建筑供配电课程设计报告

******学院

《建筑供配电与照明》课程设计报告

题 目： 某小区大楼供配电与照明设计

系 部： 电力工程系

专 业： 建筑电气工程技术0901 学 号： ****** 姓 名： ****** 指导老师： ******

2011年 1 月 7 日

目 录

一、 设计目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„（2） 二、 设计任务书„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„（2） 三、 设计内容„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„（7） 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、

负荷等级 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„（7） 负荷计算和无功补偿 „„„„„„„„„„„„„„（7） 电源引入 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„（9） 变电所位置和形式的选择„„„„„„„„„„„„（10） 变电所主变压器台数、容量及主接线方案的选择„„（10） 短路电流计算„„„„„„„„„„„„„„„„„（13） 配电系统的设计„„„„„„„„„„„„„„„„（14） 变电所一次设备的选择„„„„„„„„„„„„„（16） 变电所继电保护的设计„„„„„„„„„„„„„（18）

10、 消防系统设计„„„„„„„„„„„„„„„„„（19） 11、 大楼内外照明设计„„„„„„„„„„„„„„„（20） 12、 防雷与接地装置的确定„„„„„„„„„„„„„（21） 四、 设计图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„（23） 1、 照明设计平面图 „„„„„„„„„„„„„„（23） 2、 高层住宅配电系统图 „„„„„„„„„„„„（25）

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一、 设计目地

通过某小区大楼的电气设计，熟悉高层住宅电气设计的方法及步骤。掌握根据建筑物用途的不同，合理选择电源、变压器、各种用电设备，能读懂各种电气图，了解防雷与接地。

二、 设计任务书

1、设计题目

某小区大楼供配电与照明设计。 2、设计要求

根据本小区所能取得的电源及本小区用电负荷的实际情况，并适当考虑到小区负荷的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量，选择变电所主接线方案及高低压设备与进出线，建筑的内外照明设计、确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。 3、设计依据

1）、小区平面图与房屋建筑平面图如图2和图3所示。 2）、大楼负荷情况。

该楼高18层，设为2个单元，属于1梯2户型，户型为90平米两室两厅一厨一卫，单独设立水泵站。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。该楼的负荷统计资料如表1所示，楼内住户每户需要系数取0.6、功率因素为0.5。

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3）、供电电源情况。

按照小区与当地供电部门签订的供电协议规定，该小区可由附近一条10kV的公用电源干线和另一个小区变电所取得工作电源。该干线的走向和变电所位置参看小区总平面图。该干线首端所装高压断路器的断流容量为500MV·A，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1.5s。

4）、气象资料

该小区所在地区的年最高气温为40℃，年平均气温为25℃，年最低气温为0℃，年最热月平均最高气温为35℃，年最热月平均气温为30℃，年最热月地下0.8m处平均温度为20℃，年主导风向为东南风，年雷暴日数为20天。

5）、地质水文资料

该小区所在地区平均海拔1000m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。

6）、电费制度

该小区与当地供电部门达成协议，在小区变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制缴纳电费。每月基本电费按主变压器容量收取，为0.6元/kV·A，动力电费为1元/kW·h，照明（含家电）电费为0.5元/kW·h，小区最大负荷时的功率因数不得低于0.9。 4、设计任务

要求在一周时间内独立完成下列工作量： 1）、设计说明书需包括：

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1 封面与目录。 ○

2 前言及确定了赋值参数的设计任务书。 ○

3 负荷计算和无功率补偿。 ○

4 变电所位置和型式的选择。 ○

5 变电所主变压器台数、容量及主接线方案的选择。 ○

6 短路电流计算。 ○

7 变电所一次设备的选择与校验。 ○

8 大楼内外照明设计。 ○

9 防雷和接地装置的确定。 ○

2）.设计图与表样 1 变配电所主接线图。 ○

2 主要设备及材料表。 ○5、设计时间

2010-2011学年第一学期教学周第19周。

学时 序课 程 内 容 号 熟悉设计要求、准备相关的内容 2 主接线设计 3 负荷计算、短路计算 主要电气设备的选4 择 1 5 项目设计书 6 答辩 教 学 要 求 讲训练 授 0.5天 1天 1天 1天 1天 0.5天 理解设计的基本要求，整理出设计的思路 设计主接线方案并进行分析、论证 负荷计算、短路电流计算 能把主要的电气设备选出来 画主接线图、平面布置图，完成课程设计报告 根据设计内容能回答上设计中的知识点

