南 阳 理 工 学 院 本科生毕业设计（论文）
学院（系）：电子与电气工程学院 专 业：电气工程及其自动化 学 生： 指导教师：
完成日期 2014 年 5 月
南阳理工学院本科生毕业设计（论文）
某小区供配电系统设计
Design for the Power Supply and distribution system
of a residence community
总 计：表 格：插 图：页 个 幅
36 10 9
南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）
某小区供配电系统设计
Design for the Power Supply and distribution system
of a residence community
学 院： 电子与电气工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师（职称）：
评 阅 教 师： 完 成 日 期：
南阳理工学院
Nanyang Institute of Technology
某小区供配电系统设计
［摘 要］住宅小区供配电系统的稳定运行直接影响着人们的日常生活及秩序。因此研究小区供配电系统如何更好的实现安全、可靠、经济运行具有现实的意义。本课题初步对住宅小区的供配电系统进行设计，并根据国家相关标准对所设计的内容进行规范化。分析小区的原始数据和供电特点，对小区各类负荷进行计算；通过计算负荷选择变压器的容量和数目完成变电所的设计；合理选择电气主接线方式；根据短路电流选择合适的电力电缆；确定建筑物防雷等级，做好小区的防雷接地保护。设计过程中不仅要保证供电的质量和安全性，还应尽量满足供电的经济性，节省能源和材料。
［关键词］计算负荷；短路电流；变压器；供配电设计；防雷接地
Design for the Power Supply and Distribution System
of a Residence Community
Electrical Engineering and Automation Specialty MA Jun-yao
Abstract: Residence community for safe and reliable operation of the distribution system directly affects people's daily lives.This project is initially designed for the power supply and distribution system of the residence community. And also the design is normalized in accordance with the relevant national regulations and standards. So the power supply and distribution system in residence community district how to realize the safe, reliable and economic operation has realistic meaning. Analysis the raw data for the residence community and load calculation of the residence community. Based on the calculated load the measures of power supply and distribution of the residence community is designed. It includes the electric main wiring design, transformer and distribution substation design. Meanwhile the appropriate electric power cable are selected according to the short-circuit current. And the protection design about grounding for lightning is also essential. Not only must the quality and safety of power supply be ensured, but also the economical power supply, energy-saving and material-saving should be met as much as possible.
Key words: Load calculation; Short-circuit current; Transformer; Power supply and distribution design; Grounding for lightning
目 录
1 引言 .................................................................... 1
1.1 住宅小区供配电系统现状及研究意义 ................................. 1 1.2 本工程供配电系统概述及相关原则 ................................... 1 2 负荷的计算 .............................................................. 2
2.1 负荷分级以及要求 ................................................. 2
2.1.1 负荷分级和供电电源要求 .................................... 2 2.1.2 本工程建筑的负荷类型 ...................................... 3 2.2 计算负荷概述 ..................................................... 6
2.2.1 概述 ...................................................... 6 2.2.2 计算负荷的步骤 ............................................ 7 2.2.3 本工程负荷计算 ........................................... 11 2.3 无功补偿 ........................................................ 13
2.3.1 无功补偿的目的 ........................................... 13 2.3.2 无功补偿的方法 ........................................... 13 2.3.3 无功补偿容量 ............................................. 14
3 短路电流的计算 ......................................................... 14
3.1 短路计算的目的 .................................................. 14 3.2 无限大容量电源条件下短路电流的计算 .............................. 15
3.2.1 短路电流计算基本步骤 ..................................... 15 3.2.3 本工程短路电流计算 ....................................... 16
4 本工程供配电措施设计方案 ............................................... 18
4.1 供配电系统概述 .................................................. 18 4.2 变电所的设计 .................................................... 18
4.2.1 变电所位置及环境 ......................................... 18 4.2.2 变压器容量和数目的选取原则 ............................... 19 4.2.3 变压器容量及数目的选择 ................................... 19 4.2.4 变压器类型的选择 ......................................... 27 4.2.5 本工程变电所的设计 ....................................... 27 4.3 电气主接线方式的设计 ............................................ 27
