(tǒng)如何更好的實現(xiàn)安全、可靠、經(jīng)濟運行具有現(xiàn)實的意義。本課題初步對住宅小區(qū)的供配電系統(tǒng)進行設計，并根據(jù)國家相關標準對所設計的內(nèi)容進行規(guī)范化。分析小區(qū)的原始數(shù)據(jù)和供電特點，對小區(qū)各類負荷進行計算；通過計算負荷選擇變壓器的容量和數(shù)目完成變電所的設計；合理選擇電氣主接線方式；根據(jù)短路電流選擇合適的電力電纜；確定建筑物防雷等級，做好小區(qū)的防雷接地保護。設計過程中不僅要保證供電的質(zhì)量和安全性，還應盡量滿足供電的經(jīng)濟性，節(jié)省能源和材料。［關鍵詞］計算負荷；短路電流；變壓器；供配電設計；防雷接地1引言1.1住宅小區(qū)供配電系統(tǒng)現(xiàn)狀及研究意義隨著社會的發(fā)展越來越快，越來越發(fā)達，電能也逐漸成為人們生活中最重要的能源之一，人們對電能的依賴程度越來越高，是生活中必不可少的一種能源。在過去，家用電器并未普及，居民用電量非常少，每家每戶可能只點一支電燈，或者一臺電扇?，F(xiàn)如今，人們生活水平提高，家用電器的種類增多，居民用電量也在與日俱增，電視、冰箱、洗衣機、電腦等各種家電也是居民生活必不可少的。同時，我國整體的用電結構也在逐漸的發(fā)生著變化，居民用電量逐漸增多，非工業(yè)用電比重逐漸升高。電能的正常運行直接影響人們的一切，對人們的生活具有非常大的影響作用。住宅小區(qū)內(nèi)的供配電系統(tǒng)能否安全而又穩(wěn)定的運行，對于提高小區(qū)居民的生活質(zhì)量具有至關重要的作用,可以說現(xiàn)代人離不開電能。因此需要保證電能的穩(wěn)定并且安全的運行，不僅如此，當某些重要的設備發(fā)生故障時，則必須保證其不斷電，能夠繼續(xù)正常運行，保證電能可靠運行。此外節(jié)能減耗是我國基本的國策之一，在滿足供電需求的前提下，還應提高能源利用率，降低能源消耗，這也是今后探索研究的一大方向。住宅小區(qū)供配電設計必須根據(jù)實際，結合其特點，根據(jù)小區(qū)建筑功能以及負荷等級對其采用合適的供配電形式和方法，滿足使用功能的要求。不僅要做到整體布局合理，滿足供電質(zhì)量，而且還要給每個用戶提供良好的用電環(huán)境。實現(xiàn)安全可靠配電的同時，還要做到環(huán)境的美化，使小區(qū)的供配電合理、經(jīng)濟。小區(qū)的供配電系統(tǒng)設計應根據(jù)實際情況，小區(qū)的未來發(fā)展和規(guī)模進行分析設計，不僅要做到滿足近期內(nèi)的要求，還要為將來的發(fā)展留有一定的空間，將遠期和近期結合起來，統(tǒng)籌規(guī)劃。1.2本工程供配電系統(tǒng)概述及相關原則住宅小區(qū)的供配電系統(tǒng)建設工程的應堅持統(tǒng)一規(guī)劃的原則，將電力網(wǎng)的運行狀況和建設規(guī)劃相結合，并且使經(jīng)濟發(fā)展和配電網(wǎng)的現(xiàn)狀結合起來。本著以人為本的原則，保證供電品質(zhì)，建設經(jīng)濟、安全、適度超前、提高供電可靠性的原則，合理選擇小區(qū)供配電措施[1]。方案設計時應根據(jù)電力相關行相業(yè)的標準進行設計。使設計盡量簡單，便于維護和管理，盡量減少電能消耗，提高電能利用率。還需要將近期和遠期結合起來發(fā)展分析。建設近期的同時考慮到遠期的發(fā)展可能，并根據(jù)用戶用電負荷重要程度、用電需求、用電容量、用電性質(zhì)等，結合區(qū)域電網(wǎng)規(guī)劃和當?shù)毓╇姉l件等因素，進行技術比較后制定出合理的供電方案。本次的課題設計主要先對該小區(qū)的用電特點和相關資料進行分析。對小區(qū)進行負荷計算，無功補償。根據(jù)計算負荷得出的結果，對變壓器容量和數(shù)目進行設計，并對配電所設計。設計出合適的電氣主接線方式和配電線路接線方式。并根據(jù)短路電流計算結果，選擇和校驗電纜設備。根據(jù)建筑的特點，確定各類建筑物的防雷等級，進行相關的防雷及接地設計和等電位聯(lián)結，并選擇低壓配電系統(tǒng)的接地形式。依據(jù)相關專業(yè)提供的原始資料和國家行業(yè)標準規(guī)范和圖集繪出電氣設計圖。本工程基本概況：（1）總體概況：本工程總建筑面積為41723.8平方米，由兩棟主體建筑及地下公共汽車庫、設備用房等組成。其中一個主體建筑為6層商業(yè)寫字樓建筑，高約23.75米，屬于多層辦公建筑。該多層建筑1、2層為臨街商鋪，3至6層為公寓式辦公寫字樓。另外一個主體建筑為31層高層住宅建筑，高約96.75米，屬于一類高層住宅建筑，耐火等級為一級。該高層建筑1、2層為臨街商鋪，3至31層為居民住宅。地下1層和地下2層均為汽車庫、附屬設備用房等組成。（2）具體數(shù)據(jù)：高層建筑3-31層為住宅樓，每層15戶，共三種戶型。其中，一層里戶型1共4戶面積為80-100㎡、戶型2共9戶面積為100-130㎡、戶型3共2戶面積為130-150㎡，全樓共435戶。多層建筑3-6層為寫字樓，共4160㎡,安裝容量為208KW。商業(yè)面積共5230㎡，安裝容量為261KW。（3）設計范圍：高壓側(cè)從市政開閉所10kV配電線路起，在接引10kV電源處設置明顯斷開點，低壓側(cè)至小區(qū)內(nèi)各建筑低壓用電計量裝置上表位。（4）自然環(huán)境：本地區(qū)年平均雷暴日24.8d/a，通廊式住宅建筑年物預計雷擊次數(shù)為：0.0812次/a；建筑商業(yè)寫字樓建筑年物預計雷擊次數(shù)為：0.0359次/a。2負荷的計算2.1負荷分級以及要求用電負荷分級，是為了能夠正確地反映出對于用電可靠性要求的界限，以便選出合適的、符合實際水平的供電方式，保護人員安全，并能有效地節(jié)約投資提高經(jīng)濟效益。負荷分級主要是從經(jīng)濟損失和安全這兩方面來確定的。2.1.1負荷分級和供電電源要求（1）負荷分級[2]根據(jù)JGJ16—2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》行業(yè)標準規(guī)定，用電負荷應根據(jù)供電可靠性及中斷供電所造成的損失或影響的程度，分為一級負荷、二級負荷及三級負荷。各級負荷應符合下列規(guī)定：符合下列情況之一時，應為一級負荷：中斷供電將造成人身傷亡；中斷供電將造成重大影響或重大損失；中斷供電將破壞有重大影響的用電單位的正常工作，或造成公共場所秩序嚴重混亂。例如：重要通信樞紐、重要交通樞紐、重要的經(jīng)濟信息中心、特級或甲級體育建筑、國賓館、承擔重大國事活動的會堂、經(jīng)常用于重要國際活動的大量人員集中的公共場所等的重要用電負荷。在一級負荷中，當中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災等情況的負荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷，應為特別重要的負荷。