低压配电系统计算方法

本文是某数据中心高低压供配电系统的设计，设计的目的是通过对机房环境、供电条件、

以及用户的要求等，来为该机房确定一个比较完善的供电设计方案。

电能是所有用电设备的主要能源。对数据中心机房的供电系统来说，对供电系统的要求

更加重要。因此，如何进行合理用电、安全用电、节能用电以及如何保证不间断供电等都是我们要解决的问题。

由于数据中心机房对供电系统的要求很高，所以其供电系统也不同。基于本次的设计要

求，此设计主要包括以下几个方面的内容： 变压器容量及台数的选择，变配电所主接线形式的选择，负荷计算，短路计算。同时为了保证供电的不间断性，如何进行UPS供电等。

关键词：变压器的选择、变配电所的主接线图、负荷计算、UPS电源、短路电流计

算、功率补偿、设备的选型。

I

目 录

摘要 .............................................................................................................................................................................. I 关键词 .......................................................................................................................................................................... I 前 言 ........................................................................................................................................................................... 1 第一章 工程概述 ....................................................................................................................................................... 1 第一节 工程概况 .................................................................................................................................................. 1

1、工程概况 ............................................................................................................................................... 1

第二节 技术要求 .................................................................................................................................................. 1

1、建筑要求 ............................................................................................................................................... 1 2、配电要求 ............................................................................................................................................... 2 3、机房负荷分类 ....................................................................................................................................... 2 4、负荷概述 ............................................................................................................................................... 2

第二章 配电设计 ....................................................................................................................................................... 3 第一节 设计依据 .................................................................................................................................................. 3

1、相关专业提供的工程设计资料。 ....................................................................................................... 3 2、工程设计资料、设计任务书及设计要求。 ....................................................................................... 3 3、的主要法则和所采用的主要标准。 ................................................................................................... 3

第二节 设计范围 .................................................................................................................................................. 3

1、设计内容 ............................................................................................................................................... 3 2、设计分工与分工界面 ........................................................................................................................... 3

第三节 变、配电系统 .......................................................................................................................................... 3

3.1、负荷等级 ............................................................................................................................................ 4 3.2、供电电源及电压等级 ........................................................................................................................ 4 3.3、备用电源 ............................................................................................................................................ 4 3.4、高压配电系统 .................................................................................................................................... 5 3.5 低压配电系统 ...................................................................................................................................... 5 3.6 变压器的选择 ...................................................................................................................................... 6

II

4.7 电气原理框图 ...................................................................................................................................... 7

第三章 负荷计算 ....................................................................................................................................................... 7 第一节 负荷概况 .................................................................................................................................................. 7 第二节 符合统计 .................................................................................................................................................. 8 第三节 负荷计算 ................................................................................................................................................ 11

1、变压器低压侧负荷计算 ..................................................................................................................... 11 2、变压器的损耗 ..................................................................................................................................... 12 3、变压器高压侧负荷 ............................................................................................................................. 13 4、功率补偿 ............................................................................................................................................. 13

第四章 短路电流及计算 ......................................................................................................................................... 14 第一节 短路的原因、后果及其形式 ................................................................................................................ 14 第二节 三相短路时物理量 ................................................................................................................................ 15 第三节 无限大容量电力系统中短路电流的计算 ............................................................................................ 16 第五章 电力线路 ..................................................................................................................................................... 19 第一节 电力线路及其接线方式 ........................................................................................................................ 19 第二节 电缆截面的选择计算 ............................................................................................................................ 19

1 概述 ....................................................................................................................................................... 19 2 电力电缆的选择 ................................................................................................................................... 20

结束语 ................................................................................................................................................................... 20 参考文献 ................................................................................................................................................................... 21

III

前 言

机房供电工作要很好地为电子信息服务，切实保证机房的用电需要，并搞好电能的节约，必须达到下列几本要求。

 安全 在电能的供应、分配合使用中，不应发生人身事故和设备事故。  可靠 应满足电能用户对供电可靠即连续供电的要求  优质 应满足电能用户对电压质量和频率质量等方面的要求。

 经济 应使供电系统的投资少，运行费用低，并尽可能地节约电能和减少有

色金属消耗量

此外，在供电工作中，应合理地处理局部与全局、当前与长远的关系，既要照顾局部和当前的利益，又要有全局观点，能顺全大局，适应发展。例如计划供电问题，就不能只考虑一个单位的局部利益，更要有全局的观点。

