樓宇低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）樓宇低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)教學(xué)單位：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)名稱：自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)：2010050601039學(xué)生姓名：張龍華指導(dǎo)教師：劉金華（副教授）指導(dǎo)單位：機(jī)電工程學(xué)院完成時(shí)間：2014年5月5日 電子科技大學(xué)中山學(xué)院教務(wù)處制發(fā)樓宇低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要樓宇低壓配電系統(tǒng)主要是將多種高、低壓配電設(shè)備（或元件）與配電站組合，變換電壓直接向樓宇的用電設(shè)備分配電能的一個(gè)電力系統(tǒng)，主要的內(nèi)容是將進(jìn)線的1OkV高壓通過降壓變電所降壓為380V低壓。本設(shè)計(jì)主要是通過收集回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算與短路計(jì)算，來確定主變壓器的臺(tái)數(shù)與型號(hào)，繪制出主接線圖，給變電所選擇高、低壓設(shè)備，還進(jìn)行了必要的無功補(bǔ)償和

2、各種設(shè)備的校驗(yàn)，最后就是根據(jù)變電所概況來安裝二次回路的電源、中央信號(hào)系統(tǒng)、防雷保護(hù)和接地保護(hù)。第一章主要寫了樓宇低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景、介紹、環(huán)境和意義及應(yīng)用。第二章主要寫了怎么計(jì)算負(fù)荷，使用需要系數(shù)法得到總的負(fù)荷以及為了節(jié)約用電還進(jìn)行了功率補(bǔ)償。第三章主要寫了怎么選擇變壓器，根據(jù)負(fù)荷大小、性質(zhì)、等級(jí)來選擇。第四章主要寫了主接線的方式以及為本樓宇設(shè)計(jì)主接線圖。第五章主要寫了短路的原因、危害以及短路計(jì)算的目的和方法。第六章主要寫了根據(jù)負(fù)荷計(jì)算和短路計(jì)算的結(jié)果來選擇電氣設(shè)備。第七章主要寫了為什么要繼電保護(hù)以及繼電保護(hù)的類型。第八章主要寫了什么是二次回路的操作電源以及為什么需要中央信號(hào)裝置。第九章分

3、別介紹了變電所的防雷與接地。關(guān)鍵詞:樓宇；低壓配電；配電站 The Design Of Building Low Voltage Distribution SystemAbstractThe main building is a low-voltage distribution system a variety of high and low voltage power distribution equipment (or components) and power distribution station portfolio, transform the voltage of a power

4、 system distribution of electric energy directly to electrical equipment of buildings, the main contents of the line the 1OkV buck step-down substation high voltage of 380V by low pressure. The design is mainly carried load calculation and short circuit calculation back through the data collected to

5、 determine the number of units and the main transformer models, draw out the main wiring diagram, substation to select high and low voltage equipment, also carried out the necessary reactive power compensation and calibration of equipment, the final profile is based substation to install the seconda

6、ry circuit power, the central signaling systems, lightning protection and grounding protection.The first chapter mainly writes the building design of low voltage power distribution system, introduces the background, significance and application of environmental.The second chapter mainly writes how t

7、he computational load, the use of demand coefficient method to get the total load, in order to save electricity of power compensation.The third chapter mainly writes how selection of transformer, selected according to the load size, nature, level.The fourth chapter mainly writes the main wiring way

8、and the design main wiring for the building drawings.Objective and methods of the fifth chapter wrote the cause of the short circuit, the harm and the short circuit calculation.The sixth chapter mainly wrote to selection of electrical equipment according to the load calculation and short circuit cal

9、culation results.The seventh chapter mainly wrote why relay protection and the type of relay protection.The eighth chapter mainly wrote what is the operating power supply circuit two times and why the need for central signal device.The ninth chapter introduces the substation lightning protection and

10、 groundingKeywords: building; low voltage distribution; Substation目 錄1 緒 論11.1 樓宇低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景11.2 樓宇低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)介紹11.3 樓宇低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)環(huán)境11.4 本設(shè)計(jì)的意義及應(yīng)用12 負(fù)荷計(jì)算及功率補(bǔ)償32.1 負(fù)荷計(jì)算的方法32.2 功率補(bǔ)償63 變壓器選型83.1 變壓器臺(tái)數(shù)的確定83.2 變壓器容量及型號(hào)確定84 主接線104.1 單母線分段接線104.2 內(nèi)橋式接線105 短路計(jì)算125.1 短路的原因及危害125.2 短路計(jì)算的目的及方法125.3 短路電流的計(jì)算135.3.1

11、最大運(yùn)行方式135.3.2 最小運(yùn)行方式155.4 短路電流計(jì)算結(jié)果166 電氣設(shè)備選擇176.1 導(dǎo)線、電纜的選擇176.2 高壓斷路器196.3 高壓隔離開關(guān)196.4 高壓熔斷器206.5 電流互感器216.6 電壓互感器216.7 高壓開關(guān)柜216.8 母線、支柱絕緣子和穿墻套管216.9 低壓斷路器246.10 低壓熔斷器247 繼電保護(hù)258 配電站二次回路的操作電源和中央信號(hào)系統(tǒng)268.1 二次回路的操作電源268.2 中央信號(hào)裝置269 防雷與接地279.1 防雷279.2 接地2710 總結(jié)與展望30參考文獻(xiàn)31附錄1 樓宇低壓配電系統(tǒng)主接線圖32致 謝33V1 緒 論 隨著

