2023年某住宅小区供配电系统设计-居住小区供配电系统设计.docx

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1、2023年某住宅小区供配电系统设计:居住小区供配电系统设计 学号 工厂供电 课程设计 （2023级本科） 学专院：业：物理与机电工程学院电气工程及其自动化 职称：作者姓名：指导老师：完成日期：2023年12月27日 工厂供电课程设计任务书学生姓名 专业方向 题目名称甘孝田电气工程及其自动化某住宅小区供配电系统设计学班号级2023210369电气102班 一、设计的主要内容 1.1设计内容：负荷计算和无功功率补偿；变电所主变压器和主接线方案的选择；短路电流的计算等。 1.2设计依据 1.小区的年最大负荷利用小时为2500h,日最大负荷持续时间为8h；本住宅小区共16栋楼，384户，依据住宅设计规

2、范GB50096-1999和小康住宅电气设计的有关规定，每户用电指标按10kw 计算，须要系数参照民用建筑电气设计规范的规定，取K d =0. 30，功率因数cos =0.75。 2. 整个小区的道路照明采纳节能火箭炮5U 系列节能灯PLT-125W，共有80盏，灯头E40，安装间隔为20m 。单侧布置, 安装高度为3.5m 。道路照明：p=125W，n =80, K d =1,cos =0.9, tan =0.48。 3.不要求进行小区照明单体设计和二次回路设计。 二、设计的基本要求 1、设计及计算说明书 （1）说明书要求书写整齐，条理分明，表达正确、语言简练。 （22、图纸 （1）绘制电气

3、主接线图 （2）原理图要求用标准符号绘制，布置匀称，设备符号大小合适清楚美观。 三.设计进度支配 阶段 1 2 3 4 5 6 7 8 9设计各阶段名称熟识设计任务书、设计题目及设计背景资料查阅有关资料、阅读设计要求必读的参考资料负荷计算电气主接线设计短路电流计算主要电气设备选择书写课程设计说明书打印整理课程设计资料答辩及成果评定起止日期第1周周一周二周三至周四周五周六周日至第2周周一周二至周三周四周五 四.需收集和阅读的资料及参考文献（指导老师举荐） 【1】刘涤尘、王明阳、吴政球.电气工程基础M.武汉：武汉理工高校出版社.2023年 【2】张学成.工矿企业供电设计指导书M.北京：北京矿业高校

4、出版社.1998年 【3】刘介才.工厂供电简明设计手册M.北京：机械工业出版社.1993年 【4】刘介才.好用供配电技术手册M.北京：中国水利水电出版社.2023年 【5】刘介才.工厂供电M.北京：机械工业出版社.1997年 【7】JGJ16-2023民用建筑电气设计规范 【8】GB50054-95低压配电设计规范 【9】GB50052-95供配电系统设计规范 【10】GB50217-2023电力工程电缆设计规范 【11】GB50060-923110KV高压配电装置设计规范 指导老师签名：赵文忠 2023年12月14日 书目 一、设计说明.1 1.1工程概况.1 1.2设计依据1 1.3设计原

5、则.1 1.4小区概况.1 二、小区负荷计算.1 三、无功补偿方式.3 3.1无功补偿方式.3 3.2无功补偿容量. 3 3.3并联电容器的选择及制. 4 四、变配电所位置和型式的选择.4 4.1变配电所位置的确定.4 4.2变配电所的总体布置.4 五、主变压器台数和容量的确定.5 5.1变压器主变台数的选择.5 5.2变压器容量的选择. 5 六、变配电所主接线方案的选择.5 6.1变电所主接线方案的评价.6 七、短路电流的计算.7 7.1短路计算的意义和方法.7 7.2相关节点的短路计算.7 7.2.1电路图.7 7.2.2确定基准值.7 7.2.3计算短路电路中各主要元件的电抗标么值.7

