柳州职业技术学院
毕业设计（论文）
题目:某图书馆10/0.4kV供配电设计
姓名 梁侦剑
学号 [1**********]
专业 电气自动化技术
年级指导教师完成时间 2012-11-02
柳州职业技术学院毕业设计（论文）
任 务 书
系（部） 学生学号一、毕业设计（论文）题目： 某图书馆10/0.4kV供配电设计
二、毕业设计（论文）工作规定进行的日期：2012年09 月10日起至2012年 11月 04日 止
三、毕业设计（论文）进行地点： 柳州职业技术学院
四、任务书的内容：
目的：毕业设计是一门综合性、实践性很强的课程。它是工科强电类专业(特别是供用电技术专业) 教学计划中的一门主要专业课程，是高职高专全程教学中必修的关键教学环节，是实现教学科研与工程实践相结合的重要途径，是培养学生综合运用所学专业知识和操作技能去分析和解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力之重要手段。建立正确的设计思想，掌握工程技术设计的一般程序，是学生毕业前应具备的基本技能。
通过毕业设计，使学生初步掌握供配电系统安装调试与检修及设计计算所必需的基本理论知识和专业操作技能，为今后从事工厂供配电技术工作奠定一定的基础。使学生能较快适应未来的工作岗位，具有较强的应用所学专业知识和操作技能，解决供配电工程实际问题的能力。
任务：1、方案设计：
根据设计任务书，搜集资料，进行调查研究，依据要求设计参数, 确定设计方案。
2、技术设计：
供配电系统的原理、功能、特点，安装调试与检修的方法步骤及工艺要求（文字+图片）。
3、图纸设计：
按照设计要求，绘制出供配电系统的原理图、接线图。
工作日程安排：
第1周(2012.7.10——2012.7.11) ：下达毕业设计任务书， 分组明确设计课题，收集参考资料。 第2周(2012.7.20——2012.7.23) ：编制设计方案。
第2～3周(2012.8.1——2012.8. 8)：方案设计。
第4～5周(2012.8.20——2012.8.28) ：实施设计任务。
第6～7周(2012.9.1——2012.9.8) ：整理并撰写毕业设计说明书，完成初稿工作。
第8周(2012.9.15——2012.9.18) ：修改设计说明书，完成定稿工作。
第8周(2012.9.19——2012.9.20) ：交毕业设计，经过审查后准备答辩。
第10周(2012.10.11——2012.10.18) ：毕业设计（论文）审阅评分并进行答辩。
第12周(2012.11.10——2012.11.15) 将毕业设计归档、清点、装订、装袋后上交归档。
设计（论文）要求：
1、根据所选的课题，要求学生独立完成设计工作，训练学生运用所学专业知识解决工程实际问题的能力。
2、要求学生在通读教材、理解和掌握所学基础知识和基本方法的基础上，查阅相关参考书，吃透每一个知识点，结合内容进行实例分析。
3、要求学生对基本概念要做到深刻理解，对基本原理要弄清弄懂，对基本方法要熟练掌握，通过工程知识和工程技能的综合训练，以达到提高分析问题、解决问题的能力。
4、通过毕业设计，提高学生科研和实际技能水平，提高识图、制图、查阅技术手册，正确运算、文字表达能力和组织管理的能力。
5、培养学生独立工作的能力，进一步巩固和扩展专业知识，提高自学能力和工作适应能力。
6、培养学生严谨求实，理论联系实际的工作作风和严肃认真的科学态度。
学生开始执行任务书日期： 2012 年 9 月 10日 指导教师签名：
年 月 日
学生送交毕业设计（论文）日期：2012年 11月 15日 教研室主任签名： 年 月 日
学生签名：
年 月 日
目 录
摘要....................................................0
第一章 引言 . .......................................... 1
（一）供配电技术概论 .................................. 1
（二）图书馆工程设计概论 .............................. 1
第二章 主接线设计 ..................................... 3
（一）负荷分级及供电要求 .............................. 3
（二）电源及供电系统 .................................. 3
（三）电压选择和电能质量 .............................. 4
（四）无功补偿 . ....................................... 4
（五）低压配电 . ....................................... 5
（六）变配电系统主接线方案的确定 ...................... 5
第三章 负荷计算 . ...................................... 8
（一）负荷统计 . ....................................... 8
（二）用需要系数法进行负荷计算 ........................ 8
第四章 高低压设备选型 ................................ 15
（一）变压器的选取 ................................... 15
（二）变压器负荷的分配及无功补偿容量的确定 ........... 16
（三）高低压侧电气设备的选型 ......................... 18
第五章 大楼防雷设计 ................................... 22
（一）确定避雷针高度 ................................. 23
（二）接地装置的设计 ................................. 25
结论 . ................................................. 27
致谢...................................................28
参考文献...............................................29
摘 要
图书馆是收藏图书、资料、报纸、杂志、光盘介质等文献并加以收集整理以供读者学习、参考、研究的文化场所。它是文献情报的中心，也是莘莘学子们探寻，学习知识的圣殿，包含着很高的文化艺术价值，因此得到了越来越广泛的重视。
本设计介绍了图书馆电气设计方法及其特点。结合设计者所学的专业，并兼顾本建筑供电的可靠性、经济性等方面的因素设计的。是以某学院图书馆为基础，进行强弱电设计，其中强电包括供配电系统、照明系统、一般动力系统、空调系统、防雷接地等。弱电包括火灾自动报警及消防联动控制系统、综合布线系统、保安监控系统和电缆电视系统等。
按二级负荷供电，采用双路电源。建筑物地下层设变配电室。负荷密度按80W/m2考虑，选择相应干变压器台数和容量。本工程按二类建筑屋考虑防雷措施。
关 键 词：供配电；防雷；照明；弱电；负荷计算。
第一章 引 言
（一）供配电技术概论
供配电技术，就是研究电力的供应及分配的问题。电力，是现代工业生产、民用住宅、及企事业单位的主要能源和动力，是现代文明的物质技术基础。没有电力，就没有国民经济的现代化。现代社会的信息化和网络化，都是建立在电气化的基础之上的。因此，电力供应如果突然中断，则将对这些用电部门造成严重的和深远的影响。作好供配电工作，对于保证正常的工作、学习、生活将有十分重要的意义。
供配电工作要很好的为用电部门及整个国民经济服务，必须达到以下的基本要求： 安全——在电力的供应、分配及使用中，不发生人身事故和设备事故。
可靠——应满足电力用户对供电可靠性和连续性的要求。
优质——应满足电力用户对电压质量和频率质量的要求。
经济——应使供配电系统投资少，运行费用低，并尽可能的节约电能和减少有色金属消耗量。
（二）图书馆工程设计概论
1、概况说明
本建筑为多层图书馆建筑。安装负荷约1600 kVA 、计算负荷为1100 kW。本设计在地下平面设置变配电室，内设两台变压器。楼内接地型式采用TN-S 制，配电方式采用放射式供电至各层，各层由层配电箱出至各分配电箱。消防用电设备电源在最末一级配电箱处进行自动切换。
2、设备安装
空调设备的电源由各层的空调电源配电箱集中供电，母线槽的安装：此部分安装前应由施工单位或母线槽供货单位结合现场实际情况，测得实际数据后由厂家按其数据进行加工制作安装。安装时根据有关标准图集及厂家的具体要求进行。
设备安装：低压配电屏落地安装，屏与基础槽钢螺栓连接，配电屏采用下出线，部分屏与母线槽连接。这些事宜在配电屏订货时应充分考虑。
3、图书馆照明设计说明
根据现行国家设计规范规定及标准图集。根据建筑专业提供的设计资料及有关设计
要求。根据其它专业提供的设计资料及有关设计要求。
