高档别墅住宅小区供配电系统设计

高档别墅住宅小区供配电系统设计

摘 要

本次设计题目为小区供配电系统设计，该系统通过降压变压器与10kv公共电源干线相连，然后向学校供给电能。该小区包括了别墅区，用电负荷较大，对供电可靠性要求也较高。因此，必须采用可靠性较高的接线形式。

本次设计主要内容包括：负荷计算、短路电流计算、电气主接线的设计、电气设备的选择与校验（包括主变压器的选择、断路器及隔离开关的选择与校验、导体的选择与校验、电流互感器的选择与校验、电压互感器的选择和避雷器的选择等）和变配电所的布置与结构设计。其中，主接线代表了变配电所主体结构，它对各种电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系，并将长期影响电力系统运行的可靠性、安全性、灵活性和经济性。

在设计的过程中，本人参阅了大量的供配电系统设计、变配电所设计、建筑电气设计规范等相关的规范和设计手册，最后对该校供配电系统进行了初步设计。本设计为毕业设计，其目的是通过设计实践，综合运用所学知识，理论联系实际，锻炼独立分析和解决电气设计问题的能力，为未来的工作奠定坚实的基础。

关键词：变压器、电气主接线、电气设备、继电保护

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Abstract

This design topic is the power supply and distribution system for a residence community, this system is connected with the public line of 10kV through step-down transformers, and distribute electrical power to the residence community. The residence community include Villa area section. The electrical charge is big , and the residence community’ demand of reliability of power supply is high, using the high reliable wiring form.

This design main content includes: the charge computation, short-circuit current computation, electrical main wiring design, electrical equipment choice and verification (including main voltage transformer choice, circuit breaker and disconnecting switch with check-up, conductor choice with check-up, current transformer choice with check-up, voltage transformer choice with check-up and lightning protector choice and so on),the disposal and configuration of the transformer substation design. Between them, the electrical main wiring has represented the main bodies structure of the substation, it has the decisive relations about the electrical equipment choice, the power distribution equipment arrangement, the relay protection, the decision of automatic device and the control mode ,and it has long-term influence about the reliability，security， flexibility and efficiency of the electrical

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power system movement.

In order to finish the design, I referring to the power supply and distribution design standard, the transformer substation design standard，the electrical design standard of architecture and so on, carry on the preliminary design to this power system. This design is a graduation design .The purpose of this design is to give us a chance of synthetical usage of the knowledge we have learned. Besides, it can train our ability to analyze and solve practical problems in Construct electricity in dependently so that the theory is connected with practice and a solid base is made in favor of future work.

Key word: transformer, electrical main wiring,electrical equipment，electrical equipment

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目 录

摘 要?????????????????????????????1 Abstract????????????????????????????2 第一章 概述???????????????????????????6

第一节 设计的对象和主要任务????????????????????6 第二节 设计的原则和资料??????????????????????6

第二章 供配电系统设计?????????????????????7

第一节 负荷计算??????????????????????????7 第二节 无功补偿功率????????????????????????10

第三章 变电所位置和型式的选择????????????????12 第四章 变电所主变压器和主结线方案的选择??????????13

第一节 变电所主变压器的选择????????????????????13 第二节 变电所主结线方案选择????????????????????14

第五章 短路电流计算 ?????????????????????16

第一节 短路电流计算的目的及方法??????????????????16 第二节 短路电流计算???????????????????????16

第六章 电气设备的选择 ????????????????????18

第一节 电气设备选择原则??????????????????????18 第二节 电气设备选择????????????????????????21 第三节 高低压母线的选择??????????????????????24

第七章 变电所进出线和邻近单位联络线的选择?????????25

第一节 10KV高压进线和引入电缆的选择 ???????????????25 第二节 380V低压出线的选择????????????????????25 第三节 作为备用电源的高压联络线的选择校验?????????????31

第八章 变配电所二次回路方案的选择与继电保护的整定????33

第一节 高压断路器的操动机构控制与信号回路?????????????33 第二节 高低压侧的电能计量回路???????????????????33 第三节 变配电所的测量和绝缘监察回路????????????????34 第四节 变配电所的保护装置?????????????????????35

第九章 变配电所的防雷保护与接地装置的设计?????????38

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第一节 变配电所的防雷保护?????????????????????38 第二节 变配电所公共接地装置的设计?????????????????38

第十章 变配电所的布置与结构设计??????????????41

第一节 变配电所总体布置方案的设计要求??????????????41 第二节 变配电所各室的具体布置与结构要求?????????????41 第三节 变配电所布置方案的确定??????????????????44

总 结??????????????????????????????45 致 谢??????????????????????????????46 参考文献????????????????????????????47 附 录??????????????????????????????48

附录一 外文资料翻译???????????????????????48 1.1 原文?????????????????????????????48 1.2 译文?????????????????????????????55 附录二 小区平面图????????????????????????58 附录三 主接线图?????????????????????????59 3.1 主接线图一?????????????????????????59 3.2 主接线图二?????????????????????????60 附录四 变配电所布置图??????????????????????61

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第一章 概 述

第一节 设计的对象和主要任务

1、设计的对象

本次设计的对象——“高档住宅小区”，它分为别墅区、公园、银行、医院等七部分，全小区总面积约490000平方米。别墅区为联排别墅共20排每排5户，共100户。由于小区属高档住宅区，所以小区内部配置有相应的小型医院和娱乐场所（如小型游乐场、休闲会所、公园等）出于对小区的安全和自动化管理配置有专用的小区监控系统（如防盗报警系统、闭路电视监视系统、门禁系统和确认系统等）和消防报警和控制系统（如火灾自动检测与报警、消防备用联动控制系统和紧急广播系统等）。 2、设计的主要任务

