小区供配电设计

摘 要

住宅小区供配电的稳定直接影响着居民的日常生活及秩序，且供配电系统的设计环节是整个住宅小区设计过程中的一个重要的组成部分，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。本设计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配电室的设计，对低压侧负荷的统计计算采用需要系数法；为减少无功损耗，提高电能的利用率， 本设计进行了无功功率补偿设计，使功率因数从0.69提高到0.9；短路电流的计算包括短路点的选择及其具体数值计算；而电气设备选择采用了按额定电流选择，按短路电流计算的结果进行校验的方法；继电保护设计主要是对变压器进行电流速断保护和过电流保护的设计计算；配电装置采用成套配电装置；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

目 录

前 言

随着现今社会的迅速发展，科学技术的不断进步促使社会中各行各业都在不断地发展壮大，特别是各种高、新、尖、精的技术应用，而所有的一切都离不开电。生活中电能也逐渐成为人们最重要的能源之一，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。

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。

本文用五章来具体分析住宅小区的供配电系统的建设，设计时根据电力相关行相业的标准进行设计，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。具体内容安排如下：

前言部分，主要包括问题的提出，论文研究目的和意义及论文研究内容和框架。第一章，本次设计工程的概况

第二章 负荷的计算 第三章 无功补偿 第四章 短路电流的计算

第五章 配电室变压器与主接线方案的选择 第六章 变压器的继电保护 第七章 高低压设备的选择 第八章 防雷接地保护

最后总结本文，指出当前住宅小区供配电系统设计存在的问题及对策。

本文研究的框架如图1所示：

工程概况前言

短路电流计算 防雷接地保护 本工程供配电措施设计方案 继电保护 高低压设备选择 无功补偿 负荷计算 结 论

第一章 工程基本概况

1、总体概况：本设计计划总建筑面积为8600平方米，由三栋主体建筑及地下公共汽车库、设备用房等组成。三座座主体建筑均为30层高层住宅建筑，高约

93.25米，其中一个主体建筑临街高层为1号楼，该建筑1、2层为临街商铺，3至6层为公寓式办公写字楼。其余两栋2号楼和3号楼，均为居民住宅，三栋楼地下1层均为汽车库、附属设备用房等。

2、具体数据：1号楼7至30层、2号楼和3号楼整体为住宅楼，每层8户，共三种户型。其中，一层里户型1共3户面积为80-100㎡、户型2共3户面积为100-130㎡、户型3共2户面积为130-150㎡，两栋楼共624户。1号楼商业面积共6430㎡，安装容量为286KW。3-6层为写字楼，共9860㎡,安装容量为368KW。

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15.6d/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。

第二章 负荷的计算

2.1负荷计算概述

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住宅、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。根据已知的用电设备容量按一定统计方法确定，预期不变的最大假想负荷，合理的选择变压器及导线；变压器和负荷合理配置后,变压器就可以安全可靠运行，可以实行高效、节能降耗.作为按发热条件选择供电系统各元件的依据。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。

2.1 .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。

2.1.2 负荷分级和供电电源要求

负荷分级根据GB50052-95《供配电系统设计规范》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。电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度进行分级,并应符合下列规定: （1）、符合下列情况之一时,应为一级负荷:

a

．

中

断

供

电

将

造

成

人

身

伤

亡

时

.

b．中断供电将在政治、经济上造成重大损失时.例如:重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点 企业的连续生产过程被打乱需

要

长

时

间

才

能

恢

复

等

.

c．中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作.例如:重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常 用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷. 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,应视为特别

重

要

的

负

荷

.

（2）、符合下列情况之一时,应为二级负荷: a．中断供电将在政治、经济上造成较大损失时.例如:主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等. b．中断供电将影响重要用电单位的正常工作.例如:交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷,以及中断供电将造成大型影剧院 、大型商场等较多人员集中的

重

要

的

公

共

场

所

秩

序

混

乱

.

（3）、不属于一级和二级负荷者应为三级负荷.

（4）、一级负荷的供电电源应符合下列规定: a、一级负荷应由两个电源供电;当一个电源发生故障时,另一个电源不应同时受到损

坏

.

b、一级负荷中特别重要的负荷,除由两个电源供电外,尚应增设应急电源,并严禁将其它负荷接入应急供电系统.