符合下列情況之一時，應為二級負荷：中斷供電將造成較大影響或損失；中斷供電將影響重要用電單位的正常工作或造成公共場所秩序混亂。三級負荷屬于一般的電力負荷，所有不屬于上述一、二級負荷的，均屬于三級負荷。（2）各級電力負荷對供電電源的要求：一級負荷是重要負荷，要求由兩路電源供電，若其中一路電源發(fā)生故障停止工作時，則另一路電源不會同時損壞。同時，除兩路電源外，還必須增設應急電源。其中，常用的應急電源有：蓄電池；干電池；供電網(wǎng)絡中獨立于正常電源的專門供電線路；獨立于正常電源的發(fā)電機組。二級負荷也是重要負荷，也要由兩路電源供電，并有兩臺供電變壓器。在其中一臺或回路中發(fā)生故障時，二級負荷不會中斷供電，或中斷后迅速能恢復供電。三級負荷屬于一般負荷，所以對供電電源沒有特殊的要求。2.1.2本工程建筑的負荷類型本工程為綜合性住宅小區(qū)，有高層住宅樓、多層辦公樓、商鋪、泵房、熱力交換站、地下車庫等公共用電設施。本次設計的高層住宅樓屬于一類高層民用建筑，此類建筑內(nèi)的消防控制室、火災自動報警及聯(lián)動控制裝置、火災應急照明及疏散指示標志、防煙及排煙設施、自動滅火系統(tǒng)、消防水泵、消防電梯及其排水泵、電動的防火卷簾及門窗以及閥門等消防用電應為一級負荷。住宅小區(qū)內(nèi)的生活給水泵房以及熱力交換站的用電負應根據(jù)工程規(guī)模、重要性等因素合理確定負荷等級，且不應低于二級。商鋪內(nèi)的主要通道照明和應急照明以及和地下停車庫的消防設備被歸為二級負荷。其余的如居民、商業(yè)、辦公等用電為三級負荷。用電設備條件匯總?cè)绫?所示。表1用電設備條件匯總表用電設備名稱用電設備臺數(shù)負荷等級用電設備相數(shù)常用備用單臺容量（KW）電壓（V）低區(qū)生活泵1一級7380三相中區(qū)生活泵1一級8.6380三相高區(qū)生活泵11一級11380三相普通客梯2一級18.5380三相觀光電梯2一級10380三相消防電梯1一級18.5380三相正壓風機A4一級11380三相正壓風機B2一級7.50380三相排煙風機1一級5.50380三相換熱機組A2一級7.00380三相換熱機組B1一級4.10380三相消火栓泵11一級75.00380三相自動噴淋泵11一級90.00380三相潛水排污泵A11一級4.00380三相潛水排污泵B33一級2.20380三相防火卷簾6一級1.00380三相送風兼消防補機A1一級7.50380三相送風兼消防補機B2一級1.10380三相送風兼消防補機C1一級3.00380三相送風兼消防補機D2一級2.20380三相送風兼消防補機E3一級5.50380三相雙速排風兼排煙風機A1一級17/12380三相雙速排風兼排煙風機B1一級11/9380三相雙速排風兼排煙風機C1一級8/6.5380三相雙速排風兼排煙風機D1一級16/13380三相雙速排風兼排煙風機E4一級3/2.4380三相景觀照明80車庫照明40變電所照明152.2計算負荷概述2.2.1概述現(xiàn)代社會發(fā)展迅速，人們對生活環(huán)境有了更高的追求。從大的方面來說，住宅小區(qū)內(nèi)的基本生活設施越來越豐富，住宅樓房越來越多樣化。本次設計的小區(qū)內(nèi)就包含高層住宅樓、多層住宅樓、寫字樓、商鋪、泵房、熱力交換站和地下停車庫等設施，不同的建筑用電負荷也大不相同，對整個小區(qū)的電氣設計要求也有所提高。從小的方面來說，人們生活富裕了，每家每戶像是空調(diào)、彩電、洗衣機之類的家用電器也在逐漸增多，用電負荷與過去相比有了大幅度的增長。居民用電越來越多樣化，所以要根據(jù)不同的負荷選取合適的計算方法。小區(qū)的供電系統(tǒng)要能正常，安全可靠地運行，就需要對整個住宅小區(qū)的負荷容量和計算負荷進行可靠地計算，才能正確地選擇適合變壓器的類型、容量以及數(shù)目。只有這樣，才能滿足小區(qū)居民現(xiàn)在以及將來的用電需求，并且合理降低了工程造價，節(jié)省材料。2.2.2計算負荷的步驟負荷計算主要內(nèi)容有負荷容量，計算負荷。負荷容量也稱安裝容量，是住戶所使用的用電設備的額定容量或是額定功率的和，是配電系統(tǒng)設計和計算的基礎資料和依據(jù)。計算負荷也稱計算容量、需要負荷，它標志用戶的最大用電功率，是配電設計時選擇變壓器、確定可作為按發(fā)熱條件選擇變壓器、導體及電器的依據(jù)，并用來計算電壓損失和功率損耗，也可作為電能消耗及無功功率補償?shù)挠嬎阋罁?jù)。計算負荷需要采用的方法主要有需要系數(shù)法、二項式法、單位面積法。方案設計階段可采用單位指標法；初步設計及施工圖設計階段，宜采用需要系數(shù)法。且根據(jù)《住宅建筑電氣設計規(guī)范》JGJ242-20113.4.1條：對于住宅建筑的負荷計算，方案設計階段可采用單位指標法和單位面積法；初步設計及施工圖設計階段，宜采用需要系數(shù)法進行計算[3]。因此本論文主要使用需要系數(shù)法對有關內(nèi)容進行計算，并簡單介紹單位面積法的基本概念。（1）單位面積法建筑的用電負荷常與建筑面積直接相關。對于具有相同功能、用途和檔次的建筑，盡管建筑的規(guī)模不同，但單位建筑面積上的負荷密度具有統(tǒng)計規(guī)律上的相似性。表2列出了當前經(jīng)濟發(fā)展情況下各類建筑物的負荷密度。若已知建筑面積A(m2)，并查表2得到同類建筑的負荷密度指標r（W/m2），可根據(jù)下式估算出計算負荷的大?。海?）各類建筑物用電指標如表2所示。表2各類建筑物的用電指標建筑類別用電指標（W/m2）建筑類別用電指標（W/m2）公寓30～50醫(yī)院40～70旅館40～70高等學校20～40辦公30～70中小學12～20商業(yè)一般：40～80展覽館50～80大中型60～120體育40～70演播室250～500劇場50～80汽車庫8～15需要系數(shù)法需要系數(shù)標志著用電設備組投入運行時，從供電網(wǎng)絡實際取用的功率與用電設備組設備功率之比。需要系數(shù)的值總小于1，它不僅與設備的負荷率、效率、臺數(shù)、工作情況及線路損耗有關，而且與維護管理水平等因素也有關系。單臺用電設備的計算負荷考慮到設備可能在額定工況下運行，單臺用電設備的計算負荷就取設備的安裝容量。（2）（3）（4）（5）PN——用電設備的安裝容量(KW)；UN——設備的額定電壓(KV)；tanj——用電設備銘牌給出的功率因數(shù)角的正切值；Pc——有功計算負荷(KW)；Qc——無功計算負荷(Kvar)；Sc——視在計算負荷(kVA)；Ic——計算電流(A)。用電設備組的計算負荷當計算配電干線（例如，第j條）上的計算負荷時，首先將用電設備分組，求出各組用電設備的總安裝容量PN.i，然后查表得到各組用電設備的需要系數(shù)Kd.i及對應的功率因數(shù)cosji和功率因數(shù)正切值tanji，則：（6）（7）（8）建筑物總計算負荷建筑物總的負荷計算以建筑內(nèi)用電設備組或配電干線的計算負荷為基礎，從負荷端逐級向電源端計算，而且需要在各級配電點乘以同時系數(shù)KΣp，即：（9）（10）（11）需要系數(shù)和功率因數(shù)可根據(jù)表3、表4來進行選擇，但并不能局限于此表。