本次设计的主要任务有：负荷计算与无功补偿、变配电所主变压器和主接线方案、变配电所位置和型式的选择、短路电流的计算、变配电所一次设备的选择校验、变配电所进出线的选择、变配电所二次回路方案的选择与继电保护的整定、变配电所的防雷保护与接地装置的设计、变配电所的布置与结构设计等。

第二节 设计的原则和资料

1、供配电系统设计的原则

（1）必须遵守国家的有关法规、标准和规范，执行国家的有关方针、政策，包括节约能源、节约有色金属等技术经济政策。

（2）应做到保障人身和设备的安全、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经济合理，设计中应采用国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。

（3）必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案。

（4）应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与长期发展的关系，做到远、近期为主，适当考虑扩建的可能性。 2、设计的原始资料

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（1）小区总平面图（见附录二） （2）小区负荷情况

该小区内的银行、医院、小区监控和消防为一级负荷； 娱乐场所如休闲会所和游乐场的照明及设备属与二级负荷；而普通照明三级负荷。 （3）供电电源情况

按照小区与当地供电部门签订的供用电协议规定，本小区可由附近一条10KV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看小区总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-185，导线为等边三角形排列，线距为1.0m；干线首端距离本小区约9Km。干线首端所装高压断路器的断流容量为500MVA，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为2S。为满足小区一.二级负荷的要求，可采用联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本小区高压侧有电气联系的架空线路总长度达120Km，电缆线路总长度为40Km。 （4） 气象资料

本小区所在的年最高气温为35.10C，年平均气温为17.30C，年最底气温为-6.60C，年最热月平均气温为33.20C，年最热月平均气温为27.50C，年最热月地下0.8m处平均气温为250C。年主导风为东北风，年雷暴日数为22.6。 （5） 地质水文资料

本小区所在地区平均海拔111.4m,地层以黄土为主,地下水位大于20m。 （6） 电费制度

本小区与当地供电部门达成协议，小区最大负荷时的功率因素不得低于0.9。此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：6～10kV 为800元/kVA。

第二章 负荷计算及无功补偿

第一节 负荷计算

一、 负荷计算的内容和目的

（1） 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，

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其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。 （2） 尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。 （3） 平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。 二、负荷计算的方法

负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。 本设计采用需要系数法确定。

(1)三相设备组有功计算负荷基本公式: 有功功率：P30?Pe?Kd 无功功率: Q30?P30?tan? 视在功率: S30?P30cos? 计算电流: I30?S303UN

(2)多组用电设备有功计算负荷基本公式: 需求系数: K?P?0.8?0.9 K?q?0.8?5本次设计取K?P?0.9 K?q?0.9 50. 9P30?K?P?P30 Q30?K?q?Q30 I30?S303UN

COS??P30S30

三、负荷计算的结果

根据小区的负荷统计资料，按照需要系数法，负荷计算结果如表2-1

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设备容需要系量Pe/kw 数Kd 1000 0.8 计算负荷 P30/kw 800 Q30/kvar 600 S30/kVA 1000 I30/A 1519.4 编名称 号 类别 空调+电气加热装置 cos ? tan ? 0.8 0.75 1 别 墅 区 照明 消防+监控 小计 400 0.6 1.0 240 240 364.6 100 1500 0.6 0.8 0.75 60 1100 45 645 75 1315 114 1998 小区路灯2 及公园用电 照明 45 1.0 0.45 1.89 45 89.1 100 152 仪用 照明 3 医 院 空调 消防 小计 空调电暖 4 商 业 街 照明 小计 空调+电暖 照明 健身器材 50 30 15 5 100 120 0.3 0.6 0.8 0.6 0.8 0.55 1.52 1.0 0.8 0.8 0.8 0.75 0.75 0.75 15 18 12 3 48 96 22.8 9 2.25 34.05 72 27.3 18 15 3.75 64.05 120 41.5 27.4 23 5.7 97.6 182 80 200 80 40 100 0.6 0.8 0.6 0.4 1.0 0.8 1.0 0.7 0.75 1.02 48 144 64 24 40 72 48 40.8 48 168 80 24 57 73 255 121.5 36.5 86.6 5 休 闲 会 所 9

消防 小计 空调 照明 6 银 行 计算机系统 消防 小计 照明 7 游乐场 游乐器材 小计 小区监控 20 240 40 40 100 20 200 20 30 50 0.6 0.8 0.7 0.6 0.6 0.7 0.4 0.8 0.8 1.0 0.8 0.8 1.0 0.7 0.75 0.75 0.75 0.75 1.02 12 140 32 28 60 12 132 14 12 26 9 97.8 24 45 9 78 12.24 12.24 15 176 40 28 75 15 158 14 17.2 31.2 22.8 267.4 60.8 42.5 114 22.8 240.1 21.3 26.1 47.4 8 监控 100 0.45 0.5 1.73 45 77.85 90 136.7 合计 (308V侧) 设入K?p=0.92 K?q=0.95 0.83 1545.6 1050.7 1868.9 3194.2 第二节 无功补偿功率