2.1.3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、办公、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。

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：

PCA （2-1）

表2-1 各类建筑物的用电指标

建筑类别 公寓 用电指标（W/m²） 30～50 建筑类别 医院 用电指标（W/m²） 40～70

旅馆 办公 商业 体育 剧场 40～70 30～70 一般：40～80 大中型60～120 40～70 50～80 高等学校 中小学 展览馆 演播室 汽车库 20～40 12～20 50～80 250～500 8～15 （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。

PCPN （2-2） QCPCtan （2-3）

2SCPC2QC （2-4）

ICSC3UN （2-5）

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cosi和功率因数正切值tani，则：

Pc.jPc.iKd.iPN.i （2-6）

Qc.jQc.iPc.itani （2-7）

22Sc.jPc.jQc.j （2-8）

 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：

PcKPc.j （2-9）

QcKQc.j （2-10）

ScPc2Qc2 （2-11）

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2、表3所示。

表2-2 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 12 14 16 18 21 24 25～100 125～200 260～300 按三相配电计算时所连接的基本户数 9 12 18 24 30 36 42 48 54 63 72 75～300 375～600 780～900 表2-3 需要系数及自然功率因数表

需要系数 1 0.95 0.75 0.66 0.58 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） 需要系数（Kd） 面积<500m² 1～0.9 0.9～0.7 500～3000m² ＞15000m² 功率因数（cos） 1～0.9 0.9 照明 3000～15000m² 0.75～0.55 0.6～0.4

商场照明 冷冻机房锅炉房 1～3台 ＞3台 ＞5台 0.9～0.7 0.9～0.7 0.7～0.6 0.75～0.8 0.8～0.6 0.18～0.22 流） 0.8～0.9 0.8～0.85 0.8～0.85 0.5～0.6（交流）0.8（直热力站、水泵1～5台 房、通风机 电梯 洗衣机房、厨房 窗式空调 ≤100KW 0.4～0.5 ＞100KW 0.3～0.4 4～10台 0.8～0.6 10～50台 0.6～0.4 50台以上 0.4～0.3 ＜200KW 1～0.6 ＞200KW 0.6～0.4 0.8 舞台照明 0.9～1 2.2.3工程负荷计算

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6KW计算，120㎡-150㎡的每户按8KW计算，150㎡以上的每户按10KW计算。由此可知，户型1为6KW/户的共3户、户型2为8KW/户的共3户、户型3为10KW/户的共2户。使用需要系数法计算负荷，每层一个电表箱。1号楼、2号楼、3号楼分别用3条配电干线从地下室二层配电室引只楼层, 1号楼由低压柜引3条电缆至14层、22层、30层楼，使用插拔式接线将电源引至各个楼层，每条配电干线连接8个楼层电表箱，2号楼、3号楼由低压柜引3条电缆至10层、20层、30层楼，使用插拔式接线将电源引至各个楼层，每条配电支线连接10个楼层电表箱。本次设计以住宅负荷计算为主，以其中一条配电支线为例，其余负荷按相同方法计算。

用户配电箱部分，由公式1-2可得安装容量：

PC1nPN16318KWPC2nPN28324KW PC3nPN310220KW楼层电表箱,查表3、4得Kd=1，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：

PCKd(PC1PC2PC3)1(182420)62KWQCPCtan54.750.4829.76Kvar式7可得配电干线的计算负荷：

PCjnKdPC80.462KW198.4KWQCjPCjtan2480.4895.2Kvar22SCjPCjQCj198.4295.22220kVA

1号楼配电干线,查表3、4得Kd=0.4，cos=0.9，tan=0.48，由公式6和公

ICjSCj3UN2200.43317.6A2号、3号楼配电干线,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：

