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住宅小区供配电系统的设计[1]


福建水利电力职业技术学院毕业设计用纸

摘要:
本课题设计的内容为《住宅小区供配电系统的设计》 ,主要是根据国家相关标准 和规范对住宅小区电气供配电系统进行设计。本课题内容主要包括以下几个方面:小 区的电力负荷及其计算;小区变配电所的设计;小区的电力线路设计;小区的节约用 电与计划用电; 小区的防雷接地与电气安全。 若要提高住宅小区供配电系统的可靠性

, 提高电能的利用率,就必须要准确地计算小区的电力负荷,合理地选择变压器、电气 设备等。 本论文结合特定的住宅小区, 对这些内容都进行了详细的介绍和计算。 另外, 由于天气原因,建筑物可能会受到雷电的侵袭,所以本文对防雷与接地措施也进行了 详细说明。

关键词:负荷计算;需要系数;变配电所;防雷;接地

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目录

中文摘要、关键词???????????????????(1) 绪论?????????????????????????(4) 1、 概论???????????????????????? (5) 1.1 小区设计说明???????????????????(5) 1.2 住宅小区的负荷计算????????????????(6) 1.3 本住宅小区的负荷计算???????????????(9) 2、小区的电力照明及其计算??????????????(10) 2.1 概述??????????????????????? (10) 2.2 小区常用电气照明????????????????? (11) 2.3 照度计算????????????????????? (11) 2.4 照明供电系统及其选择??????????????? (13) 2.5 本小区标准层照明示意图?????????????? (14) 3、住宅小区变配电所设计???????????????(15) 3.1 变配电所的任务与类型??????????????? (15) 3.2 电力变压器???????????????????? (16) 3.3 变压器的选取??????????????????? (17) 3.4 电气设备中的电弧问题??????????????? (18) 4、小区的电力线路??????????????????(19) 4.1 供配电系统概述?????????????????? (19) 4.2 电力线路敷设??????????????????? (21)
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4.3 本小区供配电系统说明??????????????? (22) 4.4 本小区供配电线路说明??????????????? (24) 5、小区的节约用电??????????????????(28) 5.1 概述??????????????????????? (28) 5.2 并联补偿电容器?????????????????? (28) 5.3 变压器的运行与维护???????????????? (29) 6、小区的防雷接地与电气安全?????????????(30) 6.1 过电压与雷电的有关概念?????????????? (30) 6.2 接地??????????????????????? (32) 6.3 本小区的防雷与接地系统?????????????? (33) 7、 结论 ??????????????????????? (34) 8、 致谢 ??????????????????????? (34) 参考文献 ??????????????????????(35) 附录 ????????????????????????(36)

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绪论
电能是人们生活中不可缺少的能源和生活工具, 它的影响力和对社会 的帮助可以说超过了任何媒介。当然如果只有电能这种单纯的物质,电能 一样不能为人民服务,所以,必须要有专门的专业人员对其进行分配与传 输,这样才能使电能造福于人,服务于人民群众。 当前,电能的供配电系统的种类与形式纷繁复杂,所以选择一种适合 的系统形式不是太容易。如果选择的不合适,可能会造成财产的损失、设 备的浪费,有时甚至造成人类的伤亡,所以,选择一种适合的系统十分重 要,不容马虎。 本课题就是住宅小区的供配电系统的设计,是一个典型的案例,设计 内容主要包含以下几个方面的内容:住宅小区的负荷计算,小区变配电所 的位置选取,小区变配电所内主变压器太熟与容量的选择,防雷,接地等 内容。其中的每部分内容都十分重要,每一部分都会影响住宅小区的整体 效果与安全性能。 供配电系统的发展也是科技进步的表现,反过来一样,供配电系统越 是需要发展就越需要科技的进步。当前,中国供配电事业飞速发展,这是 人民需求增多的映射,当然,满足人民的各种需求也是供配电部门与人员 的责任与义务。目前,智能供配电系统也层出不穷,反映出进步与革新。 总之, 建立不仅满足要求同时考虑到未来发展需要的供配电系统是我们不 尽的追求,需要我们的不懈努力。

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第一章 概论
1.1 1.1.1 小区总体设计
小区位于 建筑类型 占地面积 住户共 福建 普通民用住宅小区(平均层数为 6 层) 50000 平方米 1200 户

小区设计说明

该小区为普通民用住宅小区,小区的北半部分为 90 平方米户型,半部分为 80 平 方米户型。现在城市居民要求比较高,所以为了丰富居民的业余生活,适应居民多元 化的兴趣爱好,我特意在小区的中央地带专门设置了大面积的户外活动中心。 本小区采用了人车混合布局的形式,车流通过入口进入小区,然后再通过主干道 行驶到专门设置的停车区域。同时,地块内部道路由组团级路和主干道两个大的分支 系统组成。世外桃源小区主干道平均的宽度为 8 米,组团级道路平均的宽度为 5 米, 入户道路平均的宽度为 7 米,完美的道路系统,是安全的必须,小区的灵魂。 小区内布置了鲜明的人性化方向、标志建筑等指示牌,消防、紧急机动车在小区 内可以快速便捷地到达每幢住宅的入口,把钱财人员损失降低到达最小。明显通过主 干道绿化设计把组团绿化和户间绿化串联了起来, 然后再加上居民户外活动中心所设 计的集中绿化,引入的大量的遮阴树、行道树、防护树、独赏树,彻底把小区塑造成 一个绿色、环保、生机勃勃的独特住所。

1.1.2 该小区建筑单体个性设计
建筑单体设计中,优先考虑到居民建筑住宅本身的特点及周围的建筑元素,建筑 师特将艺术感和时代感完美的结合在一起,既默契的融入到整个大环境中,又充分体 现了此单体建筑的独一无二。 设计共五种主要户型, 分别为 AX 型 AY 型 AZ 型 BU 型 BV

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型。设计师从始至终贯彻 “以人为本”的设计思想,严格按照国家有关规定,顺应 以下几个设计原则: ◆ ◆ ◆ 优先保证房间尺寸符合大众人民的习惯; 个性鲜明客厅与主卧的地位,大主、大客的分割,尽量给予最好的朝向和风景; 我们根据 21 世纪市面上的厨卫面积分割厨卫空间,高效与审美无处不在。