4.3.1 高压电气主接线 ........................................... 28 4.3.2 低压电气主接线 ........................................... 28
4.4 配电系统线路的设计 .............................................. 28
4.4.1 配电线路的接线方式 ....................................... 28 4.4.2 本工程选用的接线方式 ..................................... 29 4.5 电缆的选择 ...................................................... 30
4.5.1 电缆型号选择 ............................................. 30 4.5.2 电缆的敷设 ............................................... 30 4.5.3 电缆截面积的选用原则 ..................................... 30 4.5.4 高压侧电缆截面积的选择 ................................... 31 4.6 本工程设计说明 .................................................. 32 5 防雷接地保护 ........................................................... 33
5.1 防雷保护系统 .................................................... 33
5.1.1 建筑物的防雷分类 ......................................... 33 5.1.2 本工程建筑物防雷保护 ..................................... 33 5.2 接地保护系统 .................................................... 34
5.2.1 接地方式 ................................................. 34 5.2.2 本工程采用的接地方式 ..................................... 34 5.3 等电位联结 ...................................................... 35 结束语 ................................................................... 35 参考文献 ................................................................. 36 附录 ..................................................................... 37 致谢 ..................................................................... 40
1 引言
1.1 住宅小区供配电系统现状及研究意义
随着社会的发展越来越快，越来越发达，电能也逐渐成为人们生活中最重要的能源之一，人们对电能的依赖程度越来越高，是生活中必不可少的一种能源。在过去，家用电器并未普及，居民用电量非常少，每家每户可能只点一支电灯，或者一台电扇。现如今，人们生活水平提高，家用电器的种类增多，居民用电量也在与日俱增，电视、冰箱、洗衣机、电脑等各种家电也是居民生活必不可少的。同时，我国整体的用电结构也在逐渐的发生着变化，居民用电量逐渐增多，非工业用电比重逐渐升高。电能的正常运行直接影响人们的一切，对人们的生活具有非常大的影响作用。住宅小区内的供配电系统能否安全而又稳定的运行，对于提高小区居民的生活质量具有至关重要的作用,可以说现代人离不开电能。因此需要保证电能的稳定并且安全的运行，不仅如此，当某些重要的设备发生故障时，则必须保证其不断电，能够继续正常运行，保证电能可靠运行。此外节能减耗是我国基本的国策之一，在满足供电需求的前提下，还应提高能源利用率，降低能源消耗，这也是今后探索研究的一大方向。
住宅小区供配电设计必须根据实际，结合其特点，根据小区建筑功能以及负荷等级对其采用合适的供配电形式和方法，满足使用功能的要求。不仅要做到整体布局合理，满足供电质量，而且还要给每个用户提供良好的用电环境。实现安全可靠配电的同时，还要做到环境的美化，使小区的供配电合理、经济。小区的供配电系统设计应根据实际情况，小区的未来发展和规模进行分析设计，不仅要做到满足近期内的要求，还要为将来的发展留有一定的空间，将远期和近期结合起来，统筹规划。
1.2 本工程供配电系统概述及相关原则
住宅小区的供配电系统建设工程的应坚持统一规划的原则，将电力网的运行状况和建设规划相结合，并且使经济发展和配电网的现状结合起来。本着以人为本的原则，保证供电品质，建设经济、安全、适度超前、提高供电可靠性的原则，合理选择小区供配电措施[1]。方案设计时应根据电力相关行相业的标准进行设计。使设计尽量简单，便于维护和管理，尽量减少电能消耗，提高电能利用率。还需要将近期和远期结合起来发展分析。建设近期的同时考虑到远期的发展可能，并根据用户用电负荷重要程度、用电需求、用电容量、用电性质等，结合区域电网规划和当地供电条件等因素，进行技术比较后制定出合理的供电方案。
本次的课题设计主要先对该小区的用电特点和相关资料进行分析。对小区进行负荷计算，无功补偿。根据计算负荷得出的结果，对变压器容量和数目进行设计，并对配电
所设计。设计出合适的电气主接线方式和配电线路接线方式。并根据短路电流计算结果，选择和校验电缆设备。根据建筑的特点，确定各类建筑物的防雷等级，进行相关的防雷及接地设计和等电位联结，并选择低压配电系统的接地形式。依据相关专业提供的原始资料和国家行业标准规范和图集绘出电气设计图。
本工程基本概况：
（1）总体概况：本工程总建筑面积为41723.8平方米，由两栋主体建筑及地下公共汽车库、设备用房等组成。其中一个主体建筑为6层商业写字楼建筑，高约23.75米，属于多层办公建筑。该多层建筑1、2层为临街商铺，3至6层为公寓式办公写字楼。另外一个主体建筑为31层高层住宅建筑，高约96.75米，属于一类高层住宅建筑，耐火等级为一级。该高层建筑1、2层为临街商铺，3至31层为居民住宅。地下1层和地下2层均为汽车库、附属设备用房等组成。
（2）具体数据：高层建筑3-31层为住宅楼，每层15户，共三种户型。其中，一层里户型1共4户面积为80-100㎡、户型2共9户面积为100-130㎡、户型3共2户面积为130-150㎡，全楼共435户。多层建筑3-6层为写字楼，共4160㎡,安装容量为208KW。商业面积共5230㎡，安装容量为261KW。
（3）设计范围：高压侧从市政开闭所10kV配电线路起，在接引10kV电源处设置明显断开点，低压侧至小区内各建筑低压用电计量装置上表位。
（4）自然环境：本地区年平均雷暴日24.8d/a，通廊式住宅建筑年物预计雷击次数为：0.0812次/a；建筑商业写字楼建筑年物预计雷击次数为：0.0359次/a。
2 负荷的计算
2.1 负荷分级以及要求
用电负荷分级，是为了能够正确地反映出对于用电可靠性要求的界限，以便选出合适的、符合实际水平的供电方式，保护人员安全，并能有效地节约投资提高经济效益。负荷分级主要是从经济损失和安全这两方面来确定的。 2.1.1 负荷分级和供电电源要求
（1）负荷分级[2]
根据JGJ16—2008《民用建筑电气设计规范》行业标准规定，用电负荷应根据供电可靠性及中断供电所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。
各级负荷应符合下列规定：
符合下列情况之一时，应为一级负荷：中断供电将造成人身伤亡；中断供电将造成重大影响或重大损失；中断供电将破坏有重大影响的用电单位的正常工作，或造成
公共场所秩序严重混乱。例如：重要通信枢纽、重要交通枢纽、重要的经济信息中心、特级或甲级体育建筑、国宾馆、承担重大国事活动的会堂、经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等的重要用电负荷。
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，应为特别重要的负荷。