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表1 大楼负荷统计资料

小区 1 2 3 用电单位名称 照明 插座 电梯 消防用扬水泵 管道加压泵 4 泵房 高位水箱加水泵 4kW/台 消防水排水泵 5 1kW/台 1 1 设备容量 需要系数 需计算 需计算 22kW/部 90kW/台 4kW/台 0.5 0.3 0.5 1 1 0.7 功率因数 0.9 0.8 0.8 同时系数K.0.9 图2 小区建筑平面

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面平建设屋房 3图- 6 -

图

三、设计内容

1、负荷等级

根据《民用建筑电气设计规范》及《火灾报警与消防联动控制》的规定，普通高层住宅按二级负荷供电，19层及以上的住宅按一级负荷供电。高层住宅言主要消防设备有消防水泵、消防控制室、消防电梯、防排烟设施、火灾自动报警及消防联动装置、火灾应急照明和电动防火门窗、卷帘、阀门等。 2、负荷计算和无功补偿

某小区大楼计算负荷表

负荷名称 照明 数单一设 单类设 需要 量 备容量 备容量 系数 n `Pe(KW) Pe(KW) K tan 功率 因数 cos 计算负荷 P30 Q30 3.46 30.38 33.00 180.00 8.00 8.00 2.00 0.35 265.18 238.66 -133 105.66 16.92 122.57 S30 8.00 50.63 55.00 257.14 11.43 11.43 2.86 0.80 397.28 357.55 281.93 292.53 照明灯 360 0.04 插座 电梯 4 22.00 消防用扬水泵 2 90.00 管道加压泵 2 4.00 泵房 高水箱加水泵 2 4.00 消防水排水泵 2 1.00 公用照明 36 0.04 合计 合计(K∑=0.9) 补偿低压电容器容量 补偿后合计 变压器损耗 合计（高压侧） 14.40 135.00 88.00 180.00 8.00 8.00 2.00 1.44 436.84 0.50 0.48 0.90 7.20 0.30 0.80 40.50 0.75 0.50 0.80 44.00 180.00 8.00 1.00 1.00 0.70 8.00 2.00 0.50 0.48 0.90 0.72 290.42 261.38 0.92 261.38 4.23 0.91 265.61

其中照明灯的计算负荷确定如下：

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P30(1)KPe0.514.407.2(KW)Q30(1)P30(1)tan7.20.483.46(kvar)22S30(1)P30(1)Q30(1)8(KVA)

I30(1)S30(1)3U2N812(A)30.38其余负荷计算过程相同（从此处略）

考虑到总的负荷的同时系数（K∑=0.9）后，大楼变电所变压器低压侧的计算负荷为：

P30(2)KP30(1)0.9290.42261.38(KW)Q30(2)KQ30(1)0.9265.18238.66(kvar)22S30((2)P30261.382238.662357.55(KVA) (2)Q30(2)cos(2)P30(2)S30(2)261.380.73357.55欲将功率因数cos(2)从0.73提高到0.92，则低压侧所需的补偿容量为：

QcPtan)261.38(tancos10.73tancos10.92)133(kvar) 30(2)(tan补偿后的计算负荷为：

(2)261.38(KW)(与补偿前相同P30)（Q302）Q30（2）Qc268.66133105.66(kvar)

(2)P30(2)Q30(2)261.382105.662281.93(KVA)S30变压器损耗为：

(2)0.015281.934.23(KW)PT0.015S30(2)0.06281.9316.92(kvar)QT0.06S30

大楼高压侧的计算负荷为：

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22(1)(P30(2)PS30(261.384.23)2(105.6616.92)2T)(Q30(2)QT)292.53(KVA)(1)S30292.53(1)I3016.89(A)3U1N310