一、无功补偿的目的

按供电局的规定，低压功率因数补偿到0.95，高压功率因数要求0.9，凡达不到者，按规定罚款。

采用无功补偿，提高系统的功率因数，不仅可以节能，减少线路压降，提高供电质量，还可以提高系统供电的裕量。因此，建筑供电系统中的无功功率补偿是必不可少的。

二、并联电容器的选择计算方法：

（1） 无功功率补偿容量（单位为kvar）的计算

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Qc?P30(tan?1?tan?2)??qcP30 （2）并联电容器个数

n?Qc qc式中 qc——单个电容器的容量（单位为kvar）

由表2-1可知，该小区380侧最大负荷时的功率因数为0.83。而供电部分要求该小区10KV 进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时的功率因数应稍大于0.90，暂取 0.92来计算380 V侧所需无功功率补偿综合考虑在这里采用并联电容器进行高压集中补偿。

可选用BWF10.5-50-1型的电容器 Qc=P30（tan?1-tan?2）

=1545.6×〔tan（arccos0.83）-tan（arccos0.92）〕 =377.1kvar 取Qc=450Kvar

因此，其电容器的个数为： n = Qc/qC =450/50=9

而由于电容器是单相的，所以应为3的倍数，取9个 正好 无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为：

S′30（2）= 1545.62?(1050.738?450)2 =1658.2KV·A 变压器的功率损耗为：

△QT = 0.06 S′30（2）= 0.06 × 1658.2 = 99.492Kvar △PT = 0.015 S′30（2）= 0.015 × 1658.2= 24.9Kw 变电所高压侧计算负荷为：

P′30= 24.9+1545.6=1570.5Kw Q′30= 81.474+492.6=700.2Kvar S′30 = 1570.52?700.22 ≈ 1719.2 KV .A 无功率补偿后，小区的功率因数为：

cos?′= P30′/ S30′= 1570.5/ 1719.2≈0.914≥0.9

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因此符合本设计要求。

第三章 变电所位置和型式的选择

变电所选址的一般原则：1、尽量靠近负荷中心，以减少配电系统的电能损耗、电压损耗及有色金属消耗量。2、进出线方便，特别是采用架空线进出时应考虑这一点。3、接近电源侧，对总变、配电所特别要考虑这一点。4、设备运输方便。5、尽量避开剧烈震动和高温场所。6、不宜设在有多尘和有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，则应设在污源的上风侧。7、不宜设在厕所、浴池或其他经常经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻。8、不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方。且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方。9、高压配电所应尽量与车间变电所或有大量高压用电设备建筑物合建。10、不应妨碍其他建筑物的发展，并适当考虑今后的扩建。

以下采用负荷功率矩法确定负荷中心，在小区平面图的下边和左侧作一个直角坐标，

图3-1、采用负荷功率矩法确定负荷中心

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X?Pi=550×0.2+48×0.2+36×0.3+36×0.3+36×0.5+36×0.5+550×

0.6+132×0.6+140×0.9+45×0.9+26×0.9+45×0.4=794.3

Y?Pi=550×0.5+36×0.2+36×0.2+36×0.7+36×0.7+550×0.5+45×0.4+45×0.4+26×0.9=696.6

负荷中心坐标为: X= X?Pi/?Pi=0.47km, Y= Y?Pi/?Pi=0.42km

因此该小区的负荷中心由上述计算得应放在别墅住宅区中间道路的中部右侧，且应避开进入别墅区大门位置，具体位置如上图3-1所示。

第四章 变电所主变压器和主结线方案的选择

第一节 变电所主变压器的选择

一、变电所主变压器台数的选择

1、应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便其中一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。

2、对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也

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可考虑采用两台变压器，以便高峰负荷期间两台运行，而低谷负荷期间切除一台，以减少变压器损耗。

3、 除上述情况外，一般三级负荷变电所可采用一台变压器。

4、在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。 二、变电所主变压器容量的选择

(1)装设一台主变压器的变电所，主变压器的容量ST应满足：SN.T≥S′30 一般取S30=2000KV·A≥S30=1719.2KV·A

因此选2000KV·A的变压器一台，型号选S9-2000/10

(2)装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件：

① 任一台单独运行时，SN.T≥（0.6-0.7）×S30=（0.6-0.7）×1719.2=(1031.52～1203.44) KV·A

② 任一台单独运行时，SN.T≥S30（Ⅰ+Ⅱ）=(402.05+112.2)=514.25 KV·A 因此选两台S9-1250/10型低压损耗配电变压器的联结组别采用Yyn0。

第二节 变电所主结线方案选择

一、变配电所主结线的选择原则

1.当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。

2.当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。 3.当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组结线。

4.为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。

5.接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。 毕业论文 http://www.bylw8.com

6.6～10KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。

7.采用6～10 KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。 8.由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器（一般都安装计量柜）。

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9.变压器低压侧为0.4KV的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。 10.当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。 二、主结线方案选择

方案一、装设一台主变压器的主接线方案 (见附录三) 方案二、装设两台主变压器的主接线方案 (见附录三) 两种主接线方案的技术经济性比较 如表4－1所示

表4－1 两种主接线方案比较 装设一台主变压器的主接线装设两台主变压器的主接线 比较项目 方案 方案 供供电安全性 满足要求 满足要求 电供电可靠性 基本满足要求 较高 技供电质量 由于一台主变，电压损耗约大 由于两台主变，电压损耗约小 术灵活方便性 只一台主变，灵活性差 由于两台主变，灵活性较好 指扩建适应性 稍差 较好 标 查表得S9-1250单价15万元，查表得S9-2000单价18.9万电力变压器的综变压器的综合投资额约为单元，变压器的综合投资额约为合 价的四倍，因此综合投资为单价的两倍，因此综合投资为4?15?60万元，比一台变压投资额 2?18.9?37.8万元 器的方案多投资22.2万元 查表得GG-1A(F)型柜按每台本方案采用6台GG-1A(F)柜，经高压开关柜的综4.5万计，查表得综合投资按其综合投资约为6×1.5×设备价1.5倍计，因此其综合济合 4.5＝40.5万元，比一台主变投资约为4×1.5×4.5＝27指投资额 的方案多投资13.5万元。 万元 标 电力变压器和高37.8×0.05＋27×0.06＋22.2×0.05＋13.5×0.06＋压开关柜的年运（37.8＋27）×0.06=7.41万（22.2＋13.5）×0.06=4.06行费 元 万元 按1000元∕KVA计，贴费为贴费为2×1250×0.1＝250交供电部门的一2000×0.1万元＝200万元 万元，比一台主变的方案多交次性供电贴费 50万元。 从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变压器的主接线方案越优于装设一台主变压器的主接线方案，按经济指标，则装设一台主变压器的主接线方案优于装设两台主变压器的主接线方案。但本高档别墅小区，有一二级重要负荷所以