本设计是根据建筑专业要求，除配电室（间）、楼梯间、设备用房、书库、卫生间等部位按无吊顶设计外，其它均按有吊顶进行设计的。设计接口以本设计的配电箱为界，配电箱的照明电源见配电单项设计图纸。
照明配电箱除各层配电间内的箱子采用明装金卡，其它位置的配电箱采用暗装。室外的照明开关采用明装，室内开关采用暗装，插座采用暗装，应急照明灯具插座的安装高度为2.5m ，其它插座的安装高度为0.3m 。灯具主要采用嵌入式和吸顶式安装，大空间和室外的照明灯具采用壁装。本设计按一般照明设计，灯具可根据实际装修的要求并进行校核后，型号和安装方式自行变更。
4、接地
在配电室内设置等电位接线箱，在楼内进行等电位联结。电缆进楼处应将电缆的金属外皮、保护钢管等接地，进出建筑物的其它金属管道在进出处均应可靠接地。以防止雷电波侵入。
金属配电箱的外壳等用电设备正常情况下不带电的金属构件应与接地系统可靠连接。接地干线在由变配电室至电梯机房的竖向上用40*4镀锌扁钢。其它各层的水平干线，至制冷设备的接地线用25*4的镀锌扁钢。容量较小的用电设备的接地线利用电缆（线）线芯（PE ）线接地
第二章 主接线设计
供配电系统设计应贯彻执行国家的经济技术指标，做到保障人身安全，供电可靠，技术先进和经济合理。在设计中，必须从全局出发，统筹兼顾，按负荷性质、用电容量、工程特点，以及地区供电特点，合理确定设计方案。还应注意近远期结合，以近期为主。设计中尽量采用符合国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。
（一） 负荷分级及供电要求
电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失及影响的程度分为一级、二级、三级负荷。独立于正常电源的发电机组，供电网络中独立于正常的专用馈电线路，以及蓄电池和干电池可作为应急电源。二级负荷的供电系统，应由两线路供电。必要时采用不间断电源（UPS ）。
1. 一级负荷
一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者；或将在政治上，经济上造成重大损失者；或中断将影响有重大政治经济意义的用电单位的正常工作者。
就所设计的图书馆供配电这一块来讲，一级用电负荷为火灾报警及联动控制设备、消防泵、防排烟风机、喷淋泵、事故照明。
2. 二级负荷
二级负荷为中断供电将在政治上，经济上产生较大损失的负荷，如主要设备损坏，大量产品报废等；或中断供电将影响重要的用电单位正常的工作负荷，如交通枢纽、通信枢纽等；或中断供电将造成秩序混乱的负荷等。
在本次毕业设计中所设计的图书馆拥有的二级负荷有： 消防电梯。
3. 三级负荷
三级负荷为不属于前两级负荷者。对供电无特殊要求。
（二） 电源及供电系统
供配电系统的设计，除一级负荷中特别重要的负荷外，不应按一个电源系统检修或者故障的同时另外一个电源又发生故障的情况进行设计。需要两回电源线路的用电单位，应采用同级电压供电；但根据各级负荷的不同需要及地区供电的条件，也可以采用不同的电压供电。供电系统应简单可靠，同一电压供电系统的变配电级数不应多于两级。
高压配电系统应采用放射式。根据负荷的容量和分布，配变电所应靠近负荷中心。
学校图书馆采用10kV 双回路电源进线，均由市电电源供给，这样便满足了学校图书馆所有负荷的用电需求。图书馆由于没有特别重要的一级负荷，不需再增设第三电源。这样便已经满足学校图书馆供配电的要求。
（三） 电压选择和电能质量
用电单位的供电电压应根据用电容量，用电设备的特性，供电距离，供电线路的回路数，当地公共电网的现状及其发展规划等因素，经济技术比较确定。
供配电系统的设计时，应正确选择变压器的变比及电压分接头，降低系统阻抗，并应采取无功功率补偿的措施，还应使三相负荷平衡，以减少电压的偏差。
单相用电设备接入三相系统，使三相保持平衡。220V 照明负荷，当线路大于30A 时，应采用三相系统，并应采用三相五线制。这样，可以降低三相低压配电系统的不对称性和保证电气安全。
当单相用电设备接入电网时，求其计算负荷是以其三相中最大的一相负荷乘以三相所得。那么在设计中尽量或者注意使其三相平衡分布，这样单相接入的负荷就可以以其全部负荷相加即为其计算负荷。
（四） 无功补偿
供配电设计中正确选择电动机、变压器的容量，降低线路的感抗。当工艺条件适当时，应采取同步电机或选用带空载切除的间歇工作制设备等，提高用电单位自然功率因数措施后，仍达不到电网合理运行要求时，还可以采用并联电力电容器作为无功补偿装置；合理时，还可采用同步电动机。当采用电力电容器作为无功补偿装置时，应就地平衡补偿。低压部分的无功功率应由低压电容器补偿；高压部分的无功功率应由高压电容器补偿。容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率应就地补偿、集中补偿。在环境正常时，低压电容器应分散补偿。
无功补偿容量应按照无功功率曲线或无功补偿计算确定。当补偿低压基本无功功率的电容器组，常年稳定的无功功率，经常投入运行的变压器或配变电所内投切次数较少的高压电动机及高压电容器组时，应采用手动投切的无功补偿装置。当为避免过补偿时，装设无功自动补偿装置，在经济合理时只有装设无功自动补偿装置才能满足在各种运行
负荷的情况下的电压偏差允许时，应装设无功自动补偿装置。当采用高低压自动补偿装置效果相同时，应采用低压自动补偿装置。
为基本满足上述要求，在设计时把无功补偿装置统一装设在变压器的低压母线侧。这样的补偿，可以选择相对较小容量的变压器，节约初期投资。对于容量较大，并且功率因数很低的用电负荷采用单独就地补偿。 （五） 低压配电
在正常环境的车间或建筑物内，当大部分用电设备为中小容量，并且无特殊要求的时候，应采用树干式配电。当用电设备为大容量时，或负荷性质重要，或在有特殊要求的建筑物内，应采用放射式配电。还有一种为混合式，它兼具前两者的有点，且在现代建筑中应用广泛，如图2-1所示。
图2-1 低压配电方式
（六）变配电系统主接线方案的确定
1、主接线的定义
主接线是指由各种开关电器、电力变压器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备依一定次序相连接的接受和分配电能的电路。中低压供配电系统中主要采用单母线结线、单元式结线和桥式结线。
2、对主接线的基本要求
（1）安全性：必须保证在任何可能的运行方式及检修状态下运行人员和设备安全。
（2）可靠性：主接线的可靠性要求由用电负荷的等级确定。 （3）灵活性：应能适应各种可能的运行方式的要求。
（4）经济性：应满足最少的投资和年运行费用的要求，使得总经济效益为最佳。 3、主接线中主要的电气元件的功能
（1）断路器：是一种开关电器，能切除或投入正常负荷，并能切断故障回路，断开时无可见的断点，必须与能产生可见断点的隔离电器配合使用。
（2）负荷开关：是一种开关电器，能投入或切除正常的负荷，具有一定的灭弧能力，断开时有明显可见的断点。
（3）隔离开关：是一种隔离电器，只能切除或投入空载或很小的负荷，断开时有明显的可见断点。往往与断路器配合使用。
（4）熔断器：是一种保护电器，专门用于切断过负荷较大的回路或短路回路。当熔断器熔体上的电流超过一定值后，熔体发热熔断，切断电路。
（5）电流互感器：是一种电流变换电器，隔离高电压，通常将大电流变成小电流，以取得测量和保护用电流信号。
（6）电压互感器：是一种电压变换电器，隔离高电压，通常将高电压变成低电压，以取得测量保护用电压信号。
（7）避雷器：防过电压侵入。 （8）移相电容器：作无功功率补偿。 4、主接线方案的确定 确定供电方式：
按《民用建筑电气设计规范》要求，一类建筑应按一级负荷供电的要求进行供电。 一级负荷应有两个独立的电源供电，当一个电源故障时，另一个电源不会同时损坏。 本设计中高压侧采用两回独立的10kV 电源，分别属于不同的区域变电站。主接线设计方案：
对于一级负荷的供电要求，引进独立的双回路10kV 电源后，高压侧采用单母线分段联络的运行方式，低压侧采用单母线分段联络的运行方式，正常时两台变压器分列运行，任一台变压器出故障后，余下的一台可以满足所有一、二级负荷的供电。
主接线接线图：
图2-2 主线路接线图
第三章 负荷计算
（一）负荷统计
根据图书馆大楼的土建平面图及建筑总说明, 对图书馆大楼进行负荷估算与统计, 从而确定不同电气设备的安装容量。然后以此为依据用需要系数法获得计算负荷。做负荷统计是以计算负荷为基础的。计算负荷，是假想的负荷，是按允许发热条件选择供配电系统的导线截面，确定变压器容量，制订提高功率因数的措施，选择及整定保护设备以及校验供电电压质量等的依据。 1、图书馆大楼工程概况
主体部分一共九层, 第一至第五层为藏书库其占据负荷相应的小点，第六层至第九层为多媒体教室其占据负荷较高。工程的设计中的电气部分为：电梯、风扇、空调系统、照明、计算机及多媒体教室电脑等。 2、图书馆大楼的负荷估算
电梯：工程设计中共有2台电梯, 其中客梯1台，货梯1台。根据对电梯载重量及速度的要求和对客流量的分析, 初步估算电梯的功率为4.5kW/台。
空调系统：每个楼层都适当的装设一定数量的空调。分别为藏书室、多媒体教室、老师工作室等 、按照每台空调2.6kW 进行估算，各层相加共安装55台左右，得空调的总安装容量为143kW 。