大楼的补偿后的功率因数为：

(1)PP30261.384.23Tcos(1)0.91满足（大于

S30(1)292.530.90）的要求。

3、电源引入

高层住宅楼内供电电源采用电缆埋地引入方式。电压电流为交流220/380V，采用TN-S或TN-C-S接地系统。照明与动力电源分别引入楼内π接箱或配电配电柜。一座高层住宅的建筑面积决定着引入楼内所需照明电缆的数量。每一根电缆接至一台π接箱。π接箱与配电柜的数量一一对应。π接箱安装在地下一层的专用房间内，此房间应安排在外线电缆易于引入的方向。π接箱选用高架型，室内设计应满足下列要求：

1）、π接箱的前面应有1.5m的操作距离，箱体的背后距墙应有1m的距离，留作电缆的敷设位置。在特殊情况下，也可以靠墙安装。

2）、在π接箱室应预留φ125钢管6根。供电电缆穿钢管沿π接箱室的地面引至π接箱。钢管在室外的埋深与住宅的室内外高度有关，用地下一层的层高减去室内外高差，再减去楼板的厚度，等于钢管在室外的埋深，但钢管埋深不应低于室外地坪下0.7m，钢管另一侧接至电缆井，预埋钢管应有向室外电缆井倾斜的坡度。

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3）、π接箱室不允许有上下水管及煤气管道等非本室用管路通过。

4）、π接箱室至总配电室的线路距离不应超过15m。 5）、为防止外面的水流入，配电室的地面可做门槛或将地面抬高一个踏步。外线电缆引入π接箱室后，电缆可明敷设至π接箱进线刀开关，也可以沿地面做沟，沟上盖盖板敷设至刀开关。 4、变电所位置和形式的选择

由于大楼有二级重要负荷，考虑到对供电可靠性的要求，采用两路进线，一路经10kV公共电源电缆接入变电所，另一路引自邻近高压环网箱。

变电所的形式由用电负荷的状况和周围环境情况确定，根据《变电所位置和形式的选择规定》及GB50053－1994的规定，结合本大楼的实际情况，这里变电所采用单独设立方式。 5、变电所主变压器台数、容量及主接线方案的选择

1)、变电所主变压器台数的选择

变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。结合本大楼的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。

2)、变电所主变压器容量选择

每台变压器的容量SNT应同时满足以下两个条件： 1任一台变压器单独运行时，宜满足：S○

NT(0.6~0.7)S30

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2任一台变压器单独运行时，应满足：S○

NTS30(110)。

考虑到本大楼的实际情况，同时又考虑到未来5~10年的负荷发展，初步取SNT=500kVA 。考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为SC3系列箱型干式变压器。型号：SC3-500/10 ，其主要技术指如下表所示：

额定 额定 变压器 容量 型号 /kVA 高压 压 /kV 低组型号 空载 负载 电流 阻抗 电压 联结 空损耗/kW 载 短路 I0% UK% SC3-500/10 500 10.5 0.4 Dyn11 2.45 7.45 1.3 3)、变电所主接线方案的选择

6 方案Ⅰ：高、低压侧均采用单母线分段。优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电；当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 。缺点：当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。

方案Ⅱ：单母线分段带旁路。优点：具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断对用户供电。缺点：常用于大型电厂和变电中枢，投资高。

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方案Ⅲ：高压采用单母线、低压单母线分段。优点：任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。缺点：在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。

以上三种方案均能满足主接线要求，采用三方案时虽经济性最佳，但是其可靠性相比其他两方案差；采用方案二需要的断路器数量多，接线复杂，它们的经济性能较差；采用方案一既满足负荷供电要求又较经济，故本次设计选用方案Ⅰ。如下图:

高压主接线图

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6、短路电流计算

1)、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。本大楼住宅采用欧姆法计算。 2)、短路电流计算

1本大楼的供电系统简图如下图所示。 ○

短路计算电路图

2求K-1点的三相短路电流和短路容量（U○

Uc2110.52电力系统电抗为：X10.22()

Soc500c1105%UN）

电缆线路电抗为：X2X0l0.080.590.047() 总电抗为：X1X1X20.220.0470.267() 三相短路电流周期分量的有效值为：

)Ik(31Uc110.522.73(KA)