符合下列情况之一时，应为二级负荷：中断供电将造成较大影响或损失；中断供电将影响重要用电单位的正常工作或造成公共场所秩序混乱。
三级负荷属于一般的电力负荷，所有不属于上述一、二级负荷的，均属于三级负荷。
（2）各级电力负荷对供电电源的要求：
一级负荷是重要负荷，要求由两路电源供电，若其中一路电源发生故障停止工作时，则另一路电源不会同时损坏。同时，除两路电源外，还必须增设应急电源。其中，常用的应急电源有：蓄电池；干电池；供电网络中独立于正常电源的专门供电线路；独立于正常电源的发电机组。
二级负荷也是重要负荷，也要由两路电源供电，并有两台供电变压器。在其中一台或回路中发生故障时，二级负荷不会中断供电，或中断后迅速能恢复供电。
三级负荷属于一般负荷，所以对供电电源没有特殊的要求。 2.1.2 本工程建筑的负荷类型
本工程为综合性住宅小区，有高层住宅楼、多层办公楼、商铺、泵房、热力交换站、地下车库等公共用电设施。
本次设计的高层住宅楼属于一类高层民用建筑，此类建筑内的消防控制室、火灾自动报警及联动控制装置、火灾应急照明及疏散指示标志、防烟及排烟设施、自动灭火系统、消防水泵、消防电梯及其排水泵、电动的防火卷帘及门窗以及阀门等消防用电应为一级负荷。
住宅小区内的生活给水泵房以及热力交换站的用电负应根据工程规模、重要性等因素合理确定负荷等级，且不应低于二级。
商铺内的主要通道照明和应急照明以及和地下停车库的消防设备被归为二级负荷。 其余的如居民、商业、办公等用电为三级负荷。 用电设备条件汇总如表1所示。
表1 用电设备条件汇总表
用电设备名称 用电设备台负荷等用电设备 相 数 级 电备单台容量（KW） 压（V） 三常用 用 低区生活泵 1 一级 7 380 三中区生活泵 1 一级 8.6 380 三高区生活泵 1 1 一级 11 380 三普通客梯 2 一级 18.5 380 三观光电梯 2 一级 10 380 三消防电梯 1 一级 18.5 380 三正压风机A 4 一级 11 380 三正压风机B 2 一级 7.50 380 三排烟风机 1 一级 5.50 380 三换热机组A 2 一级 7.00 380 三换热机组B 1 一级 4.10 380 三消火栓泵 1 1 一级 75.00 380 三自动喷淋泵 1 1 一级 90.00 380 三潜水排污泵A 1 1 一级 4.00 380 三潜水排污泵B 3 3 一级 2.20 380 三防火卷帘 6 一级 1.00 380 三送风兼消防补机A 1 一级 7.50 380 三送风兼消防补机B 送风兼消防补机C 2 1 一级 一级 1.10 3.00 380 380 三 三送风兼消防补机D 2 一级 2.20 380 三送风兼消防补机E 双速排风兼排烟风1 机A 双速排风兼排烟风1 机B 双速排风兼排烟风1 机C 双速排风兼排烟风1 机D 双速排风兼排烟风4 机E 景观照明 车库照明 变电所照明 2.2 计算负荷概述
2.2.1 概述
现代社会发展迅速，人们对生活环境有了更高的追求。从大的方面来说，住宅小区内的基本生活设施越来越丰富，住宅楼房越来越多样化。本次设计的小区内就包含高层
3 一级 5.50 380 三 一级 17/12 380 三 一级 11/9 380 三 一级 8/6.5 380 三 一级 16/13 380 三 一级 3/2.4 80 40 15 380 住宅楼、多层住宅楼、写字楼、商铺、泵房、热力交换站和地下停车库等设施，不同的建筑用电负荷也大不相同，对整个小区的电气设计要求也有所提高。从小的方面来说，人们生活富裕了，每家每户像是空调、彩电、洗衣机之类的家用电器也在逐渐增多，用电负荷与过去相比有了大幅度的增长。居民用电越来越多样化，所以要根据不同的负荷选取合适的计算方法。
小区的供电系统要能正常，安全可靠地运行，就需要对整个住宅小区的负荷容量和计算负荷进行可靠地计算，才能正确地选择适合变压器的类型、容量以及数目。只有这样，才能满足小区居民现在以及将来的用电需求，并且合理降低了工程造价，节省材料。 2.2.2 计算负荷的步骤
负荷计算主要内容有负荷容量，计算负荷。负荷容量也称安装容量，是住户所使用的用电设备的额定容量或是额定功率的和，是配电系统设计和计算的基础资料和依据。计算负荷也称计算容量、需要负荷，它标志用户的最大用电功率，是配电设计时选择变压器、确定可作为按发热条件选择变压器、导体及电器的依据，并用来计算电压损失和功率损耗，也可作为电能消耗及无功功率补偿的计算依据。
计算负荷需要采用的方法主要有需要系数法、二项式法、单位面积法。方案设计阶段可采用单位指标法；初步设计及施工图设计阶段，宜采用需要系数法。且根据《住宅建筑电气设计规范》JGJ242-2011 3.4.1条：对于住宅建筑的负荷计算，方案设计阶段可采用单位指标法和单位面积法；初步设计及施工图设计阶段，宜采用需要系数法进行计算[3]。因此本论文主要使用需要系数法对有关内容进行计算，并简单介绍单位面积法的基本概念。
（1）单位面积法
建筑的用电负荷常与建筑面积直接相关。对于具有相同功能、用途和档次的建筑，尽管建筑的规模不同，但单位建筑面积上的负荷密度具有统计规律上的相似性。表2列出了当前经济发展情况下各类建筑物的负荷密度。
若已知建筑面积A(m2)，并查表2得到同类建筑的负荷密度指标 （W/m2），可根据下式估算出计算负荷的大小：
PCA （1）
各类建筑物用电指标如表2所示。
表2 各类建筑物的用电指标
建筑类别 用电指标（W/m2） 公寓 30～50 建筑类别 医院 用电指标（W/m2） 40～70 旅馆 办公 商业 40～70 30～70 一般：40～80 高等学校 中小学 展览馆 20～40 12～20 50～80 250～500 8～15 大中型60～120 体育 剧场 40～70 50～80 演播室 汽车库 （2）需要系数法
需要系数标志着用电设备组投入运行时，从供电网络实际取用的功率与用电设备组设备功率之比。需要系数的值总小于1，它不仅与设备的负荷率、效率、台数、工作情况及线路损耗有关，而且与维护管理水平等因素也有关系。
单台用电设备的计算负荷
考虑到设备可能在额定工况下运行，单台用电设备的计算负荷就取设备的安装容量。
PCPN （2） QCPCtan （3）
2SCPC2QC （4）
ICSC3UN （5）
PN——用电设备的安装容量(KW)； UN——设备的额定电压(KV)；
tan——用电设备铭牌给出的功率因数角的正切值； Pc——有功计算负荷(KW)； Qc——无功计算负荷(Kvar)； Sc——视在计算负荷(kVA)； Ic——计算电流(A)。 用电设备组的计算负荷
当计算配电干线（例如，第j条）上的计算负荷时，首先将用电设备分组，求出
各组用电设备的总安装容量PN.i，然后查表得到各组用电设备的需要系数Kd.i及对应的功率因数cosi和功率因数正切值tani，则：
Pc.jPc.iKd.iPN.i （6）
Qc.jQc.iPc.itani （7）
22Sc.jPc.jQc.j （8）
建筑物总计算负荷
建筑物总的负荷计算以建筑内用电设备组或配电干线的计算负荷为基础，从负荷端逐级向电源端计算，而且需要在各级配电点乘以同时系数KΣp，即：
PcKPc.j （9） QcKQc.j （10）
ScPc2Qc2 （11）
需要系数和功率因数可根据表3、表4来进行选择，但并不能局限于此表。电器设备在不断地更新换代，其性能也不断改善，还与它的使用场合有关。所以，需要系数不是一成不变的，不能随便拿起一本书就套用系数，需要研究设备样本里提供的相关数据，结合工程的供电特点和当地的生活条件等因素，从而确定比较合适的需要系数。
需要系数选择表如表3、表4所示。
表3 住宅用电负荷需要系数选择表
按单相配电计算时所连接的基本户数 3 4 6 8 10 按三相配电计算时所需要系数 连接的基本户数 9 12 18 24 30 1 0.95 0.75 0.66 0.58 12 14 16 18 21 24 25～100 125～200 260～300 36 42 48 54 63 72 75～300 375～600 780～900 表4 需要系数及自然功率因数表
需要系数0.50 0.48 0.47 0.45 0.43 0.41 0.40 0.33 0.26 负荷名称 规模（台数） （Kd） 面积<500m2 1～0.9 功率因数（cos） 1～0.9 500～3000m2 0.9～0.7 3000～照明 15000m2 ＞15000m2 商场照明 1～3台 冷冻机房锅炉房 ＞3台 0.7～0.6 0.55 0.6～0.4 0.9～0.7 0.9～0.7 0.8～0.85 0.9 0.75～ 热力站、水泵房、通风机 电梯 1～5台 ＞5台 0.75～0.8 0.8～0.85 0.8～0.6 0.18～0.22 0.5～0.6（交流电）0.8（直流电） 0.8～0.9 ≤100KW 洗衣机房、厨房 ＞100KW 4～10台 窗式空调 10～50台 50台以上 ＜200KW 舞台照明 ＞200KW 2.2.3 本工程负荷计算