1.1.3 环境条件
年最高温度平均为+40o C,年最低温度平均为-30o C,该小区年平均温度+10o C。 覆冰-5mm,最大风速 30m/s。 当地海拔高度米。

1.1.4 小区平面图
平面图是建筑物或者物体直接投影在水平面上所得到的图形, 其实平面图也是地 图的一种,可以按照一定的比例扩大和缩小,平面图也可以手工绘画。根据上述说明 设计小区平面图见附图 1。

1.2 住宅小区的负荷计算 1.2.1 负荷计算概述
1、确定计算负荷,是作为根据发热要求选择系统各级电压供电准备变压器的容量、 研制建筑物报装容量和世外桃源电气设备的依据; 2、确定计算负荷,是用来计算电压损耗和小区设备功率损耗的依据; 3、确定计算电流,是选择电缆容量、规格的依据; 4、求总的有功计算负荷和总的无功计算负荷,也是确定静电电容器的依据。

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1.2.2 住宅小区负荷计算包含内容
1、什么是计算负荷 通过所有负荷的统计计算所求出、 用以根据发热条件筛选供电系统中各元件分别 的负荷值,这就是我们通常定义的计算负荷。 根据这么多年来,奋斗在住宅小区电气设备计算、电气线路计算中的工作人员的 实际经验,我们知道计算实际负荷其实也可以认为它就是半小时最大负荷 P30 。 计算负荷按照规定来说,必须设计得非常合理。我们大致可以分成两种情况:第 一,如果计算负荷大了,直接导致财产和材料浪费;第二,如果计算负荷小了,直接 后果是电气设备、电缆在过负荷的情况下运行,不仅仅增加了电能损耗,更甚的是会 产生过热现象,导致绝缘皮肤提早老化,导致火灾灾难!我们可见,准确计算计算负 荷的严重性。 2、平均负荷 顾名思义,即电力负荷在一定的时间内平均所消耗的电功率,公式为
Pav ? Wt t

Wt 是时间 t 内消耗的所有电能量。 平均负荷可用来计算电能消耗量 Wt 和最大负 荷 Pmax。年平均负荷为
Pav ? Wa 8760 h

1.2.3
1、概述

住宅小区负荷计算的方法概述

目前,我国采用最普遍的确定小区、建筑物所有用电设备组计算负荷,就是二项 式法则和需要系数法则。两种法则各有其优缺点,我们分别介绍一下:其中,二项式 法的局限性是比较大的。目前,需要系数法则是目前社会各界通用的确定计算负荷的 方法,我们应该牢牢掌握。下面内容大致介绍需要系数法的概念与应用。 2、需要系数法

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用电设备组的计算负荷,就是指从供电系统中取用的年最大负荷。下图为用电设 备的计算负荷说明图(计入η
WL

) 。

图 1 负荷说明图

用电设备组的设备容量,顾名思义,就是指所有设备的额定容量的总和,用公式 表示为 Pe = ∑ PN 。现实生活中,所有设备实际上都不一定同时运行,而且运行的 设备实际上也不是太可能都同时满负荷,而且再加上功率损耗的存在,得出,用电设 备组的有功计算负荷容易表示为

P30 ?

K?K

L

? e? WL

Pe

各个符号的含义:K∑是设备组同时系数,KL 是设备组负荷系数,η 设备组平均效率,η
WL

e

的意义为

的意义为配电线路平均效率。

我们可以命名上面式子中的 K∑KL/(η eη WL)=Kd,这个 Kd 就是需要系数。由前 式可得到需要系数公式表示为
Kd ? P30 Pe

由此我们可以得到有功计算负荷的式子为
P30 ? K d Pe

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在求出有功计算负荷之后,我们可以根据下面所列举的公式求其余的计算负荷, 其中,视在计算负荷计算公式为
S 30 ? P30 co s ?

无功计算负荷计算公式为
Q 30 ? P30 tan ?

计算电流计算公式为
I 30 ? S 30 3U
N

1.2.4 需要系数的选择
计算需要系数的方法有很多种,大都不尽清楚,不太实用。根据调查有经验专业 电气工程师,计算任意户数的需要系数表格如下:
表 1 需要系数表

小区总户数 需要系数 小区总户数 需要系数 小区总户数 需要系数 <=6 1 52~57 0.50 169~186 0.34 7~9 0.89 58~60 0.49 187~204 0.33 13~15 0.76 64~69 0.47 223~246 0.31 16~18 0.72 70~72 0.46 247~273 0.30 22~24 0.66 79~84 0.44 304~336 0.28 28~30 0.61 91~96 0.42 376~423 0.26 34~36 0.58 106~111 0.40 478~540 0.24 37~39 0.56 112~120 0.39 541~615 0.23 49~51 0.51 157~168 0.35 949~1000 0.19

1.3

本住宅小区的负荷计算

1、本小区住宅的用电负荷按照最大负荷计算,即 50W/m2;水泵等公用负荷以 10W/m2 计算;消防负荷在此不统计入最大负荷。住宅户内的导线用铜芯绝缘导线,截面满足 最大负荷长期长时间工作的要求。所以,为了保证线路的安全可靠运行,住宅户内总 进线选用的是 ? 10mm2 的铜芯绝缘导线。 2、商业用户的用电负荷按照 60W~100W/m2 计算,在此综合考虑商业用户的特点,一
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般用户我以 100W/m2 计算;当然,有一些商业用户的用电比较明确,我根据实际用电 量确定其用电负荷。 3、住宅电表后所有总线一致采用穿管方式进行敷设。小区住户电表的配置,见下表:
表 2 电表配置

面积(平方米) <100 100~130

最大负荷(千瓦/户) 6 8

电表的容量 5(30) 10(40)

进线方式说明 单相即可 单相即可

4、小区住宅总进线入户后,设置了户内配电箱,配电箱内设置了总进线开关以及分 路出线开关。我为了保证用户的安全,一并设置了漏电保护、过载保护、短路保护, 并能同时断开零线的功能。

第二章

小区的电力照明及其计算
2.1 概述

2.1.1 照明系统概述
照明方式按照它的光源来源方式可以分为人工照明和自然采光两大类。 电气照明 因为其灯光质量稳定、控制调节方便、色彩丰富和安全经济的优点,使其成为现代技 术中使用最为广泛的一种方式。 人民的生活质量高低与灯光照明的质量有着极其密切的关系, 优质的照明是保证 高质量生活、高质量娱乐、高质量身体的必要措施。因此,电气照明的质量对社会生 活具有十分重要的作用。