PCjnKdPC100.462KW248KWQCjPCjtan2480.48119Kvar22SCjPCjQCj24821192275.1kVA

ICjSCj3UN275.10.43397A住宅负荷计算如表2-4所示。

表2- 住宅负荷计算

用电设备 1号楼1-1 1号楼1-2 1号楼1-3 2号楼2-1 2号楼2-2 2号楼2-3 3号楼3-1 3号楼3-2 3号楼3-3 合计 安装容量（KW） 220 220 220 275.1 275.1 275.1 275.1 275.1 275.1 2310 有功(KW) 198.4 198.4 198.4 248 248 248 248 248 248 2083.2 无功(Kvar) 95.2 95.2 95.2 119 119 119 119 119 119 999.6 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配电室容量，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：

P0.920831874.7KWPCjQCKqQCj0.95999.6949.6KvarPCKScPQ1874.7949.62101.5kVA2C2C22

因此住宅部分总的计算负荷为1874.7KW, （2）公共用电部分

本工程公共用电部分包括：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286KW和368KW，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：

PcjPCKd2860.85243.1KWQcjPcjtan243.10.48116.7KvarSC12PC21QC243.12116.72269.7kVA2

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：

PcjPCKd3680.7257.6KWQcjPcjtan257.60.48123.6KvarSC1

2PC21QC257.62123.62285.7kVA2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。

第三章 无功补偿

3.1 无功补偿的目的

电力系统运行的经济性和电能质量与无功功率有重大的关系。无功功率是电力

系统一种不可缺少的功率。大量的感性负荷和电网中的无功功率损耗，要求系统提供足够的无功功率，否则电网电压将下降，电能质量得不到保证。同时，无功功率的不合理分配，也将造成线损增加，降低电力系统运行的经济性。现在的居民住宅用电设备大都属于阻性负载和感性负载，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。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。

3.2 无功补偿的方法，

提高功率因数的主要方法是采用低压无功补偿技术，我们通常采用的方法主要有三种：随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。

1. 随机补偿

随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机，同时投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补励磁无功为主，此种方式可较好地限制用电单位无功负荷。 随机补偿的优点：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，而且不需频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活，维护简单、事故率低等。

2. 随器补偿

随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空载无功是用电单位无功负荷的主要部分，对于轻负载的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加。

随器补偿的优点：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限制农网无功基荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低无功网损，具有较高的经济性，是目前补偿无功最有效的手段之一。

3. 跟踪补偿

跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。适用于100kVA以上的专用配变用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。

本工程无功补偿采用跟踪补偿，即并联电容器的方法。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。

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。

图3-1 低压无功自动补偿装置的原理电路

3.3 无功补偿容量

自然功率因数的计算方法如下：

cosPC （3-1） 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：

QCPC(tan1tan2) （3-2）

tan1——补偿前功率因数cos1对应的正切值； tan2——补偿后期望的功率因数cos2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∑=1874.7KW，Qc∑=949.6KW，视在功率为：

SC2101.5KVA

由公式12可算出自然功率因数，即：cos=Pc∑/Sc∑=1874.7/2101.5=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12组额定容量为30Kvar的电容器和10组额定容量为15Kvar的电容器。因此，实际补偿容量为510Kvar。

商业和公共部分负荷T3变压器无功补偿可用此方法进行计算，结果见表9

QCPC(tan1tan2)1874.7[tan(arccos0.89)tan(arccos0.97)]487.4Kvar

第四章 短路电流的计算

4.1 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。

4.2 短路故障的形式

三相系统的短路主要分为单相、两相及三相短路三大类。单相短路只能发生在中性线引出的四线制系统及中性点接地的系统中。一般情况下，三相短路电流要大于单相与两相短路电流，尤其对于电源距离供电系统较远时，三相短路电流最大，此时因系统短路而产生的危害也最为严重。为了保证电力系统中电气设备在处于最严重的短路情况下能够可靠的工作，在选择和校验电气设备时，也都按照三相短路时的数值来校验4。

4.2.1 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：

IdSd/3Ud （4-1）

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：

*XSSd （4-2） SOCSOC——电力系统配电室高压馈电线出口处的短路容量（MV·A）。

电力线路电抗：

*XWLX0lSd （4-3） 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：

*XTUK%Sd （4-4）

100SNUK%——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)IKId （4-5） X*三相短路次暂态电流和稳态电流：

(3)(3) （4-6） IKI''(3)I三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流的有效值：