0.4～0.5 0.3～0.4 0.8～0.6 0.6～0.4 0.4～0.3 1～0.6 0.9～1 0.6～0.4 0.8 本工程采用需要系数法进行计算，计算过程如下。 （1）住宅用电部分
根据实际负荷估算，规定面积在100㎡以下的每户按4KW计算，120㎡-150㎡的每户按5KW计算，150㎡以上的每户按6KW计算。由此可知，户型1为4KW/户的共4户、户型2为5KW/户的共9户、户型3为6KW/户的共2户。使用需要系数法计算负荷，每层一个电表箱。用6条配电干线从地下室二层变电所引来,每条配电干线连接5个楼层电表箱，其中一条干线连接4个楼层。本次设计以住宅负荷计算为主，以其中一条配电干线为例，其余负荷按相同方法计算，结果如表5所示。
用户配电箱部分，由公式2可得安装容量：
楼层电表箱,查表3、4得Kd=0.75，cos=0.9，tan=0.48，由公式6和公式7可得楼层电表箱的计算负荷：
配电干线,查表3、4得Kd=0.4，cos=0.9，tan=0.48，由公式6和公式7可得配电干线的计算负荷：
住宅负荷计算如表5所示。
表5 住宅负荷计算
用电设备 1#住宅干线 2#住宅干线 3#住宅干线 4#住宅干线 5#住宅干线 6#住宅干线 合计 安装容量（KW） 292 365 365 365 365 365 2117 有功(KW) 87.6 109.5 109.5 109.5 109.5 109.5 635.1 无功(Kvar) 42.05 52.56 52.56 52.56 52.56 52.56 304.85 在计算负荷的过程中还会涉及到同时系数。同时系数主要用在计算小区总负荷或计算变电所容量，由于用电设备组的全部设备并不同时运行，存在同时运行系数，所以需要乘以同时系数来折算负荷。同时系数取值需要根据当地的用电水平具体分析，本次设计同时系数取KΣp=0.9，KΣq=0.95。由表5中的数据和公式9和公式10可计算得：
因此住宅部分总的计算负荷为571.59KW （2）公共用电部分
本工程公共用电部分包括：多层办公楼用电、电梯用电、消防用电、园林及建筑景观用用电、生活水泵用电、路灯和公共照明用电、排污设备用电等照明负荷以及动力负荷。本次计算以商业区和写字楼的计算负荷为主，其余负荷可根据表4查找需要系数，并根据2.2.2中所介绍的公式对各个用电设备进行负荷计算，具体计算结果见附录表。
由所给资料可知商业区和写字楼的安装容量分别为261KW和208KW，根据需要系数法计算出其计算负荷。
商业区需要系数查表4得：Kd=0.85，cos=0.9，tan=0.48。 由公式6和公式7可得：
写字楼需要系数查表4得：Kd=0.7，cos=0.9，tan=0.48。 由公式6和公式7可得：
一般情况下，备用设备与消防设备都不考虑在计算负荷之内，只有当消防用电的计算有功功率大于火灾时可能同时切除的一般电力、照明负荷的计算有有功功率时，按未切除的一般电力、照明负荷加上消防负荷计算低压总设备功率。
2.3 无功补偿
2.3.1 无功补偿的目的
由于现在的用电设备大都属于阻性负载和阻-感性负载，所以整个供电系统通常是阻感性的，因此供电系统中会消耗大量的无功功率，从而导致功率因数的降低。功率因数的降低会使电能的传输产生大量的损耗，并且无功功率会影响电压的损耗，同时也会使电力设备的利用率相应降低，造成较多的经济和能源的浪费。所以，根据供电部门的有关规定，需要对功率因数进行一定限制，在某些供电场所需要达到一定的数值，低于这一数值是就必须进行无功功率的补偿，以免产生不必要的损失。
根据实际情况，一般居民小区的自然功率因数范围在0.7—0.75之间。但是，根据有关规定，居民用电的功率因数应当保持在0.9以上，以满足供电要求[4]。当功率因数不满足要求时，首先应当想办法提高自然功率因数。要想提高自然功率因数，可以选择合适的电动机型号规格，防止电动机长时间空载运行或者合理选择变压器的容量等方法都可达到目的。若提高自然功率因数仍达不到要求，则需要对小区内的供电系统进行无功补偿。
2.3.2 无功补偿的方法
一般来说，要想补偿无功功率的方法有：改变发电机的端电压，就地补偿无功功率等。由于改变发电机端电压这种补偿方式补偿距离较远，损耗比较大，投资高，因此这种方法对于小区供电这种远距离，补偿地点分散的场合并不适用。所以，小区供配电系统的无功功率补偿一般采用就地补偿的方法。
本工程无功补偿采用并联电容器的方法。并联电容器装设位置共有高压集中补偿、低压集中补偿和单独就地补偿是三种方法。本次设计采用低压集中补偿的方法。
低压集中补偿是指将低压电容器装设在10KV变电站0.4V的低压母线上。该方法能够有效的补偿低压侧用电设备所消耗的无功功率，虽然无法对低压侧配电系统起到无功补偿的作用，但是能够减少高压侧供电系统中的电能损耗。这种方法补偿与其他方法比较，使用电容器设备较为便宜，投资较小。并且具有接线简单，管理方便，电容器的利用率较高等优点，能够使无功就地平衡。不仅如此，补偿无功后会使10KV变压器的视在功率变小，从而能够将选择变压器的容量减小，减小了变压器的投资。
并联电容器采用自动调节的控制方式，俗称无功自动补偿装置。电容器在低压母线进行补偿时均为自动补偿方式，即实际补偿电容器容量随自然功率因数的变化而调整。低压无功自动补偿装置示意图，如图1所示。
图1 低压无功自动补偿装置的原理电路
2.3.3 无功补偿容量
自然功率因数的计算方法如下：
cosPC （12） SC采用分组自动投切的补偿装置的无功补偿容量应按下式确定：
QCPC(tan1tan2) （13）
tan1——补偿前功率因数cos1对应的正切值； tan2——补偿后期望的功率因数cos2对应的正切值。 在这里以供住宅负荷的T3变压器进行无功补偿为例。
根据2.2.3中计算出的数据Pc∑=571.59KW，Qc∑=289.61KW，由公式11可得出视在功率为：SC2PC2QC571.592289.612640.77KVA 由公式12可算出自然功率因数，即：cos=Pc∑/Sc∑=571.59/640.77=0.89所以住宅部分负荷自然功率因数为0.89，补偿后期望达到0.97，则由公式13可得：
根据计算出来的结果，可选用4组额定容量为15Kvar的电容器和3组额定容量为30Kvar的电容器。因此，实际补偿容量为150Kvar。
公共部分负荷T1、T2变压器无功补偿可用此方法进行计算，结果见表9、表10。
3 短路电流的计算
3.1 短路计算的目的
（1）为了选择和校验电气设备。如断路器、隔离开关、熔断器、互感器、母线、瓷瓶、电缆、架空线等等。其中包括计算三相短路冲击电流、冲击电流有效值以校验电气设备电动力稳定，计算三相短路电流稳态有效值用以校验电气设备及载流导体的热稳定性，计算三相短路容量以校验断路器的遮断能力等。
（2）为继电保护装置的整定计算。在考虑正确、合理地装设保护装置，在校验保护装置灵敏度时，不仅要计算短路故障支路内的三相短路电流值，还需知道其它支路短路电流分布情况；不仅要算出最大运行方式下电路可能出现的最大短路电流值，还应计算最小运行方式下可能出现的最小短路电流值；不仅要计算三相短路电流而且也要计算两相短路电流或根据需要计算单相接地电流等。
（3）在选择与设计系统电气之接成时，短路计算可为不同方案进行技术性比较以及确定是否采取限制短路电流措施等提供依据。
3.2 无限大容量电源条件下短路电流的计算
无限大容量电力系统，是指供电容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统。其特点是：当用户供电系统的负荷变动甚至发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压能基本维持不变。如果电力系统的电源总阻抗不超过短路电路总阻抗的5％～10％，或者电力系统容量超过用户供电系统容量的50倍时，可将电力系统视为无限大容量系统[5]。
3.2.1 短路电流计算基本步骤
本工程采用标幺值法计算短路电流，其基本步骤为： （1） 确定基准值
基准容量：Sd=100MV·A；基准电压：Ud=Uc。 基准电流：
IdSd/3Ud （14）
Uc——元件所在处的短路计算电压（KV） （2）计算短路回路各元件的电抗标幺值 电力系统电抗：
*XSSd （15） SOCSOC——电力系统变电所高压馈电线出口处的短路容量（MV·A）。
电力线路电抗：
*XWLX0lSd （16） 2UCXo——电力线路单位长度的电抗（Ω/km）；l——电力线路的长度（km）。 电力变压器电抗：
*XTUK%Sd （17）
100SN。 UK%——电力变压器的短路电压百分值；Sd ——电力变压器的容量（MV·A）（3）绘制出短路回路的等效电路,通过网络变换简化短路电路，计算短路回路的总电抗标幺值。若短路回路的总电阻值大于总电抗值的1/3，需计入电阻值。
（4）计算三相短路电流与短路容量
(3)三相短路电流周期分量有效值IK：
(3)IKId （18） *X三相短路次暂态电流和稳态电流：
(3)(3)IKI''(3)I （19）
三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流的有效值：