2.1.2

标准照明计量单位
表 1 国际单位制(SIE 单位制)的光度单位

名称 光强度 光照度 光亮度 光通量

符号 l E L φ

单位 坎德拉 勒克斯 尼特 流明

英文名 Candela(cd) Lux(lx) Nit Lumen(lm)

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2.2 小区常用电气照明 2.2.1 常用照明方式
照明方式是指灯光设备按照它的安装部位或者光照的分布而构成的基本制式。 根 据灯光设备安装部位,我们可以具体分成一般照明、局部照明以及混合照明。 (1)一般照明 可以不考虑局部的特殊需要,目的照明整个室内而采用的最普遍的照明方式。这 种照明方式,室内可以获得较好的照明均匀度,住宅小区所采用的光源功率较大,具 有较高的照明效率。 适用: 在无固定工作区或工作区分布密度较大的房间, 比如卧室。 (2)分区一般照明 顾名思义,分区一般照明就是根据实际需要提高特定区域的一般照明,根据工作 面布置的情况,将照明灯具集中或分区地布置在工作区的上方,使室内不同的被照面 产生不同照度,可以有效节约能源。 (3)局部照明 目的满足室内某些地方的特殊需要,在特定小范围内设置照明灯具的照明方式。 通产情况下我们会将局部的照明灯安装在靠近工作面的上方。 这种局部照明方式在局 部范围内用较小光源功率可以获得较高照度,而且还可以同时改变调整光的方向。 (4)混合照明 一般照明和局部照明混合组成的照明方式,为保证应有的视觉工作条件。优点:增 加工作区照度;减小照明设施总的功率,节约能源。缺点:视野内亮度分布不均匀。

2.3 照度计算 2.3.1 概论
在灯具的型式、悬挂的高度、布置的方案初步确定之后,电气设计人员就应该根 据初步所拟定的照明设计方案精确计算工作面上的照度, 检验照明设备是不是符合照 度标准的规定。
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照度的计算方法有多种,普遍利用的有两大类:单位容量法、利用系数法、概率 曲线法和逐点计算法。第一类:单位容量法、利用系数法、概率曲线法只适用于水平 工作面上的照度计算;第二类:逐点计算法可用于任一倾斜面上的照度计算。

2.3.2

单位容量法

光源单位容量,指单位水平面上照明光源的安装功率,公式表示即为
P0 ? P? A ? nP N A

根据单位容量法大约估算照明灯具的灯数和安装容量:如果已知单位容量 P0 和平 面面积 A,那么一般照明的总安装容量等于
P? ? P0 A

2.3.3 利用系数法
1、概念 利用系数 u:表征照明光源所发射的光通量被有效的利用程度的参数。通常利用 投射到工作面上的光通量Φ e 与全部光源的光通量表示,公式表示
u ? ?e n?

通常利用系数与许多因素有关,例如: (1) 、利用系数 u 与灯具的形状、光效性有关系。制约关系:灯具光效越高,并且光 通量越集中,那么利用系数就会越高。 (2) 、利用系数 u 与悬挂高度有关系。制约关系:灯具悬挂的高度越高,反射光通量 越多,那么利用系数就会越高。 (3) 、利用系数 u 与房间的总体面积、形状均有关系。制约关系:房间平均面积越大, 形状越接近正方形,则因为直射的光通量越多,导致利用系数就会越高。

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2.4 照明供电系统及其选择 2.4.1 概述
第二节叙述了电气照明的种类,在此重点说明一下应急照明。应急照明的电源不 同于正常照明的电源。根据国家有关规则规定,应急照明的电源从下列方式中选择: (1)蓄电池组。 (2)供电系统中完全与正常供电电源独立的发电机组。 (3)应急照明灯应该自带逆变器。 (4)仅仅装有一台变压器的时候,应急照明的电源应该与正常照明供电干线的自变 电所的母线上分开来,如下图:

图 1 装有一台变压器

(5)同时装两台及以上的变压器时,正常照明与应急照明应该接自不同变压器如下:

图 2 装有两台变压器 13

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2.4.2 照明系统导线截面选取
均一照明线路按照允许电压损耗选取导线截面公式为
A ?

?
C?U

M
al

%

其中,C 是计算系数,∑M 是线路中负荷的功率矩的和,单位为 kW?m。根据上式计算 得出的结果,实际中应该取其相近并且偏大的截面,并要校验机械强度和发热条件。

2.4.3 照明系统的保护装置的选取
照明供电系统可以采用熔断器或者断路器来进行短路保护、过负荷保护。具体事 项可见附表(参考刘介才《工厂供电》第二版) 。

2.4.4 本住宅小区的插座系统
本住宅小区的插座系统具体说明: 1、主卧:五孔插座三个,高度为 0.3 米; 2、次卧:五孔插座三个,高度为 0.3 米; 3、客厅:五孔插座四个,高度为 0.3 米; 4、厨房:带防溅盒的油烟机用插座一个,高度为 2;电热插座二个,高度为 1.5 米; 5、卫生间:带带防溅水的盒的插座两个,高度为 2 米的热水器用;高度为 0.4 米的 洗衣机用;

2.5 本小区标准层照明示意图
标准层照明示意图见附图 2。

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第三章 住宅小区变配电所设计

3.1 变配电所的任务与类型 3.1.1 变配电所概论
变电所:对电力系统中电压电流进行变换、分配的设施。变电所根据用途分类可 以分为电力变电所以及牵引变电所。配电所:不能对电压进行变压,可以对电能进行 分配。配电所,顾名思义,她是变电所的延伸,以满足某些用电地区配电的需要。 变电所的种类很多,主要有以下 2 种分类方法:根据用途分类:配电用、送电用 变电所、直流送电用、电气管道用等;根据形式上分类:屋内型、屋外型、半屋外型、 地下型、移动型变电所等。

3.1.2 小区变配电所所址的选择
住宅小区的变配电所起着十分重要的作用,所以其所址选择也显得十分重要,国 家有关标准《10kV 及以下变电所设计规范》GB 50053-94 对小区变配电所的所址选择 进行了详细的规定。见附录的参考文献。

3.1.3 负荷中心的确定
负荷中心的确定必须要设计负荷指示图。负荷指示图:将电力负荷按照一定的比 例(比如 x 平方米代表 ykW。 ,然后再用负荷圆的形式标示在小区或者工厂的平面图 ) 上即可。各建筑(住宅)的负荷圆的圆心应该与建筑(住宅)的负荷中心点大致相符。 在负荷均匀分布的建筑(住宅)内,负荷圆的圆心就在建筑(住宅)的中心。而在负 荷分布不均匀的建筑(住宅)内,圆心就应该偏向多数负荷集中的一侧。我们定义负 荷圆半径为 r,由建筑(住宅)计算负荷 P 30=Kπ r2 可以得出:
r ? P30 K?