本设计的主要任务是电子信息系统机房内部的电能的供应和分配问题。

第一章 工程概述

本章概述本次设计工程的题目及技术要求

第一节 工程概况

1、工程概况

本工程本工程设计范围为XX数据中心机房，建筑面积4000㎡。地上4层，主要为数据中心中心机房。其中1层为客服中心与信用卡中心合用，面积分别为500㎡；2层为软件开发中心机房，面积为1000㎡；3层为软件开发中心机房与XX信息技术管理部中心机房UPS配电室，面积分别为500㎡；4层为XX信息技术管理部中心机房，面积为1000㎡。

第二节 技术要求

1、建筑要求

1) 建筑的入口至主机房的通道净宽不应小于1.5m。

2) 计算机机房所在建筑物应具有载重量为1.5吨以上，轿厢尺寸不小于1.8*2.5米，且有效载重>1.5T的电梯到达机房楼层。

3) 按照已批复总平方案，机房区建筑层高5.4米，楼板面与电梯厅和消防疏散楼梯及楼

层配套辅助功能间比，下沉800mm。 4) 机房区的机电设备维护区宽度不小于3米。 5) 机房区运维人员维护通道宽度不小于3米。

1

6) 机房区运维人员维护通道与机电设备维护人员通道隔离设置。

7) 应综合考虑机房的访问通道、维修通道、机电设备通道以及人流和物流的安全通道合

理的区分设置。

8) 一层客服中心和信用卡中心UPS机房与机房同层布置；二至四层开发中心和技术部机

房的UPS间设于三层，其中开发中心机房内设备和开发测试区使用的UPS都集中设于三层。在机房东西两侧设两个电缆竖井用于上下层之间UPS电源电缆走线。 9) 机房环境监控室各单位各自分别进行管理，因此在一层设两个监控室，二层和四层分

别各设一个监控室。

2、配电要求

1) 应竭力避免停电影响，配电方式采用可靠性较高的主线、备线双线回路的双系

统双重化的配电方式。以便在不停电的情况下扩充设备和保养设备。其中，为保障机房区计算机设备的安全运行，机房动力、照明的供电应相对。 2) 机房采用从不同变电站引入的双市电回路供电，配备专用发电机，发电机应一

套备份。

3) 本项目中机房区UPS采用2N备份方式，UPS电池支持时间30分钟。 4）信息技术部成都开发中心的开发测试区UPS也设于其三层 机房UPS室内， 采用N+2备份方式，用电负荷约为100kVA。

3、机房负荷分类

1) UPS和计算机类负荷，为一级特别重要负荷（保证24小时供电）。 2) 空调和通风负荷，为一级特别重要负荷（保证24小时供电）。

3) 照明和市电插座类负荷，二级负荷。

4) 应急和疏散照明，一级负荷（保证24小时供电）。

4、负荷概述

1) 设备用电负荷：按照使用部门提供的需求（下同），单机柜用电负荷计算值约

为2.4kVA。计算机实际功率因数在0.9-1.0之间，取0.95，则每台机柜容量为2.5kVA。

2) 根据平面布置, 客服中心、信用卡中心、软件开发中心和信息技术部四个部门

UPS设计容量均机柜总数计算得出，UPS按2N容量考虑。

3) 照明用电负荷：每平米估算值l5W，楼层面积1875平米，总计28kW，功率因

数0.9，总计31kVA。

2

4) 空调用电负荷规划

机柜满配时：需制冷总负荷2000kVA，空调能效比取2:1， 则空调电功率

=1000kVA，考虑备份，用电功率需要1000kVA。

一期配置时：空调需要承担的冷负荷是满负荷的一半，即500kVA。

第二章 配电设计

本章主要介绍作为设计者应该了解的设计规范、以及强电设计说明等。

第一节 设计依据

1、相关专业提供的工程设计资料。

2、工程设计资料、设计任务书及设计要求。 3、的主要法则和所采用的主要标准。

《高层民建筑设计防火规范》 GB50045—95(2005年版)； 《供配电系统设计规范》GB50052—95； 《10KV及以下变电所设计规范》GB5005—94； 《低压配电设计规范》GB50054—95；

《建筑物防雷设计规范》GB50057—94(2000年版)； 《汽车库、修车库、停车库设计防火规范》GB50067—97； 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343—2004； 《民用建筑电气设计规范》JGJ16—2008； 其他有关现行国家标准、兴业标准及地方标准。