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决定装设两台主变压器的主接线方案优于装设一台主变压器的接线方案。

第五章 短路电流计算

第一节 短路电流计算的目的及方法

短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。

进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于小区供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。

短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）；本设计采用标幺制法进行短路电流计算。 第二节 短路电流计算 一、绘制计算电路。

如图5-1所示

∞系统

二、确定基准值。

（1） 500MVA ～ （2） K-1 S9-1250 K-2 （3） （4） 220/380V LGJ-120，10K`m S9-1250 取Sd=100MV·A Ud1=10.5KV Ud2=Uc2=0.4KV 而Id1=

Sd3Uc1Sd3UC2 =

1003?10.51003?0.4 =5.50KA

Id2= ==144KA

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三、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值。

（1）、电力系统

X1*=

Sd100==0.2 500Soc

（2）、架空线路

查表得X0=0.35?/㎞，因此

? X2?X0lSd100?0.35?10??3.17 22UC10.51（3）、电力变压器

查表得Uz%=4.5，因此

Uz%Sd4.5?100?103 X?X???3.6

100SN100?1250?3?4因此绘制等效电路，如图5-2所示

K-2 K-1 1/0.2 2/3.17

4/3.6

1、计算K-1点（10.5KV侧）的短路总电抗及三相短路电流和短路容量。

（1）、总电抗标幺值

3/3.6 7 X?(K?1)?0.2?3.1??3 .37（2）、三相短路电流周期分量有效值

(3) IK?1?Id1X?(K?1)??5.5?1.63K2A 3.37（3）、其它短路电流

)3)I\(3?I?(?3I)K?1?(1.63KA2(3)?2.5X5 ish(3)Ish?1.5X1\(3)?2.?551?.632KA4 .1621.?511?.632KA2.464\(3)?（4）、三相短路容量

2、计算K-2点（0.4KV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量。

（1）、总电抗标幺值

???X??K?2??X1??X2?X3//X4 ?(3)SK?1?SdX?(K?1)??100?29.67MVA 3.37 17

= 0.2?3.17?3.6 2 =5.17 （2）、三相短路电流周期分量有效值

(3)IK?2?Id2X?(K?2)??144?27.85KA 5.17（3）、其它短路电流

(3)(3)I\?I??IK?1?27.85KA

(3)ish?1.84I\?1.84?27.85?51.244KA (3)Ish?1.09I\?1.09?27.85?30.356KA（4）、三相短路容量

(3)SK?2?SdX?(K?2)??100?19.34MVA 5.17以上计算结果综合如表5-1所示。

表5-1 短路计算结果

短路 计算点 K-1 K-2 三相短路电流/KA 三相短路容量/MVA (3) IshIk(3) I\3) (3) I?(3) ishSk(3) 29.67 19.34 1.632 1.632 27.85 27.85 1.632 4.162 2.464 27.85 51.244 30.356

第六章 电气设备的选择 第一节 电气设备选择原则

一、电气设备选择的一般原则

正确选择电器是使电气接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件，电器要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来检验热稳定和动稳定。

（1）、按正常工作条件选择电器 ①额定电压和最高工作电压

电器允许最高工作电压UOLm不得低于所接电网的最高运行电压，即UOLm≥USM

18

一般电器允许的最高工作电压:当额定电压在220kV及以下时为1.15UX,额定电压为330—500kV时为1.1UX，而实际电网的最高运行电压USM一般不超过1.1UNS，因此在选择电器时，一般可按照电器的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNS的条件选择。即UN≥UNS ②额定电流

电器的额定电流IN是指在额定周围环境Q0温度下，电器的长期允许电流，IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即IN≥Imax

由于变压器在电压下降5%时出力保持不变，故其相应回路的Imax为变压器的额定电流的1.05倍，若变压器有过负荷运行的可能时，Imax应按过负荷确定，母联断路器回路一般可取母线上最大一台变压器的Imax。 （2）、按短路情况校验 ①短路热稳定校验

短路电流通过电器时，电器各部件温度不超过允许值，满足热稳定的条件为：I2ct≥Qk

其中式中：QK---短路电流产生的热效应Ict——电器允许通过的热稳定电流和时间。

②电动力稳定校验

电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定，满足动稳定的条件为： ies≥iSh 或Ies≥Ish

式中Ish. ish—断路冲击电流幅值及其有效值

Ies. ies-电器允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值 下列情况可不校验热稳定或动稳定

(1)用熔断器保护的电器，其热能稳定由熔断时间保证,故可不校验热稳定 (2)采用限流电阻熔断器保护的设备可不校验动稳定

(3)装设有电压互感器回路中的裸导体和电器可不校验动热稳定. 二、高压断路器的选择原则 （1）断路器种类的型式的选择

按照断路器采用的灭弧介质和灭弧方式，一般可分为多油式断路器，少油式

19

断路器，压缩空气高压断路器SF6断路器，真空断路器。 （2）额定电压的选择： Ue≥Ug （3）额定电流的选择:Ie≥Imax （4）开断电流的选择

高压断路器的额定开断电流INbr不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量,即Inbr≥Ipt