电脑：按照每台电脑200W 进行估算，多媒体与计算机教室共安装1600台左右，得电脑的总安装容量为320kW 。
照明灯：按照每盏照明灯22W 进行估算，据统计总数量大概为1200盏左右，得照明灯的总安装容量为26.4kW 。
风扇：按照每台风扇60W 进行估算，据统计总数量大概为245台左右，得风扇的总安装容量为14.7kW 。
（二）用需要系数法进行负荷计算
按照上面负荷统计资料，用需要系数法进行负荷估算。 用需要系数法进行负荷计算的计算方法： 单组设备计算负荷：
P 30=K
d
∑p
i -1
n
Ni
（kW ）
Q 30= Pc tg φ（Kvar ）
2
S 30=P C 2+Q C （kVA ）
I 30=
S 303U r
n
（A ）
式中∑p Ni —为总设备功率
i -1
K d —需要系数 P 30—计算有功功率 Q 30—计算有功功率
tg φ—电气设备功率因数角的正切值 I 30—计算电流
U r —电气设备额定电压（线电压） 多组设备的计算负荷： P 30= K∑P K
d
∑p
i -1
n
Ni
（kW ）
Q 30= K∑Q P 30tg φ（Kvar ）
2S 30=P C 2+Q C （kVA ）
式中K ∑P —有功功率同时系数，取值为0.90 K ∑Q —无功功率同时系数，取值为0.95 图书馆电器总的数量统计表3-1所示：
电梯：2（台） 计算数据统计如下： 表3-2 负荷统计表所示：
照明总有功功率：
P 30= K∑P （1.76⨯3+2.8⨯5+1.76） =0.90⨯21kW=18.9kW 总无功功率：
Q 30= K∑Q （2.68⨯3+4.26⨯5+2.68） =0.95⨯32kvar=30.4kvar 总视在功率:
2
S 30=P C 2+Q C =18. 92+30. 42kV A=35.8kVA
总计算电流： I 30=
S 30U r
=
35. 8kVA ⨯0. 38kV
=54.4A
电脑总有功功率：
P 30= K∑P （0.8+1.6⨯2+4.8+0.8+72⨯3+32） =0.90⨯286.4kW=257.76kW 总无功功率：
Q 30= K∑Q （0.7+1.4⨯2+4.22+0.7+63.36⨯3+28.16）
=0.95⨯226.66 kvar=215.3 kvar 总视在功率：
22
S 30=P 30=257. 762+215. 32kV A=335.87kVA +Q 30
总计算电流： I 30=
S 30U r
=
335. 87kVA ⨯0. 38kV
=510.4A
风扇总有功功率：
P 30= K∑P （0.17+1.0⨯2+1.49⨯2+0.8⨯3+0.5） =0.90⨯8.05kW=7.25 kW 总无功功率：
Q 30= K∑Q （0.15+0.88⨯2+1.31⨯2+0.7⨯3+0.44） =0.95⨯7.07 kvar =6.71kvar 总视在功率：
22S 30=P 30=7. 252+6. 712kV A=9.88kVA +Q 30
总计算电流： I 30=
S 30U r
=
9. 88kVA ⨯0. 38kV
=15.0A
空调总有功功率：
P 30= K∑P （31.2⨯3+20.8） =0.90⨯114.4kW=102.96kW 总无功功率：
Q 30= K∑Q （23.4⨯3+15.6） =0.95⨯85.8 kvar =81.51 kvar 总视在功率：
22
+Q 30S 30=P 30=102. 962+81. 512kV A=131.3kVA
总计算电流：
I 30=
S 303U r
=
131. 3kVA ⨯0. 38kV
=199.5 A
电梯总有功功率： P 30= K∑P ⨯8.19
=0.95⨯8.19kW =7.8 kW 总无功功率： Q 30= K∑Q ⨯14.17 =0.97⨯14.17 kvar =13.7 kvar 总视在功率：
2
S 30=P C 2+Q C =7. 82+13. 72kV A=15.8 kVA
总计算电流： I 30=
S 303U r
=
15. 8kVA ⨯0. 38kV
=24.0A
第四章 高低压设备选型
（一）变压器的选取 1. 变压器台数的选取
电力变压器台数的选取应根据用电负荷的特点、经济运行、节能和降低工程造价等因素综合确定。如果周围环境因素恶劣，选用具有防尘、防腐性能的全密闭电力变压器BSL1型；对于高层建筑，地下建筑，机场等消防要求高的场所，宜选用干式电力变压器SLL 、SG 、SGZ 、SCB 型；如电网电压波动较大而不能满足用电负荷的要求时，则应选用有载调压电力变压器，以改善供电电压的质量。
对于一般车间、居民住宅、机关学校等，如果一台变压器能满足用电负荷需要时，宜选用一台变压器，其容量大小由计算负荷确定，但总的负荷通常在1000 kV 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，应设置两台及以上的电力变压器。如有大型冲击负荷，为减少对照明或其它用电负荷的影响，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。选用两台变压器时，其容量应能满足一台变压器故障或检修时，另一台仍能对一级和部分二级负荷供电。 2. 变压器容量的选择
先计算电力变压器的二次侧的总的计算负荷，并考虑无功补偿容量，最大负荷同时系数，以及线路与变压器的损耗，从而求得变压器的一次侧计算负荷，并作为选择变压器容量的重要依据。对于无特殊要求的用电部门，应考虑近期发展，单台电力变压器的额定容量按总视在计算负荷值再加大15%~25%来确定，以提高变压器的运行效率，但单台变压器的容量应不超过1000kV A 。在装设两台及以上电力变压器的变电所，当其中某一台变压器故障、检修而停止运行时，其他变压器应能保证一、二级负荷的用电，但每台的容量应在1000kV A 以内。
在确定电力变压器容量时，还应考虑变压器的经济运行。由于变压器的损耗与负荷率有关，负荷率对于变压器的经济运行的影响较大，所以应力求使变压器的平均负荷率接近于最佳负荷率β值。电力变压器的选择，应综合供配电计算负荷、供电可靠性要求和用电单位的发展规划等因素考虑，力求经济合理，满足用电负荷的要求。但有一个
不变的原则是：在保证供电可靠性的前提下，电力变压器的台数应尽量的减少。
3. 综上所述，根据负荷计算的总量，结合上述条件，以及图书馆内地下室变配所的环境条件选择两台400kVA 的SC9－400/10/0.4 kV 的环氧树脂浇注型铜芯绕组干式变压器。变压器的安装容量为800kVA 。
10kV 级SC-9三相环氧树脂浇注铜心干式变压器除性能好，体积小，安全可靠及维护方便外，其还有耐潮，难燃，防霉，防尘，抗突发短路等优点。 （二）变压器负荷的分配及无功补偿容量的确定 1、无功功率补偿的方法
无功功率的补偿方法分为就地补偿、低压集中补偿、中压集中补偿等。本设计中采用目前最常用的低压集中补偿。低压集中补偿是将并联补偿的低压电容器组集中设置在0.4KV 低压母线上的补偿方法。这种补偿方法可以对变压器以及以前的设备和线路上的功率因数进行补偿，维护、管理方便，补偿装置可以与低压配电装置一起安装在变电所的低压配电室内。
补偿容量的计算方法 Q 30= P30（tg φ1-tg φ2）
式中Q 30—需要补偿的无功功率（Kvar ） tg φ1—补偿前的无功功率因数角的正切值 tg φ2—补偿后的无功功率因数角的正切值 P 30—总计算有功功率 2、变压器的无功补偿
变压器
照明：总有功功率：18.9 kW 总无功功率：30.4kvar 电脑：总有功功率：257.76 kW 总无功功率：215.3 kvar 风扇：总有功功率：7.25kW 总无功功率：6.71 kvar
空调：总有功功率：102.96 kW 总无功功率：81.51kvar 电梯：总有功功率：7.8 kW 总无功功率：13.7 kvar
补偿前总有功功率：P 30= 394.67kW 补偿前总无功功率：Q 30= 347.62kvar 补偿前功率因数：cos φ=
P 30P 30+Q 30
2
2
=0.73
由于供配电系统规定变压器的低压侧的功率因数不得低于0.90，因此将低压侧的功率因数提高到0.95，则需要补偿的容量为：
Q c =394.67⨯（tan arccos0.73-tan arccos0.95）Kvar =394.67⨯（0.9362-0.3287）Kvar =239.8 kvar
采用6个型号BWF6.3-40-1W 的并联电容器进行低压集中补偿。 实际补偿容量: ΔQ1=6⨯40=240 kvar 补偿后低压侧的视在计算负荷为:
S 30=394. 672+(347. 62-239. 8) 2kV A=409 kVA 变压器的功率损耗为：
△ Pt≈0.01 S 30=0.01×409 kVA =4.09 kW △Qt≈0.05 S 30=0.05×409 kVA =20.45Kvar 高压侧的计算负荷为：
P 30=394.67 kW +4.09kW =398.76 kW Q 30=(347.62-239.8) Kvar+20.45 kvar=128.27 kvar