第二节 设计范围

1、设计内容

本设计包括以下内容：10/0.4kV变、配电系统；电力系统；照明系统；防雷保护措施及接地系统。

2、设计分工与分工界面

电源分界点为地下一层10kV电缆进线开关的进线端，本设计由变压器开始设计。本设计提供变压器、柴油发电机及低压开关柜的系统图纸，低压配电室占地需求，柴油发电机的容量及数量。

第三节 变、配电系统

3

3.1、负荷等级

3.1.1 负荷等级

1) 数据中心内IT设备负荷、用于IT设备的空调的用电负荷为一级负荷中特别重要

负荷；

2) 数据中心内排风机、应急疏散照明等的用电负荷为一级负荷； 3) 数据中心普通照明、新风系统的用电负荷为二级负荷； 4) 其它负荷为三级负荷。 3.1.2 各类负荷容量如下

行统计。

2）IT设备负荷按使用方要求及单柜功率密度进行统计、UPS损耗按IT设备容量预计UPS损耗率进行统计；

3）对照明等设备的用电负荷按单位容量法进行统计 4）用电负荷统计表见《用电负荷统计表》。

1）负荷统计：对冷冻机组、水泵、风机、UPS充电负荷等用电设备按其设备容量进

3.2、供电电源及电压等级

建议10kV主接线为分段单母线，正常运行时，母联断路器断开，两路10kV分别供电。当一路失电时，母联断路器手动（或自动）投入运行，每路电源均可带起全部负荷。

10kV母线以放射式向各台变压器供电。数据中心变压器采用M（1+1）配置，正常供电时，每台变压器负荷率不大于50%；变压器检修时，一台变压器可带起全部负荷。

3.3、备用电源

3.3.1 本工程选用4台柴油发电机组，单台功率(常用)为1200kW，采用3+1冗余模式。当

两路市电停电或冗余的两台变压器同时故障时，通过ATS控制器发出信号，启动柴油发电机组，自动（或手动）投入。ATS选用带旁路功能的PC级ATS，保障电气及机械联锁，避免双边电源不供电或双路电源短路。

3.3.2 当市电恢复30~60s（可调）后，由ATS自动恢复市电供电，柴油发电机组经冷却延

时后，自动停机。

3.3.3 发电机容量、台数及电压等级的选择原则

1) 柴油发电机的容量应包括UPS、机房专用空调和制冷设备的基本容量及应急照

明、消防、监控等设备的容量。

2) 柴油发电机的容量小于2500kW，且柴油发电机房与主机房的距离小于500M时，

4

优先选用低压柴油发电机组。

3) 柴油发电机的容量大于2500kW，且并既运行是，宜采用高压发电机组。 4) 柴油发电机组不要求冗余配置时，宜优先选用单台柴油发电机组。 3.3.4 UPS配电系统

1) 数据中心内配电采用双总线架构，分区配电模式，设置机柜电源列头柜。 2) 数据中心内机柜配电采用机柜上走线，桥架采用敞开式开放桥架。

3) 列头柜内采集每一条末端回路电流，纳入环境监控系统，时刻监测、记录设备配

电状况。

3.4、高压配电系统

3.4.1 两路10KV电源采用单母线分段连接的运行方式，设母联开关，平时两段母线互为备

用，分列运行，当一路电源故障时，通过手/自动操作母联开关，由另一路电源负担全部的一级负荷中特别重要负荷及一、二级负荷，进线、母线开关之间设电气连锁，任何情况下只能有两个开关处于闭合状态。