12、樓宇低壓配電系統(tǒng)需求不斷增多，配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)在我國悄然興起，是國家電網(wǎng)建設(shè)中不可缺少的一部分。1.1 樓宇低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，傳統(tǒng)的低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)已跟不上時(shí)代的進(jìn)步，更會(huì)被淘汰。所以，為了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，我國開始建設(shè)和改造可以節(jié)地、節(jié)電、緊湊型、小型化、無人值守的城鄉(xiāng)電網(wǎng)。要求高壓直接進(jìn)入負(fù)荷中心，形成高壓受電變壓器降壓低壓配電的供電格局1。由于現(xiàn)在的住宅小區(qū)都包括綠地、停車場(chǎng)、花園、消防、以及燈飾等，為了豐富小區(qū)的內(nèi)涵，達(dá)到和諧統(tǒng)一，要求設(shè)計(jì)信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能、箱變安全可靠、配電技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用以及確保設(shè)計(jì)質(zhì)量。1.2 樓宇低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)介紹樓

13、宇低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要不失邏輯性，切合實(shí)際，合理。本次設(shè)計(jì)主要是為樓宇設(shè)計(jì)一個(gè)低壓配電系統(tǒng)，其主要內(nèi)容就是如何從10kV降壓到380V的過程。根據(jù)負(fù)荷計(jì)算，短路電流計(jì)算確定主變壓器型號(hào)和臺(tái)數(shù)，繪制出主接線圖，并為高、低壓側(cè)選擇主要電氣設(shè)備，再把功率補(bǔ)償、繼電保護(hù)和防雷與接地設(shè)計(jì)好，整個(gè)配電系統(tǒng)就完整了。1.3 樓宇低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)環(huán)境本設(shè)計(jì)為公寓住宅小區(qū)，由10棟9層住宅組成，分為1號(hào)住宅樓高9層，2號(hào)住宅樓樓高9層，3號(hào)住宅樓樓高9層，4號(hào)住宅樓樓高9層，5號(hào)住宅樓高10層。負(fù)一層為停車場(chǎng)，總面積約10萬，其中住宅面積為6萬，以3房2廳戶型為主。1.4 本設(shè)計(jì)的意義及應(yīng)用電力是人們生活中不可

14、缺少的東西，生活中離不開它，缺少它既會(huì)影響人們的生活狀況，又會(huì)影響經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，所以樓宇低壓配電系統(tǒng)是一項(xiàng)非常重要的工程。一個(gè)配電系統(tǒng)是優(yōu)秀的，系統(tǒng)內(nèi)的區(qū)民就能得到舒適、安全的用電環(huán)境，人們安居樂業(yè)，間接地給我國促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。本設(shè)計(jì)的低壓配電系統(tǒng)將應(yīng)用于樓宇小區(qū)的配電系統(tǒng)中，使電能分配給每家每戶；也可以作為其他地方配電系統(tǒng)的參照。2 負(fù)荷計(jì)算及功率補(bǔ)償2.1 負(fù)荷計(jì)算的方法負(fù)荷計(jì)算的方法有很多種，通常分為單臺(tái)用電設(shè)備和多臺(tái)用電設(shè)備兩種情況1。用電設(shè)備或用電設(shè)備組多采用需要系數(shù)法或二項(xiàng)式法。本設(shè)計(jì)需要用電的地方有：主要通道及樓梯照明用電，電梯用電，排污泵、生活水泵用電，消防用電，家庭用電。本設(shè)

15、計(jì)根據(jù)需要系數(shù)法來計(jì)算：要用到的公式： 有功功率： （2-1） 無功功率： （2-2） 視在功率： （2-3） 總電流: （2-4）1、主要的負(fù)荷計(jì)算（1）主要通道及樓梯照明用電計(jì)算1) 地下一層有40盞LED節(jié)能燈40W,10盞紅外線感應(yīng)燈管15WPn=40×40+10×15=1.75kWCOS=0.8 Kd=0.7Pc=kd×Pn=0.7×1.75=1.225kWQc=Pc×tan=1.225×0.75=0.91875kvar2) 地下一層應(yīng)急照明燈有80盞熒光燈40W，30盞應(yīng)急燈20WPn=80×40+30×

16、;10=3.5kW COS=0.8 Kd=0.8 Pc=Kd×Pn=0.8×3.5=2. 8kWQc=Pc×tan=2.8×0.8=2.24kvar3) 19層通道樓梯有9盞吸頂燈30W,9盞壁燈15W,共有10棟Pn=（9×30+9×15）×10=4.05kWCOS=0.8 Kd=0.7Pc=Kd×Pn=0.7×4.05=2.835kWQc=Pc×tan=2.835×0.75=2.12625kvar4) 總的負(fù)荷Pn總=1.75+3.5+4.05=9.3kWPc總=1.225+2.8

17、+2.835=6.86kWQc總=0.91875+2.24+2.12625=5.285kvar（2）電梯用電小區(qū)有10棟樓，共有10臺(tái)電梯，選20kW的電梯:Pn=10×20=200kWCOS=0.6 Kd=0.7Pc=Kd×Pn=0.7×200=140kWQc=Pc×tan=200×1.3=260kvarPc總=Pc=140kWQc總=Qc=260kvar（3）排污泵、生活水泵用電1）10棟樓共有20臺(tái)生活水泵11kW,5臺(tái)備用水泵5kWPn=11×20+5×5=245kWCOS=0.8 Kd=0.7Pc=Kd×

18、Pn=0.7×245=171.5kWQc=Pc×tan=171.5×0.75=128.625kvar2）10棟樓共有排污泵10臺(tái)5kWPn=10×5=50kWCOS=0.8 Kd=0.6 Pc=K×Pn=0.6×50=30kWQc=Pc×tan=30×0.75=22.5kvar3）總的負(fù)荷Pn總=245+50=295kWPc總=171.5+30=201.5kWQc總=128.625+22.5=151.125kvar(4)消防用電1)排煙排風(fēng)機(jī)10臺(tái)3kWPn=3×10=30kWCOS=0.8 Kd=1 P

19、c=Kd×Pn=1×30=30kWQc=Pc×tan=30×0.75=22.5kvar2) 消防泵10臺(tái)13kWPn=13×10=130kWCOS=0.8 Kd=1 Pc=Kd×Pn=1×130=130kWQc=Pc×tan=130×0.75=97.5kvar3)送風(fēng)機(jī)10臺(tái)13kWPn=13×10=130kWCOS=0.8 Kd=1 Pc=Kd×Pn=1×130=130kWQc=Pc×tan=130×0.75=97.5kvar4)總的負(fù)荷Pn總=30+1