電器設備在不斷地更新?lián)Q代，其性能也不斷改善，還與它的使用場合有關。所以，需要系數(shù)不是一成不變的，不能隨便拿起一本書就套用系數(shù)，需要研究設備樣本里提供的相關數(shù)據(jù)，結合工程的供電特點和當?shù)氐纳顥l件等因素，從而確定比較合適的需要系數(shù)。需要系數(shù)選擇表如表3、表4所示。表3住宅用電負荷需要系數(shù)選擇表按單相配電計算時所連接的基本戶數(shù)按三相配電計算時所連接的基本戶數(shù)需要系數(shù)3914120.956180.758240.6610300.5812360.5014420.4816480.4718540.4521630.4324720.4125～10075～3000.40125～200375～6000.33260～300780～9000.26表4需要系數(shù)及自然功率因數(shù)表負荷名稱規(guī)模（臺數(shù)）需要系數(shù)（Kd）功率因數(shù)（cosj）照明面積<500m21～0.91～0.9500～3000m20.9～0.70.93000～15000m20.75～0.55＞15000m20.6～0.4商場照明0.9～0.7冷凍機房鍋爐房1～3臺0.9～0.70.8～0.85＞3臺0.7～0.6熱力站、水泵房、通風機1～5臺0.75～0.80.8～0.85＞5臺0.8～0.6電梯0.18～0.220.5～0.6（交流電）0.8（直流電）洗衣機房、廚房≤100KW0.4～0.50.8～0.9＞100KW0.3～0.4窗式空調(diào)4～10臺0.8～0.60.810～50臺0.6～0.450臺以上0.4～0.3舞臺照明＜200KW1～0.60.9～1＞200KW0.6～本工程負荷計算本工程采用需要系數(shù)法進行計算，計算過程如下。（1）住宅用電部分根據(jù)實際負荷估算，規(guī)定面積在100㎡以下的每戶按4KW計算，120㎡-150㎡的每戶按5KW計算，150㎡以上的每戶按6KW計算。由此可知，戶型1為4KW/戶的共4戶、戶型2為5KW/戶的共9戶、戶型3為6KW/戶的共2戶。使用需要系數(shù)法計算負荷，每層一個電表箱。用6條配電干線從地下室二層變電所引來,每條配電干線連接5個樓層電表箱，其中一條干線連接4個樓層。本次設計以住宅負荷計算為主，以其中一條配電干線為例，其余負荷按相同方法計算，結果如表5所示。用戶配電箱部分，由公式2可得安裝容量：樓層電表箱,查表3、4得Kd=0.75，cosj=0.9，tanj=0.48，由公式6和公式7可得樓層電表箱的計算負荷：配電干線,查表3、4得Kd=0.4，cosj=0.9，tanj=0.48，由公式6和公式7可得配電干線的計算負荷：住宅負荷計算如表5所示。表5住宅負荷計算用電設備安裝容量（KW）有功(KW)無功(Kvar)1#住宅干線29287.642.052#住宅干線365109.552.563#住宅干線365109.552.564#住宅干線365109.552.565#住宅干線365109.552.566#住宅干線365109.552.56合計2117635.1304.85在計算負荷的過程中還會涉及到同時系數(shù)。同時系數(shù)主要用在計算小區(qū)總負荷或計算變電所容量，由于用電設備組的全部設備并不同時運行，存在同時運行系數(shù)，所以需要乘以同時系數(shù)來折算負荷。同時系數(shù)取值需要根據(jù)當?shù)氐挠秒娝骄唧w分析，本次設計同時系數(shù)取KΣp=0.9，KΣq=0.95。由表5中的數(shù)據(jù)和公式9和公式10可計算得：因此住宅部分總的計算負荷為571.59KW（2）公共用電部分本工程公共用電部分包括：多層辦公樓用電、電梯用電、消防用電、園林及建筑景觀用用電、生活水泵用電、路燈和公共照明用電、排污設備用電等照明負荷以及動力負荷。本次計算以商業(yè)區(qū)和寫字樓的計算負荷為主，其余負荷可根據(jù)表4查找需要系數(shù)，并根據(jù)2.2.2中所介紹的公式對各個用電設備進行負荷計算，具體計算結果見附錄表。由所給資料可知商業(yè)區(qū)和寫字樓的安裝容量分別為261KW和208KW，根據(jù)需要系數(shù)法計算出其計算負荷。商業(yè)區(qū)需要系數(shù)查表4得：Kd=0.85，cosj=0.9，tanj=0.48。由公式6和公式7可得：寫字樓需要系數(shù)查表4得：Kd=0.7，cosj=0.9，tanj=0.48。由公式6和公式7可得：一般情況下，備用設備與消防設備都不考慮在計算負荷之內(nèi)，只有當消防用電的計算有功功率大于火災時可能同時切除的一般電力、照明負荷的計算有有功功率時，按未切除的一般電力、照明負荷加上消防負荷計算低壓總設備功率。2.3無功補償2.3.1無功補償?shù)哪康挠捎诂F(xiàn)在的用電設備大都屬于阻性負載和阻-感性負載，所以整個供電系統(tǒng)通常是阻感性的，因此供電系統(tǒng)中會消耗大量的無功功率，從而導致功率因數(shù)的降低。功率因數(shù)的降低會使電能的傳輸產(chǎn)生大量的損耗，并且無功功率會影響電壓的損耗，同時也會使電力設備的利用率相應降低，造成較多的經(jīng)濟和能源的浪費。所以，根據(jù)供電部門的有關規(guī)定，需要對功率因數(shù)進行一定限制，在某些供電場所需要達到一定的數(shù)值，低于這一數(shù)值是就必須進行無功功率的補償，以免產(chǎn)生不必要的損失。根據(jù)實際情況，一般居民小區(qū)的自然功率因數(shù)范圍在0.7—0.75之間。但是，根據(jù)有關規(guī)定，居民用電的功率因數(shù)應當保持在0.9以上，以滿足供電要求[4]。當功率因數(shù)不滿足要求時，首先應當想辦法提高自然功率因數(shù)。要想提高自然功率因數(shù)，可以選擇合適的電動機型號規(guī)格，防止電動機長時間空載運行或者合理選擇變壓器的容量等方法都可達到目的。若提高自然功率因數(shù)仍達不到要求，則需要對小區(qū)內(nèi)的供電系統(tǒng)進行無功補償。2.3.2無功補償?shù)姆椒ㄒ话銇碚f，要想補償無功功率的方法有：改變發(fā)電機的端電壓，就地補償無功功率等。由于改變發(fā)電機端電壓這種補償方式補償距離較遠，損耗比較大，投資高，因此這種方法對于小區(qū)供電這種遠距離，補償?shù)攸c分散的場合并不適用。所以，小區(qū)供配電系統(tǒng)的無功功率補償一般采用就地補償?shù)姆椒?。本工程無功補償采用并聯(lián)電容器的方法。并聯(lián)電容器裝設位置共有高壓集中補償、低壓集中補償和單獨就地補償是三種方法。本次設計采用低壓集中補償?shù)姆椒?。低壓集中補償是指將低壓電容器裝設在10KV變電站0.4V的低壓母線上。