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K 是人为规定的负荷圆的比例,单位 kW/mm 。通过指示图我们可直观的确定建筑(住 宅)的负荷中心,再结合选择变配电所的条件选择最优的方案确定变配电所的所址。
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3.2 3.2.1 概述

电力变压器

电力变压器,文字符号为 T,变电所中可以说最关键的一次设备,功能:将电力 系统中的电压升高或者降低,使有利于电能的分配、输送及使用。小区变电所采用的 一般都是降压变压器;直接供电给予用电设备的最终端降压变压器,为配电变压器。

3.2.2 变电所主变压器的选择
1、台数的选择 变压器台数及容纳量的选择都是变压器投入使用时必须要进行的工作。 变压器台 数如果选择过多,就会造成设备资源及财产的浪费;台数如果选择过少,就会容易出 现事故,有时也会造成财产及设备的损失。我国《10kV 及以下变电所设计规范》GB 50053-94 对小区变配电所变压器台数的选择进行了详细的规定,见附录的参考文献。 2、主变压器容量的选择 (1) 、只装有一台变压器的情况 主变压器容量(一般当额定容量 SN.T)应满足所有用电设备总的计算负荷 S30:
S T ? S N .T ? S 30

(2) 、同时装有 2 台主变压器的情况 每一台容量 ST 应该同时满足两个条件,即 1) 、任意一台变压器单独工作时,应该满足总的计算负荷 S30 的 0.6~0.7 的要求:
S T ? S N .T ? ( 0 . 6 ~ 0 . 7 ) S 30

2) 、任意一台变压器单独工作时,应该满足全部的一、二级负荷的要求:
S T ? S N .T ? S 30 ( 1 ? 2 )

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3.3 变压器的选取 3.3.1 住宅小区负荷计算统计——用电设备的用电负荷统计
表 1 负荷计算统计表

功率因 编 用电设 计 算 负 需 要 系 tan 数 号 备组 荷 数 Kd φ cosφ 用电负 0.82 荷 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 — 0.7 5 0.7 5 0.7 5 0.7 5

计算负荷 P 13 2.8 4 80 40 11 8.0 8 12 0 Q 99. 63 60 30 88. 56 S 166 .05 100 50 147 .6

变压器 容量

1

1#~8# ( 每 公用电 0.8 栋) 力 裕量负 0.8 荷

T1=500 kV?A

9#~13# 2 ( 每 公用电 0.8 栋) 力 裕量负 0.8 荷 用电负 0.68 14#~15 荷 # 公用电 3 0.8 ( 共 力 同) 裕量负 0.8 荷 4 消防控制室 0.8 1#~8#楼住宅设备容量(六层) 9#~13#楼住宅设备容量(六层) 14#楼商铺设备容量(两层) 15#楼商铺设备容量(两层) 1#~8#楼住宅公用电力(每栋) 9#~13#楼住宅公用电力(每栋) 14#~15#商住楼公用电力(共同) 1#~8#楼住宅裕量负荷(每栋) 9#~13#楼住宅裕量负荷(每栋) 14#~15#商住楼裕量负荷(共同) 消防控制室

用电负 0.82 荷

T2=500 0.7 90 150 kV?A 5 0.7 40 30 50 5 0.7 24 18 306 5 4.8 3.6 0.7 16 12 200 T3=630 5 0 0 kV?A 0.7 40 30 50 5 — 8 — — 4.5kW*12 户*3 单元*8 栋=1296kW 4kW*12 户*3 单元*5 栋=720kW 18kW*6 户=108kW 18kW*14 户=252kW 100kW 150kW 200kW 50kW 50kW 50kW 10kW

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注释: 1、A 户型住宅用电为 80m2*50W=4kW;B 户型住宅用电为 90m2 *50W=4.5kW。 2、商住楼负荷密度为:40~65W/m 2。本商住楼采用 60W/m2 计算。所以每户用电为 300m 2*60W=18kW。 3、需要系数选择见第一章第二节需要系数法的介绍。 4、对于处于备用状态的喷淋泵、消防泵等设备,我不作为一部分来选择变压器容量。 所以,为了保证火灾时消防设施可以正常启动与运行,可以采取自动切去非消防用电 设施的方法,来缓解用电紧张。 5、有关公式:根据 Kd= P30/Pe 可以得到:P30=KdP e。所以 Q 30=P 30 *tanφ ,S 30 =P 30/cosφ 。 6、公共辅助设施给排水的用电负荷。每一天每个人的供水量大约在 0.3 吨,一般居 民住宅的每吨水耗电为 0.1kW。所以按照负荷年利用小时 4500 小时计算相当于每人 用电负荷大约是 0.028kW,也可以按 0.2~0.25W/m2。排水在平常自然排水时,用电可 以忽略不计。

3.4.2 箱式变电站及内部设备类型选择
将高压控制开关和变压器集于一体的变电站是美式箱变,该类型箱变体积较小; 将高低压控制开关和变压器集于一体的变电站是欧式变电站,该类型箱变体积较大, 外形美观,内部空间比较大易于操作和检修,为住宅小区箱变的首选。 该小区箱变类型选择为:ZBW-12。内部配置见附图 3

3.4 电气设备中的电弧问题 3.4.1 概述
电弧是电气设备运行中常有的一种现象,特点可以概括为两点:温度很高且光亮 很强。根据实践经验与实验,电弧对供电系统有很大的威胁。一,电弧一般情况下会 延长电路开断时间长短;二,高温极可能会烧毁电气设备、导线电缆,引起危险火灾; 第三,强烈弧光极可能损坏人眼得视力,情况严重时很有可能造成失明。

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3.4.2 电弧的产生原因
1、根本原因 开关触头在分断电流时产生电弧的根本原因: 触头本身及触头周围的介质中一定 含有大量可以被游离的电子。当分断触头之间有足够大外电压时,这些电子就很可能 强烈电离从而造成电弧的产生。 2、电弧产生的游离类型 高电场发射、热电发射、高温游离、碰撞游离。