(3)ish2.55I''(3) （20）
(3)Ish1.51I''(3) （21）
三相短路容量：
(3)SKSd （22） *X（5）两相短路电流
(2)(3)IK0.866IK （23）
3.2.3 本工程短路电流计算
本工程由当地供电部门提供两路10KV专用电源，进线以电缆方式引入，由当地供电部门提供的开闭所10KV馈线处短路系统数据为：Soc=200MV·A，开闭所馈线开关过电流保护延时时间1.5S。
以变压器高压侧(即图3中d1点)短路电流的计算过程为例，步骤如下： （1）确定基准值
基准容量：Sd=100MV·A；基准电压：Ud=1.05Un=10.5KV。 基准电流，由公式14得：
（2）计算短路回路各元件的电抗标幺值 电力系统电抗标幺值
*由公式15得：XSSd100MVA0.5 SOC200MVA 供电线路电抗标幺值
查阅相关手册及产品样本，可取Xo=0.093Ω/km。
*X0l由公式16得：XWLSd1000.09330.253 2UC10.52**Xwl0.50.2530.753KA 总的电抗标幺值为：X*d1XS （3）计算三相短路电流与短路容量： 三相短路电流周其分量有效值
(3)由公式18得：Id1IdX*d15.57.3KA 0.753 其他三相短路电流 由公式19、20、21得： 三相短路容量
(3)由公式22得：Sd1Sd100132.8MV·A X*d10.753 两相短路电流
(2)(3)由公式23得：Id10.866Id16.32KA
根据图2绘制出短路等效电路图如图3所示。
图2 电气系统接线图 图3 标幺值法计算的等值电路
图
变压器高压侧短路电流计算结果如表6所示，低压侧短路电流计算与高压侧计算方法相同，计算结果如表7所示。
表6 高压侧短路电流计算结果表 三相短路电流（KA） 短路计周期分量次暂态算点 有效值Ik(3) 电流I''(3) d1 7.3 7.3 路电流流峰值（MV·（MV·(3)I (3)ish 三相短两相短稳态短冲击电路容量路电流(3)(2)A）SK A）IK 7.3 18.6 132.8 6.32 表7 低压侧短路电流计算结果表
短路计算点 三相短路电流（KA） 两相短路电 (2)IK（MV·A） 周期分量次暂态电流冲击电流峰流有效值Ik(3) I''(3) d2 d3 d4 17.54 16.94 0.8 17.54 16.94 0.8 (3)值ish 32.24 31.14 1.47 15.19 14.67 0.69 4 本工程供配电措施设计方案
4.1 供配电系统概述
小区供配电系统的设计的合理性对于可靠供电来说是十分关键的。它是由发、输、变、配用几个部分组成起来的。本次设计的小区供配电系统大致过程是：从附近市政开闭所引来两路10KV电源，将10KV电源接引至小区变电所中，变压器将电压由10KV变为0.4KV，通过配电干线输送到楼层配电箱，最后进入到各用户配电箱。住宅建筑使用380V/220V三相五线制供电。从配电所三相五线至小区每座楼的楼层配电箱。供配电系统中应使接线保证安全性的同时，尽量满足灵活性并且维修简便。还应能够达到使用和生产所需的电压质量和供电可靠性的要求。此外，还应当使电能损耗尽量降低，同时还要减少有色金属的消耗。
从实践上看，由于我国经济的快速发展，用电负荷增长速度快。因此，住宅小区的供配电系统一定要将设计的眼光放长远一些，从实际出发，为以后增长的负荷预留一定的空间与容量。
4.2 变电所的设计
4.2.1 变电所位置及环境
变电所的位置应尽量选择靠近负荷中心的地方，以降低配电系统的电能损耗和电压损耗，并能有效减少一次投入，提高电能质量。住宅小区内的变电所应遵循小容量、密布点、靠近负荷中心的原则进行配置。进出线方便，考虑电源的进线方向，偏向电源侧。同时，应尽可能设置在环境干燥，远离有腐蚀性、尘埃多的环境中，最好能留有发展空间的场所。配电设备的布置必须遵循安全、可靠、适用和经济等原则，并应便于安装、操作、搬运、检修、试验和监测[6]。
当高层建筑楼层较高时，用电负荷较大而且分散，对供电可靠性要求高，配电干线
压降不得超过允许值，以降低线路电能损耗。因此，高层建筑多采用楼内变电所。楼内变电所常有以下几种设置方式：地下室、中间的某层和高层。本次设计将变电所设置于楼内地下二层。
4.2.2 变压器容量和数目的选取原则
变压器的容量首先要满足在计算负荷下变压器能够长期可靠运行。单台变压器的额定容量SNT与计算负荷Sc的关系应满足：
SNTSC (24)
对于两台并列运行的变压器，则应满足:
SNT1SNT2SCSNT1SCISCII (25) SNT2SCISCIISNT1,SNT2——分别为并列运行的两台变压器的额定容量；SCⅠ，SCⅡ——分别为负
荷SC中一级和二级负荷的容量。
变压器容量的选择除必须满足上述基本要求外，还应考虑：为适用发展和调整的需要，变压器容量应留有15％～25％的裕量，满足变压器经济运行条件。
对于居民住宅、机关学校等，如果1台变压器能满足用电负荷需要时，宜选用1台变压器，其容量大小由计算负荷确定，但总用电负荷通常在1000kVA及以下，且用电负荷变化不大。对于有大量一、二级用电负荷、或用电负荷季节性（或昼夜）变化较大、或集中用电负荷较大的单位，应设置两台及以上电力变压器。如有大型冲击负荷，如高压电动机、电炉等动力，为减少对照明或其他负荷的影响，应增设独立变压器。对供电可靠性要求高，又无条件采用低压联络线或采用低压联络线不经济时，也应设置两台电力变压器。选用两台电力变压器时，其容量应满足在一台变压器故障或修时，另一台仍能保持对二级用电负荷供电，但需对该台变压器的过负荷能力及其允许运行时间进行校核国产电力变压器的短时过负荷运行。
综上所述，电力变压台数和容量的确定，应根据供配电计算负荷、供电可靠性要求和 用电单位的发展规划等因素综合考虑确定，力求经济合理，满足用电负荷的要求。一般说来，选用电力变压器的台数愈多，供电的可靠性愈好，但增加了设备投资和维护运行等费用。因此，在供电可靠性保证的条件下，电力变压器的台数应尽量减少。 4.2.3 变压器容量及数目的选择
通过计算负荷可以求得变压器的总容量。总的视在计算负荷公式为：
SCPcjcos (26)
由于变压器在运行时还需要考虑到负荷率的影响，并且多台设备在运行的时候，各台设备用电的最大值不会同时出现，所以在选择变压器的时候还需要计入同时系数。变压器的负荷率一般在75%-85%，本次负荷率取值85%，即β=0.85。同时系数的参考值，取值一般为0.85～0.95，但各级同时系数的乘积不宜小于0.8，由于愈趋向电源端，负荷愈平稳，所以对应的值也愈大，本次设计同时系数取K∑p=0.9。
因此变压器容量的计算方法为：
SCPcjKP （27） cosPcj——计算负荷；cos——功率因数； β——变压器的负荷率；K∑p——同时系数。 （1）住宅用电部分变压器容量计算
由2.3.3中计算可知功率因数补偿后为0.97，即cosC∑=571.59，所以在这里不再重复同时系数的运算。由公式27可计算出：
因此住宅部分供电可选用一台800KVA的变压器，计算数据如表8所示。
表8 变压器T3
需要容量 设备容用电设备名称 量（KW） 1#住宅照明干线 2#住宅照明干线 3#住宅照明干线 4#住宅照明干线 5#住宅照明干线 6#住宅照明干线 合计 计入同时系数 292 365 365 0.9 365 365 365 2117 8 109.5 109.5 109.5 52.56 52.56 52.56 0.4cos （KW） （Kvar） 87.6 109.5 109.5 42.05 52.56 52.56 量 tan有功无功T3容635.1 304.85 571.59 289.61 0.8 KΣp=0.9 KΣq=0.95 补偿容量 补偿后 变压器选择 （2）公共用电部分变压器容量计算
9 0.9 7 150 693.2571.59 139.61 6 800kVA 变压器T1、T2为公共用电部分，由公式27可得： T1：SCPcjKT2：SCPcjKPP/cos328.720.9/0.980.85355.1kVA /cos345.150.9/0.980.85372.91kVA
具体计算结果和无功补偿计算如表9、表10所示。