該方法能夠有效的補償?shù)蛪簜?cè)用電設備所消耗的無功功率，雖然無法對低壓側(cè)配電系統(tǒng)起到無功補償?shù)淖饔?，但是能夠減少高壓側(cè)供電系統(tǒng)中的電能損耗。這種方法補償與其他方法比較，使用電容器設備較為便宜，投資較小。并且具有接線簡單，管理方便，電容器的利用率較高等優(yōu)點，能夠使無功就地平衡。不僅如此，補償無功后會使10KV變壓器的視在功率變小，從而能夠?qū)⑦x擇變壓器的容量減小，減小了變壓器的投資。并聯(lián)電容器采用自動調(diào)節(jié)的控制方式，俗稱無功自動補償裝置。電容器在低壓母線進行補償時均為自動補償方式，即實際補償電容器容量隨自然功率因數(shù)的變化而調(diào)整。低壓無功自動補償裝置示意圖，如圖1所示。圖1低壓無功自動補償裝置的原理電路2.3.3無功補償容量自然功率因數(shù)的計算方法如下：（12）采用分組自動投切的補償裝置的無功補償容量應按下式確定：（13）tanj1——補償前功率因數(shù)cosj1對應的正切值；tanj2——補償后期望的功率因數(shù)cosj2對應的正切值。在這里以供住宅負荷的T3變壓器進行無功補償為例。根據(jù)2.2.3中計算出的數(shù)據(jù)Pc∑=571.59KW，Qc∑=289.61KW，由公式11可得出視在功率為：由公式12可算出自然功率因數(shù)，即：cosj=Pc∑/Sc∑=571.59/640.77=0.89所以住宅部分負荷自然功率因數(shù)為0.89，補償后期望達到0.97，則由公式13可得：根據(jù)計算出來的結果，可選用4組額定容量為15Kvar的電容器和3組額定容量為30Kvar的電容器。因此，實際補償容量為150Kvar。公共部分負荷T1、T2變壓器無功補償可用此方法進行計算，結果見表9、表10。3短路電流的計算3.1短路計算的目的（1）為了選擇和校驗電氣設備。如斷路器、隔離開關、熔斷器、互感器、母線、瓷瓶、電纜、架空線等等。其中包括計算三相短路沖擊電流、沖擊電流有效值以校驗電氣設備電動力穩(wěn)定，計算三相短路電流穩(wěn)態(tài)有效值用以校驗電氣設備及載流導體的熱穩(wěn)定性，計算三相短路容量以校驗斷路器的遮斷能力等。（2）為繼電保護裝置的整定計算。在考慮正確、合理地裝設保護裝置，在校驗保護裝置靈敏度時，不僅要計算短路故障支路內(nèi)的三相短路電流值，還需知道其它支路短路電流分布情況；不僅要算出最大運行方式下電路可能出現(xiàn)的最大短路電流值，還應計算最小運行方式下可能出現(xiàn)的最小短路電流值；不僅要計算三相短路電流而且也要計算兩相短路電流或根據(jù)需要計算單相接地電流等。（3）在選擇與設計系統(tǒng)電氣之接成時，短路計算可為不同方案進行技術性比較以及確定是否采取限制短路電流措施等提供依據(jù)。3.2無限大容量電源條件下短路電流的計算無限大容量電力系統(tǒng)，是指供電容量相對于用戶供電系統(tǒng)容量大得多的電力系統(tǒng)。其特點是：當用戶供電系統(tǒng)的負荷變動甚至發(fā)生短路時，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓能基本維持不變。如果電力系統(tǒng)的電源總阻抗不超過短路電路總阻抗的5％～10％，或者電力系統(tǒng)容量超過用戶供電系統(tǒng)容量的50倍時，可將電力系統(tǒng)視為無限大容量系統(tǒng)[5]。3.2.1短路電流計算基本步驟本工程采用標幺值法計算短路電流，其基本步驟為：確定基準值基準容量：Sd=100MV·A；基準電壓：Ud=Uc?；鶞孰娏鳎海?4）Uc——元件所在處的短路計算電壓（KV）（2）計算短路回路各元件的電抗標幺值電力系統(tǒng)電抗：（15）——電力系統(tǒng)變電所高壓饋電線出口處的短路容量（MV·A）。電力線路電抗：（16）Xo——電力線路單位長度的電抗（Ω/km）；l——電力線路的長度（km）。電力變壓器電抗：（17）——電力變壓器的短路電壓百分值；——電力變壓器的容量（MV·A）。（3）繪制出短路回路的等效電路,通過網(wǎng)絡變換簡化短路電路，計算短路回路的總電抗標幺值。若短路回路的總電阻值大于總電抗值的1/3，需計入電阻值。（4）計算三相短路電流與短路容量三相短路電流周期分量有效值：（18）三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流：（19）三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流的有效值：（20）（21）三相短路容量：（22）兩相短路電流（23）3.2.3本工程短路電流計算本工程由當?shù)毓╇姴块T提供兩路10KV專用電源，進線以電纜方式引入，由當?shù)毓╇姴块T提供的開閉所10KV饋線處短路系統(tǒng)數(shù)據(jù)為：Soc=200MV·A，開閉所饋線開關過電流保護延時時間1.5S。以變壓器高壓側(cè)(即圖3中d1點)短路電流的計算過程為例，步驟如下：確定基準值基準容量：Sd=100MV·A；基準電壓：Ud=1.05Un=10.5KV?；鶞孰娏?，由公式14得：計算短路回路各元件的電抗標幺值電力系統(tǒng)電抗標幺值由公式15得：供電線路電抗標幺值查閱相關手冊及產(chǎn)品樣本，可取Xo=0.093Ω/km。由公式16得：總的電抗標幺值為：（3）計算三相短路電流與短路容量：三相短路電流周其分量有效值由公式18得：其他三相短路電流由公式19、20、21得：三相短路容量由公式22得：兩相短路電流由公式23得：根據(jù)圖2繪制出短路等效電路圖如圖3所示。圖2電氣系統(tǒng)接線圖圖3標幺值法計算的等值電路圖變壓器高壓側(cè)短路電流計算結果如表6所示，低壓側(cè)短路電流計算與高壓側(cè)計算方法相同，計算結果如表7所示。表6高壓側(cè)短路電流計算結果表短路計算點三相短路電流（KA）三相短路容量（MV·A）兩相短路電流（MV·A）周期分量有效值次暫態(tài)電流穩(wěn)態(tài)短路電流沖擊電流峰值d18.6132.86.32表7低壓側(cè)短路電流計算結果表短路計算點三相短路電流（KA）兩相短路電流（MV·A）周期分量有效值次暫態(tài)電流沖擊電流峰值d217.5417.5432.2415.19d316.9416.9431.1414.67d70.694本工程供配電措施設計方案4.1供配電系統(tǒng)概述小區(qū)供配電系統(tǒng)的設計的合理性對于可靠供電來說是十分關鍵的。它是由發(fā)、輸、變、配用幾個部分組成起來的。本次設計的小區(qū)供配電系統(tǒng)大致過程是：從附近市政開閉所引來兩路10KV電源，將10KV電源接引至小區(qū)變電所中，變壓器將電壓由10KV變?yōu)?.4KV，通過配電干線輸送到樓層配電箱，最后進入到各用戶配電箱。住宅建筑使用380V/220V三相五線制供電。從配電所三相五線至小區(qū)每座樓的樓層配電箱。供配電系統(tǒng)中應使接線保證安全性的同時，盡量滿足靈活性并且維修簡便。