(3)ish2.55I''(3) （4-7）

(3)Ish1.51I''(3) （4-8）

三相短路容量：

(3)SKSd （4-9） *X（5）两相短路电流

(2)(3)0.866IK IK (4-10)

4.3 短路电流的计算

本次设计小区采用两路电源供电，由0.5KM处城市电网供电，断流容量

Soc300MVA，一般基准容量Sd数值为100MVA，下面是采用标幺制法进行短路电

流的计算过程：

（1）确定基本值

取基准容量Sd100MVA ，基准电压Uc110.5kV，Uc20.4kV 则：

Id1Id2Sd3Uc1Sd3Uc2100310.510030.45.5kA 144kA

（2）相关元件在短路电路中的电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值Xs 查资料得知Soc300MVA，因此

Xs**XSS100d0.33 XdSoc300*查表得知电缆的X00.092/km， 变压器的电抗标幺值Xt

查表可知Uk%6，因此

XTUk%Sd6100103X3.75

Xd100SN1001600*t由此可绘制出短路等效电路图：

图4-1 短路等效电路图

（3）k1点的短路电路总电抗标幺值以及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值

***X(k1)XsX00.330.0920.422

三相短路电流周期分量有效值

)Ik(31Id1*X(k1)5.513kA 0.422其他三相短路电流

(3))I''(3)IIk(3113kA (3)ish2.551329.25kA (3)Ish1.511319.5kA

)三相短路容量 Sk(31Sd*X(k1)100237MVA 0.422

（4）k2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值

****X(k2)XsX0Xt0.330.0923.754.17

三相短路电流周期分量有效值

)Ik(32Id2*X(k2)14435kA 4.17其他三相短路电流

(3))I''(3)IIk(3235kA (3)ish1.843564.4kA (3)Ish1.093538.2kA

)三相短路容量 Sk(32Sd*X(k2)10024.3MVA 4.12表4-1 短路计算结果

(3) kA ish(3)

kA Ish

I''(3) kA

13 35

Sk(3) MVA

237 24.3

k1点 k2点

29.25 64.4

19.5 38.2

第五章配电室变压器与主接线方案的选

择

5.1 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电源接引至小区配电室中，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。

5.2 配电室的选择

5.2.1 配电室选址的一般原则

选择生活区变、配电所的所址，应根据下列要求经技术、经济比较后确定： （1）接近负荷中心。 （2）进出线方便。 （3）接近电源侧。 （4）设备运输方便。

（5）不应设在有剧烈振动或高温的场所。

（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、浴室或其它经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相邻。

（8）不应设在有爆炸危险的正上方和正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准GB50058—92《爆炸和火灾危险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。

（10）高压配电所应尽量与临近建筑配电室或有大量高压用电设备的厂房和建在一起。

5.2.2配电室形式的选择

配电室有屋内式和屋外式两大型。 屋内式运行维护方便，占地面积少。在选择生活区配电室的型式时，应根据具体地理环境，因地制宜；技术经济合理时，应优先选用屋内式。

负荷较大的地方，宜设附设式或半露天式配电室。

负荷较大的及高层建筑内，宜设在室内配电室或组合式成套变电站。

负荷小而分散的生活区，或需要远离有易燃易爆危险及有腐蚀性时，宜设独立配电室。如户外环境正常，亦可设露天式配电室。

5.2.3 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：

SNTSC (5-1)

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。

5.2.4 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：

SCPcjcos (5-2)

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：

SCPcjKP （5-3） cosPcj——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cos=0.97。由于在上述中住宅部分计算已经乘过同时系数即PC∑=2083.2，所以在这里不再重复同时系数的运算。由公式27可计算出：

SCPc/cos2083.2/0.970.851825.4kVA

因此住宅部分供电可选用两台1250KVA的变压器，计算数据如表5-1所示。

表5-1 变压器T1、T2

设备容cos tan 需要容量 量有功无功T1+T2容（KW） （KW） （Kvar量 ） 1#住宅 660 0.9 0.48 595.2 285 2#住宅 825.3 744 357 3#住宅 825.3 744 357 合计 2310 2083.2 999 计入同时系数 KΣp=0.9 0.89 1854 889 KΣq=0.95 补偿容量 510 补偿后 0.97 1854 379 1892 变压器选择 1250kVA+1250 kVA （2）公共用电部分变压器容量计算 变压器T3为商业和公共用电部分，由公式27可得： 由负荷计算可知：