3X130.267三相次暂态短路电流及短路稳态电流为：

(3)(3)I(3)IIk(KA) 122.73三相短路冲击电流为：

(3)ish2.55I(3)2.5522.7357.96(KA)

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三相短路容量为：

S(3)13U(3)kc1Ik1310.522.73413.37(MVA) ○

3求K-2点的三相短路电流和短路容量 电力系统的电抗：XU2c20.4231S5000.3210()

oc电缆线路电抗为：

XUc2）20.08(0.590.4)(0.4)22X0l（0.114103U()

c110.5电力变压器电抗（SN500KVA0.5MVA）为： 60.42X31000.519.2103()

总电抗为：

X2X1X32X3（0.320.11419.2）1019.63103()三相短路电流周期分量的有效值为： I(3)Uc20.4k23X319.6310311.76(KA) 2三相次暂态短路电流及短路稳态电流为：

I(3)I(3)I(3)k211.76(KA)

三相短路冲击电流为：

i(3)sh1.84I(3)1.8411.7621.65(KA)

三相短路容量为：

S(3)(3)k23Uc2Ik230.411.768.15(MVA) 7、配电系统设计

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高层住宅分板式和塔式两种。配电系统及计量方式应满足下列要求：

1）、照明系统采用树干式配电。根据每层户数的多少，每一层或二层取一相交流200V电源供电。

2）、照明计量设在每层用户表箱内。 3）、在动力总配电柜内设动力总计量表。

4）、消防用电要求双路电源时，应以动力电源为主电源，照明电源为备用电源。

5）、电梯前室照明及公共楼梯灯用电按动力计量（不装子表），人防层、居委会应单独计量。

6）、设备层及地下室用电按照明计量，电度表装在照明配电柜内。

7）、住户配电箱可参照多层住宅的户箱。如下图：

户内配电箱系统图

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8、变电所一次设备的选择

1)、导线机截面选择的基本理论

为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，对导线和电缆截面进行选择时必须满足下列条件:

2）发热条件

导线和电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。

3）电压损耗条件

导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。

4）经济电流密度

35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。10KV及以下线路，通常不按此原则选择。

5）机械强度

导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母

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线也应校验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。

根据设计经验，一般对高压线路，常按经济电流密度选择，用其他三种方法校验。对10KV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再由电压损耗和机械强度校验。对低压架空线路，常按长时允许电流选择，其余校验。对低压照明线路，因其对电压水平要求较高，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再发热条件和机械强度进行校验。对长距离大电流及35KV以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。

高压一次设备选取原则：根据以上负荷计算和短路电流计算选择高低压一次设备。

选取母线型号：TMY-3（504）；TMY-3（8010）+1（606） 6)、变电所高压一次设备的选择 高压断路器： ZN6-10 高压熔断器：RN2-10/0.5 -50 电流互感器：LZZQB6-10-0.5-200/5 电压互感器：JDZJ-10 接地开关：JN-3-10/25

绝缘子型号：ZA-10Y抗弯强度：Fal3.75kN（户内支柱绝缘子）

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从高压配电柜引出的6kV三芯电缆采用交联聚乙烯绝缘电力电缆，型号：YJV-350，无钢铠护套，缆芯最高工作温度90C。 9、变电所继电保护的设计

1)、继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。 2）、由于本设计高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。

继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。型号都采用GL-25/10 。其优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。

此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。

3）、变压器的瓦斯保护

瓦斯保护，又称气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的保护装置。按GB50062—92规定，800KV•A及以上的一般油浸式变压器和400KV•A及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。

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瓦斯保护的主要元件是气体继电器。它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上。为了使油箱内产生的气体能够顺畅地通过气体继电器排往油枕，变压器安装应取1%～1.5%的倾斜度；而变压器在制造时，联通管对油箱顶盖也有 2%～4%的倾斜度。

当变压器油箱内部发生轻微故障时，由故障产生的少量气体慢慢升起，进入气体继电器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中盛有残余的油而使其力矩大于另一端平衡锤的力矩而降落。这时上触点接通而接通信号回路，发出音响和灯光信号，这称之为“轻瓦斯动作”。