還應能夠達到使用和生產(chǎn)所需的電壓質(zhì)量和供電可靠性的要求。此外，還應當使電能損耗盡量降低，同時還要減少有色金屬的消耗。從實踐上看，由于我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，用電負荷增長速度快。因此，住宅小區(qū)的供配電系統(tǒng)一定要將設計的眼光放長遠一些，從實際出發(fā)，為以后增長的負荷預留一定的空間與容量。4.2變電所的設計4.2.1變電所位置及環(huán)境變電所的位置應盡量選擇靠近負荷中心的地方，以降低配電系統(tǒng)的電能損耗和電壓損耗，并能有效減少一次投入，提高電能質(zhì)量。住宅小區(qū)內(nèi)的變電所應遵循小容量、密布點、靠近負荷中心的原則進行配置。進出線方便，考慮電源的進線方向，偏向電源側(cè)。同時，應盡可能設置在環(huán)境干燥，遠離有腐蝕性、塵埃多的環(huán)境中，最好能留有發(fā)展空間的場所。配電設備的布置必須遵循安全、可靠、適用和經(jīng)濟等原則，并應便于安裝、操作、搬運、檢修、試驗和監(jiān)測[6]。當高層建筑樓層較高時，用電負荷較大而且分散，對供電可靠性要求高，配電干線壓降不得超過允許值，以降低線路電能損耗。因此，高層建筑多采用樓內(nèi)變電所。樓內(nèi)變電所常有以下幾種設置方式：地下室、中間的某層和高層。本次設計將變電所設置于樓內(nèi)地下二層。4.2.2變壓器容量和數(shù)目的選取原則變壓器的容量首先要滿足在計算負荷下變壓器能夠長期可靠運行。單臺變壓器的額定容量SNT與計算負荷Sc的關系應滿足：(24)對于兩臺并列運行的變壓器，則應滿足:(25),——分別為并列運行的兩臺變壓器的額定容量；，——分別為負荷SC中一級和二級負荷的容量。變壓器容量的選擇除必須滿足上述基本要求外，還應考慮：為適用發(fā)展和調(diào)整的需要，變壓器容量應留有15％～25％的裕量，滿足變壓器經(jīng)濟運行條件。對于居民住宅、機關學校等，如果1臺變壓器能滿足用電負荷需要時，宜選用1臺變壓器，其容量大小由計算負荷確定，但總用電負荷通常在1000kVA及以下，且用電負荷變化不大。對于有大量一、二級用電負荷、或用電負荷季節(jié)性（或晝夜）變化較大、或集中用電負荷較大的單位，應設置兩臺及以上電力變壓器。如有大型沖擊負荷，如高壓電動機、電爐等動力，為減少對照明或其他負荷的影響，應增設獨立變壓器。對供電可靠性要求高，又無條件采用低壓聯(lián)絡線或采用低壓聯(lián)絡線不經(jīng)濟時，也應設置兩臺電力變壓器。選用兩臺電力變壓器時，其容量應滿足在一臺變壓器故障或修時，另一臺仍能保持對二級用電負荷供電，但需對該臺變壓器的過負荷能力及其允許運行時間進行校核國產(chǎn)電力變壓器的短時過負荷運行。綜上所述，電力變壓臺數(shù)和容量的確定，應根據(jù)供配電計算負荷、供電可靠性要求和用電單位的發(fā)展規(guī)劃等因素綜合考慮確定，力求經(jīng)濟合理，滿足用電負荷的要求。一般說來，選用電力變壓器的臺數(shù)愈多，供電的可靠性愈好，但增加了設備投資和維護運行等費用。因此，在供電可靠性保證的條件下，電力變壓器的臺數(shù)應盡量減少。4.2.3變壓器容量及數(shù)目的選擇通過計算負荷可以求得變壓器的總?cè)萘??？偟囊曉谟嬎阖摵晒綖椋?26)由于變壓器在運行時還需要考慮到負荷率的影響，并且多臺設備在運行的時候，各臺設備用電的最大值不會同時出現(xiàn)，所以在選擇變壓器的時候還需要計入同時系數(shù)。變壓器的負荷率一般在75%-85%，本次負荷率取值85%，即β=0.85。同時系數(shù)的參考值，取值一般為0.85～0.95，但各級同時系數(shù)的乘積不宜小于0.8，由于愈趨向電源端，負荷愈平穩(wěn)，所以對應的值也愈大，本次設計同時系數(shù)取K∑p=0.9。因此變壓器容量的計算方法為：（27）Pcj——計算負荷；cosj——功率因數(shù)；β——變壓器的負荷率；K∑p——同時系數(shù)。（1）住宅用電部分變壓器容量計算由2.3.3中計算可知功率因數(shù)補償后為0.97，即cosj=0.97。由于在2.2.3中住宅部分計算已經(jīng)乘過同時系數(shù)即PC∑=571.59，所以在這里不再重復同時系數(shù)的運算。由公式27可計算出：因此住宅部分供電可選用一臺800KVA的變壓器，計算數(shù)據(jù)如表8所示。表8變壓器T3用電設備名稱設備容量（KW）cosjtanj需要容量有功（KW）無功（Kvar）T3容量1#住宅照明干線2920.90.4887.642.052#住宅照明干線365109.552.563#住宅照明干線365109.552.564#住宅照明干線365109.552.565#住宅照明干線365109.552.566#住宅照明干線365109.552.56合計2117635.1304.85計入同時系數(shù)KΣp=0.9KΣq=0.950.89571.59289.61補償容量150補償后0.97571.59139.61693.26變壓器選擇800kVA（2）公共用電部分變壓器容量計算變壓器T1、T2為公共用電部分，由公式27可得：T1：T2：具體計算結果和無功補償計算如表9、表10所示。表9變壓器T1用電設備名稱設備臺數(shù)設備容量（KW）Kdcosjtanj需要容量有功（KW）無功KvarT1容量寫字樓照明14898.747.37物業(yè)照明894.32變電所照明813.56.54車庫照明4083215.36消防控制室1510.80.751511.25客梯（備）2觀光電梯（備）2低區(qū)生活泵55.64.2中區(qū)生活泵18.66.885.16高區(qū)生活泵1118.86.6換熱機組A2575.25換熱機組B14.12.051.53潛水排污泵A53.22.4潛水排污泵B公共照明兼應急照明（備）0.80.75公共照明兼應急照明6616649.5送風兼消防補機A0.755.253.93送風兼消防補機B22.21.541.15送風兼消防補機C132.11.57送風兼消防補機D24.43.082.31送風兼消防補機E316.511.558.66雙速排風兼排煙風機A158.46.3雙速排風兼排煙風機B196.34.72雙速排風兼排煙風機C16.54.553.41雙速排風兼排煙風機D1139.16.82雙速排風兼排煙風機E49.66.725.04合計31426328.72205.19計入同時系數(shù)KΣp=0.9，KΣq=0.950.83295.85194.93補償容量150補償后0.98295.8544.93355.1變壓器選擇1400kVA表10變壓器T2用電設備名稱設備臺數(shù)設備容量（KW）Kdcosjtanj需要容量有功（KW）無功（Kvar）T2容量寫字樓照明6846.922.51商業(yè)照明2610.850.90.48221.85106.4景觀照明8085626.88變電所照明（備）消防控制室（備）客梯2337.412.8觀光電梯22046.92低區(qū)生活泵（備）1中區(qū)生活泵（備）1高區(qū)生活泵（備）1換熱機組A（備）2換熱機組B（備）1潛水排污泵A（備）1潛水排污泵B（備）3公共照明兼應急照明910.80.7596.75公共照明兼應急照明（備）送風兼消防補機A（備）1送風兼消防補機B（備）2送風兼消防補機C（備）1送風兼消防補機D（備）2送風兼消防補機E（備）3雙速排風兼排煙風機A（備）1雙速排風兼排煙風機B（備）1雙速排風兼排煙風機C（備）1雙速排風兼排煙風機D（備）1雙速排風兼排煙風機E（備）4合計31449345．