用电设备名称 SC1Pc1jKP1/cos704.40.9/0.980.85677kVA

由表5-2的计算结果可知，商业部分和公共用电部分需要800kVA的变压器。体计算结果和无功补偿计算如表5-2所示。

表5-2 变压器T3

用电设备名称 商业用电 写字楼

设备容设备量Kd 台数 （KW） 269.7 285.7 需要容量 cos tan 0.48 0.48 有功（KW） 243.1 257.6 无功T3容量 Kvar 116.7 123.6 0.85 0.9 0.7 0.9

物业照明 配电室照明 车库照明 消防控制室 客梯 6 观光电梯 2 低区生活泵 8 中区生活泵 8 高区生活泵 3 换热机组A 2 换热机组B 1 潜水排污泵A 3 潜水排污泵B 3 合计 计入同时系数KΣp=0.9 KΣq=0.95 补偿容量 补偿后 变压器选择 800 10 15 40 15 72 30 16 16 18 14 4.1 12 16 833.5 0.9 0.9 0.8 1 0.9 0.9 0.9 0.8 0.48 0.48 0.48 0.75 0.8 0.75 0.75 0.75 0.22 0.6 0.8 0.5 0.8 0.89 0.8 0.8 0.8 9 13.5 32 12 43.2 18 12.8 12.8 13.5 11.2 3.28 9.6 12.8 704.4 627 627 4.32 6.54 15.36 9 34.6 14.4 9.6 9.6 10.1 8.4 2.46 7.2 9.6 381.5 340 210 130 677 5.3 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配电室总体布置形式。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。

小区配电室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。

住宅小区或是民用建筑配电室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。当小区的配电室位于地面的时候，就可以选用全密封油浸式变压器，这样就可以处在独立的配电室内。

根据设计需要和实际情况特点，本工程需设置2座配电室，设于本楼地下一层。由于采用楼内配电室，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1250kVA的干式变压器（SCB10-1250kVA），一台容量为800kVA的干式变压器(SCB10-800kVA)。1#、2#配电室内设置1250kVA的干式变压器两台台，供住宅用电部分使用；配电室内设置800kVA的干式变压器1台，供商业和公共用电部分使用。

5.4主接线设计

配电室电气主接线的基本环节是电源(变压器)、母线和出线(馈线)。各个配电室的出线回路数和电源数不同，且每路馈线所传输的功率也不一样。在进出线数较多时(一般超过4回)，为便于电能的汇集和分配，采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便有利于安装和扩建。但有母线后，配电装置占地面积较大，使用断路器等设备增多。无汇流母线的接线使用开关电器较少，占地面积小，但只适用于进出线回路少，不再扩建和发展的配电室。

5.4.1电气主接线的基本要求

（1)．可靠性

所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准是运行实践。经过长期运行实践的考验，对配电室采用的主接线经过优选，现今采用主接线的类型并不多。主接线的可靠性不仅要考虑—次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性不是绝对的，而是相对的。一种主接线对某些配电室是可靠的，而对另一些配电室可能是不可靠的。 （2)．灵活性

主接线的灵活性有以下几方面要求；

1)调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷，能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。