20、30+130=290kWPc總=30+130+130=290kWQc總=22.5+97.5+97.5=217.5kvar（5）家庭用電1)采用單位指標(biāo)法計(jì)算，按60W/m²Pn=60000×60=3600kWCOS=0.8 Kd=0.4 Pc=Kd×Pn=0.4×3600=1440kWQc=Pc×tan=1440×0.75=1080kvar上述的負(fù)荷計(jì)算結(jié)果如表2-1所示。表2-1 負(fù)荷計(jì)算表負(fù)荷地方Pn（kW）KdCOSPc(kW)Qc(kvar)備注地下一層節(jié)能燈和感應(yīng)燈1.750.70.81.2250.91875地下一層應(yīng)急燈3

21、.50.80.82.82.24電梯2000.70.6140260生活水泵2450.70.8171.5128.625排污泵500.60.83022.5排煙排風(fēng)機(jī)3010.83022.5平時(shí)不用消防泵13010.813097.5平時(shí)不用送風(fēng)機(jī)13010.813097.5平時(shí)不用家庭用電36000.40.8144010802、由上述結(jié)果可得小區(qū)總的負(fù)荷，不包括平時(shí)不用的負(fù)荷。Pc總=2075.525kWQc總=1711.78kvarSc總=2690.35kVAIc總=155.33A2.2 功率補(bǔ)償GB500522009供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定用戶的功率因數(shù)不能低于0.9。為適應(yīng)此要求，設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定：設(shè)

22、計(jì)按用戶的功率因數(shù)不低于0.92進(jìn)行補(bǔ)償2。從供用雙方技術(shù)、經(jīng)濟(jì)兩方面考慮，設(shè)計(jì)補(bǔ)償后的=0.95左右為宜。但，運(yùn)行功率因數(shù)不宜高于0.98，以免特殊情況發(fā)生過補(bǔ)償而引起諧振。感性用電的設(shè)備需要從供配電系統(tǒng)中吸收無功功率，從而降低功率因數(shù)。功率因數(shù)太低會(huì)給供配電系統(tǒng)增加電能損耗、增大電壓損失和降低供電設(shè)備利用率等不良影響，所以要提高功率因數(shù)。如果功率因數(shù)低于0.9，應(yīng)在負(fù)荷側(cè)合理裝置集中與就地?zé)o功補(bǔ)償設(shè)備。補(bǔ)償前功率因數(shù)的計(jì)算：COS= Pc總/Sc總=2075.525/2690.35=0.77 (2-5)由于要求功率因數(shù)，可知，故需要進(jìn)行無功補(bǔ)償。由于高壓側(cè)不能低于0.9，而補(bǔ)償在低壓側(cè)進(jìn)行

23、，考慮到變壓器損耗，可設(shè)低壓側(cè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)為0.95?？蛇x用BCMJ0.4-100-3型的電容器，其額定容量為100kvar，額定電壓為0.4kV,額定電流144A，額定電容1989F。運(yùn)用公式： （2-6）考慮三相均衡分配，取12個(gè)恰好，每相4個(gè)，無功補(bǔ)償后，變電所低壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷為：= （2-7）此時(shí)變壓器的功率損耗為： （2-8）配電所高壓側(cè)總的計(jì)算負(fù)荷為： = （2-9）配電所高壓側(cè)的功率因數(shù)為： 符合功率因數(shù)不小于0.9的要求。3 變壓器選型3.1 變壓器臺(tái)數(shù)的確定1、變壓器的選用應(yīng)根據(jù)負(fù)荷大小，負(fù)荷性質(zhì)、負(fù)荷等級(jí)及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等因素來確定3。2、需要裝設(shè)2臺(tái)及以上變壓器：（1）有大

24、量一級(jí)或二級(jí)負(fù)荷;（2）季節(jié)性負(fù)荷變化較大;（3）集中負(fù)荷較大。3、當(dāng)備用容量受限制時(shí)宜將重要負(fù)荷集中在一臺(tái)變壓器或幾臺(tái)變壓器，以方便備用電源的切換。4、在一般情況下，動(dòng)力和照明宜可共用一臺(tái)變壓器。需要設(shè)置專用變壓器如下：（1）當(dāng)照明負(fù)荷較大，或動(dòng)力和照明采用共用變壓器時(shí)嚴(yán)重影響質(zhì)量及燈泡壽命，可設(shè)專用照明變壓器。（2）單臺(tái)單相負(fù)荷較大時(shí)，宜設(shè)單相變壓器。（3）波動(dòng)性負(fù)荷較大，嚴(yán)重影響電能質(zhì)量時(shí)，可設(shè)波動(dòng)負(fù)荷專用變壓器。5、變壓器容量，應(yīng)根據(jù)計(jì)算容量選擇，變壓器的負(fù)荷率一般取70%85%。6、變壓器的容量應(yīng)滿足大型電動(dòng)機(jī)及其他沖擊負(fù)荷的起動(dòng)要求。7、根據(jù)用戶負(fù)荷特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的條件，單臺(tái)變壓器

25、的容量不宜大于1250kVA，當(dāng)用電設(shè)備容量較大、經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理、運(yùn)行安全可靠時(shí)，可采用2000kVA或2500kVA的變壓器。8、設(shè)在主體建筑地下室和樓內(nèi)的變配電所，變壓器應(yīng)選用氣體絕緣、干式或非可燃液體絕緣漆變壓器。9、在多塵或有腐蝕氣體的場(chǎng)所，應(yīng)選用防塵型或防腐型變壓器。10、當(dāng)選用多臺(tái)變壓器時(shí)，宜根據(jù)負(fù)荷特點(diǎn)，適合分組，以便于靈活投切相應(yīng)的變壓器。3.2 變壓器容量及型號(hào)確定本設(shè)計(jì)有二、三級(jí)負(fù)荷，三級(jí)負(fù)荷一般選擇一臺(tái)變壓器，但本設(shè)計(jì)Pc總= 2075.525kW，Sc總=2690.35kVA，負(fù)荷較大，宜選擇兩臺(tái)主變壓器。如果裝有兩臺(tái)主變壓器時(shí)，其中任意一臺(tái)主變壓器容量要同時(shí)滿足下列兩個(gè)