S 30=398. 762+128. 272kV A=418.9kVA 补偿后功率因数：cos φ= P30/ S30=398/419=0.950 台数的选择：据负荷性质-----可靠性要求
一、二级负荷，宜选用两台，互为备用。
二级负荷（无一级负荷〕时，也可采用一台，但在低压侧应与其它备用电源联络。 (1)明备用：两台变压器均按100%负荷选择，一台工作，一台备用。
(2)暗备用：每台变压器的容量均按最大负荷的70%来选择，正常情况下两台变压器都参加工作，每台变压器承担50%最大负荷。考虑经济运行，季节负荷较大时，可装二台以上的变压器。 年电费估算：
0.7×398.76 kW×12×365×0.6=733558（元） （三）高低压侧电气设备的选型 1、变压器高压侧
变压器的入线电缆上的计算电流为：800/10×3=46.2A 选择电缆为YJV22－8.7/10kV 3×95 选择高压断路器为:ZN28-10 10kV/50A 选择高压隔离开关为：GN30-10 10kV/630A 2、低压侧回路
1层照明回路：I c =54.4A 选择电缆为YJV-0.6/1kV-5×20 选择断路器：CM1-100M 500V/60A
瞬时过电流脱扣器整定电流：（4～7）I c =250A 电流互感器选型为：LMK(SDH)-0.66 250A/5A 1层和3层的照明回路和1层的相同 4层照明回路：I c =66.35A 选择电缆为YJV-0.6/1kV-5×35 选择断路器：CM1-100M 500V/80A
瞬时过电流脱扣器整定电流：（4～7）I c =400A 电流互感器选型为：LMK(SDH)-0.66 100A/5A
5、6、7、8层的照明回路和4层的照明回路是一样的，所以电缆、断路器、互感
器的选择和4层的相同。
1层电脑机房：I c =2A 选择电缆为YJV-0.6/1kV-5×5 选择断路器：CM1-225M 500V/10A 瞬时过电流脱扣器整定电流：（4～7）I c =30A 电流互感器选型为：LMK(SDH)-0.66 50A/5A
由于1、2、3、4、5层电脑需求数量不大，都是只用到几台电脑，所以电缆、断路器、互感器的选择和一层的相同。
5层电脑机房：I c =130A 选择电缆为YJV-0.6/1kV-5×120 选择断路器：CM1-225M 500V/200A 瞬时过电流脱扣器整定电流：（4～7）I c =600A 电流互感器选型为：LMK(SDH)-0.66 200A/5A
电脑主要是6、7、8层楼最多，而且数量基本一样，所以选电缆、断路器、互感器和五层的一样。
9层电脑机房：I c =58.4A 选择电缆为YJV-0.6/1kV-5×35 选择断路器：CM1-225M 500V/60A
瞬时过电流脱扣器整定电流：（4～7）I c =300A 电流互感器选型为：LMK(SDH)-0.66 100A/5A 6层空调风机设备及控制：I c =47.5A 选择电缆为YJV-0.6/1kV-5×20 选择断路器：CM1-100M 500V/50A
瞬时过电流脱扣器整定电流：（4～7）I c =250A 电流互感器选型为：LMK(SDH)-0.66 250A/5A
因为6、7、8层的空调数量是相同的，所以设备的选型和六层的选型一样。 9层空调风机设备及控制：I c =23.7A
选择电缆为YJV-0.6/1kV-5×10 选择断路器：CM1-100M 500V/32A
瞬时过电流脱扣器整定电流：（4～7）I c =150A 电流互感器选型为：LMK(SDH)-0.66 50A/5A 电梯：I c =165.77A
选择电缆为YJV-0.6/1kV-5×120 选择断路器：CM1-225M 500V/200A
瞬时过电流脱扣器整定电流：（4～7）I c =1000A 电流互感器选型为：LMK(SDH)-0.66 250A/5A 货梯：I c =91.08A
选择电缆为YJV-0.6/1kV-5×50 选择断路器：CM1-100M 500V/100A 瞬时过电流脱扣器整定电流：（4～7）I c =500A 电流互感器选型为：LMK(SDH)-0.66 150A/5A
报价表4-1所示：
第五章 大楼防雷设计
（一） 避雷针的选型
1、建安筑物易受雷击部位
每类建筑都容易遭受雷击，但不是建筑物的所有部位都容易遭受雷击，我们可以根据建筑物上各部位遭受雷击的可能性大小对进行有重点地保护，这样不仅可以更有效的保护建筑物不受雷击损害，还能有效的节约投资。下表为各类建筑物易受雷击部位：
建筑物易受雷击部位表5-1所示：
建筑物易受雷击部位表5-1
O 雷击率最高部位，——易受雷击部位，-------不易受雷击部位。 2、避雷针的选择和布置
（1）避雷针的选择：
避雷针由以下一种或多种设施组合而成： ①独立避雷针； ②架空避雷线或避雷网；
③直接装在建筑上的避雷针、避雷网或避雷带。 （2）避雷针的布置：
避雷针的布置表5-2所示：
避雷针的布置表5-2
布置避雷针时，可采用滚球法对避雷针、避雷带、避雷网的保护范围计算。滚球法是以hr 为半径的一个球体，沿需要防雷击的部位滚动，当球体只触及避雷针或避雷针何和地面，而不及需要保护的部位时，则该部分得到接闪器的保护。
由本建筑物的年预计落雷次数为0.074次/a，大于二级防雷建筑的0.06次/a的下限，确定本建筑的防雷按二级防雷设计，由于本楼为高层塔楼式建筑，所以避雷针采用避雷带与避雷针，楼顶四周女儿墙采用避雷带保护、大楼最高处采用避雷针保护，楼顶冷却塔采用避雷针保护。 （二） 确定避雷针高度
本建筑采用滚球法确定避雷针的保护范围
由于本建筑楼顶面基不大，本建筑采用单支避雷针保护。 单支避雷针按下列方法确定：
单支避雷针的保护范围，应按下列方法确定
图8-1 单支避雷针保护
1.
当避雷针高度
时：
a. 距地面hr 处作一平行于地面的平行线；
b. 以针尖为圆心、hr 为半径作弧线，交于平行线的A 、B 两点； c. 以A 、B 为圆心、hr 为半径作弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切。从此弧线起到地面止就是保护范围。保护范围是一个对称的锥体；
d. 避雷针在hr 高度的XX′平面上的保护半径，按下式计算：
式中rx —— 避雷针在hx 高度的XX′平面上的保护半径(m)； hr——滚球半径，按表1-2确定(m)； hx——被保护物的高度(m)。 2. 当
时，在避雷针上取高度hr 的一点代替单支避雷针针尖作为圆心。其余
的作法同 (1)。
下面根据以上计算如图：
图8-2
避雷针要高出大厦最高处9.32m ，近似取10m 。 （三） 接地装置的设计
根据规范，本建筑接地装置采用基础内钢筋，将地梁中的钢筋连成环形接地装置，这样做有以下好处：
接地电阻低。在混凝土基础内，钢筋纵横交错、密密麻麻。彼此经焊接或捆扎后，使整个基础组成一个完整的基地系统，它具有很高的热稳定性和疏散电流能力，因此，即地电阻低，由于高层建筑基础很深，接地电阻终身稳定，不受气候和季节影响。实测表明。绝大部分高层建筑接地电阻都不到1欧。远小于规范规定的二类防雷建筑冲击电阻小于10欧的要求。
电位分布均匀，均压效果好。将地基圈梁内的主筋和基础主筋连接起来并把各段地梁的钢筋连成一个环路，使整个建筑物地下如同敷设了均压网，使地面电位分布均匀。
施工方便，可省去大量土石方的挖掘量。施工时，只要密切与土建配合，将有关钢筋可靠焊接起来即可。
节约钢材。 维护工程量少。
图5-1 地理位置图
结 论
本次设计是以某院图书馆为基础进行的电气综合设计，其中包括供配电系统、照明系统、建筑物防雷、10kV 变配电站、一般动力系统、空调系统、火灾自动报警及消防联动控制系统、综合布线系统、保安监控系统和电缆电视系统等的工程设计。是按照国家各种规范标准进行的，既满足了专业设计要求，又达到了经济合理的目的。但在设计中还存在着不足之处，由于设计时间短促，本次设计只进行了供配电系统、照明系统、建筑物防雷等的工程设计。
本人认为这次设计基本上达到了设计任务书中所要求的目的。设计成果也达到了建筑电气设计的各项技术要求。
致 谢
毕业设计是检验和锻炼学生实际工程设计能力的一项教学环节。在这
次毕业设计的过程中，我得到了潘老师和同学们的帮助和指导，借此论文之际，我想对所有人表达我的谢意。
有了大家的帮助，我顺利完成了这次毕业设计。并在设计的过程中，我学习到了很多东西，并且体会到了成功之后的喜悦。
在此，感谢我的指导老师：潘庆老师。在设计中，潘老师给了我专业知识上的指导和建议，让我再这次设计中感受到了力量。其次感谢我的同学们，感谢他们在设计过程中，给我帮助和建议。最后，借此机会感谢学校的各位老师多年来的精心培养，感谢我的同学，感谢我的母校。
参考文献
[1] 雍静. 供配电系统[M].北京：机械工业出版社,2003年6月
[2] 黄明德，范文，王瀴. 建筑电气技术基础[M].天津:天津大学出版社,2006年9月 [3] 马誌溪. 建筑电气工程[M].北京：化学工业出版社，2006年1月
[4] 程绪琦，梁洵，张明久，高润泉.AutoCAD2006中文版[M].北京：电子工业出版社，2006年2月
[5] 江文. 供配电技术[M]. 北京：机械工业出版社,2005年1月