当变压器油箱内部发生严重故障时，由故障产生的气体很多，带动油流迅猛地由变压器油箱通过联通管进入油枕。这大量的油气混合体在经过气体继电器时，冲击挡板，使下油杯下降。这时下触点接通跳闸回路（通过中间继电器），同时发出音响和灯光信号（通过信号继电器），这称之为“重瓦斯动作”。

如果变压器油箱漏油，使得气体继电器内的油也慢慢流尽。先是继电器的上油杯下降，发出报警信号，接着继电器内的下油杯下降，使断路器跳闸，同时发出跳闸信号。 10、消防系统设计

1）、本大楼住宅为18层，由此可知属于二类防火建筑，应按二级负荷要求供电。

2）、水泵动力系统配电图如下图：

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3）、电梯电源配电系统图如下图：

11、大楼内外照明设计

电气照明设计是由照明供电设计和灯具设计两部分组成。其目的是应人的视觉功能要求，提供舒适明快的环境和安全保障。设计要解决照度计算、导线截面的计算、各种灯具及材料的选型，

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并绘制照明设计平面图（见附图-图1）。

光源按其工作原理可分为热辐射光源、气体放电光源、半导体发光源三种。常用的光源有：白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞灯、金属卤化物灯和半导体灯等。照明光源的选择遵循以下的一般原则：

1)、发光效率好；2）、显色性好，既显色指数高；3）、使用寿命长；4）、可靠、方便、快捷；5）、性价比高。 12、防雷和接地装置的确定

1）、变配电所的防雷措施

1装设避雷针。室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷○

击。如果变配电所处在附近高建（构）筑物上防雷设施保护范围之内或变配电所本身为室内型时，不必再考虑直击雷的保护。

2高压侧装设避雷器。这主要用来保护主变压器，以免雷○

电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所的这一最关键的设备。为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。

避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连接在一起。在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器。如果进线是具有一段引入电缆的架空线路，则在架空线路终端的 电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头外壳相联后接地。

3低压侧装设避雷器。这主要用在多雷区用来防止雷电波○

沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。当变压器低压侧中性

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点不接地时（如IT系统），其中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护间隙。

2）、防雷装置的确定 1直击雷的防治 ○

根据变电所雷击目的物的分类，在变电所的中的建筑物应装设直击雷保护装置。在进线段的1km长度内进行直击雷保护。防直击雷的常用设备为避雷针。所选用的避雷器：接闪器采用直径

10mm的圆钢；引下线采用直径6mm的圆钢；接地体采用三根

2.5m

长的50mm50mm5mm的角钢打入地中再并联后与引下线可靠连接。

2雷电侵入波保护 ○

由于雷电侵入波比较常见，且危害性较强，对其保护非常重要。对变电所来说，雷电侵入波保护利用阀式避雷器以及与阀式避雷器相配合的进线保护段；为了其内部的变压器和电器设备得以保护，在配电装置内安放阀式避雷器。

3接地基本理论 ○

电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体，或称接地极。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为接地线。接地线在设备、装置正

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常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电流。

接地线与接地体合称为接地装置。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。其中接地线又分为接地干线和接地支线。接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。

3）、接地装置的确定

接地装置为接地线和接地体的组合，结合本大楼住宅实际条件选择接地装置：交流电器设备可采用自然接地体，如建筑物的钢筋和金属管道。本大楼住宅的大接地体采用扁钢，经校验，截面选择为60mm2，厚度为3mm。铜接地线截面选择：低压电器设备地面上的外露部分截面选择为1.5mm2（绝缘铜线）；电缆的接地芯截面选择为1mm2。

所用的接地电阻选择：查表得接地电阻应满足R5，Re120V/IE

根据经验公式：REUN(Loh35lcab)350其中：Ioh为同一电压的具

有电联系的架空线线路总长度；Icab为同一电压的具有电联系的电缆线路总长度。

则： RE(1)10(6354.5) =4.67

350所以，变电所的接地电阻应选为5。

四、设计图

1、附图-图1照明设计平面图

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2、附图-图2高层住宅配电系统图

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