26、條件：1、任一臺(tái)主變壓器單獨(dú)運(yùn)行要滿足總計(jì)算負(fù)荷的60%-70%的要求。 （3-1）由于，并且該小區(qū)負(fù)荷是有二、三級(jí)負(fù)荷，所以：而任一臺(tái)變壓器應(yīng)滿足變壓器容量。本設(shè)計(jì)選容量為2500kVA型號(hào)為SCB10-2500kVA的變壓器兩臺(tái),如表3-1所示。表3-1 SCB10-2500變壓器型號(hào)安德利SCB10-2500kVA/10-0.4結(jié)構(gòu)形式三相環(huán)氧樹脂澆注干式電力變壓器調(diào)壓方式無勵(lì)磁調(diào)壓容量2500kVA電壓10kV-0.4空載損耗4000W負(fù)載損耗12017170W聯(lián)接組標(biāo)號(hào)Dyn11/Yyn0短路阻抗4%空載電流0.8%絕緣水平10kV級(jí)工作耐壓284 主接線4.1 單母線分段接線當(dāng)雙電

27、源供電時(shí)，常采用單母線分段接線，可采用斷路器分段。單母線分段接線可以分段單獨(dú)運(yùn)行，也可以并列同時(shí)運(yùn)行。采用分段單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，各段相當(dāng)于單母線不分段接線的運(yùn)行狀態(tài)，各段母線的電氣系統(tǒng)互不影響。當(dāng)任一段母線發(fā)生故障或檢修時(shí)，僅停止對(duì)該段母線所帶負(fù)荷的供電。當(dāng)任一電源線路故障或檢修時(shí)，若另一電源能負(fù)擔(dān)全部引出線的負(fù)荷時(shí)，則可經(jīng)倒閘操作恢復(fù)該段母線所帶負(fù)荷的供電，否則由該電源所帶的負(fù)荷仍應(yīng)該部分停止運(yùn)行4。采用并列運(yùn)行時(shí)，若遇電源檢修，無須母線停電，只需斷開電源的斷路器及其隔離開關(guān)，調(diào)整另外電源的負(fù)荷就行。但是當(dāng)母線故障或檢修時(shí)，就會(huì)引起正常母線的短時(shí)停電。當(dāng)某段母線發(fā)生故障時(shí)，分段斷路器與電源進(jìn)線斷路

28、器將同時(shí)切斷故障，非故障部分繼續(xù)供電。當(dāng)對(duì)某段母線檢修時(shí)，操作分段斷路器和相應(yīng)的電源進(jìn)線斷路器、隔離開關(guān)、而不影響另段母線的正常運(yùn)行5。母線分段后，可提高供電的可靠性和靈活性。如圖4-1所示。圖4-1 單母線分段接線圖4.2 內(nèi)橋式接線內(nèi)橋式接線是指在兩線路變壓器組接線的高壓側(cè)間連接一個(gè)斷路器，如“橋”一樣跨接在兩線路之間，這個(gè)斷路器是跨接在進(jìn)線斷路器的內(nèi)側(cè)，靠近變壓器。如圖4-2所示。內(nèi)橋式接線的特點(diǎn)是：工作可靠、靈活，線路的投切比較方便，變壓器的投切比較復(fù)雜，所以內(nèi)橋式接線適用于進(jìn)線線路較長，負(fù)荷比較平穩(wěn)，變壓器不需要經(jīng)常投切的場(chǎng)合。圖4-2 內(nèi)橋式式接線圖通過綜合考慮，本設(shè)計(jì)一次側(cè)采用內(nèi)

29、橋式接線，二次側(cè)采用單母線分段接線，如下圖4-3所示。圖4-3 一次測(cè)單母線分段接線、二次側(cè)單母線接線圖5 短路計(jì)算在供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)中，不僅要考慮系統(tǒng)的正常運(yùn)行狀態(tài)，還要考慮系統(tǒng)的不正常運(yùn)行狀態(tài)和故障情況，最嚴(yán)重的故障是短路故障。短路是指不同相之間，相對(duì)中線或地線之間的直接金屬性連接或經(jīng)小阻抗連接。短路電流計(jì)算的目的主要是供母線、電纜、電氣設(shè)備選擇和繼電保護(hù)整定計(jì)算之用。 5.1 短路的原因及危害短路是不同相位之間不正常短接，使得電流自電源一端未流過負(fù)載而直接流回電源的另一端。短路的原因：（1）接線錯(cuò)誤；（2）絕緣損壞；（3）操作錯(cuò)誤；（4）機(jī)械損傷所致。短路的危害：（1）由于短路時(shí)電

30、流不經(jīng)過負(fù)載，只在電源內(nèi)部流動(dòng)，內(nèi)部電阻很小，因而電流很大，強(qiáng)大的電流會(huì)產(chǎn)生很大的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)，使電源或電路受到損壞，或引起火災(zāi)。（2）短路使得系統(tǒng)電壓嚴(yán)重降低，電氣設(shè)備正常工作受到破壞。（3）短路將造成停電，且短路點(diǎn)越靠近電源，停電范圍越大，給國民經(jīng)濟(jì)帶來損失也越大。（4）嚴(yán)重的短路可能影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，使并聯(lián)運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)失去同步，造成系統(tǒng)解列，甚至崩潰6。（5）單相短路產(chǎn)生的不平衡磁場(chǎng)，對(duì)附近的通信線路和弱點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾，影響其正常工作。由此可見，短路的后果十分嚴(yán)重，為了保證電氣設(shè)備安全可靠運(yùn)行，減輕短路的影響，需要進(jìn)行短路電流的計(jì)算。5.2 短路計(jì)算的目的及方法