6、7.2.4K-1点的短路电流计算.8 7.2.5K-2点的短路电流计算.8 八、变电所低压侧一次设备的选择与校验.9 8.1低压母线的选择与校验.9 8.2低压电缆、设备的选择与校验.10 8.2.1电缆的选择.10 8.2.2低压断路器的选择与校验.11 8.2.3低压刀开关的选择与校验.12 8.2.4电流互感器的选择与校验.12九、变压器爱护设置.13 9.1变电所10kV 馈线爱护. 14 9.2变电所10kV 母线爱护.15十、防雷接地系统设计.16 10.1概述.16 10.2变电所防雷接地系统设计.16 10.3单体楼的防雷接地系统设计.17 结束语.19 参考文献.20 第一章

7、设计说明 1.1工程概况 假设该小区年最大负荷利用小时数为2500h ，日最大负荷持续时间为8h ，本小区均属于三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压均为380V 。照明及家用电器均为单相，额定电压均为220V 。 1.2设计依据 供电电源：根据当地供电部门的签订的供用电协议规定，本小区可用旁边一条10kV 的公用电源线区的工作电源。该干线的导线型号为LGJ-185，导线为等边三角形，线距为1.2m; 电力系统馈电变电站距本小区6km ，该干线首端所装高压断路器的断流容量为500MVA ，此断路器配备有定时限过电流爱护，其定时限过电流爱护整定的动作时间为1.5s 。 电费制度：小区与当地供电

8、部门达成协议，对于电费制度有如下规定，供电与用电双方必需根据此规定进行电能记费。在变电所高压侧计量电能，并设置专用的计量柜。按两部电费制交纳电费。一部分为基本电费，按所装用的主变压器容量来计费。另一部分为电度电费，按每月实际消耗的电能计费。小区最大负荷时的高压侧的功率因数不小于0.9。 1.3设计原则 依据小区所取得的电源及小区的用电负荷状况，并考虑以后小区的发展，应采纳平安、牢靠、技术先进、经济合理的原则。假设本工程共16栋，每栋底部为架空层，地上六层，有阁楼，共两个单元，24户；每层层高为3m ，室内外高度差为0.45m 。主体建筑高度为20.9m （含坡顶）。设计需做到方案合理、技术先进

9、、运行牢靠、满意相关规范的要求，还要简捷好用、便于操作、管理和维护，削减综合投资。此次设计的目的是通过对小区的各个系统的设计实践，综合运用所学学问，贯彻执行我国建筑电气行业有关方针政策，理论联系实际，熬炼独立分析和解决电气工程设计问题的实力，为将来的实际工作奠定必要的基础。 1.4.小区资料 1、工程地点：xx 市 2、工程概况：该小区占地55164.9平方米；共计384户。 3、气象资料：年最高气温为40，年平均气温为20, 年最低气温为-22.5, 年最热月平均气温26.3，年最热月平均最高气温31.5, 年最热月地下0.8m 处平均温度28.7。年主导风向为东风，年雷暴日数31.3天。

10、地质水文资料：所在地区平均海拔130m ，地层以沙粘土为主，地下水位为3m 。 其次章小区负荷计算 依据小区的负荷状况，年最大负荷利用小时为2500h,日最大负荷持续时间为8h，根据我国普遍采纳的须要系数法确定小区计算负荷。 本住宅小区共16栋楼，384户，依据住宅设计规范GB50096-1999和小康住宅电气设计的有关规定，每户用电指标按10kw 计算，须要系数参照民用建筑电气设计规范的规定，取K d =0. 30，功率因数cos =0.75 =N K d P e =3840.3010=1152 kw有功计算负荷：P 30 =P 30tan =11520.882=1016.1 kvar无功计

11、算负荷：Q 30 另外，整个小区的道路照明采纳节能火箭炮5U 系列节能灯PLT-125W，共有80盏，灯头E40，安装间隔为20m。单侧布置,安装高度为3.5m。道路照明：p=125W，n =80, K d =1,cos =0.9, tan =0.48 P 30=112580=10 kw Q 30=P 30tan =100.48=4.8 kvar 综上所述，本小区总计算负荷为：（取K p =0.83, K q =0.91） +P 30) =0.83(1152+10) =964.46 kWP 30=K p (P 30 +Q 30) =0.91(1016.1+4.8) = 929.019 kvar