3.4.2 10kV断路器采用真空断路器，在10kV出线开关柜内设避雷器作为正空断路器的操作

过电压保护。 3.4.3 运行方式

1) 变电所10kV主接线采用分段单母线，正常运行时，两路10kV电源分别向两段母线

供电，母联断路器断开运行。一路10kV电源停电时，母联断路器手动（自动）投入运行，由第二路电源向两段母线供电，每路电源均可带起全部负荷。

2) 10kV母线以放射式向各台变压器供电。变压器采用M（1+1）配置，每台变压器的

负荷率不大于50%；当一台变压器故障时，另一台变压器可带起全部负荷。 3) 当两路10kV市电电源均失电后，柴油发电机自启动，发电机并机成功后，向变电

所两段10kV母线供电。当柴油发电机贴临变电所时，柴油发电机母线也可以单路电缆向变电所10kV母线供电。

3.5 低压配电系统

1. 变压器低压侧采用单母线分段方式运行，设置母联开关。联络开关设自投自复开关。

自投时应自动断开非保证负荷，并保证变压器可正常运行。主进开关与联络开关之间设电气连锁，任何情况下只能有两个开关处在闭合状态。

2. 应急母线与主母线之间设有应急联络段开关，当市电两段母线均失电后，操作应急联

络段开关，启动柴油发电机组，保证重要负荷用电。

3. 低压配电系统采用220/380V放射式与树干式相结合的方式，对于单台容量较大的负荷

或重要负荷采放射式供电。对于照明及一般负荷采用树干式与放射式相结合的供电方

5

式。

4. 当变电所和机房在同一个建筑时，低压配电系统宜采用TN—S系统。当变电所和机房

不在同一个建筑时，系统宜采用TN—C—S系统。

3.6 变压器的选择

一 变电所主变压器台数和容量的选择

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，以便当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。对有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源，或另有自备电源。

2. 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而易于采用经济运行方式的变电所，也可以考虑采用两条太变压器。

3. 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. 只装一台主变压器的变电所

主变压器容量SN.T应满足全部用电设备总计算负荷S30需要，即 SN.TS30 2. 装有两台主变压器的变电所

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，宜满足总计算负荷S30的大约60%~70%的

需要，即

SN.T(0.6~0.7)S30

2) 任一台变压器单独运行时，应满足全部一，二级负荷的需要，即

SN.TS30(1 2)因此，该配电所共包括2台1600kVA干式变压器和4台1250kVA干式变压器，其中，2台1250kVA主要负责为信息技术部和95533成都中心IT设备供电，2台1250kVA主要负责为软件开发中心和信用卡中心IT设备供电，2台1600kVA主要负责为空调、通风、照明等设备供电。

6

4.7 电气原理框图

第三章 负荷计算

第一节 负荷概况

电力负荷又称电力负载，有两种含义：一是指耗用电能的用电设备或用户，如说重要负荷、一般负荷、动力负荷、照明负荷等。另一是指用电设备或用户的功率或电流大小，如说轻负荷、重负荷、空负荷、满负荷等。电力负荷的具体含义视具体情况而定。

一 工厂电力负荷的分级

工厂的电力负荷，按GB50052—1995《工配电系统设计规范》规定，根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级：

1. 一级负荷 一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者，或者中断供电将在政治、经济

上造成重大损失者，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。 2. 二级负荷 二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，如重要设备损

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。 3. 三级负荷 三级负荷为一般电力负荷，所有不属于上述一、二级负荷者均属三级负

7

荷。

二 各级电力负荷对供电电源的要求

（1） 一级负荷对供电电源的要求。由于一级负荷属重要负荷，如果中断供电造成的后果

十分严重，因此要求有两路电源供电，当其中一路电源发生故障时，另一路电源应不致同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除上述两路电源外，还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其它负荷接入应急电源中。 （2） 二级负荷对供电电源的要求。二级负荷也属于重要负荷，要求由两路回路供电，供

电变压器也应有两台。在其中一回路或一台变压器发生常见的故障时，二级负荷应不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。只有当负荷较小或者当地供电条件困难时，较之电缆线路发生故障是易于发现且易于检查和修复。当采用电缆线路时，必须采用两根电缆并列供电，每根电缆应能承受全部二级负荷。

（3） 三级负荷对供电电源的要求。由于三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对供电电

源无特殊要求。

第二节 符合统计

1#、2#变压器

序负荷设备安装容量（kW） 设备总Kx Pjs 号 类别 设备名称 运备注 备合计 视在功率（kVA） 行用设设备 备 1 空调一级负荷 1 351 439 0.8 280.8 空调机组 3 系统 2 空调 6 7.5 0.75 4.5 膨胀水箱 1 一级负荷 系统 3 空调3 1 55.5 69.4 0.9 50 冷却塔 一级负荷 系统 4 空调冷却水水3 1 72 90 0.75 54 一级负荷 系统 泵 空调冷冻水水由动力UPS提供电源，应5 3 1 72 90 0.75 54 系统 泵 急段 一级负荷 空调室内机6 22 176 185.3 0.8 140.8 由动力UPS提供电源, 系统 (CW1500) 空调室内机一级负荷 7 2 6.2 6.5 0.8 5 系统 (CW740) 8