31、短路計(jì)算的目的主要有以下幾個(gè)方面：(1)為了選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備。如斷路器、隔離開關(guān)、熔斷器、互感器、母線、瓷瓶、電纜、架空線等等。(2)為繼電保護(hù)裝置的整定計(jì)算。在考慮正確、合理地裝設(shè)保護(hù)裝置，在校驗(yàn)保護(hù)裝置靈敏度時(shí)，不僅要計(jì)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(yùn)行方式下電路可能出現(xiàn)的最大短路電流值，還應(yīng)計(jì)算最小運(yùn)行方式下可能出現(xiàn)的最小短路電流值；不僅要計(jì)算三相短路電流而且也要計(jì)算兩相短路電流或根據(jù)需要計(jì)算單相接地電流等。(3)在選擇與設(shè)計(jì)系統(tǒng)電氣之接成時(shí)，短路計(jì)算可為不同方案進(jìn)行技術(shù)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)。短路電流的計(jì)算

32、方法通常有標(biāo)幺值和有名值，本設(shè)計(jì)只介紹標(biāo)幺值計(jì)算，以下為主要步驟：（1）繪制短路電流計(jì)算系統(tǒng)圖，將短路計(jì)算所考慮的各元件的額定參數(shù)都表示出來并編號(hào)，確定短路計(jì)算點(diǎn)；（2）繪制系統(tǒng)等效電路圖，每個(gè)元件用一個(gè)阻抗表示，電源用一個(gè)小圓表示，并標(biāo)出短路點(diǎn)，用分式標(biāo)出各元件的電抗值，分式的分子標(biāo)出元件的順序號(hào)，分式的分母標(biāo)出元件的電抗值；（3）選取基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓，計(jì)算各元件的阻抗標(biāo)幺值，求出短路回路的總阻抗標(biāo)幺值；（4）將電力系統(tǒng)當(dāng)作無限大容量電源，由短路回路總阻抗標(biāo)幺值計(jì)算短路電流標(biāo)幺值，再計(jì)算短路電流、短路容量和沖擊短路電流。5.3 短路電流的計(jì)算短路電流計(jì)算系統(tǒng)圖如圖5-1所示。圖5-1 短路

33、電流計(jì)算系統(tǒng)圖5.3.1 最大運(yùn)行方式按圖5-1短路電流計(jì)算系統(tǒng)圖畫出短路電流計(jì)算等效電路圖，如圖5-2所示。圖5-2 最大運(yùn)行方式短路計(jì)算等效電路圖設(shè)系統(tǒng)出口斷路器的最大斷流容量為Soc=400MVA，取基準(zhǔn)容量為SB=100MVA，基準(zhǔn)電壓UB=Uav，兩個(gè)電壓等級(jí)的基準(zhǔn)電壓為，相應(yīng)的基準(zhǔn)電流分別為,。（1）各主要元件的電抗標(biāo)幺值系統(tǒng)S (5-1)線路1WL (5-2)變壓器1T和2T (5-3)（2）點(diǎn)的三相短路時(shí)的短路電流和容量計(jì)算點(diǎn)三相短路時(shí)的短路電流和短路容量點(diǎn)所在電壓級(jí)的基準(zhǔn)電流點(diǎn)短路電流各量 (5-4)（3）點(diǎn)的三相短路時(shí)的短路電流和容量計(jì)算點(diǎn)三相短路時(shí)的短路電流和短路容量點(diǎn)所

34、在電壓級(jí)的基準(zhǔn)電流點(diǎn)短路電流各量 （5-5）5.3.2 最小運(yùn)行方式按圖5-1短路電流計(jì)算系統(tǒng)圖畫出短路電流計(jì)算等效電路圖，如圖5-3所示。 圖5-3 最小運(yùn)行方式短路計(jì)算等效電路圖系統(tǒng)出口斷路器的最小斷流容量為100MVA，取基準(zhǔn)容量為=100MVA，基準(zhǔn)電，兩個(gè)電壓等級(jí)的基準(zhǔn)電壓為，相應(yīng)的基準(zhǔn)電流分別為,。（1）各主要元件的電抗標(biāo)幺值系統(tǒng)S （5-6）線路1WL （5-7）變壓器1T和2T （5-8）（2）點(diǎn)的三相短路時(shí)的短路電流和容量計(jì)算點(diǎn)三相短路時(shí)的短路電流和短路容量 （5-9）點(diǎn)所在電壓級(jí)的基準(zhǔn)電流 （5-10）點(diǎn)短路電流各量 （5-11）（3）點(diǎn)的三相短路時(shí)的短路電流和容量計(jì)算點(diǎn)三

35、相短路時(shí)的短路電流和短路容量點(diǎn)所在電壓級(jí)的基準(zhǔn)電流點(diǎn)短路電流各量 （5-12）5.4 短路電流計(jì)算結(jié)果短路計(jì)算結(jié)果如表5-1和表5-2所示。表5-1 最大運(yùn)行方式短路電流計(jì)算結(jié)果三相短路電流三相短路容量（kA）（kA）（kA）（MVA）點(diǎn)5.85814.9388.846106.5點(diǎn)82.973211.581125.28957.5表5-2 最小運(yùn)行方式短路電流計(jì)算結(jié)果三相短路電流三相短路容量（kA）（kA）（kA）（MVA）點(diǎn)3.2568.3034.91759.2點(diǎn)58.01147.92187.59540.26 電氣設(shè)備選擇6.1 導(dǎo)線、電纜的選擇導(dǎo)線、電纜的選擇對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)來說也是相當(dāng)重要的，