表9 变压器T1 设备用电设备名称 台数 写字楼照明 （KW） 0.4141 0.7 0.9 8 0.4物业照明 10 0.9 0.9 8 0.4变电所照明 15 0.9 0.9 8 13.5 6.54 9 4.32 98.7 7 47.3 设备容量Kd （KW） Kvar 量 costan有功无功T1容需要容量 0.4车库照明 40 0.8 0.9 8 0.7消防控制室 客梯（备） 观光电梯（备） 低区生活泵 中区生活泵 高区生活泵 换热机组A 换热机组B 潜水排污泵A 潜水排污泵B 公共照明兼应急照 明（备） 0.8 公共照明兼应急照 明 送风兼消防补机A 1 送风兼消防补机B 2 送风兼消防补机C 1 送风兼消防补机D 2 7.5 2.2 0.7 0.8 3 4.4 5 2.1 0.766 1 5 66 0.7 2 2 1 1 1 2 1 1 3 7 0.78.6 0.8 0.8 5 11 14 0.5 0.8 4.1 4 0.8 0.8 6.6 5 2.4 5 0.70.78.8 7 5.6 15 1 0.8 5 15 32 15.3 6 11.2 5 4.2 6.88 5.16 6.6 5.25 2.05 1.53 3.2 2.4 1.8 49.5 5.25 3.93 1.54 1.15 1.57 3.08 2.31 送风兼消防补机E 3 16.5 双速排风兼排烟风1 机A 双速排风兼排烟风1 机B 双速排风兼排烟风1 机C 双速排风兼排烟风1 机D 双速排风兼排烟风4 机E 9.6 13 6.5 0.7 0.8 5 0.79 12 11.55 8.66 8.4 6.3 6.3 4.72 4.55 3.41 9.1 6.82 6.72 5.04 328.7205. 2 19 194. 5 8 5 400kVA 3 1 295.893 150 44.9355.合计 计入同时系数31 426 0.8KΣp=0.9， KΣq=0.95 补偿容量 补偿后 变压器选择 1 表10 变压器T2 0.9 3 295.8 设备用电设备名称 台数 写字楼照明 设备容量Kd （KW） 0.467 0.7 0.9 8 0.80.40.9 5 8 0.456 8 46.9 costan有功需要容量 无功T2容（Kvar（KW） ） 22.51 量 商业照明 261 221.85 106.4 景观照明 变电所照明 80 0.7 0.9 26.88 （备） 消防控制室 （备） 客梯 观光电梯 低区生活泵2 2 37 1.7 7.4 4 12.8 6.92 0.2 0.5 20 3 1 （备） 中区生活泵1 （备） 高区生活泵1 （备） 换热机组A2 （备） 换热机组B1 （备） 潜水排污泵A1 （备） 潜水排污泵B3 （备） 公共照明兼应 急照明 公共照明兼应 急照明（备） 送风兼消防补1 机A（备） 送风兼消防补2 机B（备） 送风兼消防补1 机C（备） 送风兼消防补2 机D（备） 9 1 0.8 5 0.79 6.75 送风兼消防补3 机E（备） 双速排风兼排1 烟风机A（备） 双速排风兼排1 烟风机B（备） 双速排风兼排1 烟风机C（备） 双速排风兼排1 烟风机D（备） 双速排风兼排4 烟风机E（备） 合计 计入同时系数0.8KΣp=0.9，KΣq=0.95 补偿容量 补偿后 变压器选择 1 8 400kVA 0.9 310.64 53.23 1 120 372.9 7 310.64 173.23 31 449 345．15 182.35 由表9、表10的计算结果可知，公共用电部分需要两台400kVA的变压器。
4.2.4 变压器类型的选择
10kV 配电设计中，电力变压器是供配电系统的关键设备，并影响电气主接线的基本形式和变电所总体布置形式。供配电系统设计时，应经济合理地选择变压器的型式、台数及容量，并使所选变压器的总费用最小。变压器一般结合用电环境和用电性质来对其型号的选择，并且应符合低噪音，节能，维护方便等要求。
由于住宅楼的负荷大多数为单相负荷，所以很容易造成三相不平衡现象，并且负荷超出变压器每相额定功率15％的情况，因此，变压器一般选用D，yn11的联结方式。额定电压及分接头开关10×(1±2×2.5%)KV/0.4KV。
小区变电所内变压器容量和台数，应按实际需要设置。当终期容量在800kVA及以上时，宜设两台或两台以上变压器，油浸式变压器单台容量不应超过800kVA，干式变压器单台容量不应超过1250kVA[8]。
住宅小区或是民用建筑变电所中所选用的变压器一般有全密封油浸式变压器和干式变压器，高压开关应采用真空断路器，也可采用六氟化硫断路器，但通风条件好，从防火安全角度考虑，不采用少油断路器。当小区的变电所位于地面的时候，就可以选用全密封油浸式变压器，这样就可以处在独立的变电所内。
采用楼内变电所时，应注意采取相应的防火和通风散热措施。根据建筑消防规范要求，在高层建筑主体内不允许设置有可燃性油的电气设备变电所。如油浸式电力变压器不得采用，而应选用具有防尘、耐潮湿和难燃性能的环氧树脂浇注式（SCL)和六氟化硫（SF6)型干式电力变压器。 4.2.5 本工程变电所的设计
根据设计需要和实际情况特点，本工程需设置2座变电所，设于本楼地下二层。由于采用楼内变电所，所以变压器选用干式变压器。变压器型号选择10KV级SCB10系列树脂浇注干式电力变压器。分别根据计算后的结果和小区的供电特点，可知本次设计一共需要三台干式变压器，其中两台容量为400kVA的干式变压器（SCB10-400kVA），一台容量为800kVA的干式变压器(SCB10-800kVA)。1#变电所内设置800kVA的干式变压器1台，供住宅用电部分使用；2#变电所内设置400kVA的干式变压器2台，供公共用电部分使用。
4.3 电气主接线方式的设计
变电所的主接线（或称作一次接线）是供电系统的重要组成部分，表示用电单位接受和分配电能的路径和方式。主接线的设计应从灵活、经济、可靠、安全这四个方面来考虑。它是由电力变压器、断路器、隔离开关、避雷器、互感器、移相电容器、母线或电力电缆等电气设备，按一定次序连接起来的电路。
4.3.1 高压电气主接线
高压侧电气主接线共有以下几种方式： （1）一路电源进线的单母线接线
这种结线方式适用于高层建筑负荷不大、可靠性要求稍低的场合。 （2）两路电源进线的单母线接线
两路10kV电源一用一备，一般也都用于二级负荷的供电。 （3）无联络的分段单母线接线
两路10kV电源进线，两段高压母线无联络，一般采用互为备用的工作方式。这种接线也只用于高层建筑的负荷不大、可靠性要求稍低的场合。
（4）母线联络的分段单母线结线
这是高层建筑中最常用的高压主接线形式，两路电源同时供电、互为备用，通常母联开关为断路器，可以手动切换、也可以自动切换。
变电所的高压及低压母线宜采用单母线或分段单母线接线当供电连续性要求很高时高压母线可采用分段单母线带旁路母线或双母线的接线[9]。本工程高压电气主接线使用单母线分段式接线方式。 4.3.2 低压电气主接线
目前国内的住宅小区普遍采用单母线分段或单母线接线、互为备用、母联开关手动或自动切换，作为低压侧电气主接线方式。
本工程由于住宅负荷属于三级负荷，所以800kVA住宅变压器低压侧使用单母线接线方式。公共负荷包括二级以上负荷，所以两个400kVA的变压器低压侧使用单母线分段式接线方式，互为备用。
4.4 配电系统线路的设计
电力线路是电力系统的供配电重要的组成，是联结各变压器和用电设备的纽带，同时也担负着分配和输送电能的任务。供配电系统设计中的电力线路应当首先满足供电的可靠性，安全性，经济性，并且使接线尽量简单明确，最好能留有一定的发展空间。住宅小区供配电线路中多采用电缆供电，既美化了小区环境，电缆线路运行可靠性高，不易受外界影响，也减少了安全事故[10]。但是成本较大，不便维修，投资较高。
对于供配电系统设计来说，导线和电缆的选择是十分重要的。因为电缆担负着重要的职能，必须保证其型号截面积的合适，选择的合适不仅能使电能安全的可靠地传输分配，并且能够节约有色金属的消耗，减低投资。 4.4.1 配电线路的接线方式
电力线路的接线方式指的是电能由电源端向负荷端输送所时使用的连接形式。放射
式、树干式（链式）和环式是三种常见的接线方式[11]。
（1）放射式接线
这种接线方式的优点是其引出的支路互不影响，一路出现故障对于其他几路没有影响，供电可靠性高。但采用的开关设备多，有色金属的消耗较多。所以这种方法一般适用于要求供电可靠性高或设备容量大的配电中。用于重要负荷和大型用电设备的供电。放射式接线如图4所示。
图4 放射式接线图
（2）树干式接线（链式）
树干式接线的供电可靠性比较差，一旦发生故障，可能影响的的范围很大。但是对于有色金属的消耗和开关设备的消耗都比较少，可使变电所的结构大大简化，减低投资。这种方式适用于用电设备距离近，容量小（不超过10KW），配电箱不超过3台的情况。树干式接线如图5所示。
图5 单支树干式接线
（3）环形接线
这种方法的接线供电可靠性很高，在任意一段线路内发生故障都不会造成中断供电或停电。此方法可使电能损耗和电压损耗减少，但是环形系统的保护装置及其整定配合比较复杂，容易误动作，扩大停电范围。在现代城市配电网中，这种接线应用较广。环形接线如图6所示。
图6 环形接线图
4.4.2 本工程选用的接线方式
由于本设计工程内有消防用电设备、消防泵、生活水泵、中央空调的冷冻机组、电梯等一级负荷，所以小区内从配电所到各住宅楼，一级负荷应从配电室以放射式接线方式供电。消防用电设备采用双电源末端切换。
在多层建筑物内，由总配电箱至楼层配电箱宜采用树干式配电或分区树干式配电。对于容量较大的集中负荷或重要用电设备，应从配电室以放射式配电；楼层配电箱至用户配电箱应采用放射式配电。在高层建筑物内，向楼层各配电点供电时，宜采用分区树干式配电；由楼层配电间或竖井内配电箱至用户配电箱的配电，应采取放射式配电；对部分容量较大的集中负荷或重要用电设备，应从配电所低压配电室以放射式配电[12]。