2)检修要求。可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修，且不致影响对用户的供电。

3)扩建要求。可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改建量最小。

（3)．经济性

经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。

5.4.2 10kV主接线选择

10kV接线形式主要有：单母线接线和双母线接线。设计中以单母线接线为例。

5-1 单母线接线

如图 5-1 所示，单母线接线的特点是整个配电装置只有一组母线，每个电源线和引出线都经过开关电器接到同一组母线上。供电电源是变压器或高压进线回路。母线既可以保证电源并列工作，又能使任一条出线回路都可以从电源l或2获得电能。每条引出线回路中部装有断路器和隔离开关，靠近母线侧的隔离开关QS2称作母线隔离开关，靠近线路侧的QS3称为线路隔离开关(在实际配电室中，通常把靠近电源侧的隔离开关称为甲刀闸，把靠近负荷侧的隔离开关称为乙刀闸)。由于断路器具有开合电路的专用灭弧装置，可以开断或闭合负荷电流和开断短路电流，故用来作为接通或切断电路的控制电器。隔离开关没有灭弧装置．其开合电流能力极低，只能于设备停运后退出工作时断开电路，保证与带电部分隔离，起着隔离电压的作用。所以，同一回路中在断路器可能出现电源的一侧或两侧均应配置隔离开关，以便检修断路器时隔离电源。若馈线的用户侧没有电源时，断路器通往用户则可以不装设线路隔离开关。但如果费用不大，为了防止过电压的侵入。也可以装设。 （1)．单母线接线的优缺点

优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。 缺点：灵活性和可靠性差，当母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开它所连接的电源，与之相连的所有电力装置在整个检修期间均而停止工作。此外，在出线断路器检修期间，必须停止该回路的供电。

（2)．单母线接线的适用范围

一般适用于一台主变压器的以下两种情况： (1)6-10kV配电装置的出线回路数不超过5回。 (2)35-66kV配电装置的出线回路数不超过3回。

5.3.2、单母线分段接线

为了克服一般单母线接线存在的缺点，提高它的供电可靠性和灵活性，可以把单母线分成几段，在每段母线之间装设一个分段断路器和两个隔离开关。每段母线上均接有电源和出线回路，便成为单母线分段接线，如图5-2所示。 （1)．单母线分段接线的优缺点

优点：①用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；②当一证正常段母线不间断供电和不致使大面积停电。

缺点：①当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；②当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；③扩建时需向两个方向均衡扩建。 （2)．适用范围

a、6一10kV配电装置出线回路数为6回及以上时。 b、35—66kV配电装置出线回路数为4—8回时。

图5-2 单母线分段接线

现用的接

阶段最常线形式有

两种：单母线接线和单母线分段接线，依据该小区配电室中实际情况的了解，以及对单母线接线和单母线分段的比较，并且从经济性、可靠性、灵活性三个方面的对

比，选择单母线接线方式。

该小区配电室为终端配电室高压为10kV低压为0.4kV。这在主接线的选择上确定了范围，根据5-10年的发展计划设计，并依据该小区的供电情况，拟装设三台变压器。根据设计要求及综合考虑，10kV为单母分段接法，两条进线，一条运行，一条备用，两条电缆的各种参数均相同，来自市政供电两个不同开闭所、公网或变电站。

5.4 配电线路的接线方式

低压配电线路的接线方式有放射式、树干式（链式）和环式是三种常见的接线方式。

（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5-3所示。

图5-3 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，可使配电室的结构大大简化，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5-4所示。

图5-4 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5-5 环形接线图

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。

第六章 变压器的继电保护

6.1继电保护的意义及设置原则

供电系统中继电保护是系统安全运行的重要保证，是自动、迅速、准确切除故障的重要环节，也是变压器二次回路的重要组成。

6.1.1.继电保护的任务：

1）在系统发生故障时，要准确、自动、迅速的切除系统中的故障元件，以确保其余部分的正常供电。

2）当系统发生故障时，正确反映电气设备的故障运行状态，便于操作人员采取适当措施，及时恢复电气设备的正常运行。

3）与系统的故障部分电路自动重合闸或备用电源的自投入等自动装置相配合，从而使供电系统拥有足够的可靠性。

6.1.2. 设置的基本原则

1）选择性 当电力系统发生故障时，继电保护装置动作，有选择性的把系统中故障部分切断，从而使其余正常部分继续运行，最大限度的保障供电。

2）快速性 电力系统由于其实时性的特点，要求在系统发生故障时继电保护装置能够尽快动作，用最短的时间完成故障部分的切断。

3）灵敏性 继电保护装置的灵敏性决定了其在系统发生故障时是否做出动作，要根据具体情况来选择最适合的灵敏度，以免做成误动作或拒动作。

4）可靠性 根据系统继电保护的范围和任务，当保护装置本应动作却未能动作时，称为拒动作；当电力系统的故障部分不在保护范围内或系统处于正常运行状态时，保护装置本不该动作却做出动作，称为误动作。保护装置的误动作与拒动作严重影响电力系统的可靠性，使系统不能安全、稳定的运行。装置的原理、接线方式等都直接影响了保护装置的可靠性，因此须尽量选择原理、接线方式简单，可靠性高，运行经验丰富的设备进行保护。