[6] 戴瑜新. 建筑智能化系统设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005年4月 [7] 王晓东. 电气照明技术[M].北京：机械工业出版社, 2004年1月
毕业设计（论文）成绩评定表
柳州职业技术学院
毕业设计（论文）
题目:某图书馆10/0.4kV供配电设计
姓名 梁侦剑
学号 [1**********]
专业 电气自动化技术
年级指导教师完成时间 2012-11-02
柳州职业技术学院毕业设计（论文）
任 务 书
系（部） 学生学号一、毕业设计（论文）题目： 某图书馆10/0.4kV供配电设计
二、毕业设计（论文）工作规定进行的日期：2012年09 月10日起至2012年 11月 04日 止
三、毕业设计（论文）进行地点： 柳州职业技术学院
四、任务书的内容：
目的：毕业设计是一门综合性、实践性很强的课程。它是工科强电类专业(特别是供用电技术专业) 教学计划中的一门主要专业课程，是高职高专全程教学中必修的关键教学环节，是实现教学科研与工程实践相结合的重要途径，是培养学生综合运用所学专业知识和操作技能去分析和解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力之重要手段。建立正确的设计思想，掌握工程技术设计的一般程序，是学生毕业前应具备的基本技能。
通过毕业设计，使学生初步掌握供配电系统安装调试与检修及设计计算所必需的基本理论知识和专业操作技能，为今后从事工厂供配电技术工作奠定一定的基础。使学生能较快适应未来的工作岗位，具有较强的应用所学专业知识和操作技能，解决供配电工程实际问题的能力。
任务：1、方案设计：
根据设计任务书，搜集资料，进行调查研究，依据要求设计参数, 确定设计方案。
2、技术设计：
供配电系统的原理、功能、特点，安装调试与检修的方法步骤及工艺要求（文字+图片）。
3、图纸设计：
按照设计要求，绘制出供配电系统的原理图、接线图。
工作日程安排：
第1周(2012.7.10——2012.7.11) ：下达毕业设计任务书， 分组明确设计课题，收集参考资料。 第2周(2012.7.20——2012.7.23) ：编制设计方案。
第2～3周(2012.8.1——2012.8. 8)：方案设计。
第4～5周(2012.8.20——2012.8.28) ：实施设计任务。
第6～7周(2012.9.1——2012.9.8) ：整理并撰写毕业设计说明书，完成初稿工作。
第8周(2012.9.15——2012.9.18) ：修改设计说明书，完成定稿工作。
第8周(2012.9.19——2012.9.20) ：交毕业设计，经过审查后准备答辩。
第10周(2012.10.11——2012.10.18) ：毕业设计（论文）审阅评分并进行答辩。
第12周(2012.11.10——2012.11.15) 将毕业设计归档、清点、装订、装袋后上交归档。
设计（论文）要求：
1、根据所选的课题，要求学生独立完成设计工作，训练学生运用所学专业知识解决工程实际问题的能力。
2、要求学生在通读教材、理解和掌握所学基础知识和基本方法的基础上，查阅相关参考书，吃透每一个知识点，结合内容进行实例分析。
3、要求学生对基本概念要做到深刻理解，对基本原理要弄清弄懂，对基本方法要熟练掌握，通过工程知识和工程技能的综合训练，以达到提高分析问题、解决问题的能力。
4、通过毕业设计，提高学生科研和实际技能水平，提高识图、制图、查阅技术手册，正确运算、文字表达能力和组织管理的能力。
5、培养学生独立工作的能力，进一步巩固和扩展专业知识，提高自学能力和工作适应能力。
6、培养学生严谨求实，理论联系实际的工作作风和严肃认真的科学态度。
学生开始执行任务书日期： 2012 年 9 月 10日 指导教师签名：
年 月 日
学生送交毕业设计（论文）日期：2012年 11月 15日 教研室主任签名： 年 月 日
学生签名：
年 月 日
目 录
摘要....................................................0
第一章 引言 . .......................................... 1
（一）供配电技术概论 .................................. 1
（二）图书馆工程设计概论 .............................. 1
第二章 主接线设计 ..................................... 3
（一）负荷分级及供电要求 .............................. 3
（二）电源及供电系统 .................................. 3
（三）电压选择和电能质量 .............................. 4
（四）无功补偿 . ....................................... 4
（五）低压配电 . ....................................... 5
（六）变配电系统主接线方案的确定 ...................... 5
第三章 负荷计算 . ...................................... 8
（一）负荷统计 . ....................................... 8
（二）用需要系数法进行负荷计算 ........................ 8
第四章 高低压设备选型 ................................ 15
（一）变压器的选取 ................................... 15
（二）变压器负荷的分配及无功补偿容量的确定 ........... 16
（三）高低压侧电气设备的选型 ......................... 18
第五章 大楼防雷设计 ................................... 22
（一）确定避雷针高度 ................................. 23
（二）接地装置的设计 ................................. 25
结论 . ................................................. 27
致谢...................................................28
参考文献...............................................29
摘 要
图书馆是收藏图书、资料、报纸、杂志、光盘介质等文献并加以收集整理以供读者学习、参考、研究的文化场所。它是文献情报的中心，也是莘莘学子们探寻，学习知识的圣殿，包含着很高的文化艺术价值，因此得到了越来越广泛的重视。
本设计介绍了图书馆电气设计方法及其特点。结合设计者所学的专业，并兼顾本建筑供电的可靠性、经济性等方面的因素设计的。是以某学院图书馆为基础，进行强弱电设计，其中强电包括供配电系统、照明系统、一般动力系统、空调系统、防雷接地等。弱电包括火灾自动报警及消防联动控制系统、综合布线系统、保安监控系统和电缆电视系统等。
按二级负荷供电，采用双路电源。建筑物地下层设变配电室。负荷密度按80W/m2考虑，选择相应干变压器台数和容量。本工程按二类建筑屋考虑防雷措施。
关 键 词：供配电；防雷；照明；弱电；负荷计算。
第一章 引 言
（一）供配电技术概论
供配电技术，就是研究电力的供应及分配的问题。电力，是现代工业生产、民用住宅、及企事业单位的主要能源和动力，是现代文明的物质技术基础。没有电力，就没有国民经济的现代化。现代社会的信息化和网络化，都是建立在电气化的基础之上的。因此，电力供应如果突然中断，则将对这些用电部门造成严重的和深远的影响。作好供配电工作，对于保证正常的工作、学习、生活将有十分重要的意义。
供配电工作要很好的为用电部门及整个国民经济服务，必须达到以下的基本要求： 安全——在电力的供应、分配及使用中，不发生人身事故和设备事故。
可靠——应满足电力用户对供电可靠性和连续性的要求。
优质——应满足电力用户对电压质量和频率质量的要求。
经济——应使供配电系统投资少，运行费用低，并尽可能的节约电能和减少有色金属消耗量。
（二）图书馆工程设计概论
1、概况说明
本建筑为多层图书馆建筑。安装负荷约1600 kVA 、计算负荷为1100 kW。本设计在地下平面设置变配电室，内设两台变压器。楼内接地型式采用TN-S 制，配电方式采用放射式供电至各层，各层由层配电箱出至各分配电箱。消防用电设备电源在最末一级配电箱处进行自动切换。
2、设备安装
空调设备的电源由各层的空调电源配电箱集中供电，母线槽的安装：此部分安装前应由施工单位或母线槽供货单位结合现场实际情况，测得实际数据后由厂家按其数据进行加工制作安装。安装时根据有关标准图集及厂家的具体要求进行。
设备安装：低压配电屏落地安装，屏与基础槽钢螺栓连接，配电屏采用下出线，部分屏与母线槽连接。这些事宜在配电屏订货时应充分考虑。