15182.35計入同時系數(shù)KΣp=0.9，KΣq=0.950.87310.64173.23補償容量120補償后0.98310.6453.23372.91變壓器選擇1400kVA由表9、表10的計算結果可知，公共用電部分需要兩臺400kVA的變壓器。4.2.4變壓器類型的選擇10kV配電設計中，電力變壓器是供配電系統(tǒng)的關鍵設備，并影響電氣主接線的基本形式和變電所總體布置形式。供配電系統(tǒng)設計時，應經(jīng)濟合理地選擇變壓器的型式、臺數(shù)及容量，并使所選變壓器的總費用最小。變壓器一般結合用電環(huán)境和用電性質(zhì)來對其型號的選擇，并且應符合低噪音，節(jié)能，維護方便等要求。由于住宅樓的負荷大多數(shù)為單相負荷，所以很容易造成三相不平衡現(xiàn)象，并且負荷超出變壓器每相額定功率15％的情況，因此，變壓器一般選用D，yn11的聯(lián)結方式。額定電壓及分接頭開關10×(1±2×2.5%)KV/0.4KV。小區(qū)變電所內(nèi)變壓器容量和臺數(shù)，應按實際需要設置。當終期容量在800kVA及以上時，宜設兩臺或兩臺以上變壓器，油浸式變壓器單臺容量不應超過800kVA，干式變壓器單臺容量不應超過1250kVA[8]。住宅小區(qū)或是民用建筑變電所中所選用的變壓器一般有全密封油浸式變壓器和干式變壓器，高壓開關應采用真空斷路器，也可采用六氟化硫斷路器，但通風條件好，從防火安全角度考慮，不采用少油斷路器。當小區(qū)的變電所位于地面的時候，就可以選用全密封油浸式變壓器，這樣就可以處在獨立的變電所內(nèi)。采用樓內(nèi)變電所時，應注意采取相應的防火和通風散熱措施。根據(jù)建筑消防規(guī)范要求，在高層建筑主體內(nèi)不允許設置有可燃性油的電氣設備變電所。如油浸式電力變壓器不得采用，而應選用具有防塵、耐潮濕和難燃性能的環(huán)氧樹脂澆注式（SCL)和六氟化硫（SF6)型干式電力變壓器。4.2.5本工程變電所的設計根據(jù)設計需要和實際情況特點，本工程需設置2座變電所，設于本樓地下二層。由于采用樓內(nèi)變電所，所以變壓器選用干式變壓器。變壓器型號選擇10KV級SCB10系列樹脂澆注干式電力變壓器。分別根據(jù)計算后的結果和小區(qū)的供電特點，可知本次設計一共需要三臺干式變壓器，其中兩臺容量為400kVA的干式變壓器（SCB10-400kVA），一臺容量為800kVA的干式變壓器(SCB10-800kVA)。1#變電所內(nèi)設置800kVA的干式變壓器1臺，供住宅用電部分使用；2#變電所內(nèi)設置400kVA的干式變壓器2臺，供公共用電部分使用。4.3電氣主接線方式的設計變電所的主接線（或稱作一次接線）是供電系統(tǒng)的重要組成部分，表示用電單位接受和分配電能的路徑和方式。主接線的設計應從靈活、經(jīng)濟、可靠、安全這四個方面來考慮。它是由電力變壓器、斷路器、隔離開關、避雷器、互感器、移相電容器、母線或電力電纜等電氣設備，按一定次序連接起來的電路。4.3.1高壓電氣主接線高壓側(cè)電氣主接線共有以下幾種方式：（1）一路電源進線的單母線接線這種結線方式適用于高層建筑負荷不大、可靠性要求稍低的場合。（2）兩路電源進線的單母線接線兩路10kV電源一用一備，一般也都用于二級負荷的供電。（3）無聯(lián)絡的分段單母線接線兩路10kV電源進線，兩段高壓母線無聯(lián)絡，一般采用互為備用的工作方式。這種接線也只用于高層建筑的負荷不大、可靠性要求稍低的場合。（4）母線聯(lián)絡的分段單母線結線這是高層建筑中最常用的高壓主接線形式，兩路電源同時供電、互為備用，通常母聯(lián)開關為斷路器，可以手動切換、也可以自動切換。變電所的高壓及低壓母線宜采用單母線或分段單母線接線當供電連續(xù)性要求很高時高壓母線可采用分段單母線帶旁路母線或雙母線的接線[9]。本工程高壓電氣主接線使用單母線分段式接線方式。4.3.2低壓電氣主接線目前國內(nèi)的住宅小區(qū)普遍采用單母線分段或單母線接線、互為備用、母聯(lián)開關手動或自動切換，作為低壓側(cè)電氣主接線方式。本工程由于住宅負荷屬于三級負荷，所以800kVA住宅變壓器低壓側(cè)使用單母線接線方式。公共負荷包括二級以上負荷，所以兩個400kVA的變壓器低壓側(cè)使用單母線分段式接線方式，互為備用。4.4配電系統(tǒng)線路的設計電力線路是電力系統(tǒng)的供配電重要的組成，是聯(lián)結各變壓器和用電設備的紐帶，同時也擔負著分配和輸送電能的任務。供配電系統(tǒng)設計中的電力線路應當首先滿足供電的可靠性，安全性，經(jīng)濟性，并且使接線盡量簡單明確，最好能留有一定的發(fā)展空間。住宅小區(qū)供配電線路中多采用電纜供電，既美化了小區(qū)環(huán)境，電纜線路運行可靠性高，不易受外界影響，也減少了安全事故[10]。但是成本較大，不便維修，投資較高。對于供配電系統(tǒng)設計來說，導線和電纜的選擇是十分重要的。因為電纜擔負著重要的職能，必須保證其型號截面積的合適，選擇的合適不僅能使電能安全的可靠地傳輸分配，并且能夠節(jié)約有色金屬的消耗，減低投資。4.4.1配電線路的接線方式電力線路的接線方式指的是電能由電源端向負荷端輸送所時使用的連接形式。放射式、樹干式（鏈式）和環(huán)式是三種常見的接線方式[11]。（1）放射式接線這種接線方式的優(yōu)點是其引出的支路互不影響，一路出現(xiàn)故障對于其他幾路沒有影響，供電可靠性高。但采用的開關設備多，有色金屬的消耗較多。所以這種方法一般適用于要求供電可靠性高或設備容量大的配電中。用于重要負荷和大型用電設備的供電。放射式接線如圖4所示。圖4放射式接線圖（2）樹干式接線（鏈式）樹干式接線的供電可靠性比較差，一旦發(fā)生故障，可能影響的的范圍很大。但是對于有色金屬的消耗和開關設備的消耗都比較少，可使變電所的結構大大簡化，減低投資。這種方式適用于用電設備距離近，容量?。ú怀^10KW），配電箱不超過3臺的情況。樹干式接線如圖5所示。圖5單支樹干式接線（3）環(huán)形接線這種方法的接線供電可靠性很高，在任意一段線路內(nèi)發(fā)生故障都不會造成中斷供電或停電。此方法可使電能損耗和電壓損耗減少，但是環(huán)形系統(tǒng)的保護裝置及其整定配合比較復雜，容易誤動作，擴大停電范圍。在現(xiàn)代城市配電網(wǎng)中，這種接線應用較廣。環(huán)形接線如圖6所示。