室内机(1062A) DX室内9 机(DX53A) 新风 10 机 8 11 1~4F 照明 空调系统 空调系统 22 2 635.8 28.8 794.8 36 0.8 508.6 风冷直接膨胀型空调,为冷冻水空调的备份空调，一级负荷 20000m³/h风量,二级负荷 暂按15Kw/㎡，功率因数取0.9估算，应急照明为20%，约14kVA，为正常照明一部分。二级负荷 暂按8台10000m³/h风机估算，功率因数取0.5，应急段,一级负荷 暂按5Kw/层估算，功率因数取0.8,二级负荷 5#楼人员区多联机空调,二级负荷 屋顶消防风机，一级负荷 大楼视频监控，一级负荷 一级负荷 二级负荷 应急段,一级负荷 0.75 21.6 1 5 60 10 44 0.8 1 4 60 机房12 排风机 13 其它 空调 排风机 市电维护插座 20 40 0.8 16 2 20 102.9 33 20 50 10 5 25 128.7 41.25 25 71.4 10.5 5.3 0.5 0.8 0.8 1 1 1 1 10 82 26 20 50 10 5 消防 风机 监控 消防电梯 -1F照明 -1F应急照明 -1F变电所照明 -1F普通风机 -1F普通风机 -1F消防风机 地下室照明 地下室应急照明 地下室变电所照明 地下室普通风机 地下室普通风机 地下室消 防风机 20 21 1 20 双电源，一级负荷 17.2 34.4 1 17.2 防火分区B1-21,二级负荷 18 36 1 18 防火分区B1-22,二级负荷 6.2 12.4 9

0.8 5 2.2kW+4kW，一级负荷

序 负荷 3#、4#变压器

设备安装容量（kW） 设备总备注 视在功设备名运行备用合计 号 类别 率（kVA） 设备 设备 称 信息部 IT设机房 1 备 信息部 监控办公 95533成 都中心机房 信息部 UPS损耗 根据280台机柜，按2.5Kva/台计算的总负荷，设备功率因数取0.9，一级负荷 信息部提出，一级负荷 630 27 700 30 169 188 根据75台机柜，按2.5Kva/台计算的总负荷，设备功率因数取0.9，一级负荷 UPS2 73 取UPS损耗为10%，一级负荷 取UPS损耗为10%，一级负荷 全为后备柴油机保障的负载 3 损耗 95533成 都中心UPS损耗 总计 19 1010 5#、6#变压器 负荷类号 别 序IT设备名称 设备安装容量（kW） 设备总备注 视在功运行备用合计 率（kVA） 设备 设备 405 450 根据180台机柜，按2.5Kva/台计算的总负荷，设备功率因数取0.9，一级负荷 根据20台机柜，按2.5Kva/台计算的总负荷，设备功率因数取0.9，一级负荷 1 设备 软开中心机房一般负荷 软开中心机房核心设备 软开中心系统监控室等房间 信用卡中心机房 运营商机 45 50 100 111 软开中心提出，核心业务，一级负荷 根据75台机柜，按2.5Kva/台计算的总负荷，设备功率因数取0.9，一级负荷 设备功率因数取0.9，一级负荷 169 72 188 80 10

房 软开中心UPS一般负荷UPS损耗 软开中心损核心业务UPS损耗 耗 信用卡中心UPS损耗 总计 45 取UPS损耗为10%，一级负荷 2 16 取UPS损耗为10%，一级负荷 19 取UPS损耗为10%，一级负荷 全为后备柴油机保障的负载 3 959 第三节 负荷计算

1、变压器低压侧负荷计算

1. 1#、2#台变压器低压侧负荷的计算

照明的有功计算负何荷

P=60kW+10kW+5kW+20kW=95kW 30照照明的无功计算负荷

Q300kvar

空调系统的有功计算负荷

P30空=280.8kW+4.5kW+50kW+108kW+140.8kW+5kW+ 508.6kW+21.6kW+82kW=1201.3kW空调系统的无功计算负荷

Q30空Ptan1201.3kW0.75901kvar 30空空风机的有功计算负荷

P30风=20kW36kW70kW17.2kW23kW166.2kW

风机的无功计算负荷

Q30风=P30风tan166.2kW0.75125kvar

风1#、2#台变压器计算负荷如下：

11

P30.1Kp(P30照+P30空+P30风)=0.95（95kW+1201kW+ 166.2kW)=1390kW

Q30.1Kq(Q30照+Q30风+Q30空)=0.95（0kvar+901kvar+125kvar）=975kvar22S30.1P30.1Q30.1139029752kVA1700kVA