3、图书馆照明设计说明
根据现行国家设计规范规定及标准图集。根据建筑专业提供的设计资料及有关设计
要求。根据其它专业提供的设计资料及有关设计要求。
本设计是根据建筑专业要求，除配电室（间）、楼梯间、设备用房、书库、卫生间等部位按无吊顶设计外，其它均按有吊顶进行设计的。设计接口以本设计的配电箱为界，配电箱的照明电源见配电单项设计图纸。
照明配电箱除各层配电间内的箱子采用明装金卡，其它位置的配电箱采用暗装。室外的照明开关采用明装，室内开关采用暗装，插座采用暗装，应急照明灯具插座的安装高度为2.5m ，其它插座的安装高度为0.3m 。灯具主要采用嵌入式和吸顶式安装，大空间和室外的照明灯具采用壁装。本设计按一般照明设计，灯具可根据实际装修的要求并进行校核后，型号和安装方式自行变更。
4、接地
在配电室内设置等电位接线箱，在楼内进行等电位联结。电缆进楼处应将电缆的金属外皮、保护钢管等接地，进出建筑物的其它金属管道在进出处均应可靠接地。以防止雷电波侵入。
金属配电箱的外壳等用电设备正常情况下不带电的金属构件应与接地系统可靠连接。接地干线在由变配电室至电梯机房的竖向上用40*4镀锌扁钢。其它各层的水平干线，至制冷设备的接地线用25*4的镀锌扁钢。容量较小的用电设备的接地线利用电缆（线）线芯（PE ）线接地
第二章 主接线设计
供配电系统设计应贯彻执行国家的经济技术指标，做到保障人身安全，供电可靠，技术先进和经济合理。在设计中，必须从全局出发，统筹兼顾，按负荷性质、用电容量、工程特点，以及地区供电特点，合理确定设计方案。还应注意近远期结合，以近期为主。设计中尽量采用符合国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。
（一） 负荷分级及供电要求
电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失及影响的程度分为一级、二级、三级负荷。独立于正常电源的发电机组，供电网络中独立于正常的专用馈电线路，以及蓄电池和干电池可作为应急电源。二级负荷的供电系统，应由两线路供电。必要时采用不间断电源（UPS ）。
1. 一级负荷
一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者；或将在政治上，经济上造成重大损失者；或中断将影响有重大政治经济意义的用电单位的正常工作者。
就所设计的图书馆供配电这一块来讲，一级用电负荷为火灾报警及联动控制设备、消防泵、防排烟风机、喷淋泵、事故照明。
2. 二级负荷
二级负荷为中断供电将在政治上，经济上产生较大损失的负荷，如主要设备损坏，大量产品报废等；或中断供电将影响重要的用电单位正常的工作负荷，如交通枢纽、通信枢纽等；或中断供电将造成秩序混乱的负荷等。
在本次毕业设计中所设计的图书馆拥有的二级负荷有： 消防电梯。
3. 三级负荷
三级负荷为不属于前两级负荷者。对供电无特殊要求。
（二） 电源及供电系统
供配电系统的设计，除一级负荷中特别重要的负荷外，不应按一个电源系统检修或者故障的同时另外一个电源又发生故障的情况进行设计。需要两回电源线路的用电单位，应采用同级电压供电；但根据各级负荷的不同需要及地区供电的条件，也可以采用不同的电压供电。供电系统应简单可靠，同一电压供电系统的变配电级数不应多于两级。
高压配电系统应采用放射式。根据负荷的容量和分布，配变电所应靠近负荷中心。
学校图书馆采用10kV 双回路电源进线，均由市电电源供给，这样便满足了学校图书馆所有负荷的用电需求。图书馆由于没有特别重要的一级负荷，不需再增设第三电源。这样便已经满足学校图书馆供配电的要求。
（三） 电压选择和电能质量
用电单位的供电电压应根据用电容量，用电设备的特性，供电距离，供电线路的回路数，当地公共电网的现状及其发展规划等因素，经济技术比较确定。
供配电系统的设计时，应正确选择变压器的变比及电压分接头，降低系统阻抗，并应采取无功功率补偿的措施，还应使三相负荷平衡，以减少电压的偏差。
单相用电设备接入三相系统，使三相保持平衡。220V 照明负荷，当线路大于30A 时，应采用三相系统，并应采用三相五线制。这样，可以降低三相低压配电系统的不对称性和保证电气安全。
当单相用电设备接入电网时，求其计算负荷是以其三相中最大的一相负荷乘以三相所得。那么在设计中尽量或者注意使其三相平衡分布，这样单相接入的负荷就可以以其全部负荷相加即为其计算负荷。
（四） 无功补偿
供配电设计中正确选择电动机、变压器的容量，降低线路的感抗。当工艺条件适当时，应采取同步电机或选用带空载切除的间歇工作制设备等，提高用电单位自然功率因数措施后，仍达不到电网合理运行要求时，还可以采用并联电力电容器作为无功补偿装置；合理时，还可采用同步电动机。当采用电力电容器作为无功补偿装置时，应就地平衡补偿。低压部分的无功功率应由低压电容器补偿；高压部分的无功功率应由高压电容器补偿。容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率应就地补偿、集中补偿。在环境正常时，低压电容器应分散补偿。
无功补偿容量应按照无功功率曲线或无功补偿计算确定。当补偿低压基本无功功率的电容器组，常年稳定的无功功率，经常投入运行的变压器或配变电所内投切次数较少的高压电动机及高压电容器组时，应采用手动投切的无功补偿装置。当为避免过补偿时，装设无功自动补偿装置，在经济合理时只有装设无功自动补偿装置才能满足在各种运行
负荷的情况下的电压偏差允许时，应装设无功自动补偿装置。当采用高低压自动补偿装置效果相同时，应采用低压自动补偿装置。
为基本满足上述要求，在设计时把无功补偿装置统一装设在变压器的低压母线侧。这样的补偿，可以选择相对较小容量的变压器，节约初期投资。对于容量较大，并且功率因数很低的用电负荷采用单独就地补偿。 （五） 低压配电
在正常环境的车间或建筑物内，当大部分用电设备为中小容量，并且无特殊要求的时候，应采用树干式配电。当用电设备为大容量时，或负荷性质重要，或在有特殊要求的建筑物内，应采用放射式配电。还有一种为混合式，它兼具前两者的有点，且在现代建筑中应用广泛，如图2-1所示。
图2-1 低压配电方式
（六）变配电系统主接线方案的确定
1、主接线的定义
主接线是指由各种开关电器、电力变压器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备依一定次序相连接的接受和分配电能的电路。中低压供配电系统中主要采用单母线结线、单元式结线和桥式结线。
2、对主接线的基本要求
（1）安全性：必须保证在任何可能的运行方式及检修状态下运行人员和设备安全。
（2）可靠性：主接线的可靠性要求由用电负荷的等级确定。 （3）灵活性：应能适应各种可能的运行方式的要求。
（4）经济性：应满足最少的投资和年运行费用的要求，使得总经济效益为最佳。 3、主接线中主要的电气元件的功能
（1）断路器：是一种开关电器，能切除或投入正常负荷，并能切断故障回路，断开时无可见的断点，必须与能产生可见断点的隔离电器配合使用。
（2）负荷开关：是一种开关电器，能投入或切除正常的负荷，具有一定的灭弧能力，断开时有明显可见的断点。
（3）隔离开关：是一种隔离电器，只能切除或投入空载或很小的负荷，断开时有明显的可见断点。往往与断路器配合使用。
（4）熔断器：是一种保护电器，专门用于切断过负荷较大的回路或短路回路。当熔断器熔体上的电流超过一定值后，熔体发热熔断，切断电路。
（5）电流互感器：是一种电流变换电器，隔离高电压，通常将大电流变成小电流，以取得测量和保护用电流信号。
（6）电压互感器：是一种电压变换电器，隔离高电压，通常将高电压变成低电压，以取得测量保护用电压信号。
（7）避雷器：防过电压侵入。 （8）移相电容器：作无功功率补偿。 4、主接线方案的确定 确定供电方式：
按《民用建筑电气设计规范》要求，一类建筑应按一级负荷供电的要求进行供电。 一级负荷应有两个独立的电源供电，当一个电源故障时，另一个电源不会同时损坏。 本设计中高压侧采用两回独立的10kV 电源，分别属于不同的区域变电站。主接线设计方案：
对于一级负荷的供电要求，引进独立的双回路10kV 电源后，高压侧采用单母线分段联络的运行方式，低压侧采用单母线分段联络的运行方式，正常时两台变压器分列运行，任一台变压器出故障后，余下的一台可以满足所有一、二级负荷的供电。
主接线接线图：
图2-2 主线路接线图
第三章 负荷计算
（一）负荷统计
根据图书馆大楼的土建平面图及建筑总说明, 对图书馆大楼进行负荷估算与统计, 从而确定不同电气设备的安装容量。然后以此为依据用需要系数法获得计算负荷。做负荷统计是以计算负荷为基础的。计算负荷，是假想的负荷，是按允许发热条件选择供配电系统的导线截面，确定变压器容量，制订提高功率因数的措施，选择及整定保护设备以及校验供电电压质量等的依据。 1、图书馆大楼工程概况
主体部分一共九层, 第一至第五层为藏书库其占据负荷相应的小点，第六层至第九层为多媒体教室其占据负荷较高。工程的设计中的电气部分为：电梯、风扇、空调系统、照明、计算机及多媒体教室电脑等。 2、图书馆大楼的负荷估算