当断路器的INbr较系统短路电流大很多时,为了简化计算,也可用次暂态电流I\进行选择,即INbr≥I\ （5）ixd的选择

断路器的额定关合电流不应小于短路最大冲击值ish 即incL≥ish （6）热稳定校验 I2ct≥Qk （7）动稳定校验 ies≥ish 三、隔离开关的选择原则 （1）种类和形式的选择

隔离开关的形式很多，按安装地点可分为屋内式和屋外式,按绝缘支柱数目又分为单柱式、双柱式和三相五柱式。 （2）额定电流选择：IN≥Imax （3）额定电压选择: UN≥UNS （4）热稳定校验:I2ct≥QK （5）动稳定校验:ies≥ish 四、电流互感器的选择原则

（1）一次回路额定电压和电流的选择 即应满足：UN≥UNS IN≥Imax

（2） 二次回路额定电流有5A和1A两种,一般弱电流系统用1A,强电流系统用5A。当配电装置距控制室较远时，为提高准确级，应尽量用1A。 （3）电流互感器种类和形式的选择

在选择互感器时，应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）选择其型式。

（4）电流互感器的准确级和额定容量的选择

20

（2） 校验电压损耗

由小区平面图量得变电所至沿街商铺距离约200m。而查表得240㎜2的钢芯电缆的R0?0.1计算得：

144?(0.1?0.2)?72?(0.07?0.2)?10.2V0.38

10.2?U%??100%?2.7%??Ual%?580?U???，X0?0.07,且沿街商铺的P30?144kw,Q30?72Kvar,KmKm满足电压损耗5%的要求。 〈三〉短路热稳定度校验

求满足短路热稳定度的最小截面：

(3)Amin?I?tima0.75?27850??209.7mm2?240mm2 C115（式中tima—变电所高压侧过电流保护动作时间按0.5s整定（终端变电所），再加上断路器时间0.2s再加0.05s。）

240㎜

2

为前面所选缆心截面大于Amin，满足热稳定度要求，因此选

VV22-1000-3×240＋1×150的四芯电缆。 二、馈电给休闲会所的线路

采用YJ22-1000型交联聚乙烯绝缘铜芯电缆直接埋地敷设。 （一）按发热条件选择

由I30=267.4A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表，初选300㎜2，其Ial=471A﹥I30,满足发热条件。 （二）校验电压损耗

由小区平面图量得变电所至休闲会所距离约360m。而查表得300㎜2的铜芯电缆的R0?0.09计算得：

140?(0.09?0.36)?97.8?(0.07?0.36)?18.4V0.38

18.4?U%??100%?4.8%??Ual%?580?U???，X0?0.07,且休闲会所的P30?140kw,Q30?97.8Kvar,KmKm 26

满足电压损耗5%的要求。 (三) 短路热稳定度校验

求满足短路热稳定度的最小截面：

Amin?I(3)?tima0.75?27850??209.7mm2?300mm2 C115（式中tima—变电所高压侧过电流保护动作时间按0.5s整定（终端变电所），再加上断路器时间0.2s再加0.05s。）

300㎜

2

为前面所选缆心截面大于Amin，满足热稳定度要求，因此选

YJ22-1000-3×300＋1×150的四芯电缆。 三、馈电给银行的线路

采用YJ22-1000型交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。 （一）按发热条件选择

由I30=240.1A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表，初选300㎜2，其Ial=365A﹥I30,满足发热条件。 （二）校验电压损耗

由小区平面图量得变电所至银行距离约300m。而查表得300㎜2的铜芯电缆的R0?0.12?U???，X0?0.07,且银行的P30?132kw,Q30?78Kvar,计算得： KmKm132?(0.12?0.3)?78?(0.07?0.3)?16.8V0.38

16.8?U%??100%?4.4%??Ual%?580满足电压损耗5%的要求。 (三) 短路热稳定度校验

求满足短路热稳定度的最小截面：

(3)Amin?I?tima0.75?27850??209.7mm2?300mm2 C115（式中tima—变电所高压侧过电流保护动作时间按0.5s整定（终端变电所），再加上断路器时间0.2s再加0.05s。）

300㎜

2

为前面所选缆心截面大于Amin，满足热稳定度要求，因此选

YJ22-1000-3×300＋1×150的四芯电缆。

27

四、馈电给医院的线路

采用VV22-1000型聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直接埋地敷设。 （一）按发热条件选择

由I30=97.6A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表，初选120㎜2，其Ial=207A﹥I30,满足发热条件。 （二）校验电压损耗

由小区平面图量得变电所至医院距离约350m。而查表得120㎜2的铜芯电缆的R0?0.19?U???，X0?0.07,且医院的P 30?48kw,Q30?34.05Kvar,计算得：KmKm48?(0.19?0.35)?34.05?(0.07?0.35)?10.52V0.38

10.52?U%??100%?2.8%??Ual%?580满足电压损耗5%的要求。 (三) 短路热稳定度校验

求满足短路热稳定度的最小截面：

(3)Amin?I?tima0.75?27850??209.7mm2?120mm2 C115（式中tima—变电所高压侧过电流保护动作时间按0.5s整定（终端变电所），再加上断路器时间0.2s再加0.05s。）

