为什么使用此计算器
城市电网紧凑、低噪声且高度可靠。本计算器汇总市政负载,应用同时系数,并按 GB 50052、CJJ 45 和 GB 50054 选型集成 SF6 环网柜的预装式(箱式)变电站及环网。
Worked Examples
Example 1 — Urban Ring Network (Lighting + Pumping + EV Charging) · FOB $897,825
| Equipment | Model | Spec | Qty |
|---|---|---|---|
| Main substation | YB-S13-1250/12 | 1250 kVA · Box-Type · oil internal · S13 | 1 |
| LV feeder panel | GGD-2000 | distributes 10 circuits | 1 |
| PFC capacitor bank | 200 kVAR | automatic · GCK LV cabinet | 1 |
| Series reactor (detuned) | CKSG-12.0/0.4 | 12.0 kVAR · 6% · 0.4 kV | 1 |
| Main feeder cable (TX→LV) | YJV 0.6/1kV 300 mm² ×4 | 4× 300 mm² Cu · ΔU 5.86% @ 400 m ⚠ · $154.0/m | 4 |
| Feeder cable — Zone feeder 1 (×10) | YJV 300 mm² | 300 mm² Cu · 249 A · ΔU 3.2% ⚠ · $154.0/m | 10 |
| Main busbar (Cu) | Cu 100×10 | 100×10 · 2000 A rating · ref $118/m | included |
| Grounding electrode | Φ20mm × 2.5m rod | R₁ 39.6 Ω → 13 rod(s) ≤ 4 Ω | 13 |
| Ring main unit (SF6, 环网柜) | XGN15-12 | 12 kV · SF6 · 3-way · ring main connection | 2 |
| Pole-mounted switchgear (柱上开关) | ZW32-12 / FZW28-12 | 12 kV · pole-mounted vacuum load-break switch · overhead MV sectioning | 1 |
| EV charging stations (充电桩) | 500 kW total | AC/DC charging piles · dedicated feeders | 1 |
| Lighting control cabinet (照明控制柜) | street/tunnel lighting | time + photo-electric control · energy metering | 1 |
| Tunnel ventilation fan feeder (隧道风机) | 150 kW | tunnel/bridge ventilation fan supply | 1 |
| Circuit | Protection | Setting | Time | Standard |
|---|---|---|---|---|
| Transformer 1250 kVA | 49 thermal overload | 91% of rated | alarm/trip | IEC 60076-7 / IEEE C57.91 |
| LV incoming 0.4 kV | 50 instantaneous | 14434 A | inst | IEC 60947-2 |
| LV incoming 0.4 kV | 51 overcurrent | 2165 A | 0.3 s | IEC 60947-2 / IEC 60255 |
| LV incoming 0.4 kV | 51N earth-fault | 361 A | 0.3 s | IEC 60364-4-41 |
| Zone feeder 1 | 50/51/51N (MCCB) | Ir 273 A - Im 1989 A - Ig 50 A | 0.1 s (grading) | IEC 60947-2 / IEC 60255 |
| Zone feeder 2 | 50/51/51N (MCCB) | Ir 273 A - Im 1989 A - Ig 50 A | 0.1 s (grading) | IEC 60947-2 / IEC 60255 |
| Zone feeder 3 | 50/51/51N (MCCB) | Ir 273 A - Im 1989 A - Ig 50 A | 0.1 s (grading) | IEC 60947-2 / IEC 60255 |
| Zone feeder 4 | 50/51/51N (MCCB) | Ir 273 A - Im 1989 A - Ig 50 A | 0.1 s (grading) | IEC 60947-2 / IEC 60255 |
| Zone feeder 5 | 50/51/51N (MCCB) | Ir 273 A - Im 1989 A - Ig 50 A | 0.1 s (grading) | IEC 60947-2 / IEC 60255 |
| Zone feeder 6 | 50/51/51N (MCCB) | Ir 273 A - Im 1989 A - Ig 50 A | 0.1 s (grading) | IEC 60947-2 / IEC 60255 |
| +4 more feeders | 50/51/51N (MCCB) | per feeder load | 0.1 s (grading) | IEC 60947-2 |
| Parameter | Formula | Value |
|---|---|---|
| Connected load | P = sum(kW) | 1,550 kW |
| Demand factor | Kd | 0.7 |
| Demand power | Pd = P x Kd | 1,085 kW |
| Power factor | cos(phi) before -> after | 0.90 -> 0.95 |
| Design apparent power | Sd = Pd / cos(phi) | 1,142 kVA |
| Transformer loading | Sd / Srated | 91% |
| Parameter | Formula | Value |
|---|---|---|
| System impedance (pu) | Zs = S / Ssc | 0.42% (on 1250 kVA base) |
| Transformer impedance | Zt = Z% | 4% |
| Total impedance | Z = Zt + Zs | 4.42% |
| LV prospective Isc | Isc = In / Z | 40.9 kA |
| HV prospective Isc | Isc = Ssc / (sqrt(3) x V) | 14.4 kA |
| Breaking check | Icu >= Isc | LV 50 kA (1.2x margin) PASS |
| Parameter | Formula | Value |
|---|---|---|