3.4.3 电弧的熄灭条件
1、熄灭电弧的条件:电弧中去游离率必须大于游离率。 2、去游离方式:正负带电质点的扩散和复合都会去游离; 3、开关电器中常用灭弧方法:冷却灭弧法、真空灭弧法、狭沟灭弧法、 SF6 灭弧法。

3.4.4 对电气设备电气触头的基本要求
必须具有足够热稳定度; 需要具有足够机械强度; 严格满足负荷的正常发热要求; 需要具有足够断流能力。

第四章

小区的电力线路

4.1 供配电系统概述 4.1.1 供配电示意图
供配电系统是将发电厂、变电所、电力用户等几个环节连接起来的一个整体,包 括发电、输电、变电、配电、用电几个组成部分。对于小区供配电系统来说,供配电 方式为:采用 10kV 的高压进线,然后经过住宅小区的箱式变电站降压到小区单元配 电箱,最后到达住户配电箱,变成用户可以直接使用的 220V 或者 380V 的低压电。电
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力系统示意图如下:

图 1 供配电示意图

图 2 小区供配电抽象示意图

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4.1.2 配电模式
本小区主要供电模式定位:箱变配电工程。 天津市的高压供电模式为:110kV-35kV-10kV,城区配电线路电压等级是 10kV,到 达住宅小区一级配电电压等级是 10kV, 低压配电电压等级为 220V/380V。 本小区 10kV 主接线方式示意图如下:

图 3 10kV 单环网主接线方式示意图

4.2 电力线路敷设 4.2.1 架空线路
现实生活中,架空线路的应用相当普遍,是因为架空有许多优点,比如:成本价 格低,安装比较容易简便,维护以及检修十分方便等等。但是架空线路也有缺点,比 如:受天气影响比较严重,占用空间,有时还会影响交通等等,所以架空线路的敷设 需要注意一些事项。由于本课题为住宅小区的供配电设计,所以在此处只介绍一些与 住宅小区有关的架空线路。我国有关标准 GB 50061-1997 对架空线路的敷设进行了详 细的规定。见附录的参考文献。

4.2.2 电缆线路
电缆线路得到了越来越多的应用,只因为它有很多架空线路所不具备的优点,比

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如:不容易受外界的影响、不占空间、运行安全可靠等等。但是也有许多缺点,比如: 成本比较高、维修不太方便等等缺点。下面简单介绍一下。 电缆种类:根据材料分为铜芯和铝芯;根据绝缘介质大致分为塑料绝缘电缆和油 浸纸绝缘电缆两大类别。由于油浸绝缘电缆具有耐热好、寿命长、耐压高等优点,所 以实际中应用比较广泛。 电缆的敷设方式有:沿墙敷设、直接埋地敷设、利用电缆沟敷设几种。电缆敷设 路径要符合以下要求: (1)首先要使其运行安全,避免遭受腐蚀、机械性外力的威胁; (2)电缆在足够安全的前提下尽量要短; (3)电缆要避开施工时受影响的地段; (4)电缆的敷设要便于运行及维护。

4.3 本小区供配电系统说明 4.3.1 用电负荷的划分
用电负荷的划分是选择变压器的第一步,是保证用电安全、供配电安全的前提, 所以必须谨慎对待。国家有关标准《供配电系统设计规范》 ,编号为 GB50052-2009 对 其进行了详细的规定,见附录的参考文献。

4.3.2 低压配电线路的形式
现实中,低压配电线路主要有四种接法,即树干式接法、放射式接法、环式接法、 链式接法。 (1)树干式接法 优点:配电系统的总长度比较短,即有色金属可以有效节约,经济;供电系统的 回路数量比较少,配电设备和配电线路的安装经费也随之减少。缺点:一旦干线发生 故障,将影响比较大;供电可靠性比较低。此方法经常与放射式一起使用。其接线示 意图如下:

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图 4 低压母线放射式配电的树干式示意图

图 5 低压变压器-干线的树干式示意图

(2)放射式接法 优点:配电线路互相不影响,而且供电可靠性高,配电设备也较集中,检修方便, 比较适用于一级负荷的供电。缺点:导线消耗大,系统灵活性差。其接线示意图如下:

图 6 低压放射式线路示意图

(3)环式接法 利用环式接法时,线路都是开环的放射式线路,使供电可靠性大大提高。这样, 当一处线路发生故障或者需要检修时,可以将此线路与电源断开,此时该处的负荷仍

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然可以得到供电。其接线示意图如下:

图 7 低压环形线路示意图

(4)链式接法 该供电方式适用于距离配电柜比较远,同时彼此之间距离比较近的容量比较小的 不太重要的用电设备,此方式的用电设备一般控制在 5 台以下,而且总功率在 10kW 以下。其接线示意图如下:

图 8 低压链式线路示意图

由于本设计为住宅小区,住宅小区的范围比较有限;而且注意节约、绿色;供电 系统的回路数比较少;供电裕量设计大,用电比较稳定,不宜出现故障。所以该小区 采用的供电方式为:树干式低压配电线路。

4.4 本小区供配电线路说明 4.4.1 用电示意图
本小区用电线路及供配电线路行驶示意图如下:

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图 9 本小区用电设计示意图

图 10 本小区户内开关箱设计示意图

4.4.2 本小区配电设计
1、小区总体低压配电设计 1) 由小区平面图:小区总变配电室位于本小区中央位置,共由 15 栋楼组成,在每栋 楼靠近总变配电室处分别设置一处低压配电箱,然后,每栋楼的每个单元的一楼都设 置有单元配电箱,经过入墙敷设电缆到达每户居民门口处的用户配电箱,最后经过电 表进入居民房间里的总开关盒,设置了漏电保护和短路保护等。 2) 从小区总变配电室的高压配电柜引出 YJV22-10kV-3*35 铜芯电缆沿着室内电缆沟 到 5#楼变压器室 SCR-500kV?A 变压器;从高压配电柜引出 YJV22-10kV-3*35 铜芯电 缆沿着室内电缆沟到 12#楼变压器室 SCR-500kV?A 变压器;从高压配电柜引出 YJV22-10kV-3*35 铜芯电缆沿着室内电缆沟到 15#号楼变压器室 SCR-630kV?A 变压器。 3)总共安装 3 台变压器,分别为:5#号楼 SCR-500kV?A 干式变压器一台;12#号楼 SCR-500kV?A 干式变压器一台;15#号楼 S9-630/10 干式变压器一台。 4)5#号楼 SCR-500kV?A 干式变压器为 1#~8#住宅提供电源;12#号楼 SCR-500kV?A 干 式变压器为 9#~13#住宅提供电源;15#号楼 S9-630/10 干式变压器为商住楼、消防等