圖6環(huán)形接線圖4.4.2本工程選用的接線方式由于本設計工程內(nèi)有消防用電設備、消防泵、生活水泵、中央空調(diào)的冷凍機組、電梯等一級負荷，所以小區(qū)內(nèi)從配電所到各住宅樓，一級負荷應從配電室以放射式接線方式供電。消防用電設備采用雙電源末端切換。在多層建筑物內(nèi)，由總配電箱至樓層配電箱宜采用樹干式配電或分區(qū)樹干式配電。對于容量較大的集中負荷或重要用電設備，應從配電室以放射式配電；樓層配電箱至用戶配電箱應采用放射式配電。在高層建筑物內(nèi)，向樓層各配電點供電時，宜采用分區(qū)樹干式配電；由樓層配電間或豎井內(nèi)配電箱至用戶配電箱的配電，應采取放射式配電；對部分容量較大的集中負荷或重要用電設備，應從配電所低壓配電室以放射式配電[12]。高壓系統(tǒng)及低壓干線的配電方式基本都采用放射式，樓層配電則采用混合式系統(tǒng)，除重要負荷外，樓層配電可采用分區(qū)樹干式配電。4.5電纜的選擇4.5.1電纜型號選擇電纜由導電線芯、絕緣層和保護包皮三部分組成。電力電纜可選用銅導體或是鋁導體，一般像居住建筑、商場等民用建筑工程以及消防設施和應急系統(tǒng)等多采用銅芯電線電纜。線芯主要分為單芯、三芯、四芯、五芯等，此次設計的小區(qū)10KV電纜使用三芯電纜，0.4KV應使用五芯電纜。直埋電纜宜選用能承受機械張力的鋼絲或鋼帶鎧裝電纜。10KV電壓等級應選用三芯銅芯導體交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜。根據(jù)使用環(huán)境可采用防水外護套、阻燃型，電纜線路的土建設施如不能有效保護電纜時，應選用鎧裝電纜。本次設計10KV電纜采用型號為YJV-8.7/15-3×95SC100即：銅芯導體交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜，額定電壓8.7/15KV，3芯每芯導體截面積95mm2并敷設于100mm的焊接鋼管內(nèi)；0.4KV電纜采用WDZN-YJV-1KV-4×120+1×70SC100即：無鹵低煙阻燃耐火型銅芯導體交聯(lián)聚乙烯護套電力電纜，耐壓1KV，4根120mm2加一根70mm2的導線。4.5.2電纜的敷設常用的電力電纜的敷設方式主要有直接埋地敷設、電纜溝敷設、電纜排管敷設等等。本次設計工程的敷設方式是：10KV進線電源電纜入戶前穿管埋地敷設，入戶后采用梯架/電纜溝相結合的敷設方式。建筑內(nèi)部電纜采用阻燃型/耐火型電纜沿電纜溝/橋架明敷。電纜溝敷設是由磚砌或混凝土澆筑成纜溝，在纜溝側(cè)壁上預埋電纜支架，并將電纜敷設在電纜支架上。電纜數(shù)量較少時可為單側(cè)支架，電纜數(shù)量較多時可為雙側(cè)支架。這種方式的建設投資較高，但節(jié)省土地、便于電纜的檢修和再敷設。4.5.3電纜截面積的選用原則導線截面積的選擇有五種原則，應同時滿足這些原則。為了保證安全，一般按照最難達到的原則來選擇，然后通過其他原則來校驗。10KV線路應先按短路熱穩(wěn)定來進行選擇，再校驗其他原則；對于0.4KV的低壓配電線路來說，電壓損失較大同時還對電壓要求較高，所以常按照允許電壓損失的原則選擇截面積，再校驗其它原則[13]。（1）按允許載流量選擇負荷電流經(jīng)過導線或者電纜的電阻和電抗時會產(chǎn)生一定的功率損耗，并且使之溫度升高。為了防止電纜因溫度過高而引起的絕緣老化，電纜的發(fā)熱量不應超過其最高允許溫度（+70℃）。所選電纜的最大允許載流量應大于計算負荷電流。（2）按允許電壓損失選擇但電流流過線路時，線路上的電阻和電感會產(chǎn)生壓降。為了保證供電質(zhì)量，產(chǎn)生的損失則不應超過允許的損失范圍。（3）按經(jīng)濟電流密度選擇此方法主要考慮線路建設的投資、電能損耗和折舊費等方面，一般采用在35KV以上的線路中較為合理。（4）按導線機械強度選擇一般架空線需要考慮此原則，主要是根據(jù)氣候環(huán)境和短路電流的電動力等方面來考慮。為保證安全，選擇的截面積不能小于架設時機械強度所需的最小截面積。（5）按短路熱穩(wěn)定條件選擇一般電纜需要考慮此原則，進行熱穩(wěn)定校驗。電纜的截面積不應小于短路熱穩(wěn)定最小截面積。有以上原則可知，電壓等級為10KV以下的電纜，無需校驗機械強度和經(jīng)濟電流密度這兩個原則。4.5.4高壓側(cè)電纜截面積的選擇本次設計以高壓電纜的設計為主，以高壓柜至800kVA變壓器一次側(cè)的電纜為例。（1）電纜選型及敷設方式選用YJV-8.7/15型3芯電纜，在變電所內(nèi)采用電纜溝敷設。（2）按短路熱穩(wěn)定選擇截面根據(jù)3.2.2中計算的結果，查表6可知，三相短路電流：。熱效時間：（28）由公式28可得：熱穩(wěn)定系數(shù)：。熱穩(wěn)定最小允許截面：（29）根據(jù)公式29可以求得，所以選取電纜截面：95mm2。（3）按允許溫升校驗截面變壓器的額定電流為：（30）根據(jù)公式30求得：根據(jù)干式變壓器的工作特點，最大工作電流值可按變壓器額定電流的1.2倍來考慮。所以線路最大工作電流為：初選電纜截面S=95mm2，載流量：Iz=195A>Imax=55.43A，符合條件。（4）按電壓損失校驗截面該段線路較短，電壓損失極小，不需校驗。（5）結論10KV出線電纜選型為YJV-8.7/15-3×95即：銅芯導體交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜；額定電壓8.7/15KV；3芯每芯導體截面積95mm2。4.6本工程設計說明本工程為三十一層商住樓和六層辦公樓，商住樓屬一類高層建筑。消防控制室、消防水泵、消防電梯及其排水泵、防排煙設施、火災應急照明及疏散指示標志等消防用電，走道照明等?？吞蓦娏Γ盼郾?，生活水泵等電力設備屬于一級負荷，其余為三級負荷。一級負荷供電雙電源，最末一級自動切換?？傠娫床捎脙陕藩毩㈦娫垂╇姴⑶彝瑫r供電，共設2路進線，電源分別引自就近市政開閉所，供電電源電壓等級為10kV。變電所設于地下二層且設兩個變電室。本工程設置三臺變壓器一臺800KVA，兩臺400KVA，分別設置在兩個變電室內(nèi)。高壓采用單母線分段，自動切換，互為備用。電源進線全部采用電纜進線。高壓系統(tǒng)及低壓干線的配電方式基本上都采用放射式系統(tǒng)。樓層配電則為混合式系統(tǒng)。公共變壓器低壓側(cè)配電采用單母線分段供電方式，正常時母聯(lián)開關為分閘狀態(tài)，當其中一臺變壓器故障時，該變壓器退出運行，斷開其回路高壓開關，視負荷情況切除部分三級負荷后再合母聯(lián)開關，保證重要負荷用電。住宅變壓器低壓側(cè)配電采用單母線供電方式。對消防負荷保證兩路電源供電（其中一路備用），重要消防負荷在末級配電箱內(nèi)自動切換。低壓配電系統(tǒng)各級開關均采斷路器，設置瞬時、短延時、長延時三級過流保護裝置。