2. 3#、4#台变压器低压侧的负荷计算

由于在计算每台机柜的容量是都考虑了需要系数、设备的功率因素等，因此，设备的总视在功率为：

P30.2630kW27kW169kW73kW19kW918kW

Q30.2P30.2tan9180.5ｋvar459ｋvar S30.2P30.22Q30.2291824592kVA＝1026kVA

3. 5#、6#台变压器低压侧的负荷计算

同上可得：

P30.3405kW45kW100kW169kW80kW799kW

Q30.3P30.3tan7990.5ｋvar400ｋvar

S30.3P30.32Q30.3279924002kVA4kVA

2、变压器的损耗

PT.10.01S30.10.011700kW17kW

QT.10.05S30.10.05170085ｋvar

PT.20.01S30.20.01101010kW QT0.05S30.20.05101050ｋvar

PT.30.01S30.30.0195910kW

QT.30.05S30.30.0595948ｋvar

12

3、变压器高压侧负荷

P30.1高=P30.1PT.11390kW17kW1407kW

Q30.1高=Q30.1QT.1975ｋvar85ｋvar1060ｋvar

P30.2高=P30.2PT.2918kW10kW928kW

Q30.2高Q30.2QT.2459ｋvar50ｋvar509ｋvar

P30.3高=P30.3PT.3799kW10kW809kW

Q30.3高=Q30.3QT.3400ｋvar48ｋvar448ｋvar

所以，变压器高压侧的负荷为：

P301407kW928kW809kW3144kW

Q301060ｋvar509ｋvar448ｋvar2017ｋvar

22S30P30Q303144220172kVA3735ｋvar

I30S303735kVA216Ａ 3UN310kV4、功率补偿

电网中的电力负荷大多属于电感性负荷，这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力系统吸收有功功率，还同时吸收无功功率。因此在电网中安装并联电容器无功补偿设备后，将可以提供补偿感性负荷所消耗的无功功率，减少了电网电源侧向感性负荷提供及由线路输送的无功功率。减少了无功功率在电网中的流动，可以降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗，这种措施称作功率因数补偿。

1. 对1#、2#变压器的功率补偿

补偿前变压器低压侧的功率因数为：

cos1P30.11390kW0.82 S30.11700kVA按规定，变电所高压侧的cos0.95,考虑到变压器本身的无功损耗

QT远大

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于其有功功率损耗P一般QTT，(4~5)P因此在变压器低压侧进行无功补偿T，

时，低压侧补偿后的功率因数应稍高于0.95，这里取

cos'0.97。

要使低压侧功率因数由0.82提升到0.97，低压侧需装设的并联电容器容量为 QC.11390(tanarccos0.82tanarccos0.97)622ｋvar 补偿后的变压器容量和功率因数：

'25 S30.11390(976222)kV1A4 34因此主变压器容量比补偿前减少了2kVA。 变压器功率损耗为：

'' P0.01ST.130.10.011434kW14kW '' QTｋvar72ｋvar .10.05S30.10.051434变电所高压侧的计算负荷为：

'P30.11390kW14kW1404kW

'Q30.1(975622)ｋvar72ｋvar3ｋvar

'S03.114042321457kVA

补偿后的功率因数为：

''cos1'P30.1S30.11404kW1457kVA0.96

这一功率因数满足电子信息机房的要求。

第四章 短路电流及计算

本章首先简介短路的原因、后果及其形式，然后重点计算机房供电系统三相短路的计算。

第一节 短路的原因、后果及其形式

一、 短路的原因

工厂供电系统要求正常地不间断地对用电负荷供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。然而由于各种原因，也难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。系统中最常见的故障就是短路。短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短路。造成短路的主要原因有：

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（1） 电气设备绝缘损坏 这种损坏可能是由于设备长期运行、绝缘自然老化造成的，

也可能是由于设备本身质量低劣等。

（2） 有关人员误操作 这种情况大多是由于操作人员违反安全操作规程发生的。 （3） 鸟兽为害事故 二、 短路的后果

短路后，系统中出现的短路电流比正常负荷电流大得多。在电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。如此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害：

（1） （2） （3） （4） （5）

短路时要产生很大的点动力和很高的温度，而使故障元件和短路电流中的其他短路时电路的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行。