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提供电源。 5)安 14#楼发电机一台与 S9-630/10 干式变压器联络,组成一个自备的应急电源。 2、小区住宅楼低压配电设计 1)A 户型以 13#为例说明: 从住宅小区 12#号楼 SCR-500kV?A 干式变压器的低压配电柜出线,施放电缆沿着 室内底层电缆沟、室外地下电缆沟铺设至 13#号楼的低压配电箱的电缆分支箱为止, 电缆型号选定为 VV22-1kV-4*240+1*120 铜芯电缆,出线回路数为 1。然后,从 13# 号楼的低压配电箱的电缆分支箱分别出线,施放电缆沿着室内外地下电缆沟至 13#号 楼的各单元的 1 楼的单元配电箱,电缆型号选定为 VV22-1kV-4*70+1*35 铜芯电缆, 出线回路数为 3。 2)B 户型以 3#为例说明 从住宅小区 5#号楼 SCR-500kV?A 干式变压器的低压配电柜出线,施放电缆沿着 室内底层电缆沟、室外地下电缆沟铺设至 3#号楼的低压配电箱的电缆分支箱为止, 电缆型号选定为 VV22-1kV-4*240+1*120 铜芯电缆,出线回路数为 1。然后,从 3#号 楼的低压配电箱的电缆分支箱分别出线,施放电缆沿着室内外地下电缆沟至 3#号楼 的各单元的 1 楼的单元配电箱,电缆型号选定为 VV22-1kV-4*70+1*35 铜芯电缆,出 线回路数为 3。 3、商住楼等低压配电设计 15#号楼 S9-630/10 干式变压器一台为该住宅小区的商业、 消防等提供用电电源。 采用分表计量方式,计量表安装在低压配电柜里。 1)商业用电——以 14#为例说明 14#号楼的商业用电,从 15#号楼 S9-630/10 干式变压器的低压配电柜出线,施 放电缆沿着室内底层电缆沟、室外电缆沟铺设至 14#号楼的低压配电箱的电缆分支箱 为止,电缆型号选定为 VV-1kV-4*50+1*25 铜芯电缆,出线回路数为 1。然后,从 14# 号楼的低压配电箱的电缆分支箱分别出线,施放电缆沿着室内外地下电缆沟至 14#号 楼的各单元的 1 楼的单元配电箱,电缆型号选定 VV-1kV-4*50+1*25 为铜芯电缆,出 线回路数为 3。

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2)公用照明和屋顶风机等用电 5#号楼公用照明和屋顶风机等用电,从 5#号楼 SCR-500kV?A 干式变压器低压配 电柜出线,沿着室内底层电缆沟至各个双电源切换箱为止。 3)消防用电 3#号楼消防用电,从 5#号楼 SCR-500kV?A 干式变压器低压配电柜出线,施放电 缆沿着室内底层电缆沟、室外地下电缆沟至 3#号楼的消防双电源切换箱为止。 5#号楼消防用电,从 5#号楼 SCR-500kV?A 干式变压器低压配电柜出线,沿着电 缆沟铺设电缆至 5#号楼的消防双电源分线箱为止。

4.4.3 设备清单
变压器主流分类:环氧树脂浇注干式变压器,油浸变压器,非晶合金铁心变压器 等。环氧树脂干式变压器安全、防火、无污染、可直接安装在负荷中心,安装简便、 无需维护、综合运行成本低。所以本小区选择环氧树脂浇注干式变压器,型号为: S9-630/10 一台,SCR9-500/10 两台。
表 1 主变压器铭牌

额定容 型号 量 (kVA) SCR9-500/10 500 S9-630/10 630

一次额定 电流(A) 30.04 37.8

二次额定 电流(A) 702.6 907.2

空载损 耗(W) 1000 1200

负载损 耗(W) 3900 6200

阻抗电 压(%) 4.5 4.5

空载电 流(%) 0.92 0.9

表 2 YJV22 型电缆电压降—载流量表

芯数 ? 电缆截面(mm ) 2 ? 16 4 ? 25 4 ? 50 4 ? 95 4 ? 150 4 ? 240

2

电压降(mV/m) 2.6 1.6 0.87 0.45 0.3 0.21

载流量(A) 80 108 165 265 360 495

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第五章 小区的节约用电
5.1 概述 5.1.1 概论
不容忽视的是,能源紧张是我国乃至于全世界所面临的一个特棘手问题,当然包 括电力供应紧张问题。因为电力供应严重不足,致使我国发展速度不是很令人满意。 所以我国把能源建设作为国家建设的重点之一,提出在加大力度开发能源时,必须最 大限度提高能源利用的效率,大力降低能源能源无谓的损耗。 现实生活中,电能是特别重要的二次能源,由于她具有与其他形式能量相互转换 比较容易,而且输送、分配都比较简单等优点,因此,导致电能的应用十分广泛,可 以说电能已经渗入到人民生活的方方面面。从我国能源消耗分布情况来看,大约 50% 消耗在人民生活、住宅用电方面,所以,住宅小区的节约用电显得特别有意义,而我 的这个课题也显得富有时代色彩。

5.1.2 住宅小区节约用电一般措施
加快住宅小区供电系统的技术改造: 可以加快速度更新甚至淘汰现有的低效高耗 供电用电设备,以高效节能的设备取而代之;对生活中所有的不合理的供配电系统进 行改造,降低线路损耗,节约电能;人工提高功率因数,并联电容器,采用无功补偿 设施。加强我国住宅小区供电系统的科学管理:很容易的一种方法就是可以实行计划 供电用电,提高能源的利用率;建立科学用电管理机构及制度。