電氣主接線大致如下圖7所示：圖7電氣主接線圖供配電示意圖如圖8所示：圖8供配電示意圖5防雷接地保護供配電系統(tǒng)進行正常運行，首先必須要保證其安全性，防雷設計和接地設計是否合適可靠，是保證電氣安全的主要原因。5.1防雷保護系統(tǒng)5.1.1建筑物的防雷分類防雷系統(tǒng)主要可分為防直擊雷、防感應雷和防雷電波侵入這三種。建筑物的防雷設備主要有接閃器或避雷器、引下線和接地裝置等組成。建筑物防雷設計，主要根據(jù)GB50057-1994《建筑物防雷設計規(guī)范》，并應在認真調(diào)查地理、地質(zhì)、土壤、氣象、環(huán)境等條件和雷電活動規(guī)律以及被保護物的特點等的基礎上，詳細說明防雷裝置的形式及其布置[14]。建筑物應根據(jù)其重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果確定防雷分類。分為三類防雷建筑物。第一類防雷建筑物，應有防直擊雷、防雷電感應和防雷電波侵入的措施。第二類防雷建筑物，應有防直擊雷和防雷電波侵入的措施，處于爆炸危險環(huán)境的建筑物還應有防雷電感應措施。第三類防雷建筑物應有防直擊雷和防雷電波侵入的措施。5.1.2本工程建筑物防雷保護根據(jù)所給資料，本地區(qū)年平均雷暴日24.8d/a，住宅建筑年物預計雷擊次數(shù)為：0.0812次/a；寫字樓建筑年物預計雷擊次數(shù)為：0.0359次/a。依據(jù)建筑物的防雷標準可知，本次設計的建筑物按第三類防雷建筑設計。應有防直擊雷和防雷電波侵入的措施，由于高層住宅樓的高度超過60m，還應當采取防側(cè)擊和等電位的保護措施。（1）防直擊雷措施：直擊雷保護應在建筑物的屋頂上設置避雷針或避雷線或避雷帶，或由其混合組成的接閃器。保護時需要注意接閃器的保護范圍應包括屋頂其他的突出的物體。接閃器將雷電引向自身，然后通過引下線和接地裝置將雷電流泄入大地。以避雷帶（Φ10鍍鋅圓鋼）明敷于天面女兒墻，樓梯間及水箱上，作為防雷接閃器，避雷帶與引下線及所有突出屋面的金屬物均需可靠焊接，并完成完好的電氣通路。室外高度60m及以上每三層利用結構梁內(nèi)四根柱鋼筋，每根≥Φ12mm沿建筑物周邊焊通成閉合環(huán)路，并與引下線焊通，作暗敷避雷帶兼作均壓環(huán)。室外高度60m及以上外墻上的欄桿，門櫥等較大的金屬物直接或通過金屬門窗埋鐵與防雷裝置連接以防側(cè)擊雷?？墒褂媒ㄖ镯敳康慕饘贅嫾鳛楸芾拙W(wǎng)，引下線處利用建筑物鋼筋混凝土剪力墻，柱內(nèi)兩根主筋，每根≥Φ16mm作引下線，作引下線的剪力墻內(nèi)兩根主筋上下焊通，其上部與接閃器焊接，下端和基礎內(nèi)沿周圍焊通的接地網(wǎng)主筋焊接，并要求與所有作防雷用之結構鋼筋焊通。利用基礎內(nèi)鋼筋作自然接地體，引下線與地梁及基礎內(nèi)沿周邊焊接成閉合環(huán)路的鋼筋可靠焊接成電氣通路。用兩根鍍鋅扁鋼-40×4與毗鄰建筑接地裝置應相應互相連接，形成統(tǒng)一的基礎接地網(wǎng)。每根引下線的沖擊接地電阻值要求不大于1歐姆。接地裝置則可使用基礎鋼筋。（2）防雷電波侵入的措施：要求進出建筑物的電纜的金屬外皮、穿線鋼管、金屬管道等在進出處做總等電位聯(lián)結并與防雷接地裝置焊接；在變壓器高低壓側(cè)，電源進出建筑進出戶處，設置適配的專用SPD保護。5.2接地保護系統(tǒng)5.2.1接地方式在住宅電氣設計建設中為確保電器設備和人身安全務必做好用電系統(tǒng)的安全接地。電氣設備的某部分與大地之間做良好的電氣連接稱接地[15]。埋入土壤或混凝土基礎中作散流用的導體，稱接地體。接地又分為工作接地、保護接地和重復接地。（1）工作接地：在正常情況下，為了保證電氣設備可靠運行，而將電力系統(tǒng)中某一點接地稱為工作接地。（2）保護接地：將在故障情況下可能呈現(xiàn)危險的對地電壓的設備外露可導電部分進行接地稱為保護接地。低壓配電系統(tǒng)接地型式有IT系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和TN系統(tǒng)（包括TN-C、TN-S、TN-C-S系統(tǒng)）共五種。在中性點直接接地的低壓供電系統(tǒng)中既可采用保護接地，也可采用保護接中性線。在中性點不接地的低壓供電系統(tǒng)中，電氣設備必須保護接地，接地電阻R≤4Ω。（3）重復接地：將中性線上的一處或多處通過接地裝置與大地再次連接，稱重復接地。在架空線路終端及沿線每1km處、電纜或架空線引入建筑物處都要重復接地，以防止零線斷線，而可能出現(xiàn)的接觸電壓。重復接地有以下作用：增大流過線路保護裝置的電流使其加速動作，從而減輕或避免事故的發(fā)生；設置重復接地后可降低漏電設備的對地電壓，減少觸電的危險程度。（4）保護接中性線：在380/220V低壓系統(tǒng)中，由于中性點是直接接地的，通常又將電氣設備的外殼與中性線相連，稱為低壓保護接中性線。5.2.2本工程采用的接地方式低壓配電系統(tǒng)，應保障安全、配電可靠、經(jīng)濟合理、維護方便。目前我國的住宅配電系統(tǒng)方式一般有三種：TT、TN-C-S和TN-S系統(tǒng)，在進行設計施工時可根據(jù)實際情況選擇接地系統(tǒng)，并在入樓處做總等電位聯(lián)結，相線與零線等截面[16]。根據(jù)小區(qū)的供電特點，本次設計采用TN-S系統(tǒng)接地方式。TN-S供電系統(tǒng)是指將保護線PE和工作零線N分開來的接地方式。采用這種接地方式的優(yōu)點有以下幾點:當正常運行時，不平衡電流只流過零線，保護線PE上沒有電流，并且保護線不允許斷線也不允許裝設開關或斷路器。電氣設備金屬外殼接零保護是接在專用的保護線PE上，更加安全可靠。TN-S系統(tǒng)如圖9所示。圖9TN-S系統(tǒng)圖5.3等電位聯(lián)結等電位聯(lián)結，是使電氣裝置各外露可導電部分和裝置外可導電部分的電位基本相等的一種電氣聯(lián)結。用連接導體或電涌保護器將分開的金屬物相互連接起來，安全導走可能加于其上的電流，減小它們之間危險的電位差。等電位聯(lián)結可分為總等電位聯(lián)結(MEB)，局部等電位聯(lián)結(LEB)[17]?？偟入娢宦?lián)結通常位于建筑物的供配電進線處，本工程在地下室作總等電位連接，即PE線、公共設施金屬管道、防雷接地用的主筋，均與總等電位聯(lián)接版可靠連接使它們都具有基本相等的電位。電梯機房接地、總等電位連接接地、變壓器中性點工作接地、弱電系統(tǒng)工作接地、保護接地等與防雷接地共用接地裝置。局部等電位聯(lián)結是在遠離總等電位聯(lián)結處、非常潮濕、觸電危險性大的局部地區(qū)內(nèi)進行等電位聯(lián)結。淋浴的衛(wèi)生間等安全要求極高的地方需作局部等電位聯(lián)結。進入防雷區(qū)界面的所有導電物體和電力線、通訊線都應在界面處作等電位連接?？刹捎镁植康入娢贿B接帶完成此任務。設備外殼與各種屏蔽結構等局部金屬物體也連到該帶上。當外來導電物體與電力、通信線路在不同地點進入建筑物時，可以設置多個等