除了上述四项基本的原则外，在实际的选择中还必需考虑其经济性，在能实现电力系统安全运行的前提下，尽量选用投资少、维护费用低的保护装置。

6.2变压器整定的方法

变压器是电力系统中的主要电气设备之一。变压器的故障对系统的影响是很大的，因此对变压器应装设必要的保护装置，包括主动性保护和变压器后备保护。

6.2.1.变压器的主要故障形式：

1）.内部故障：绕组匝间短路、相间短路、层间短路和单相接地短路等。内部短路时产生的电弧不仅可能烧坏绝缘，而且烧坏铁心，而且可能会使绝缘材料和变压器油受热而产生大量气体，从而引起油箱爆炸。

2）.外部故障：引出线和绝缘套管的相间短路或单相接地短路等。

6.2.2.变压器的继电保护装置：

1）.瓦斯保护：反应变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护。容量为800KVA及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。

2）.相间短路保护：反应变压器绕组和引出线相间短路及绕组匝间短路的纵联差动保护或电流速断保护。

3）.后备保护：

（1）过电流保护，用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑短路时可能出现的过负荷。复合电压（包括负序电压及线电压）启动的过电流保护。

（2）负序电流保护和单相式低压启动的过电流保护，用于6300KVA及以上的升压变压器。

4）.过负荷保护：反应变压器过负荷的过负荷保护。

5）.温度保护：干式变压器绕组温度升高的原因有很多，如过负荷、匝间短路、环境温度过高、冷却系统故障等，应设置温度保护。

6.3变压器的继电保护

6.3.1.过电流保护

1)过电流保护电流的整定及校验计算方法为：

IL.max1.5I1N.T （6-1）

IKrelKwopKIL.max reKiSKI(2)'wkminpK （6-3） iIop过电流保护电流的整定：

K200i540

IL.max1.5I1N.T1.51250310108.2A 动作电流IKrelKwopKI1.21L.max.8540108.23.8A reKi0选DL-11/10电流继电器，动作电流整定为5A 动作时间的整定

t1t2t00.50.5s 2)过流保护的灵敏性校验

(2)'10.866351030.4SwkminpKI10KiIop4056.061.5 满足要求

图6-1过电流护原理图

6-2）

（

电流速断保护对于小容量的变压器，可装设电流速断保护和气体保护一起构成变压器主保护。变压器电流速断保护的工作原理与输电线路的相同，只是将保护设备换成变压器保护而已。

保护的原理接线图如图6-2，由于容量较小的变压器一般为单侧电源，此时注意将电流速断保护装于变压器电源侧。

保护动作电流的整定值有两个原则：

（１） 躲过变压器二次测母线上Ｋ1处故障时流过保护的最大短路电流Ik1max，即

Ik1maxKrelIk1max （6-4） 式中Krel－可靠系数，取1.2－1.3。

（２） 躲过变压器空载合闸时的励磁涌流。通常取

Iact(35)INT （6-5） 式中 INT－保护安装侧变压器的额定电流。 保护动作电流取上述两者中最大者。

保护的灵敏度按保护安装出Ｋ2点故障时流过保护的最小两相短路电流IK2min校验，即要求：

KsenIk2min2 （6-6） Iact变压器电流速断保护具有接线简单、动作迅速等优点，但是由于不能保护变压器的全部，且范围随系统运行方式及类型的变化而变化，因此，只能在容量较小的变压器中，与气体保护构成变压器的主保护。