5.2 并联补偿电容器 5.2.1 并联补偿电容器概论
并联电容器,其符号为 C,它的工作目的就是提高用电效率,提高功率因数 cos

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φ ,节约用电,节约能源。并联补偿电容器有许多种接线方式,就我所知道的跟大家 列举几种:三角形△接线的并联补偿电容器,星型 Y 接线的并联补偿电容器,串联有 电抗器的并联补偿电容器等等各种形式。各种接线形式都有各自的优点:例如采用星 形接线方式时,可以形成三相电流不平衡保护、零序电压的保护等等众多优点。在此 就不一一叙述。下面介绍一些电容器使用时必须要注意的事项。国家有关标准《10kV 及以下变电所设计规范》GB 50053-94 对其进行了详细的规定,见附录的参考文献。

5.2.2 并联补偿电容器的接线
并联补偿电容器的正确接线是保证电容器起到需要的作用,必须谨慎仔细。国家 有关标准《10kV 及以下变电所设计规范》GB 50053-94 对其进行了详细的规定,见附 录的参考文献。 并联补偿电容器的正确布置是保证电容器起到需要的作用,同正确接线同等重 要,所以也必须谨慎仔细布置。国家有关标准《 10kV 及以下变电所设计规范》GB 50053-94 对其进行了详细的规定,见附录的参考文献。

5.3 变压器的运行与维护 5.3.1 概述 1、日常巡视要检查的地方:
(1)检查并联电容器是不是在额定电流和额定电压下工作,电流指示值是不是平衡; (2)检查并联电容器的外壳是不是变形、漏油; (3)检查并联电容器的各个接线端子是不是有松动和发热现象; (4)检查并联电容器内部有没有异声、噪声; (5)检查并联电容器外壳接地是不是完好; (6)检查并联电容器的互感器、断路器、电抗器是不是没有异常现象。

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2、特殊情况时,适宜增加循环检查的次数:
(1)并联电容器经过大幅度改造、检修或者长期停运后重新投入工作的情况; (2)当遇到有重要供电的任务时; (3)当遇到恶劣天气时;

3、当并联电容器组发生下列情况时,必须立即退出:
(1)并联电容器发生爆炸时; (2)并联电容器发生严重喷油或者起火时; (3)并联电容器的外壳发现膨胀,有油质流出或者三相电流不平衡时。

4、并联电容器的维护
外壳必须定期进行油漆维护;并联电容器每个季节必须停用进行清洁、循环检查 工作一次,项目有:测量放电的线圈是不是通电;每个电容器外壳均匀温度是不是正 常标准;必须进行全面的清洁维护工作:瓷瓶、套管、外壳、线圈等。

第六章

小区的防雷、接地与电气安全

6.1 过电压与雷电的有关概念 6.1.1 过电压
定义: 指电气线路或者电气设备上出现并且超过正常电压对绝缘有怒号影响的异 常电压。 (1)内部过电压 由于内部过压不会超过系统正常工作时相对于地(单相)额定电压的三至四倍, 所以我们可以说内部过电压对电气设备的绝缘和电力系统的正常运行的危险不是特 别大。
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(2)外部过电压 由于电力系统中的线路、 设备等遭受雷电感应或者来自于大气的雷击而导致的过 压。雷电过电压对供电系统的威胁极大,有时候还会伤及人类,必须对此加以防护。 雷电过电压的形式:直接雷击、间接雷击、由于金属管道或者架空线路遭受雷击引起 的过电压波,沿金属管道或者架空线路进入变配电所等建筑。这种形式叫做高电位侵 入。根据我国的几个大城市近几年的详细统计,供配电系统因高电位侵入造成的伤害 损失事故,占总共雷电事故的 50%~70%,因此,我们对于高电位侵入的防护应该特 别的重视。 住宅小区这种人员密集的场所, 我们更应该给予重视, 必须施以防雷措施。

6.1.2 防雷措施
1、接闪器 定义:专门设计用来对付直接雷击的金属物体。分类:避雷针:接闪的金属杆; 避雷线:接闪的避雷线;避雷带:接闪的金属带;避雷网:接闪的避雷网。在此处我 只讲述现实生活中应用最普遍的其中一种避雷针。 避雷针的实质功能其实是—引雷。 避雷针在雷电时对电场会及时产生一个附加的 电场,使雷电场发生畸变,这样就导致雷云放电通道由原来被雷击伤害的方向迅速转 移到避雷针本身体上,然后经过避雷针引线和接地装置的引线作用把雷电流引入大 地,从而使可能被雷击物体受到保护,不受破坏。所以避雷针又叫引雷阵。 2、避雷器 避雷器定义:防止雷电过电压波沿着线路侵入建筑物或者变配电所,以保护被保 护设备的绝缘皮,或者防止雷电电磁脉冲威胁电子信息系统,产生电磁干扰。避雷器 的连接: 避雷器应该可说是必须与被保护的设备并联, 而且要安在被保护设备电源侧。 3、变配电所的防雷措施 (1)安装避雷针 我们在现实生活中就显而易见, 对于室外避雷装置大都装设避雷针来防护直接雷 击,当然,若变配电所位于附近更高的建筑物上装设的避雷针等保护措施的保护范围 之内,或者若变配电所为室内型,则可以不必考虑直接雷击的防护。非高土壤电阻率

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的地域,根据有关规定,工频接地 RE≤10Ω 。 (2)安装避雷器 对于地理位置在峡谷地区的变配电所,我们利用避雷线来防护直接雷击。 35kV 及以上变配电所的架空进线上面,可以架设 1 至 2 千米的避雷线,用以消除一段进线 上面的雷击闪络,这样来避免其所引起雷电侵入波对于变配电所的电气装置的影响, 这种方法很实用。

6.2 接地 6.2.1 概念综述
接地:电气设备的某个特定部分或者某片特定区域与大地所做的良好的电气连 接。接地体定义:根据接地定义,不难得出,接地体就是埋入地中并且直接与大地接 触的金属导体。接地线:顾名思义接地线就是连接设备、装置接地部分与接地体的金 属线或者金属导体,接地线在正常情况下不带电流,在故障时会通接地故障电流。人 工接地体:专门用于接地而人为装设的接地体。

6.2.2 电气装置的接地
电气装置必须准确接地才能保证设备及人员的安全,起到接地的作用。国家有关 标准 GB 50169—2006《电气装置安装工程、接地装置职工及验收》对其进行了详细 的规定,见附录的参考文献。