36、選擇好的話就可以省下大量的金錢和人力，是整個(gè)供電系統(tǒng)不可缺失的一項(xiàng)7。電纜、電線的選擇包括絕緣水平，絕緣材料及護(hù)套選擇，電纜防護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇，截面的選擇。本設(shè)計(jì)主要為截面選擇。電纜、電線截面選擇原則：1、按電壓損失允許值選擇（1）電纜電線應(yīng)滿足電壓損失不超過規(guī)定的允許值；（2）由變壓器低壓母線配出回路的動(dòng)力干線，到動(dòng)力箱的電壓損失不宜超過2%，照明干線不宜超過1%，室外線路不宜超過2.5%；（3）室外照明分支線電壓損失不宜超過4%；（4）室內(nèi)照明分支不宜超過2%。2、按機(jī)械強(qiáng)度選擇這是對(duì)架空線路而言的。要求所選的截面不小于其最小允許截面，對(duì)電纜不必校驗(yàn)其機(jī)械強(qiáng)度。3、按短路熱穩(wěn)定選擇架空線路因其

37、散熱性能好，可以不做短路穩(wěn)定校驗(yàn)；電纜應(yīng)進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)，母線也要校驗(yàn)其熱穩(wěn)定，其截面不應(yīng)小于短路熱穩(wěn)定最小截面。4、按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇由于本設(shè)計(jì)是10kV及以下線路，不按此原則選擇。5、按電纜電線的允許溫升選擇（1）、電線電纜的允許溫升應(yīng)不超過其允許值，按發(fā)熱條件、電線、電纜的允許持續(xù)工作電流（允許載流量）應(yīng)不小于線路的工作電流，見表6-1所示。表6-1 電纜導(dǎo)體極限溫度允許值絕緣類型聚氯乙烯交聯(lián)聚乙烯、乙丙橡膠丁基橡膠油浸紙極限溫度允許值160250200250（2）電線電纜持續(xù)載流量標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)以有關(guān)部門正式發(fā)布或推薦的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。（3）各種型號(hào)的電線、電纜的持續(xù)載流應(yīng)根據(jù)敷設(shè)、環(huán)境溫度等條件不

38、同進(jìn)行修正。溫度校正系數(shù)： （6-1）式中:導(dǎo)線、電纜線芯允許長期工作溫度；敷設(shè)處環(huán)境溫度；導(dǎo)線電纜長期允許載流量數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)溫度。 （6-2）式中：為實(shí)際允許載流量；為溫度修正系數(shù)；允許載流量。本設(shè)計(jì)主變壓器高壓側(cè)計(jì)算：低壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷為32.66kVA： （6-3）根據(jù)35kV以下的鋁芯電纜的載流量估算口訣得：表6-2 10kV/YJV電纜直埋圖載流表型號(hào)截面（mm²）銅芯載流量鋁芯載流量YJV3×501901253×702301523×952751823×1203102053×1503502233×1853952523&#

39、215;2404552923×300515332由此可得，因?yàn)槭褂玫氖倾~導(dǎo)線，95×2.5=237.5A,選擇銅芯導(dǎo)線截面為70mm²。選擇5根分別作3條火線、1條零線、1條地線。所以10kV高壓側(cè)電纜型號(hào)選擇YJV5×70mm²。根據(jù)0.4kV低壓側(cè)小區(qū)回路的計(jì)算電流為81.647A,所以25×4=100A81.647A,所以要3根分別作1條火線、1條零線、1條地線，選擇銅芯導(dǎo)線截面為16mm²，型號(hào)為YJV3×16mm²。6.2 高壓斷路器高壓斷路器是配電系統(tǒng)中的主要設(shè)備，用來接通或切斷線路上的短路電

40、流8。按滅弧介質(zhì)選擇：油斷路器（戶內(nèi)多油DN型、戶內(nèi)少油SN型、戶外多油DW型）、空氣斷路器KW型、氣體斷路器QW型、真空斷路器ZN型和型等。（1）10kV側(cè)斷路器的額定電流為 （6-4）（2）10kV短路時(shí) （6-5）繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間: =1s短路電流的沖擊值:短路容量：短路電流假想時(shí)間： (6-6)本設(shè)計(jì)選擇型高壓真空戶內(nèi)斷路器，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)如表6-3所示。6.3 高壓隔離開關(guān)高壓隔離開關(guān)作用是隔離電源，且能保證電氣設(shè)備與線路在檢修中與電源會(huì)有明顯的斷口。隔離開關(guān)有戶外和戶內(nèi)式，國產(chǎn)戶內(nèi)式有、等型號(hào)，戶內(nèi)式多用手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)。一次側(cè)最大三相短路電流為10.434kA，沖擊短路電流為26.607k

41、A，三相短路容量為189.758MVA。要求繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為1.1s。10kV一次側(cè)斷路器的額定電流： (6-7)所以本設(shè)計(jì)高壓隔離開關(guān)選擇,數(shù)據(jù)檢驗(yàn)如表6-4所示。表6-3 一次側(cè)高壓斷路器選擇校驗(yàn)表序號(hào)選擇要求裝設(shè)地點(diǎn)電氣條件結(jié)論項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)110kV10kV合格2630A103.55A合格320kA6.456kA合格4500kA16.463kA合格5合格表6-4 一次側(cè)高壓隔離器選擇校驗(yàn)表序號(hào)選擇要求裝設(shè)地點(diǎn)電氣條件結(jié)論項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)110kV10kV合格2200A6.456A合格325.5kA16.463kA合格4合格6.4 高壓熔斷器高壓熔斷器是能在電流到達(dá)一定值之前，熔體通