短路时保护装置动作，将故障电路切除，从而造成停电，而且短路点越靠近电严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可是并列运行的发电机组失去同不对称短路包括单相和两相短路，其短路电流将产生较强的不平衡交变电磁元件受到损害和破坏，甚至引发火灾事故。

源，停电范围越大，造成的损失也越大。 步，造成系统解列。

场，从而对整个电路产生影响。

因此，短路的后果十分严重，我们必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素；同时需要进行短路电流的计算，以便正确的选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性。 三、 短路的形式

在三相系统中，短路的形式有三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路等。电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小。但一般情况下，特别是远离电源的工厂供电系统中，三相短路的短路电流最大，因此它造成的危害也最为严重。为了是电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠地工作，因此作为选择和校验电气设备用的短路计算中，以三相短路计算为主。

第二节 三相短路时物理量

一、 无限大容量电力系统

无限大容量电力系统，是指供电容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统。其特点是：当用户供电系统的负荷变动甚至发生短路时，电力系统变电所馈点母线上的电压能基本维持不变。如果电力系统的电源总阻抗不超过短路电路总阻抗的5%~10%，或者电力系统容量超过用户供电系统容量的50倍时，可将电力系统视为无限大容量系统。

二、 短路有关的物理量

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1) 短路次暂态电流有效值（I''）

即短路后第一个周期的短路电流周期分量的有效值。 2) 短路冲击电流（ish）

短路冲击电流为短路全电流中的最大瞬时值。 3) 短路电流的计算

在高压电路发生三相短路时：

ish2.55I''

Ish1.51I

''在1000kva及以下的电力变压器和低压电路中发生三相短路时：

Ish1.09I''

ish1.83I''

4) 短路稳态电流

短路稳态电流时短路电流非周期分量衰减完毕以后的短路全电流，其有效值用I表示。在无限大容量系统中，由于系统馈电母线电压维持不变，所以其短路电流周期分量有效值Ik在短路全过程中维持不变，即I''IIK 。

第三节 无限大容量电力系统中短路电流的计算

一、 概述

进行短路电流计算，首先要绘出计算电路图，在计算电路图上，将短路计算所需要考虑的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地短路电力通过。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。 二、 采用欧姆法进行三相短路计算

欧姆法，又称有名单位制法，因其短路计算中的阻抗都才有有名单位“欧姆”而得名。

供电系统如下图所示：

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计算高压侧短路电路中各元件的电抗及总电抗

1) 电力系统的电抗：由表可以查的短路器的断流容量SOC750mVA，因此：

U2(10.5kA)2Xc1==0.15 1Soc750ＭVA2) 绘出高压侧短路的等效电路如下图所示，电缆线路的电抗：查表的

X00.08/km，并计算其总电抗为：

XXl=0.08/km5km=0.420

3) 总电抗为：

X高=X1X20.150.40.55

4) 三相短路电流周期分量有效值

U(3)c1=10.5kV=11kA I高3X30.55高5) 三相短路次暂态电流和稳态电流

I''(3)(3)(3)II11kA

高6) 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

i(3)=2.55I''(3)=2.5511kA=28.1kAshI(3)=1.51I''(3)=1.5111kA=16.6kAsh

7）三相短路容量

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S3=3U（I3）=310.5kV11kA=200ＭVA

c1低高计算低压短路电路中各元件的电抗及总电抗

1) 电力系统的电抗：由表可以查的短路器的断流容量SOC750ＭVA，因此：

`

2U(0.4kV)2'c2X==2.110-4

1Soc750ＭVA2) 电缆线路的电抗：查表的X00.08/km，因此

U0.4kV2'XXl(c2)2=0.08/km5km()=5.810-4

20U10.5kVc13) 电力变压器的电抗：查表可得UK%6,因此

U%U26(0.4kV)2kc2X610-3 3100S1001600kVAN4) 低压侧短路的等效电路如下图；并计算其总阻抗：

'X低=X1'X2X32.4105.8106106.82105) 三相短路电流周期分量的有效值

44-3-3

U0.4kV（3）c2=I==33.7kA-3低3X36.8210 低6) 三相短路次暂态电流和稳态电流

(3)（3）I''(3)II=33.7kA 低

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7) 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