电梯：工程设计中共有2台电梯, 其中客梯1台，货梯1台。根据对电梯载重量及速度的要求和对客流量的分析, 初步估算电梯的功率为4.5kW/台。
空调系统：每个楼层都适当的装设一定数量的空调。分别为藏书室、多媒体教室、老师工作室等 、按照每台空调2.6kW 进行估算，各层相加共安装55台左右，得空调的总安装容量为143kW 。
电脑：按照每台电脑200W 进行估算，多媒体与计算机教室共安装1600台左右，得电脑的总安装容量为320kW 。
照明灯：按照每盏照明灯22W 进行估算，据统计总数量大概为1200盏左右，得照明灯的总安装容量为26.4kW 。
风扇：按照每台风扇60W 进行估算，据统计总数量大概为245台左右，得风扇的总安装容量为14.7kW 。
（二）用需要系数法进行负荷计算
按照上面负荷统计资料，用需要系数法进行负荷估算。 用需要系数法进行负荷计算的计算方法： 单组设备计算负荷：
P 30=K
d
∑p
i -1
n
Ni
（kW ）
Q 30= Pc tg φ（Kvar ）
2
S 30=P C 2+Q C （kVA ）
I 30=
S 303U r
n
（A ）
式中∑p Ni —为总设备功率
i -1
K d —需要系数 P 30—计算有功功率 Q 30—计算有功功率
tg φ—电气设备功率因数角的正切值 I 30—计算电流
U r —电气设备额定电压（线电压） 多组设备的计算负荷： P 30= K∑P K
d
∑p
i -1
n
Ni
（kW ）
Q 30= K∑Q P 30tg φ（Kvar ）
2S 30=P C 2+Q C （kVA ）
式中K ∑P —有功功率同时系数，取值为0.90 K ∑Q —无功功率同时系数，取值为0.95 图书馆电器总的数量统计表3-1所示：
电梯：2（台） 计算数据统计如下： 表3-2 负荷统计表所示：
照明总有功功率：
P 30= K∑P （1.76⨯3+2.8⨯5+1.76） =0.90⨯21kW=18.9kW 总无功功率：
Q 30= K∑Q （2.68⨯3+4.26⨯5+2.68） =0.95⨯32kvar=30.4kvar 总视在功率:
2
S 30=P C 2+Q C =18. 92+30. 42kV A=35.8kVA
总计算电流： I 30=
S 30U r
=
35. 8kVA ⨯0. 38kV
=54.4A
电脑总有功功率：
P 30= K∑P （0.8+1.6⨯2+4.8+0.8+72⨯3+32） =0.90⨯286.4kW=257.76kW 总无功功率：
Q 30= K∑Q （0.7+1.4⨯2+4.22+0.7+63.36⨯3+28.16）
=0.95⨯226.66 kvar=215.3 kvar 总视在功率：
22
S 30=P 30=257. 762+215. 32kV A=335.87kVA +Q 30
总计算电流： I 30=
S 30U r
=
335. 87kVA ⨯0. 38kV
=510.4A
风扇总有功功率：
P 30= K∑P （0.17+1.0⨯2+1.49⨯2+0.8⨯3+0.5） =0.90⨯8.05kW=7.25 kW 总无功功率：
Q 30= K∑Q （0.15+0.88⨯2+1.31⨯2+0.7⨯3+0.44） =0.95⨯7.07 kvar =6.71kvar 总视在功率：
22S 30=P 30=7. 252+6. 712kV A=9.88kVA +Q 30
总计算电流： I 30=
S 30U r
=
9. 88kVA ⨯0. 38kV
=15.0A
空调总有功功率：
P 30= K∑P （31.2⨯3+20.8） =0.90⨯114.4kW=102.96kW 总无功功率：
Q 30= K∑Q （23.4⨯3+15.6） =0.95⨯85.8 kvar =81.51 kvar 总视在功率：
22
+Q 30S 30=P 30=102. 962+81. 512kV A=131.3kVA
总计算电流：
I 30=
S 303U r
=
131. 3kVA ⨯0. 38kV
=199.5 A
电梯总有功功率： P 30= K∑P ⨯8.19
=0.95⨯8.19kW =7.8 kW 总无功功率： Q 30= K∑Q ⨯14.17 =0.97⨯14.17 kvar =13.7 kvar 总视在功率：
2
S 30=P C 2+Q C =7. 82+13. 72kV A=15.8 kVA
总计算电流： I 30=
S 303U r
=
15. 8kVA ⨯0. 38kV
=24.0A
第四章 高低压设备选型
（一）变压器的选取 1. 变压器台数的选取
电力变压器台数的选取应根据用电负荷的特点、经济运行、节能和降低工程造价等因素综合确定。如果周围环境因素恶劣，选用具有防尘、防腐性能的全密闭电力变压器BSL1型；对于高层建筑，地下建筑，机场等消防要求高的场所，宜选用干式电力变压器SLL 、SG 、SGZ 、SCB 型；如电网电压波动较大而不能满足用电负荷的要求时，则应选用有载调压电力变压器，以改善供电电压的质量。
对于一般车间、居民住宅、机关学校等，如果一台变压器能满足用电负荷需要时，宜选用一台变压器，其容量大小由计算负荷确定，但总的负荷通常在1000 kV 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，应设置两台及以上的电力变压器。如有大型冲击负荷，为减少对照明或其它用电负荷的影响，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。选用两台变压器时，其容量应能满足一台变压器故障或检修时，另一台仍能对一级和部分二级负荷供电。 2. 变压器容量的选择
先计算电力变压器的二次侧的总的计算负荷，并考虑无功补偿容量，最大负荷同时系数，以及线路与变压器的损耗，从而求得变压器的一次侧计算负荷，并作为选择变压器容量的重要依据。对于无特殊要求的用电部门，应考虑近期发展，单台电力变压器的额定容量按总视在计算负荷值再加大15%~25%来确定，以提高变压器的运行效率，但单台变压器的容量应不超过1000kV A 。在装设两台及以上电力变压器的变电所，当其中某一台变压器故障、检修而停止运行时，其他变压器应能保证一、二级负荷的用电，但每台的容量应在1000kV A 以内。
在确定电力变压器容量时，还应考虑变压器的经济运行。由于变压器的损耗与负荷率有关，负荷率对于变压器的经济运行的影响较大，所以应力求使变压器的平均负荷率接近于最佳负荷率β值。电力变压器的选择，应综合供配电计算负荷、供电可靠性要求和用电单位的发展规划等因素考虑，力求经济合理，满足用电负荷的要求。但有一个
不变的原则是：在保证供电可靠性的前提下，电力变压器的台数应尽量的减少。
3. 综上所述，根据负荷计算的总量，结合上述条件，以及图书馆内地下室变配所的环境条件选择两台400kVA 的SC9－400/10/0.4 kV 的环氧树脂浇注型铜芯绕组干式变压器。变压器的安装容量为800kVA 。
10kV 级SC-9三相环氧树脂浇注铜心干式变压器除性能好，体积小，安全可靠及维护方便外，其还有耐潮，难燃，防霉，防尘，抗突发短路等优点。 （二）变压器负荷的分配及无功补偿容量的确定 1、无功功率补偿的方法
无功功率的补偿方法分为就地补偿、低压集中补偿、中压集中补偿等。本设计中采用目前最常用的低压集中补偿。低压集中补偿是将并联补偿的低压电容器组集中设置在0.4KV 低压母线上的补偿方法。这种补偿方法可以对变压器以及以前的设备和线路上的功率因数进行补偿，维护、管理方便，补偿装置可以与低压配电装置一起安装在变电所的低压配电室内。
补偿容量的计算方法 Q 30= P30（tg φ1-tg φ2）
式中Q 30—需要补偿的无功功率（Kvar ） tg φ1—补偿前的无功功率因数角的正切值 tg φ2—补偿后的无功功率因数角的正切值 P 30—总计算有功功率 2、变压器的无功补偿
变压器
照明：总有功功率：18.9 kW 总无功功率：30.4kvar 电脑：总有功功率：257.76 kW 总无功功率：215.3 kvar 风扇：总有功功率：7.25kW 总无功功率：6.71 kvar
空调：总有功功率：102.96 kW 总无功功率：81.51kvar 电梯：总有功功率：7.8 kW 总无功功率：13.7 kvar
补偿前总有功功率：P 30= 394.67kW 补偿前总无功功率：Q 30= 347.62kvar 补偿前功率因数：cos φ=
P 30P 30+Q 30
2
2
=0.73
由于供配电系统规定变压器的低压侧的功率因数不得低于0.90，因此将低压侧的功率因数提高到0.95，则需要补偿的容量为：
Q c =394.67⨯（tan arccos0.73-tan arccos0.95）Kvar =394.67⨯（0.9362-0.3287）Kvar =239.8 kvar
采用6个型号BWF6.3-40-1W 的并联电容器进行低压集中补偿。 实际补偿容量: ΔQ1=6⨯40=240 kvar 补偿后低压侧的视在计算负荷为:
S 30=394. 672+(347. 62-239. 8) 2kV A=409 kVA 变压器的功率损耗为：