高压系统及低压干线的配电方式基本都采用放射式，楼层配电则采用混合式系统，除重要负荷外，楼层配电可采用分区树干式配电。
4.5 电缆的选择
4.5.1 电缆型号选择
电缆由导电线芯、绝缘层和保护包皮三部分组成。电力电缆可选用铜导体或是铝导体，一般像居住建筑、商场等民用建筑工程以及消防设施和应急系统等多采用铜芯电线电缆。线芯主要分为单芯、三芯、四芯、五芯等，此次设计的小区10KV电缆使用三芯电缆，0.4KV应使用五芯电缆。直埋电缆宜选用能承受机械张力的钢丝或钢带铠装电缆。
10KV电压等级应选用三芯铜芯导体交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆。根据使用环境可采用防水外护套、阻燃型，电缆线路的土建设施如不能有效保护电缆时，应选用铠装电缆。
本次设计10KV电缆采用型号为YJV-8.7/15-3×95 SC100即：铜芯导体交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆，额定电压8.7/15KV，3芯每芯导体截面积95mm2并敷设于100mm的焊接钢管内；0.4KV电缆采用WDZN-YJV-1KV-4×120+1×70 SC100即：无卤低烟阻燃耐火型铜芯导体交联聚乙烯护套电力电缆，耐压1KV，4根120 mm2加一根70 mm2的导线。 4.5.2 电缆的敷设
常用的电力电缆的敷设方式主要有直接埋地敷设、电缆沟敷设、电缆排管敷设等等。本次设计工程的敷设方式是：10KV进线电源电缆入户前穿管埋地敷设，入户后采用梯架/电缆沟相结合的敷设方式。建筑内部电缆采用阻燃型/耐火型电缆沿电缆沟/桥架明敷。电缆沟敷设是由砖砌或混凝土浇筑成缆沟，在缆沟侧壁上预埋电缆支架，并将电缆敷设在电缆支架上。电缆数量较少时可为单侧支架，电缆数量较多时可为双侧支架。这种方式的建设投资较高，但节省土地、便于电缆的检修和再敷设。 4.5.3 电缆截面积的选用原则
导线截面积的选择有五种原则，应同时满足这些原则。为了保证安全，一般按照最难达到的原则来选择，然后通过其他原则来校验。10KV线路应先按短路热稳定来进行选择，再校验其他原则；对于0.4KV的低压配电线路来说，电压损失较大同时还对电压要求较高，所以常按照允许电压损失的原则选择截面积，再校验其它原则[13]。
（1）按允许载流量选择
负荷电流经过导线或者电缆的电阻和电抗时会产生一定的功率损耗，并且使之温度升高。为了防止电缆因温度过高而引起的绝缘老化，电缆的发热量不应超过其最高允许温度（+70℃）。所选电缆的最大允许载流量应大于计算负荷电流。
（2）按允许电压损失选择
但电流流过线路时，线路上的电阻和电感会产生压降。为了保证供电质量，产生的
损失则不应超过允许的损失范围。
（3）按经济电流密度选择
此方法主要考虑线路建设的投资、电能损耗和折旧费等方面，一般采用在35KV以上的线路中较为合理。
（4）按导线机械强度选择
一般架空线需要考虑此原则，主要是根据气候环境和短路电流的电动力等方面来考虑。为保证安全，选择的截面积不能小于架设时机械强度所需的最小截面积。
（5）按短路热稳定条件选择
一般电缆需要考虑此原则，进行热稳定校验。电缆的截面积不应小于短路热稳定最小截面积。
有以上原则可知，电压等级为10KV以下的电缆，无需校验机械强度和经济电流密度这两个原则。
4.5.4 高压侧电缆截面积的选择
本次设计以高压电缆的设计为主，以高压柜至800kVA变压器一次侧的电缆为例。 （1）电缆选型及敷设方式
选用YJV-8.7/15型3芯电缆，在变电所内采用电缆沟敷设。 （2）按短路热稳定选择截面
(3)根据3.2.2中计算的结果，查表6可知，三相短路电流：Id17.3KA。
热效时间：
timatk0.05s （28）
由公式28可得：timatk0.05s(toptoc)0.05s0.50.10.050.65s 热稳定系数：C140A·S/mm2。 热稳定最小允许截面：
(3)SminId1tima （29） C根据公式29可以求得Smin72.9mm2，所以选取电缆截面：95mm2。 （3）按允许温升校验截面 变压器的额定电流为：
IS （30） 3U 根据公式30求得：IS80046.19A 3U310根据干式变压器的工作特点，最大工作电流值可按变压器额定电流的1.2倍来考虑。所以线路最大工作电流为：Imax1.246.1955.43A
初选电缆截面S=95mm2，载流量：Iz=195A>Imax=55.43A，符合条件。 （4）按电压损失校验截面
该段线路较短，电压损失极小，不需校验。 （5）结论
10KV出线电缆选型为YJV-8.7/15-3×95即：铜芯导体交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆；额定电压8.7/15KV；3芯每芯导体截面积95mm2。
4.6 本工程设计说明
本工程为三十一层商住楼和六层办公楼，商住楼属一类高层建筑。消防控制室、消防水泵、消防电梯及其排水泵、防排烟设施、火灾应急照明及疏散指示标志等消防用电，走道照明等。客梯电力，排污泵，生活水泵等电力设备属于一级负荷，其余为三级负荷。一级负荷供电双电源，最末一级自动切换。总电源采用两路独立电源供电并且同时供电，共设2路进线，电源分别引自就近市政开闭所，供电电源电压等级为10kV。
变电所设于地下二层且设两个变电室。本工程设置三台变压器一台800KVA，两台400KVA，分别设置在两个变电室内。高压采用单母线分段，自动切换，互为备用。电源进线全部采用电缆进线。高压系统及低压干线的配电方式基本上都采用放射式系统。楼层配电则为混合式系统。
公共变压器低压侧配电采用单母线分段供电方式，正常时母联开关为分闸状态，当其中一台变压器故障时，该变压器退出运行，断开其回路高压开关，视负荷情况切除部分三级负荷后再合母联开关，保证重要负荷用电。住宅变压器低压侧配电采用单母线供电方式。对消防负荷保证两路电源供电（其中一路备用），重要消防负荷在末级配电箱内自动切换。低压配电系统各级开关均采断路器，设置瞬时、短延时、长延时三级过流保护装置。
电气主接线大致如下图7所示：
图7 电气主接线图
供配电示意图如图8所示：
图8 供配电示意图
5 防雷接地保护
供配电系统进行正常运行，首先必须要保证其安全性，防雷设计和接地设计是否合适可靠，是保证电气安全的主要原因。
5.1 防雷保护系统
5.1.1 建筑物的防雷分类
防雷系统主要可分为防直击雷、防感应雷和防雷电波侵入这三种。建筑物的防雷设备主要有接闪器或避雷器、引下线和接地装置等组成。
建筑物防雷设计，主要根据GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》，并应在认真调查地理、地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律以及被保护物的特点等的基础上，详细说明防雷装置的形式及其布置[14]。
建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果确定防雷分类。分为三类防雷建筑物。
第一类防雷建筑物，应有防直击雷、防雷电感应和防雷电波侵入的措施。 第二类防雷建筑物，应有防直击雷和防雷电波侵入的措施，处于爆炸危险环境的建筑物还应有防雷电感应措施。
第三类防雷建筑物应有防直击雷和防雷电波侵入的措施。 5.1.2 本工程建筑物防雷保护
根据所给资料，本地区年平均雷暴日24.8d/a，住宅建筑年物预计雷击次数为：0.0812次/a；写字楼建筑年物预计雷击次数为：0.0359次/a。依据建筑物的防雷标准可知，本次设计的建筑物按第三类防雷建筑设计。应有防直击雷和防雷电波侵入的措施，由于高层住宅楼的高度超过60m，还应当采取防侧击和等电位的保护措施。
（1）防直击雷措施：直击雷保护应在建筑物的屋顶上设置避雷针或避雷线或避雷带，或由其混合组成的接闪器。保护时需要注意接闪器的保护范围应包括屋顶其他的突出的物体。接闪器将雷电引向自身，然后通过引下线和接地装置将雷电流泄入大地。以避雷带（Φ10镀锌圆钢）明敷于天面女儿墙，楼梯间及水箱上，作为防雷接闪器，避雷带与引下线及所有突出屋面的金属物均需可靠焊接，并完成完好的电气通路。室外高度60m及以上每三层利用结构梁内四根柱钢筋，每根≥Φ12mm沿建筑物周边焊通成闭合环路，并与引下线焊通，作暗敷避雷带兼作均压环。室外高度60m及以上外墙上的栏杆，门橱等较大的金属物直接或通过金属门窗埋铁与防雷装置连接以防侧击雷。
可使用建筑物顶部的金属构件作为避雷网，引下线处利用建筑物钢筋混凝土剪力
墙，柱内两根主筋，每根≥Φ16mm作引下线，作引下线的剪力墙内两根主筋上下焊通，其上部与接闪器焊接，下端和基础内沿周围焊通的接地网主筋焊接，并要求与所有作防雷用之结构钢筋焊通。
利用基础内钢筋作自然接地体，引下线与地梁及基础内沿周边焊接成闭合环路的钢筋可靠焊接成电气通路。用两根镀锌扁钢-40×4与毗邻建筑接地装置应相应互相连接，形成统一的基础接地网。每根引下线的冲击接地电阻值要求不大于1欧姆。接地装置则可使用基础钢筋。