12、Q 30=K q (Q 30 总视在计算负荷：S 30= 1339.1264 kVA计算电流：I 30=2034.5921 AP 964.46=0.72S 301339.1264 表1-1本小区负荷计算表功率因数：cos =以上计算可列成表1-1所示本小区负荷计算表 设备容量 编 号用电设备名称数量须要系数计算负荷p e (kW)K d cos tan p 30(kW) 0.821152Q 30(kvar) 1016.1S 30(kVA)I 30(A)1用户用电38438400.300.75 2道路照明801010.90.48104.8总 计K p =0.83，K q =0.91964.469

13、29.0191339.12642034.5921 第三章无功功率计算及补偿 3.1无功补偿方式 本设计采纳低压集中补偿方式，补偿范围较分散补偿小。但其管理便利，电容器能充分利用，电力电容器采纳三角型连接，这种连接方式供应的补偿容量大。 3.2无功补偿容量 依据供电企业规则规定：10KV及高压供电用户功率因数为0.9以上，考虑到变压器无功功率损耗Qt 远大于有功功率损耗Pt，因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于高压侧补偿后的功率因数0.9，这里取低压侧功率因数cos =0.92，则低压侧需装设的并联电容器容量应为:Q C =P 30(tan arccos0.72-ta

14、n arccos0.93) =964.46(0.964-0.395) =548.778 kvar取Q C =600k var 补偿后的变电所低压侧的视在计算负荷为： =1019.0371 kVAS 30 =0.0151019.0371=15.29 kW变压器有功功率损耗Pt =0.015S 30 =0.0751019.0371=76.43 kvar变压器无功功率损耗Qt =0.075S 30 在计算小区高压侧总计算负荷时，须要计入有关线路和变压器的损耗，但小区的配电线路不长，故该部分功率损耗不计，在此只考虑变压器的损耗。所以变配电所高压侧计算负荷为： P 30(1)=964.46+15.29=

15、979.75 kW Q 30(1)=(929.019-600) +76.43=405.449 kvar S 30(1) = =1060.3296kVA I 30 (1)=61.22 AP 30(1) 30(1)=979.75kW 符合要求。=0.924，无功补偿后，功率因数为:cos = 以上计算可列成表3-1所示本小区无功补偿的计算负荷 项目 380v 侧补偿前负荷 380v 侧无功补偿容量 380v 侧补偿后负荷 主变功率损耗 10kv 侧负荷总计cos 0.72-0.93-0.924P 30/kW Q 30/k var S 30/kV A I 30/A 96446-929019-6001

16、3391264-10190371-10163296203459-1817.6-61.22964463290191529979757643405449 3.3并联电容器的选择及其限制 低压集中补偿所采纳的电容器电压为400V，依据要求，选择电容器型号为：BCMJ0.4-30-3,选用20个，并采纳无功功率自动补偿限制器，使电网中功率因数保持在设定值内，达到有效节能的目的。 第四章变配电所位置和型式的选择 4.1变配电所位置的确定 变配电所位置的选择，应依据下列要求经技术、经济比较确定： 1）接近负荷中心； 2）进出线便利； 3）接近电源侧； 4）设备运输便利； 5）不应设在有猛烈振动或高温的场所

17、； 6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧； 7）不应设在厕所、浴室或其他常常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻； 8）不应设在有爆炸危急环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危急环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危急环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准爆炸和火灾危急环境电力装置设计规范的规定； 9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。 4.2变配电所的总体布置 变电所的总体布置，应满意以下要求： 1) 便于运行维护和检修； 2) 保证运行平安； 3) 便于进出线； 4) 节约土地和建筑费用； 5) 适应发展要求。 第五章主变压器台数和容量