因为Amin?209.7mm2?A?120mm2，所以改选为240㎜2的铜芯电缆，因此选VV22-1000-3×240＋1×150的四芯电缆。 五、馈电给游乐场的线路

采用YJ22-1000型交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。 （一）按发热条件选择

由I30=47.4A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表，初选70㎜2，其Ial=165A﹥I30,满足发热条件。 （二）校验电压损耗

由小区平面图量得变电所至游乐场距离约450m。而查表得70㎜2的铜芯电缆的R0?0.54??，X0?0.07,且游乐场的P30?26kw,Q30?12.24Kvar,计算KmKm28

得：

26?(0.54?0.45)?12.24?(0.07?0.45)?17.6V0.38

17.6?U%??100%?4.6%??Ual%?580?U?满足电压损耗5%的要求。 (三) 短路热稳定度校验

求满足短路热稳定度的最小截面：

(3)Amin?I?tima0.75?27850??209.7mm2?70mm2 C115（式中tima—变电所高压侧过电流保护动作时间按0.5s整定（终端变电所），再加上断路器时间0.2s再加0.05s。）

因为Amin?209.7mm2?A?120mm2，所以改选为240㎜2的铝芯电缆，因此选YJ22-1000-3×240＋1×150的四芯电缆。 六、馈电给小区路灯及公园的线路

采用VV22-1000型聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直接埋地敷设。 （一）按发热条件选择

由I30=152A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表，初选240㎜2，其Ial=310A﹥I30,满足发热条件。 （二）校验电压损耗

由小区平面图量得变电所至小区路灯及公园距离约200m 。而查表得240㎜

2

的铜芯电缆的R0?0.1??，X0?0.07,且小区路灯及公园的KmKmP30?45kw,Q30?89.1Kvar,计算得：

45?(0.1?0.2)?89.1?(0.07?0.2)?5.7V0.38

5.7?U%??100%?1.5%??Ual%?580?U?满足电压损耗5%的要求。 (三) 短路热稳定度校验

求满足短路热稳定度的最小截面：

29

(3)Amin?I?tima0.75?27850??209.7mm2?240mm2 C115（式中tima—变电所高压侧过电流保护动作时间按0.5s整定（终端变电所），再加上断路器时间0.2s再加0.05s。）

240㎜2为前面所选缆心截面大于Amin，满足热稳定度要求，因此选VV22-1000-3×240＋1×150的四芯电缆。 七、馈电给小区监控的线路

采用VV22-1000型聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直接埋地敷设。 （一）按发热条件选择

由I30=136.7A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表，初选240㎜2，其Ial=310A﹥I30,满足发热条件。 （二）校验电压损耗

由小区平面图量得变电所至小区监控距离约50m 。而查表得240㎜2的铜芯电缆的R0?0.1计算得：

45?(0.1?0.05)?77.85?(0.07?0.05)?1.32V0.38

1.32?U%??100%?0.35%??Ual%?580?U???，X0?0.07,且小区监控的P30?45kw,Q30?77.85Kvar,KmKm满足电压损耗5%的要求。 (三) 短路热稳定度校验

求满足短路热稳定度的最小截面：

Amin?I(3)?tima0.75?27850??209.7mm2?240mm2 C115（式中tima—变电所高压侧过电流保护动作时间按0.5s整定（终端变电所），再加上断路器时间0.2s再加0.05s。）

240㎜2为前面所选缆心截面大于Amin，满足热稳定度要求，因此选VV22-1000-3×240＋1×150的四芯电缆。 八、馈电给别墅区的线路

由于别墅区的耗电量较大，计算电流I30=1998A，所以将别墅区分为四部分，

30

每一部分单独供电，分别设置馈线回路。每部分的计算电流I30=499.5A，P30=275kw, Q30=161.3kvar。

（一）按发热条件选择。由I30=499.5A及土壤境温度25℃, 查表后初选，2根240mm2的电缆来分担。 其

Ial?2?310?620A?I30

（二） 检验电压损耗

变配电所至一、二部分别墅区的距离均约180m,而查表知240mm2铜芯电缆的R0=0.1?/km, X0 =0.07?/km, 又P30=275 kw, Q30=161.3kvar，计算得：

?U?275?(0.1?0.18)?161.3?(0.07?0.18)?18.3v

0.3818.3?100%?4.8%?5% 380?U%?满足电压损耗5%的要求。

变配电所至三、四部分别墅区的距离均约100m,而查表知240mm2铜芯电缆的R0=0.1?/km, X0 =0.07?/km, 又P30=275 kw, Q30=161.3kvar，计算得：

275?(0.1?0.1)?161.3?(0.07?0.1)?10.2V0.38

10.2?U%??100%?2.7%??Ual%?580?U?满足电压损耗5%的要求。 (三) 短路热稳定度校验

求满足短路热稳定度的最小截面：

Amin?I(3)?tima0.75?27850??209.7mm2?240mm2 C115（式中tima—变电所高压侧过电流保护动作时间按0.5s整定（终端变电所），再加上断路器时间0.2s再加0.05s。）