3ish=1.84I''(3)=1.8433.7kA=62.0kA3Ish=1.09I''(3)=1.0933.7kA=36.7kA

8) 三相短路容量

（3）S=3UI3=30.4KA33.7KA=23.3MVAc2低低

短路计算表

短路计算点 高 低 三相短路电流KA 三相短路容量KVA (3)ish (3)Ish 3Sk I(3)k 11 33.7 I''(3) (3) I11 33.7 11 33.7 28.1 62.0 16.6 36.7 200 23.3 第五章 电力线路

第一节 电力线路及其接线方式

一、 概述

电力线路是电力系统的重要组成部分，担负着输送和分配电能的重要任务。电力线路按电压高低分，有高压线路和低压线路。也有的分为低压、中压、高压和超高压等线路，但其电压等级的划分并不十分统一和明确。 二、

高、低压线路的接线方式

一般高、低压线路的接线方式有三种：即放射式、树干式和环形等接线方式。

第二节 电缆截面的选择计算

1 概述

为保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，选择电缆截面时必须满足下列条件：

1. 发热条件 电缆在通过正常最大负荷电流即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。

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2. 电压损耗条件 电缆在通过正常最大负荷电流即计算电流时产生的电压损耗，不

应超过其正常运行时的允许的电压损耗。

3. 经济电流密度 35KV及以上的高压线路及35KV以下的长距离、大电流线路，其

导线和电缆截面宜按经济电流密度来选择。 4. 机械强度 导线截面不应小于其最小允许截面。

2 电力电缆的选择

根据机房设计规范的设计要求，机房电缆的的选择通常是按发热条件来选择电缆的截面。因为电流通

过导线时会产生电能损耗，使导线发热。从而是接头处的氧化加剧，增大接触电阻，使之进一步氧化，最终可能发展到断线。而温度过高，可使其绝缘加速老化甚至烧坏、或引起火灾事故。然而，机房的的用电负荷大多数都是一二级负荷，对供电的要求特别高。所以，对导线的选择也是特别的高。然而，机房的电缆电流的计算一般都是以工矿载流量来，一般工矿载流量是计算电流的1.5~1.8陪，从而保证机房供电的稳定性。

现以UPS配电柜的输出线为例，具体介绍一下机房电缆的选择。先有配电柜的输出线路，总功率为58.5kW，计算电流为84A。取工矿系数为1.6，则工矿载流量的电流为A=134A，所以，选择YJV电缆的截面为70mm2。经过查表可得环境在30度时Ia=191A，大于134A所以满足发热条件。

中心线的选择按A00.5A，故选A0=2.5mm2。

保护线的选择，由于A大于35mm，故选APE=35mm2。

26/1KV 370+135+PE35。 所以，导线的型号为ZR—YJV—0.其余电缆的选择同理可得。

结束语

课程设计，作为大学阶段依次重要的学习经历我感到自己受益匪浅，同时深深的感受到自己学习能力在不断的提高，特别是在自己思考问题方面，有了自己的观点和想法。

此次设计使我对电子信息系统机房有了一个初步的了解。在设计的过程中我遇到了很多的困难，为了解决困难我通过查阅资料和质询老师，通过求解，问题大多都解决了，自学能力的到了大大的提高。在设计的过程中要运用许多的知识，这些知识都不是单一的，我们必须综合起来，因此如何将知识系统化就成了我们搞设计的一个关键问题。

通过这次设计，一方面使我有了很大的感触。我们现在所学习的知识只是最基础的一部分。真真正正的从事工作之后，它只是作为我们起步的基础，用于实际是远远不够的，我们必须要

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扩充自己的知识点，这样才能更好的走向工作岗位。

另一方面，我认为作为一个设计者，我们要以全局的眼光来看待问题，培养团队合作的能力，在方案中解决大多数问题，打错不犯，少错少犯。这样我们才能做出更好的设计成果来。

总之，此次课程设计的完成带给我很大的收获，也让我明白了世上无难事，为即将工作的我们打下了一个扎实的基础。

参考文献

【1】 刘介才主编《工厂供电》北京：机械工业出版社，第五版；

【2】 中国建筑标准设计研究院《民用建筑工程电气设计深度图样》中国计划出版社，2009

版；

【3】 中国建筑标准设计研究院《电子信息系统机房工程设计与安装》中国计划出版社，

2009版；

【4】 中国建筑东北设计研究院《民用建筑电气设计规范》中国建筑工业出版社，2008版； 【5】 中国机械工业联合会《工配电系统设计规范》中国计划出版社，2009版；

【6】 中国工业和信息和部《电子信息系统机房设计规范》中国计划出版社，2008版等。

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