18、的确定 电力变压器是变电所中最重要的一次设备，其主要功能是将电力系统的电能电压上升或降低，以利于电能的合理输送、安排和运用。 本小区设计变配电所选用S9型一般降压变压器，相数为三相，调压方式为无载调压，绕组型式为双绕组，联结组别为Dyn11方式。5.1变压器主变台数的选择 选择变压器时应考虑以下几条原则： 1）应满意用电负荷对供电牢靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所应装设两台变压器。 2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较而宜采纳经济运行方式的变电所，可考虑采纳两台变压器。 3）负荷集中而容量相当大的变电所，既是为三级负荷，也应采纳两台或多台变压器。 4）在确定变电所主变压器台数时，应适当考

19、虑负荷的发展，留有肯定的余地。 本小区设计综合考虑以上原则，确定装设两台变压器。5.2变压器容量的选择 依据工厂供电，装有两台主变压器的变电所，每台变压器的容量S N T 应同时满意以下两个条件： 1）任一台变压器单独运行时，宜满意总计算负荷S 30的大约60%70%的须要，即： S T =(0.60.7)S 30=(0.60.7)1019.0371（611.42713.33）kVA。 本小区所在地区的年平均气温为20C ，且变压器采纳室内安装，故变压器的实际容量为：S N T S T /0.92=（611.42713.33）/0.92KVA=(664.59775.39)kVA。 2）任一台变

20、压器单独运行时，宜满意全部一、二级负荷的须要，即 S N T S 30(I+) ,而本次小区设计的负荷全为三级负荷，所以不用考虑这个因素。 第六章变配电所主接线方案的选择 综合考虑上面，本小区变电所采纳两台S9系列1000kVA 的变压器，装设两台主变压器的主接线方案 6.1变电所主接线方案的评价 依据小区设计要求，选择凹凸压侧均为单母线分段的变电所主接线方案。对该方案的评价可从以下几方面入手： （1）从技术指标方面考虑，该方案的供电牢靠性和运行敏捷性都比较高，在凹凸压母线侧发生短路时，仅故障母线段停止工作，非故障段仍可接着运行，可缩小母线故障时停电范围，同时对重要用户可从不同母线分段引出双回

21、路供电，供电牢靠性及运行敏捷性相当高。 （2）从经济指标方面考虑，虽然该方案的初投资比较高，但从年运行费用包括设备折旧费，设备维护费和年电能损耗费考虑，该方案又有很多优越之处。 第七章短路电流的计算 7.1短路计算的意义和方法 1）对所选的电气设备进行动稳定和热稳定校验。2）进行变压器和线路爱护的整定值和灵敏度计算。 采纳标么制法对变配电所的相关节点进行短路电流计算。7.2相关节点的短路计算 依据小区原始资料可知，小区由线芯截面185mm 的高压架空线供电，距小区为 6km，电力系统馈电变电站首端所装高压断路器的断流容量S oc = 500 MVA，查表知架空线路每相单位长度电抗平均值为0.3

22、5 /km。7.2.1电路图 2 4 图7-1等效电路图 7.2.2确定基准值 取S d =100MVA，U d 1=U c 1=10.5kV ，U d 2=U c 2=0.4 kV I d 1=I d 2= =5.50 kA=144.34 kA7.2.3计算短路电路中各主要元件的电抗标么值 （1）电力系统电抗标么值：X 1*= S 100 MVA =0.2oc （2）电缆线路电抗标么值：X 0=0.35 /km， *X 2=X 0l S 100 =0.3561.90c 1 （3）电力变压器的电抗标么值：查表得变压器的阻抗电压U K %=5， X *U 3= %S =5100 MVA =5.0