| Main feeder | dU = sqrt(3) x I x L x R / V | 300 mm2 - dU 5.86% @ 400 m |
| Limit | max 3% | EXCEEDS limit |
| Transformer volt. reg. | dU ~ loading x Z% x sin(phi) | 1.1% at full load |
| Parameter | Formula | Value |
|---|---|---|
| Required compensation | Qc = Pd x (tan1 - tan2) | 169 kvar |
| PFC bank | standard step | 200 kvar |
| Detuned reactor | p = 6% | 12.0 kvar @ 6% (anti-resonance) |
| Parameter | Formula | Value |
|---|---|---|
| Single rod resistance | R1 = rho/(2 x pi x L) x ln(4L/d) | 39.6 ohm |
| Rods required | n = R1 / (target x 0.8) | 13 rod(s) <= 4 ohm |
| Rod spec | dia x length | 20 mm x 2.5 m |
| Parameter | Value |
|---|---|
| Road lighting | 300 kW |
| Tunnel lighting | 200 kW |
| Bridge/tunnel | 150 kW |
| Pumping stations | 400 kW |
| EV charging | 500 kW |
| Parameter | Value |
|---|---|
| Distribution | dispersed (800 m radius) |
| Box substations | 2 node(s) |
| Ring main units | 2 × XGN15-12 SF6 (3-way) |
| Topic | Standard |
|---|---|
| Standard basis | IEC · IEC 60364-5-52 |
| Conductor ampacity | IEC 60364-5-52 Table B.52.2–B.52.5 (copper, 3 loaded conductors, 30°C ambient, PVC) — typical/rounded values, conservative (±3%) |
| Voltage-drop limit | IEC 60364-5-52 Annex G · max drop 3% |
| Winding temp rise | IEC 60076-2 — winding temp rise 65 K (Class A insulation, ONAN) |
| kVA ratings | IEC 60076-1 R10 preferred numbers |
| Breaker frames | IEC 60947-2 frame sizes (In) |
| Grounding target | IEC 60364-5-54 earthing arrangements and protective conductors — LV earthing target ≤ 10 Ω (TN systems); 4 Ω used as a conservative design target · target 4 Ω |
| Power supply design | GB 50052 — code for design of electric power supply systems |
| Urban road lighting | CJJ 45 — standard for lighting design of urban road |
| Low-voltage distribution | GB 50054 — code for design of low-voltage electric installations |
| Prefabricated substation | GB/T 17467 · IEC 62271 — high-voltage/low-voltage prefabricated substations |
| Summary | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Estimated total (FOB Qingdao, EXW) — priced equipment | $897,825 | ||||
计算过程说明
选型计算原理
接入负载 = 道路照明 + 隧道照明 + 桥梁/隧道 + 泵站 + EV 充电。需用负载 = 接入负载 × 同时系数(典型值 0.7)。在给定供电半径内分散的负载由多个箱式变电站节点供电,每个节点集成 SF6 环网柜、变压器和 LV 配电屏(GB/T 17467)。
适用标准
选型参考 GB 50052(供配电设计)、CJJ 45(城市道路照明设计)、GB 50054(低压配电设计)、GB/T 17467 和 IEC 62271(预装式变电站)。
常见问题
什么是预装式箱式变电站?何时使用?
箱式变电站把变压器、高低压开关柜集成在一个全天候外壳内,遵循 GB/T 17467 与 IEC 62271-202。城市基础设施(道路照明、隧道、泵站、充电)用它在土建变电站过贵或过大的场合。容量典型 100-1600 kVA、12/0.4 kV。
道路和隧道照明如何配电?
道路照明用 TT 或 TN-S 系统,由专用变压器或照明箱变供电,馈线可长达 1 km,压降按 CJJ 45 限 5%。隧道照明属安全负荷,需双电源或应急电源。计算器对分散负荷与馈线半径建模以选箱变。
什么是 SF6 环网柜?城市里为什么用它?
SF6 环网柜是采用 SF6 气体绝缘灭弧的紧凑密封型 12-24 kV 开关柜,维护量小、可装在小柜间内。城市在 10-12 kV 环网中用它给箱变供电,在密集区提供 N-1 供电。计算器包含城市馈线的环网柜选型。
EV 充电站给城市基础设施带来什么负荷特性?
EV 充电是陡峭且集中的负荷:一台 120 kW 直流快充可拉 120 kVA,10 桩站点峰值近 500-1200 kVA。充电时间高度相关、同时系数低,变压器选型须计入同时性。IEC 61851 与 GB/T 51313 规范安装;计算器把充电负荷纳入城市负荷组合。
城市 12 kV 配电用什么电缆?
城市 12 kV 网络用 XLPE 交联聚乙烯电缆(国内 YJV/YJV22,IEC 60502),截面 120-400 mm²,直埋或穿管。XLPE 取代油纸绝缘电缆,允许 90 ℃ 运行、维护更低。计算器选馈线电缆并校核载流量与压降。
城市隧道需要什么应急电源?
隧道属安全关键设施:照明、通风和消防需双电源,并加柴发或 EPS 供疏散(GB 50052 一级重要负荷)。应急照明须在 0.5-15 s 内恢复(GB 51309)。计算器对应急等级建模并为城市负荷配置备用回路。
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结果为工程估算,仅供参考。最终设计须由当地持证工程师根据现场条件和适用规范确认。价格为青岛交货价 FOB(EXW),不含运费、关税及安装费。
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