240㎜2为前面所选缆心截面大于Amin，满足热稳定度要求，因此选VV22-1000-3×240＋1×150的四芯电缆。

第三节 作为备用电源的高压联络线的选择校验

采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距约

31

3Km的邻近小区变配电所的10KV母线相联。 一、按发热条件选择。

小区一、二级负荷容量共514.25KVA，I30?514.25KVA?29.69A，最热月土壤

(3?10KV)温度为25℃，因此查表，初选缆芯截面为25㎜2的交联聚乙烯绝缘铝芯电缆，其Ial=90A>I30，满足发热条件。

一、 校验电压损耗。 查表得缆芯为25㎜

2

的铝芯电缆的R0?1.54?Km（缆芯温度按80℃计），

X0?0.12?Km，而一、二级负荷P30=387KW，Q30?342.9Kvar，线路长度按1Km计，因此，

387?(1.54?3)?342.9?(0.12?3)?191.1V10

191.1?U%??100%?1.911%???Ual?5000?U?由此可见满足允许电压损耗5%的要求。 三、短路热稳定校验。

按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25㎜2的交联电缆是满足热稳定要求的。而邻近单位10KV的短路数据不知，因此该联络线的短路热稳定校验计算无法进行，只有暂缺。 综合以上所选变配电所进出线的导线和电缆型号规格如表7-1

表7-1 变配电所进出线的型号规格

线路名称 10kv电源进线 高压配电室至主变压器的引入电缆 备用电源的高压联络线 小 区 380v 侧 低 压

导线电缆的型号规格 LJ-35铝铰线（架空） YJL22-10000-3×70交联铝芯电缆（直埋） YJL22-10000-3×25交联铝芯电缆（直埋） VV22-1000-3×240＋1×150四芯电缆（直埋） YJ22-1000-3×300＋1×150四芯电缆（直埋） YJ22-1000-3×300＋1×150四芯电缆（直埋） VV22-1000-3×240＋1×150四芯电缆（直埋） 沿街商铺 休闲会所 银 行 医 院 32

出 线 游 乐 场 小区路灯及公园 小区监控 别 墅 区 YJ22-1000-3×240＋1×150四芯电缆（直埋） VV22-1000-3×240＋1×150四芯电缆（直埋） VV22-1000-3×240＋1×150四芯电缆（直埋） VV22-1000-3×240＋1×150四芯电缆（直埋）

第八章 变配电所二次回路方案的选择与继电保护的整定

第一节 高压断路器的操动机构控制与信号回路

高压配电所和总降压变配电所的断路器，多采用电磁操动机构或弹簧操动机构，而10KV侧短路容量不超过100MVA的变配电所多采用手力操动机构（如本设计）。

断路器采用手力操动机构，其控制与信号回路如图8-1所示

图8-1 手力操动机构控制与信号回路

第二节 高低压侧的电能计量回路

根据供电部门要求，按各种用电负荷性质不同，计量表计需分别计量的原则配置，即高压计量（电度表）需设有无功电度表、低压仅装设有功电度表，采

33

用表套扣方式分出各类用电量的大小，一表一户供电计量。

变配电所高压侧装设专用计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量小区消耗的有功电能与无功电能，并据以计算每月小区的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。

低压用电计量配置由于按负荷用电性质分计，种类较多，相应的计量点较多，计量点的设置原则是按一台变压器下一种类性的电价电度表设一套装置（供电部门规定）。

第三节 变配电所的测量和绝缘监察回路

变配电所高压侧装有两台电流互感器—避雷柜，其中电流互感器为3个LQJ-10型，主成Y0/ Y0/△（开口三角）的结线，用以实现电气测量和绝缘监察，如图8-2所示

图8-2 6～10KV线路测量和和计量仪表的原理电路 PA—电流表 PJ1—三相有功电度表（DS2,DS862） PJ2—三相有功电度表

（DX2,DX863） 低压侧的动力出线上，均装有有功电度表和无功电度表，低压照明线路上装有三相四线有功电度表，接线图如8-3所示。高压并联电容器组线路上，装有无功电度表。 每一回路均装有电压表。仪表的准确度等级按规范要求。

34

图8-3 220/380V线路测量和计量仪表的原理电路

PA—电流表 PJ—三相四线有功电度表

第四节 变配电所的保护装置

一、主变压器的继电保护装置的配置要求 （1） 瓦斯保护

800KVA及以上的油浸式变压器应装设瓦斯保护。

10000KVA及以上的单独运行变压器和6300KVA及以上的

（2） 纵联差动保护

并列运行变压器，应装设纵联差动保护。 （3） 过电流保护和电流速断保护 保护和电流速断保护。 （4） 过负荷保护

400KVA及以上变压器，当数台并列运行或单独运行并作

10000KVA以下的变压器，可装设过电流

为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。 二、主变压器的继电保护装置的选择依据 （1） 过电流保护动作电流的整定计算公式

① 过电流保护动作电流的整定计算公式

KrelKw?IopIL.max

KreKi式中 IL.max为变压器的最大负荷电流，可取（1.5～3）I1NT Krel为保护装置的可靠系数，对反时限可取1.3。

35

Kw为保护装置的结线系数，对相电流结线取1。 Kre为电流继电器的返回系数，一般取0.8。 Ki为电流互感器的变流比。

对于感应式继电器，IOP应整定为整数，且在10A以内。 ② 过电流保护动作时间的整定

对于反时限过电流保护装置，由于其过电流继电器的整定时间只能是“10倍动作电流的动作时间”，因此整定时必须借助继电器的动作特性曲线，以确定对应的实际动作时间，或由实际动作时间确定整定时间。

③ 过电流保护灵敏系数的检验公式

Sp?Ik.min?1.5

Iop1（2） 变压器电流速断保护的整定计算依据

① 电流速断保护动作电流的整定计算公式

Iqb?KrelKwIk.max

KiKT 式中 IK.max为变压器低压母线三相短路电流周期分量有效值 Krel为可靠系数，对GL型继电器取1.4～1.5 KT为变压器的电压比。

② 电流速断保护灵敏系数的检验公式

Ik.min?1.5 ?SpIqp1

三、主变压器的继电保护装置的选择 （1） 装设瓦斯保护

当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于高压侧断路器。 （2） 装设反时限过电流保护。

采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。

① 过电流保护动作电流的整定

36

IL.max?2I1N.T?2?1250KVA?144.3A (过负荷系数取2)