23、 N 依据以上计算结果绘制等效电路图如图所示： 图7-2等效电路图 7.2.4K-1点的短路电流计算 （1）总电抗标么值： X * (K -1) =X 1+X 2=0.2+1.9=2.1（2）三相短路电流周期重量有效值： I (3)I K -1= * = 5.50 KA (K -1) =2.619 kA（3）三相短路次暂态电流和稳态电流有效值： I (3)=I (3)(3) =I K -1=2.619 kA （4）三相短路冲击电流及其有效值： i (3sh )=2.55I (3)=2.552.619=6.68 kAI (3sh )=1.51I (3)=1.512.619=3,95 kA （5）

24、三相短路容量： S (3)S K -1= * = 100 MVA (K -=47.62 MVA1) 7.2.5K-2点的短路电流计算 （1）总电抗标么值： *X (K -2)=X 1+X 2+X 3/X 4=0.2+1.9+ 5.0 =4.48（2）三相短路电流周期重量有效值： (3)I K -2= * (K -2) I = 144.34 kA =32.22 kA 4.48 （3）三相短路次暂态电流和稳态电流有效值： (3)(3) I (3)=I =I K -2=32.22kA （4）三相短路冲击电流及其有效值： (3)i sh =1.84I (3)=1.8432.22=59.28 kA(3)

25、I sh =1.09I (3)=1.0932.22=35.12 kA （5）三相短路容量： (3)S K -2= * (K -2) S = 100MVA =22.32 MVA4,48 以上计算短路电流如表7-1 三相短路电流/kA 短路计算点 I k (3) K1K2 2.61932.22 三相短路容量/MVA (3)I sh (3)S K I (3) 2.61932.22 ( 3)I 3 ) i s (h 2.61932.22 6.6859.28 3.9535.12 47.62 22.32 表7-1 第八章变电所低压侧一次设备的选择与校验 8.1低压母线的选择与校验 在变压器的低压侧，其计算

26、电流为：I 30=按载流量选择LMY-1258矩形铝母线，双条 I al =1548.271.05 A=1625.68 A>1548.27 A符合要求。 =1548.27 A动稳定度校验条件为 al c LMY 母线材料的最大允许应力al =70MPa。 () 380V 低压母线的短路电流为：i sh =59.28kA 3(3) I sh =35.12kA 三相短路时所受的最大电动力： 21.0( 3)2l F ( 3)=sh 10-7=(59.28103)10-7=1297.67 N F (3)l 1297.7671.0 母线的弯曲力矩（母线档数为3）：M =129.767 Nm b

27、2h 0.125 m20.008 m 母线的截面系数：W =2.0810-6 m3 66 母线在三相短路时的计算应力:c =所以，al =70MPa 热稳定度校验： M 129.767 =62.39 MPa20.810-c =62.39MPa ，满意动稳定度要求。 A min =I 1000合热稳定度要求。 =32.221000=296.2 mm2 在本小区中，是24户一个楼型。来计算低压侧的负荷。查表知须要系数K d =0.7，P e 1=10 kW24=240 kW，再 P 30=K d P e 1=0.7240 kW=168 kW，功率因数为cos =0.9Q 30=P 30tan =1

28、680.484=81.3 kvarS 30= P 168 =186.7 kVAcos 0.9I 30=283.6 A . 8.2.1电缆的选择 首先，按发热条件选择电缆：I 30=283.6A，查工厂供电设计指导选择铜芯主芯线截面是150mm 2的YJLV 22-1.0kV 交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，其载流量为I al =305A>283.6A.初步选定的电缆型号为YJV 22-3150+195。 短路热稳定度校验： 由变电所引向单体楼的电缆线路总电抗为 X *=x 0l S 100=0.0700.2=8.75cl 0.4总电抗标幺值为 * X K =X 1+X 2+X 3/X 4+X =0.2+1.9+2.38+8.75=13.23 (3) =三相短路稳态电流有效值为I I 144 =10.88 kAK 电缆满意热稳定度的最小截面为 ( 3) A min =I 103 =10.88103=65.71 mm2140 因此截面为150mm 2的电缆满意热稳定校验要求。电压损失计算： 依据A=150mm 2查表得R 0=0.14 /km,X 0=0.070 /km，故线路的电压损耗值为：