6.2.3 接地电阻
接地电阻:不难理解,该电阻就是接地体与接地线电阻再加上接地体流散电阻的 和。因为接地体与接地线电阻相对来说比较小,接地体流散电阻树脂比较大,所以通 常情况下我们认为接地电阻就是接地体的流散电阻。

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6.2.4 设备接地网示意图
本小区变压器室设备接地网示意图见附图 4。

6.3 本小区的防雷与接地措施
本小区建筑比较相似,用电负荷也差不多,所以,在此我以本小区 1 号楼为例。 本小区建筑楼栋采用建筑本身的基础地梁钢筋网络作为接地装置, 防雷接地与重 复接地共用此接地装置。基础地梁中的所有钢筋作为接地体用,周边所有的基础地梁 焊接成一个大的环路,组成接地网。基础地梁的中间柱体网也焊接成网络状。地梁钢 筋网与柱体内的两根防雷引下线连接。建筑物本身内做成等电位连接,采用 TN-C-S 保护接地方式。 在建筑物的四个角的外侧方向柱子上距地 1.8 米处,埋 P-1 板做为测试点,作用 是测试接地电阻值,根据国家有关规定,接地电阻值不应该大于 4 欧姆。当完工后的 接地电阻不能满足要求是, 必须在距建筑 3 米开外的地方做人工接地来满足接地电阻 的要求。另外,进出建筑的管道、电气设备、电缆、保护钢管等在进出位置处与总的 等电位箱相连接,并且与中性线绝缘。同时,为了保证用户的绝对安全,我将该小区 竖直的金属管道和金属物体完全与接地装置可靠连接。 位连结:即等电位连结,所有金属门窗、栏杆、各楼层结构梁、引出建筑的金属 管道等等金属构造物均与防雷接地系统可靠焊接。 卫生间、 厨房内的给排水金属管道, 散热器等等所有金属构造物均做局部的等电位联结。 电保护:用户房间内所有的电器设备的外漏可能导电的部分做接地保护。当然, 所有三相插座的接地端都与保护接地线可靠联结,而且装设漏电保护开关,其动作电 流为 30 毫安。在所有楼栋的一楼设置一处总等电位端子箱,将所有用户进线与该等 电位端子箱子相连接。同时,在卫生间、厨房均设置局部等电位端子箱,分别设置在 洗手盆侧墙和水池侧墙上,其底端距离地面 0.5 米,所有铁件、金属都与局部等电位 端子箱连接。连接:总等电位箱与总等电位箱之间,局部等电位箱与基础接地系统之 间,总等电位箱与基础接地系统之间均用 40*4 镀锌扁钢可靠焊接。

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第七章 结论

毕业论文写到这已经基本完成, 在论文写作过程中我学到了许多专业与非专业知 识,收获颇丰。 在这个过程中, 我学到了做任何事情都要有的态度与决心: 一丝不苟, 全力以赴。 对于事情发展过程中出现的任何问题和偏差都必须要重视,俗语有云: “千里之堤, 毁于蚁穴” ,所以严谨的态度是必须具备的。凡事都不可能一帆风顺,当我们遇到问 题时,不可以退缩与逃避,应该迎难而上,知难而进,绞尽脑汁,想尽办法,全力以 赴把问题解决掉。更何况古语有云“平静的湖水练不出熟练的水手” ,沟沟坎坎也是 成功道路上所不可或缺的,她可以锻炼我们抗击打与挫折的能力,我们只要坚持。 还有一点,理论只有结合实际才能显得有意义。如果没有这次毕业论文,书本上 的许多知识对于我来说都是死知识, 对于生活毫无用处。 理论结合实际很真的很重要。 新鲜的专业知识是以前所没有接触过的, 我十分高兴在学生生涯即将结束时又丰 富了我的大脑;非专业知识同专业知识一样重要有时甚至重于专业知识,这些能让我 在以后的道路上少走弯路,节约时间,成长迅速。 毕业论文的完成标志着三年学习生活的结束,标志着学校生涯的结束,但是并不 意味着我学习道路的结束。My way ahead’s a long long one,oh ! I’ll seek my beauty high and low 。在未来的旅途中,我依然会“生命不息,奋斗不止,努力不止,工作不止, 战斗不止,冲锋不止,思维不止” 。

第八章

致谢

我的毕业论文已经撰写完成,凭借我一个人的努力是很难完成的,所以我十分感 谢在这个过程中默默无私奉献的句老师。 在论文的构思、 收集资料、 内容选择等方面, 我都得到了李老师的耐心指导。李老师待人诚恳,每当我有什么问题时,李老师都会 仔细为我排忧解难;李老师专业知识扎实渊博,每次都会很快的帮我解决疑难;李老 师治学态度严谨, 精益求精, 全力以赴地教育我怎么把论文修改地更好更完善。 总之,

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如果没有李老师的教导,我是不会顺利完成毕业论文的,所以,我十分感谢李老师对 我的帮助。当然,在整个过程中,也离不开其他几位老师和同学的无私帮助,总是在 我遇到瓶颈时,为我提供建议与意见。所以,我也感谢你们对我的帮助。 最后, 我再次感谢在论文撰写过程中帮助我的李老师、 同学们! 感谢大学过程中, 无私奉献教育我、指导我的所有老师,谢谢你们!

参考文献
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] 刘介才.工厂供电.2 版.北京:机械工业出版社,2009 《供配电系统设计规范》.编号为 GB50052-2009.中国计划出版社,2010 《城市居住区规划设计规范》编号为 GB 50180-93.1994.2 《通用用电设备配电设计规范》编号为 GB 50055-93 戴瑜兴.民用建筑电气设计手册.北京:中国建筑工业出版社,2005 梁华.建筑工程设计手册.北京:中国建筑工业出版社,2002 《低压配电设计规范》编号为 GB50054-95 《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》编号为 GB50168-92 《电气装置安装工程接地装置施工及验收经验》编号为 GB50169-92

[10] 《城市居民住宅区规划设计规范》编号为 GB50180-93 [11] 《10kV 及以下变电所设计规范》编号为 GB50053-94 [12] [13] [14] 任元会.工业与民用配电设计手册.3 版.北京:中国电力出版社,2005 戈东方.电力工程电气设计手册.1 版.中国电力出版社,1998 国家电力公司成套设备部《城乡电网建设改造设备使用手册》.中国电力出版

社,2001

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附录
附图 1 小区平面图

附图 2

标准层照明示意图

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附图 3

设备接地网示意图

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