△ Pt≈0.01 S 30=0.01×409 kVA =4.09 kW △Qt≈0.05 S 30=0.05×409 kVA =20.45Kvar 高压侧的计算负荷为：
P 30=394.67 kW +4.09kW =398.76 kW Q 30=(347.62-239.8) Kvar+20.45 kvar=128.27 kvar
S 30=398. 762+128. 272kV A=418.9kVA 补偿后功率因数：cos φ= P30/ S30=398/419=0.950 台数的选择：据负荷性质-----可靠性要求
一、二级负荷，宜选用两台，互为备用。
二级负荷（无一级负荷〕时，也可采用一台，但在低压侧应与其它备用电源联络。 (1)明备用：两台变压器均按100%负荷选择，一台工作，一台备用。
(2)暗备用：每台变压器的容量均按最大负荷的70%来选择，正常情况下两台变压器都参加工作，每台变压器承担50%最大负荷。考虑经济运行，季节负荷较大时，可装二台以上的变压器。 年电费估算：
0.7×398.76 kW×12×365×0.6=733558（元） （三）高低压侧电气设备的选型 1、变压器高压侧
变压器的入线电缆上的计算电流为：800/10×3=46.2A 选择电缆为YJV22－8.7/10kV 3×95 选择高压断路器为:ZN28-10 10kV/50A 选择高压隔离开关为：GN30-10 10kV/630A 2、低压侧回路
1层照明回路：I c =54.4A 选择电缆为YJV-0.6/1kV-5×20 选择断路器：CM1-100M 500V/60A
瞬时过电流脱扣器整定电流：（4～7）I c =250A 电流互感器选型为：LMK(SDH)-0.66 250A/5A 1层和3层的照明回路和1层的相同 4层照明回路：I c =66.35A 选择电缆为YJV-0.6/1kV-5×35 选择断路器：CM1-100M 500V/80A
瞬时过电流脱扣器整定电流：（4～7）I c =400A 电流互感器选型为：LMK(SDH)-0.66 100A/5A
5、6、7、8层的照明回路和4层的照明回路是一样的，所以电缆、断路器、互感
器的选择和4层的相同。
1层电脑机房：I c =2A 选择电缆为YJV-0.6/1kV-5×5 选择断路器：CM1-225M 500V/10A 瞬时过电流脱扣器整定电流：（4～7）I c =30A 电流互感器选型为：LMK(SDH)-0.66 50A/5A
由于1、2、3、4、5层电脑需求数量不大，都是只用到几台电脑，所以电缆、断路器、互感器的选择和一层的相同。
5层电脑机房：I c =130A 选择电缆为YJV-0.6/1kV-5×120 选择断路器：CM1-225M 500V/200A 瞬时过电流脱扣器整定电流：（4～7）I c =600A 电流互感器选型为：LMK(SDH)-0.66 200A/5A
电脑主要是6、7、8层楼最多，而且数量基本一样，所以选电缆、断路器、互感器和五层的一样。
9层电脑机房：I c =58.4A 选择电缆为YJV-0.6/1kV-5×35 选择断路器：CM1-225M 500V/60A
瞬时过电流脱扣器整定电流：（4～7）I c =300A 电流互感器选型为：LMK(SDH)-0.66 100A/5A 6层空调风机设备及控制：I c =47.5A 选择电缆为YJV-0.6/1kV-5×20 选择断路器：CM1-100M 500V/50A
瞬时过电流脱扣器整定电流：（4～7）I c =250A 电流互感器选型为：LMK(SDH)-0.66 250A/5A
因为6、7、8层的空调数量是相同的，所以设备的选型和六层的选型一样。 9层空调风机设备及控制：I c =23.7A
选择电缆为YJV-0.6/1kV-5×10 选择断路器：CM1-100M 500V/32A
瞬时过电流脱扣器整定电流：（4～7）I c =150A 电流互感器选型为：LMK(SDH)-0.66 50A/5A 电梯：I c =165.77A
选择电缆为YJV-0.6/1kV-5×120 选择断路器：CM1-225M 500V/200A
瞬时过电流脱扣器整定电流：（4～7）I c =1000A 电流互感器选型为：LMK(SDH)-0.66 250A/5A 货梯：I c =91.08A
选择电缆为YJV-0.6/1kV-5×50 选择断路器：CM1-100M 500V/100A 瞬时过电流脱扣器整定电流：（4～7）I c =500A 电流互感器选型为：LMK(SDH)-0.66 150A/5A
报价表4-1所示：
第五章 大楼防雷设计
（一） 避雷针的选型
1、建安筑物易受雷击部位
每类建筑都容易遭受雷击，但不是建筑物的所有部位都容易遭受雷击，我们可以根据建筑物上各部位遭受雷击的可能性大小对进行有重点地保护，这样不仅可以更有效的保护建筑物不受雷击损害，还能有效的节约投资。下表为各类建筑物易受雷击部位：
建筑物易受雷击部位表5-1所示：
建筑物易受雷击部位表5-1
O 雷击率最高部位，——易受雷击部位，-------不易受雷击部位。 2、避雷针的选择和布置
（1）避雷针的选择：
避雷针由以下一种或多种设施组合而成： ①独立避雷针； ②架空避雷线或避雷网；
③直接装在建筑上的避雷针、避雷网或避雷带。 （2）避雷针的布置：
避雷针的布置表5-2所示：
避雷针的布置表5-2
布置避雷针时，可采用滚球法对避雷针、避雷带、避雷网的保护范围计算。滚球法是以hr 为半径的一个球体，沿需要防雷击的部位滚动，当球体只触及避雷针或避雷针何和地面，而不及需要保护的部位时，则该部分得到接闪器的保护。
由本建筑物的年预计落雷次数为0.074次/a，大于二级防雷建筑的0.06次/a的下限，确定本建筑的防雷按二级防雷设计，由于本楼为高层塔楼式建筑，所以避雷针采用避雷带与避雷针，楼顶四周女儿墙采用避雷带保护、大楼最高处采用避雷针保护，楼顶冷却塔采用避雷针保护。 （二） 确定避雷针高度
本建筑采用滚球法确定避雷针的保护范围
由于本建筑楼顶面基不大，本建筑采用单支避雷针保护。 单支避雷针按下列方法确定：
单支避雷针的保护范围，应按下列方法确定
图8-1 单支避雷针保护
1.
当避雷针高度
时：
a. 距地面hr 处作一平行于地面的平行线；
b. 以针尖为圆心、hr 为半径作弧线，交于平行线的A 、B 两点； c. 以A 、B 为圆心、hr 为半径作弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切。从此弧线起到地面止就是保护范围。保护范围是一个对称的锥体；
d. 避雷针在hr 高度的XX′平面上的保护半径，按下式计算：
式中rx —— 避雷针在hx 高度的XX′平面上的保护半径(m)； hr——滚球半径，按表1-2确定(m)； hx——被保护物的高度(m)。 2. 当
时，在避雷针上取高度hr 的一点代替单支避雷针针尖作为圆心。其余
的作法同 (1)。
下面根据以上计算如图：
图8-2
避雷针要高出大厦最高处9.32m ，近似取10m 。 （三） 接地装置的设计
根据规范，本建筑接地装置采用基础内钢筋，将地梁中的钢筋连成环形接地装置，这样做有以下好处：
接地电阻低。在混凝土基础内，钢筋纵横交错、密密麻麻。彼此经焊接或捆扎后，使整个基础组成一个完整的基地系统，它具有很高的热稳定性和疏散电流能力，因此，即地电阻低，由于高层建筑基础很深，接地电阻终身稳定，不受气候和季节影响。实测表明。绝大部分高层建筑接地电阻都不到1欧。远小于规范规定的二类防雷建筑冲击电阻小于10欧的要求。
电位分布均匀，均压效果好。将地基圈梁内的主筋和基础主筋连接起来并把各段地梁的钢筋连成一个环路，使整个建筑物地下如同敷设了均压网，使地面电位分布均匀。
施工方便，可省去大量土石方的挖掘量。施工时，只要密切与土建配合，将有关钢筋可靠焊接起来即可。
节约钢材。 维护工程量少。
图5-1 地理位置图
结 论
本次设计是以某院图书馆为基础进行的电气综合设计，其中包括供配电系统、照明系统、建筑物防雷、10kV 变配电站、一般动力系统、空调系统、火灾自动报警及消防联动控制系统、综合布线系统、保安监控系统和电缆电视系统等的工程设计。是按照国家各种规范标准进行的，既满足了专业设计要求，又达到了经济合理的目的。但在设计中还存在着不足之处，由于设计时间短促，本次设计只进行了供配电系统、照明系统、建筑物防雷等的工程设计。
本人认为这次设计基本上达到了设计任务书中所要求的目的。设计成果也达到了建筑电气设计的各项技术要求。
致 谢
毕业设计是检验和锻炼学生实际工程设计能力的一项教学环节。在这
次毕业设计的过程中，我得到了潘老师和同学们的帮助和指导，借此论文之际，我想对所有人表达我的谢意。
有了大家的帮助，我顺利完成了这次毕业设计。并在设计的过程中，我学习到了很多东西，并且体会到了成功之后的喜悦。
在此，感谢我的指导老师：潘庆老师。在设计中，潘老师给了我专业知识上的指导和建议，让我再这次设计中感受到了力量。其次感谢我的同学们，感谢他们在设计过程中，给我帮助和建议。最后，借此机会感谢学校的各位老师多年来的精心培养，感谢我的同学，感谢我的母校。
参考文献
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毕业设计（论文）成绩评定表