42、過電流熱效應(yīng)產(chǎn)生熱量熔斷自己從而截?cái)嚯娏?。主要作用是?dāng)短路和過負(fù)荷時(shí)保護(hù)設(shè)備。熔斷器熔體額定電流要與導(dǎo)線或電纜之間的互相配合。在線路過載或短路時(shí)，熔體要先于線路熔斷，避免線路過熱而燒掉。熔斷器沒有觸頭，而且分段短路電流后熔體熔斷，故不必校驗(yàn)熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定。僅需要校驗(yàn)斷流能力。(1)保護(hù)變壓器熔斷器選擇熔斷器和熔體額定電流： (6-8)故選擇。則可選RW710/20075型室外高壓跌開式熔斷器熔體額定電流為160A，熔斷器額定電流為200A，斷流容量上限為100MVA。(2)保護(hù)線路熔斷器選擇42.065kA (6-9)則可選RT0100型熔斷器，額定電壓380V，額定電流100A。6.5 電流

43、互感器電流互感器是將一次回路的高電流轉(zhuǎn)換為二次回路的小電流，同時(shí)使二次設(shè)備與高電流部分分離，且二次側(cè)互感器均接地從而保證率設(shè)備和人員安全。按照額定電壓、額定電流，裝置類別和結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確度級(jí)來選擇電流互感器。本設(shè)計(jì)采用3個(gè)為一組的LQZ-10型電流互感器，電流互感器變比為500/5。 6.6 電壓互感器 電壓互感器是將一次回路的高壓轉(zhuǎn)換為二次回路的低壓，同時(shí)使二次設(shè)備與高壓部分分離，且二次側(cè)互感器均接地從而保證率設(shè)備和人員安全。按照額定電壓、電壓互感器類別和結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確度級(jí)來選擇電壓互感器。本設(shè)計(jì)采用JDJ10型電壓互感器，準(zhǔn)確度選擇3級(jí)。6.7 高壓開關(guān)柜高壓開關(guān)柜是按一定的線路方案將有關(guān)一、二次

44、設(shè)備組裝而成的一種高壓成套配電裝置，在發(fā)電廠和變配電所中作為控制和保護(hù)發(fā)電機(jī)、變壓器和高壓線路之用，也可作為大型高壓開關(guān)設(shè)備、保護(hù)電器、監(jiān)視儀表和母線、絕緣子等9。由于本設(shè)計(jì)主變壓器是10kV進(jìn)線，故選擇高壓開關(guān)柜XGN15-12。XGN15-12是箱式固定式戶內(nèi)交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備，用于額定電壓為12kV、額定電流630A及以下的環(huán)網(wǎng)供電或輻射型供電系統(tǒng)中，尤其適合裝入預(yù)裝式配電站作為電力系統(tǒng)的控制和保護(hù)。6.8 母線、支柱絕緣子和穿墻套管（1）母線如果母線垂直布置而且立放，這樣散熱好并且機(jī)械強(qiáng)度大。本設(shè)計(jì)水平放置在支柱絕緣子上，母線都用支柱絕緣子固定在開關(guān)柜上，因而無電壓要求，同時(shí)母線需要

45、熱穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性滿足要求。母線截面選擇： （6-10） 所以選擇LMY40×4。動(dòng)穩(wěn)定檢驗(yàn)： （6-11）為母線材料最大允許應(yīng)力（硬鋁母線為70PA）；為母線短路時(shí)沖擊電流產(chǎn)生的最大計(jì)算應(yīng)力；M為母線通過時(shí)收到的彎曲力矩；W為母線截面系數(shù)；為三相短路時(shí)，中間相受到的最大計(jì)算電動(dòng)力；為擋距，K為系數(shù)，b為母線截面水平寬度，h為母線截面垂直高度。熱穩(wěn)定檢驗(yàn)： （6-12）為三相短路穩(wěn)態(tài)電流；為假想時(shí)間，C為導(dǎo)體的熱穩(wěn)定計(jì)算系數(shù)（鋁母線C=87）。（2）支柱絕緣子支柱絕緣子主要是用于固定母線或?qū)Ь€，能使得母線或?qū)Ь€與設(shè)備或基礎(chǔ)絕緣。對(duì)于支柱絕緣子，按使用場(chǎng)所（戶內(nèi)、戶外）選擇型號(hào)，也可按

46、額定電壓條件選擇，校驗(yàn)短路時(shí)動(dòng)穩(wěn)定性。動(dòng)穩(wěn)定性： （6-13）為最大允許機(jī)械破壞負(fù)荷；為短路時(shí)沖擊電流作用在絕緣子上的計(jì)算電動(dòng)力；對(duì)于本設(shè)計(jì)支柱絕緣子型號(hào)，選擇為戶內(nèi)ZA-10Y，跨距為1.1m，母線中心距為0.3m。(3)穿墻套管穿墻套管主要用來母線或?qū)Ь€穿過墻壁、接地隔板及封閉配電機(jī)構(gòu)時(shí)，做絕緣支持與連接外部之間的導(dǎo)線。對(duì)于穿墻套管可按戶內(nèi)或戶外選擇，結(jié)構(gòu)型選擇，也可按額定電壓和額定電流條件選擇，必要時(shí)要校驗(yàn)短路時(shí)熱穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性。母線型的穿墻套管不需要按額定電流條件選擇，只要保證套管與母線的大小尺寸相符合。動(dòng)穩(wěn)定檢驗(yàn)： （6-14） （6-15）熱穩(wěn)定檢驗(yàn)： （6-16）對(duì)于本設(shè)計(jì)，穿

47、墻套管的型號(hào)選擇為CWL10/600，相互的距離為0.22m,且與最近一個(gè)支柱絕緣子相間的距離為1.8m。（4）檢驗(yàn)?zāi)妇€動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定檢驗(yàn)：彎曲力按大于2擋計(jì)算，即：，所以滿足動(dòng)穩(wěn)定性。母線實(shí)際截面為：所以滿足熱穩(wěn)定。支柱絕緣子動(dòng)穩(wěn)定檢驗(yàn)：由支柱絕緣子最大允許機(jī)械破壞負(fù)荷為3.75kN； (6-17)所以滿足動(dòng)穩(wěn)定。穿墻套管動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定檢驗(yàn)如下，主要技術(shù)參數(shù)如表6-5所示：表6-5 穿墻套管主要技術(shù)參數(shù)和型號(hào)產(chǎn)品型號(hào)額定電壓（kV）額定電流（A）總長（mm）安裝處直徑D（mm）5S熱穩(wěn)定電流（kA）CA-6/2006200375703.8CB-10/6001060045010012CWB-3