图6-2电流速断保护原理接线图

信号

6.3.2速断保护整定值计算

IqbKrelKwIK,max （6-7） KiI式中 qb——电流继电器速断保护动作电流（A）；

KK rel——保护装置可靠系数，取rel=1.2；

KK

w——接线系数，取w=1；

KK i——电流互感器电流比，i=200/5=40； I L,max——线路末端最大短路电流，即三相金属性短路电流稳定性（A）；

取

)2IK,maxI1((3K2)1.310KA1300A,则Iqb1.211300A36A40，

对于电力系统末端供配电电力变压器的速断保护，一般取额定电流的2-3倍。 则 Iqb1.21272.2A4.33A；

40速断保护动作电流Iqb整定值为10A；动作时限t2为0s; 灵敏度校验公式：

SpIK,minIop12 （6-8）

)2取 IK,maxI1((2K2)101.0381038A；

Iop1IOPKi1015A

SpSp6.922（灵敏度合格）

10386.92； 1506.3.3.过负荷保护

变压器的过负荷保护是反映变压器不运行状态的，一般经延时后动作于信号，变压器的过负荷电流是对称的，因此只需在任一相上装上电流继电器即可，如图7-2所示

过负荷保护装置的动作电流应躲过变压器的额定一次测电流，即

Iop1.2~1.51.41250INT5.05 Ki20310为防止短路是和电动机启动时误发信号，过负荷保护的动作延时要大于变压器的过电流保护的动作时间和电动机的起动时间，一般10到15s.本设计取10s.

图6-2变压器的过负荷保护接线图

第七章 高低压设备的选型

7.1 电气设备选择的一般条件

尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求确是一致的。电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验动、热稳定性。

7.2设备选择的基本原则

7.2.1.根据额定参数的选择

在选用设备电器时，要求设备的额定电压UN不低于安装位置的额定电压UWN，即UNUW.N

同时要求其额定电流不低于实际通过设备的最大电流，即INImax

7.2.2.根据稳定条件的选择

系统发生短路故障后保护系统动作需要一定的时间，系统的供电设备要能够承受一定时间内的短路电流。

供电设备的热稳定是指电气设备的载流导体通过最大电流时，其发热温度扔不超过允许短时发热温度，即

2It2tItima

供电设备的动稳定是指电气设备通过最大短路冲击电流，并承受相应的电动力时，设备仍保持机械结构完好能力，即

(3) imaxish7.2.3.根据断流能力的选择

供电设备熔断器、断路器等开关设备，承担着通断电路的任务。设备的开断电

)流Ioc一般应大于所处位置可能发生的最大短路电流Ik(3，或断流容量Soc一般应大.max)(3)(3)SS于所处位置可能发生的最大三相短路容量Sk(3，即或 IIococ.maxk.maxk.max进行设备选择时通常把额定参数与工作环境作为前期初选原则，而后将断流能力与动热稳定性作为后续校验原则。

7.4低压配电系统电气设备的选择

7.4.1 低压设备的基本要求

⑴电器的额定电压应与所在回路标称电压相适应； ⑵电器的额定电流不应小于所在回路的计算电流； ⑶电器的额定频率应与所在口路的频率相适应； ⑷电器应适应所在场所的环境条件；

⑸电器应满足短路条件下的动稳定与热稳定的要求。用于断开短路电流的电器，应满足短路条件下的通断能力。

7.4.2漏电保护

漏电保护器按工作原理分为电压动作型和电流动作型，但通用的为电流动作型。电流型漏电保护器主要由主开关，零序电流传感器、放大鉴幅电子电路，和脱扣装置等组成。零序电流传感器可安装在电压器中性点与接地极之间，组成全系统保护，也可装在干线或分支线上，组成干线或分支支路保护。

7.5 高、低压电缆类型及截面型号选择

7.5.1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。

（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。

交联聚乙烯绝缘电力电缆导体最高额定工作温度为90℃，比纸绝缘电缆、聚氯乙烯绝缘电缆、聚乙烯绝缘电缆均高，所以电缆的载流量也进一步提高。

7.5.2 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带钢铠聚氯乙烯护套（YJLV22）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，应选用铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆（YJV220.6/1kV）。

7.5.3 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，在配电室内采用电缆沟敷设。 （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：Id17.3KA。

热效时间：

timatk0.05s （7-1）

由公式28可得：timatk0.05s(toptoc)0.05s0.50.10.050.65s 热稳定系数：C140A·S/mm2。 热稳定最小允许截面：

(3)SminId1tima （7-2） C根据公式29可以求得Smin72.9mm2，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：

I根据公式30求得：IS （7-3） 3US80046.19A 3U310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：Imax1.246.1955.43A