（2）防雷电波侵入的措施：要求进出建筑物的电缆的金属外皮、穿线钢管、金属管道等在进出处做总等电位联结并与防雷接地装置焊接；在变压器高低压侧，电源进出建筑进出户处，设置适配的专用SPD 保护。
5.2 接地保护系统
5.2.1 接地方式
在住宅电气设计建设中为确保电器设备和人身安全务必做好用电系统的安全接地。电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接称接地[15]。埋入土壤或混凝土基础中作散流用的导体，称接地体。接地又分为工作接地、保护接地和重复接地。
（1）工作接地：在正常情况下，为了保证电气设备可靠运行，而将电力系统中某一点接地称为工作接地。
（2）保护接地：将在故障情况下可能呈现危险的对地电压的设备外露可导电部分进行接地称为保护接地。低压配电系统接地型式有IT系统、TT系统和T N系统（包括TN-C、TN-S、TN-C-S系统）共五种。
在中性点直接接地的低压供电系统中既可采用保护接地，也可采用保护接中性线。在中性点不接地的低压供电系统中，电气设备必须保护接地，接地电阻R≤4Ω。
（3）重复接地：将中性线上的一处或多处通过接地装置与大地再次连接，称重复接地。在架空线路终端及沿线每1km处、电缆或架空线引入建筑物处都要重复接地，以防止零线断线，而可能出现的接触电压。重复接地有以下作用：增大流过线路保护装置的电流使其加速动作，从而减轻或避免事故的发生；设置重复接地后可降低漏电设备的对地电压，减少触电的危险程度。
（4）保护接中性线：在380/220V低压系统中，由于中性点是直接接地的，通常又将电气设备的外壳与中性线相连，称为低压保护接中性线。 5.2.2 本工程采用的接地方式
低压配电系统，应保障安全、配电可靠、经济合理、维护方便。目前我国的住宅配电系统方式一般有三种：TT、TN-C-S和TN-S系统，在进行设计施工时可根据实际情况
选择接地系统，并在入楼处做总等电位联结，相线与零线等截面[16]。
根据小区的供电特点，本次设计采用TN-S系统接地方式。TN-S供电系统是指将保护线PE和工作零线N分开来的接地方式。采用这种接地方式的优点有以下几点:当正常运行时，不平衡电流只流过零线，保护线PE上没有电流，并且保护线不允许断线也不允许装设开关或断路器。电气设备金属外壳接零保护是接在专用的保护线PE上，更加安全可靠。TN-S系统如图9所示。
图9 TN-S系统图
5.3 等电位联结
等电位联结，是使电气装置各外露可导电部分和装置外可导电部分的电位基本相等的一种电气联结。用连接导体或电涌保护器将分开的金属物相互连接起来，安全导走可能加于其上的电流，减小它们之间危险的电位差。等电位联结可分为总等电位联结(MEB)，局部等电位联结(LEB)[17]。
总等电位联结通常位于建筑物的供配电进线处，本工程在地下室作总等电位连接，即PE线、公共设施金属管道、防雷接地用的主筋，均与总等电位联接版可靠连接使它们都具有基本相等的电位。电梯机房接地、总等电位连接接地、变压器中性点工作接地、弱电系统工作接地、保护接地等与防雷接地共用接地装置。
局部等电位联结是在远离总等电位联结处、非常潮湿、触电危险性大的局部地区内进行等电位联结。淋浴的卫生间等安全要求极高的地方需作局部等电位联结。
进入防雷区界面的所有导电物体和电力线、通讯线都应在界面处作等电位连接。可采用局部等电位连接带完成此任务。设备外壳与各种屏蔽结构等局部金属物体也连到该带上。当外来导电物体与电力、通信线路在不同地点进入建筑物时，可以设置多个等电位连接带，并就近连到环形接地体或内部环形导体上。要求它们在电气上贯通的并连接到接地体。环形接地体和内部环形导体应连到钢筋或金属立面等屏蔽构件上。
结束语
本次设计是住宅小区的供配电系统设计。查阅一定量的相关行业标准、设计规范和图集，按照标准进行设计。并通过以上的分析与计算，对住宅小区供配电系统的设计过程有了大致的了解，基本完成本次课题要求。现做如下总结：
（1）通过分析小区负荷的用电特点，将其负荷进行分级，进而决定采取合适的供电方式。并采用需要系数法进行负荷计算，针对不同类型的负荷和其实际情况，分析特点，选取适当的需要系数。
（2）通过计算负荷来确定小区供配电使用的变压器的类型、数目等，并对配电所
进行相关的设计。还需要对无功功率进行补偿，通过供电特点和自然功率因数的大小选择合适的无功补偿方法和补偿容量。
（3）根据小区用电特点，对小区供配电措施进行设计。选择合适的电气主接线方式和配电方式。并根据短路电流的计算结果，和其他导线选择原则，选择和校验电缆设备。
（4）简要介绍了建筑物的防雷接地系统和等电位联接的方法。确定建筑物防雷等级，进行防雷设计和等电位联接，并选择低压配电系统接地形式。
对住宅小区的供配电系统设计需要考虑的因素十分繁多，工程量较大。而由于本人的能力有限，没有实际的工作经验，在设计的过程中许多方面考虑的不够周全，做的不够细致完善。所以本次设计主要以高压侧的设计为主，在设计中对各种电气设备的选择和设备的具体型号不够完善。
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全楼负荷计算
安装 用电名称 台数 设备容量（KW） Kd cos tan 需要容量 常用 备用 常 用 备 用 (1)电力负荷 有功（KW） 无功视在（Kvar） （kVA） 低区生活泵 1 1 7 11 1 0.8 0.75 7 5.25 155.55 中区生活泵 1 8.6 8.6 6.45 高区生活泵 1 11 11 8.28 普通客梯 2 1 37 0.2 0.5 1.73 7.4 12.8 观光电梯 2 20 1 0.8 0.75 4 6.92 换热机组A 2 14 14 10.5 换热机组B 1 4.1 4 1 0.8 0.75 4.1 3.08 潜水排污泵A 1 4 4 6.92 潜水排污泵B 双速排风兼排烟风机A 双速排风兼排烟风机B 双速排风兼排烟风机C 双速排风兼排烟风机D 双速排风兼排烟风机E 小计 3 3 6.6 6.6 6.6 4.95 1 5 12 21.6 1 0.8 0.75 12 9 1 9 9 6.75 1 6.5 6.5 4.88 1 13 13 9.75 4 9.6 9.6 7.2 22 162 116.8 102.73 (2)照明配电负荷 商业照明 261 0.85 0.9 0.48 221.85 106.49 住宅照明 2117 0.3 0.9 0.48 635.1 304.85 办公照明 208 0.7 0.9 0.48 145.6 69.89 景观照明 80 0.9 0.9 0.48 72 34.87 车库照明 1 40 0.8 0.9 0.48 39.2 18.99 1250.62 变电所照明 15 0.9 0.9 0.48 13.5 6.54 小计 2721 1127.25 541.63 (3)消防负荷 消防电梯 1 75 18.5 1 0.5 1.73 18.5 32 正压风机A 4 44 1 0.8 0.75 44 33 正压风机B 2 15 1 15 11.25 排烟风机 1 5.5 1 0.8 0.75 5.5 4.13 消火栓泵 1 70 1 0.8 0.75 70 52.5 自动喷淋泵 1 90 1 0.8 0.75 90 67.5 防火卷帘 公共照明兼应急照明 送风兼消防补机A 送风兼消防补机B 送风兼消防补机C 送风兼消防补机D 送风兼消防补机E 双速排风兼排烟风机A 双速排风兼排烟风机B 双速排风兼排烟风机C 双速排风兼排烟风机D 6 1 6 1 0.8 0.75 6 4.5 1 1 17 1 0.8 0.75 75 56.25 7.5 1 7.5 5.63 2 2.2 1 2.2 1.65 1 3 1 0.8 0.75 3 2.25 2 4.4 1 4.4 3.3 3 16.5 1 16.5 12.38 1 17 12.75 1 11 1 0.8 0.75 11 8.25 1 8 1 8 6 1 16 1 16 12 双速排风兼排烟风机E 消防控制室 25 4 15 12 1 12 9 556.82 10 313 1 0.8 0.75 15 11.25 小计 124 436.6 345.59 合计 45 15 3007 334.6 1680.65 989.95 1950.53 致谢
本文是在杜瑞娟老师的热情关心和指导下完成的。在设计过程中，通过杜老师对我的耐心指导，使我对建筑电气的设计步骤和方法以及设计过程中应该注意的问题有了很好的掌握。并在百忙之中抽出时间为我答疑，使我设计过程中所遇到的问题都能得到及时的解决，很多知识由不懂变得清晰，由陌生变得熟悉，使我受益匪浅。在毕业设计的过程中，杜老师对我的毕业设计进行了详细的检查，以及仔细的校对。本次毕业设计锻炼了我独立分析和解决建筑电气方面问题的能力，能够培养严谨的科学态度和扎实的实践技能、良好的工程意识，并能在设计中学会如何发现、分析和解决工程实践问题的技能和方法，大大的提升了自己独立设计的能力,为将来的学习和工作打下坚实的基础。
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