48、5/400354009802207.2CWL-10/6001060056011412CWWL-10/400104005201157.2所以滿足動(dòng)穩(wěn)定要求。 (6-18)所以滿足熱穩(wěn)定要求。6.9 低壓斷路器低壓斷路器的選擇：（1）根據(jù)額定電壓和額定電流選擇額定電壓與線路的工作電壓相符合；額定電流要不小于線路長時(shí)間工作的最大工作電流；（2）根據(jù)斷流能力校驗(yàn)（3）根據(jù)短路保護(hù)靈敏度檢驗(yàn)（4）根據(jù)過電流保護(hù)與導(dǎo)線之間的配合4.5Ia1Iop本設(shè)計(jì)既要有良好的滅弧功能，又要在正常工作條件下切斷負(fù)荷電流，斷路故障時(shí)能自動(dòng)切斷短路電流，線路失壓時(shí)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分?jǐn)嚯娐?，還要線路過載時(shí)其脫扣器能自動(dòng)斷開過載電流

49、。故選擇DW10型自動(dòng)空氣短路開關(guān)。6.10 低壓熔斷器熔斷器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用極為普遍的保護(hù)電器，它是根據(jù)電流的熱效應(yīng)原理工作的，使熔體產(chǎn)生的熱量使自身熔化而切斷電路。本設(shè)計(jì)使用RTO-600A快速低壓熔斷器。適用于交流50Hz、額定電壓可至380V、額定電流可至600A的電氣線路中作過載和短路保護(hù)。額定分?jǐn)嗄芰?0kA。7 繼電保護(hù)電氣設(shè)備用久了會(huì)老化、雷雨天氣中意外遭受雷擊、外部受力或操作人員失誤等等的原因，可能會(huì)使運(yùn)行中的電力系統(tǒng)發(fā)生故障，如三相短路，兩相短路，電氣設(shè)備損壞，配電系統(tǒng)的振蕩等。為了避免這些后果，為了保證可靠地供電，必須要繼電保護(hù)9。繼電保護(hù)要滿足4個(gè)要求：

50、選擇性：要有選擇性把故障部分與不故障部分分離，使不故障部分仍能繼續(xù)工作。靈敏性：要求裝置的反應(yīng)性和敏銳性都要達(dá)到技術(shù)規(guī)范的規(guī)定。快速性：要求裝置快速動(dòng)作，切斷故障?？煽啃裕阂笱b置質(zhì)量要高，精細(xì)。本設(shè)計(jì)需要以下保護(hù)：（1）零序電流保護(hù)：零序保護(hù)就是使用互感器采集零序電流，當(dāng)電流超過一定值時(shí)，接觸器吸合，斷開電路。有中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)，單相接地或不同相間兩點(diǎn)接地，接地短路的零序電流會(huì)很大，所以零序保護(hù)要作用在跳閘。零序電流的主動(dòng)保護(hù)不帶時(shí)限瞬動(dòng)，而后備保護(hù)帶時(shí)限。（2）電氣聯(lián)鎖：設(shè)置電氣聯(lián)鎖是為了防止兩個(gè)接觸器同時(shí)接觸時(shí)造成設(shè)備運(yùn)行沖突或電氣短路。（3）電流速斷保護(hù)電流速斷保護(hù)用于短路主保護(hù)，按被

51、保護(hù)的對(duì)象的短路電流來整定，時(shí)限t=0s。（4）變壓器保護(hù)：變壓器故障分為油箱內(nèi)部和外部兩種。油箱內(nèi)部故障分為繞組的相間短路、直接接地系統(tǒng)側(cè)的繞組接地短路和匝間短路等；油箱外部主要是套管和引出線發(fā)生短路和接地短路。a) 安裝帶時(shí)限的過電流保護(hù)；b) 安裝瓦斯保護(hù)；c) 安裝過負(fù)荷保護(hù)。8 配電站二次回路的操作電源和中央信號(hào)系統(tǒng) 8.1 二次回路的操作電源二次回路由二次設(shè)備組成的回路，用來控制、測(cè)量、監(jiān)視、信號(hào)和保護(hù)一次回路中正在運(yùn)行的回路及操作電源回路、自動(dòng)裝置。二次回路的操作電源是供給二次設(shè)備、斷路控制回路、繼電保護(hù)裝置、信號(hào)回路、監(jiān)視系統(tǒng)等二次回路所需的電源。本設(shè)計(jì)選擇鉛酸蓄電池。單個(gè)鉛蓄電池的額定電壓為2V,當(dāng)充電之后可到2.7V，放電之后降到1.95V。8.2 中央信號(hào)裝置在配電站中，僅僅靠著值班人員用測(cè)量儀表對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視是不太夠的，還應(yīng)借助信號(hào)裝置反映設(shè)備的狀況和非正常狀態(tài)，傳達(dá)信息和相互聯(lián)絡(luò)的作用。中央信號(hào)包括事故信號(hào)和預(yù)告信號(hào)，而中央信號(hào)裝置分為重復(fù)動(dòng)作和不重復(fù)動(dòng)作（按動(dòng)作性能分類），復(fù)中央復(fù)歸和就地復(fù)歸（按復(fù)歸方式分類）。預(yù)告信號(hào)電路設(shè)置了0.2s0.3s的短延時(shí)，所以沖擊繼電器應(yīng)具有沖擊自動(dòng)返回的特性，使瞬時(shí)性故障不發(fā)生預(yù)告信號(hào)。本設(shè)計(jì)采ZC-23型沖擊繼電器構(gòu)成的中央復(fù)歸重復(fù)動(dòng)