3?10kv150?30 5Krel?1.3，Kw?0.8, Ki?所以动作电流

Iop?1.3?1?144.3?7.8A

0.8?30整定为10A

② 过电流保护动作时间的整定：

因本变配电所为电力系统的终端变配电所，故其过电流保护的动作时间（10倍动作电流动作时间）可整定为最短的0.5s

③ 过电流保护灵敏系数的检验 Ik.min1?0.866?27.85KA?0.4?965A

10kvIop1?所以其保护灵敏系数为： Sp?所以满足灵敏系数1.5的要求。

10?30?300A 1965A?3.22?1.5 300A（3）参考电力变压器的继电保护配置，当过电流保护时限＞0.5S时可装设电流速断保护。因本变配电所为电力系统的终端变配电所，故其过电流保护的动作时间可整定为最短的0.5s。所以不装设电流速断保护。 四、变配电所低压侧的保护装置

小区低压总开关采用DW15-4000/3型（脱扣器额定电流为4000A）低压断路器，三相均装有过流脱扣器，既可保护低压侧的相间短路和过负荷（利用其长延时脱扣器），而且可以保护低压单相接地短路

① 瞬时动作电流的整定 起动电流

Iq?6I30?6?3194.2?19165.2A

整定电流

37

Idx1?1.35?19165.2?25873.02A

所选DW15-4000/3型（脱扣器额定电流为4000A）的瞬动整定电流范围为28000～56000A。 所以整定为26000A

② 长延时动作电流的整定

Idx1?I30?3194.2A

所选低压断路器长延时动作整定电流为2800～4000A 所以整定为3195A。

第九章 变配电所的防雷保护与接地装置的设计

第一节 变配电所的防雷保护

一、 直击雷保护

在变配电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两根接地线与变配电所公共接地装置相连。

如变配电所的主变压器装在室外或有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包括整个变配电所。如果变配电所处在其他建筑物的直击雷防护范围以内时，则可不另设独立避雷针。按规定，独立避雷针的接地装置接地电阻RE?10?。通常采用3～6根长2.5m，

?50mm的钢管，在装避雷针的杆塔附近作一排或多边形排列，管间距离5m。打入地下，管顶距地面0.6m。接地管间用40mm×4mm镀锌扁钢焊接相连。引下线用25mm×4mm的镀锌扁钢，下与接地他焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用?20mm的镀锌圆钢，长1～1.5m。独立避雷针的接地装置与变配电所公共接地装置应有3m以上距离。 二、雷电侵入波的保护

在10kv高压配电室内装设有GG-1A(F)-54型开关柜，其中配有FS4-10型避雷器，靠近主变压器主要靠此避雷器来保护，防护雷电侵入波的危害。 第二节 变配电所公共接地装置的设计（与1kv以下系统共用的接地装置）

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一、设计依据

（1）电力装置和建筑物要求的接地电阻最大值（见表9-1）

表9-1 电力装置和建筑物要求的接地电阻最大值

序装置名装置特点 号 称 1 1kv以仅用于该系统的接地装置 上小接地电流2 系统 与1kv以下系统共用的接地装置 3 4 与总容量100KVA以上的发电机或变压器相连的接地装置 上述（序号3）装置的重复接地 接地电阻/? RE?RE?250IE250且RE?10 且RE?4 IERE?4 1kv以下系统 与总容量100KVA及以下的发电机或变压器5 相连的接地装置 6 7 8 上述（序号5）装置的重复接地 独立避雷针和避雷线 RE?10 RE?10 RE?30 RE?10 RE?4 与序号3装置共用 变配电变配电所装设的避所和线雷器 9 与序号5装置共用 路的防雷装置 10 与电机无电气联系 线路上装设的避雷器或保护间隙 11 与电机有电气联系 12 13 第一类防雷建筑物 防直击雷 防雷电感应 RE?10 RE?10 RE?5 Rsh?10 Rsh?10 14 建筑物防雷电波侵入 Rsh?10 的防雷第二类防雷建筑物（防直击雷、防雷电感应15 装置 Rsh?10 和防雷电波侵入公共接地装置） 防直击雷和雷电波侵16 Rsh?30 入（共用） 第三类防雷建筑物 第三类中（2）款建筑17 Rsh?10 物 备符号含义：RE—工频接地电阻；Rsh—冲击接地电阻；IE—单相接地

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注 电流（单位为A），按下式计算： UN(Ioh?35Icab) ??IEIc350式中 UN—电网额定电压（单位为KV）； Ioh——UN电网中架空线路总长度（单位为km）； Icab——UN电网中电缆线路总长度（单位为km）。 （2） 单根纯直管形（或棒形）接地体的接地电阻（人工接地体工频接地电阻）

RE(1)?ρ1

（3） 埋地的水管和电缆金属外皮等的接地电阻（自然接地体工频接地电阻）

RE(nat)?2ρ 1（4） 用逐步渐进法确定垂直接地体根数n

n?RE(1)

ηRE(man)式中?为接地体利用系数。

二、设计过程与结果 1、接地电阻的要求

按表9-1的要求，此变配电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件

RE?4?

IE?10?(70?35?20)?22A

350RE?120?5.45? 22所以公共接地装置接地电阻 RE?4? 2、接地装置的设计 采用长2.5m，?50mm的钢管 钢管根数的确定：RE(1)?

200?80? 2.5 RE(nat)?160?

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