【电气工程及其自动化】某高级中学电气工程设计

本科生毕业论文（设计）某高级中学电气工程设计二级学院信息科学与技术学院专业电气工程及其自动化完成日期2015年5月24日A基础理论B应用研究C调查报告D其他目录前言11设计说明111工程概况112工程设计依据113工程设计原则22供配电系统设计221负荷等级分类222接地系统选择323负荷计算324导线的选择8241导线型号的选择原则8242导线截面的选择原则9243本工程导线的选择方案925低压断路器的选择10251断路器的选取原则10252断路器的选取具体要求103照明系统设计1131总则1132照明光源选择1233照明灯具选择1234照度计算134工程安装说明1441配电箱的安装要求1442灯具的安装15421教室照明15422学校部位应设置应急照明1543开关的安装1544插座的安装1545线路的安装16451布线规则16452回路设计规则16参考文献17致谢18某高级中学电气工程设计摘要本设计主要阐述了高级中学电气设计的设计依据、原则和方法。内容包括照度计算、电气照明系统设计、断路器的选择、导线的选择以及敷设方式、灯具的布置、平面布线、开关插座选型及安装要求等，目的是通过此次的设计，综合运用所学知识，理论结合实际，锻炼独立分析和解决建筑电气设计问题的能力，为以后的工作奠定坚实的基础。关键词照度计算；电气照明系统设计；导线选择；布线ELECTRICALLIGHTINGDESIGNOFASENIORHIGHSCHOOLABSTRACTTHISDESIGNMAINLYINTHISPAPER,THEDESIGNOFTHEHIGHSCHOOLELECTRICALDESIGNBASIS,PRINCIPLESANDMETHODSCONTENTINCLUDESILLUMINATIONCALCULATION,ELECTRICLIGHTINGSYSTEMDESIGN,THESELECTIONOFCIRCUITBREAKER,THESELECTIONANDINSTALLATIONOFTHEWIRE,THEARRANGEMENTOFLAMPSANDLANTERNS,PLANEWIRING,SWITCHSOCKETTYPESELECTIONANDINSTALLATIONREQUIREMENTSETC,PURPOSEISTHROUGHTHEDESIGN,THEINTEGRATEDUSEOFKNOWLEDGE,THEORYCOMBINEDWITHPRACTICE,TOEXERCISETHEINDEPENDENTANALYSISANDTHEABILITYTOSOLVETHEPROBLEMOFBUILDINGELECTRICALDESIGN,LAYASOLIDFOUNDATIONFORTHEFOLLOWINGJOBKEYWORDSLOADCALCULATIONLIGHTINGSYSTEMDESIGNWIRESELECTIONWIRING前言建筑电气是指电气工程设计在建筑中的应用。随着建筑技术和电气科技的发展，尤其是信息技术的发展，如计算机技术、数字技术、显示技术、网络技术以及现代通信技术的发展，使建筑电气技术实现了飞跃性的发展，建筑科技含量越来越高。随着建筑电气新产品、新技术的不断涌现，建筑电气向着专业技术更加综合的方向发展。建筑电气包含的内容十分广泛，凡是建筑中与电气技术有关的内容都可划为建筑电气的范畴。建筑电气设计通常包含输电线路、变配电所、照明、动力、防雷与接地、信号与控制、建筑消防系统、有线电视（CATV）系统、电话与数据通信系统、安全防范系统等基本内容。随着科学技术的发展和经济水平的不断提高，人们对中学的有关供配电、照明、接地、通信、有线电视等系统的要求越来越高，使得建筑开始走向高品质、多功能领域，并进一步向多功能的纵深方向和综合应用方向发展7。建筑电气设计是在认真执行国家技术经济政策和有关国家标准和规范的前提下，进行工业与民用建筑建筑电气的设计，并满足保障人身、设备及建筑物安全、供电可靠、电能节约、技术先进和经济合理。本论文根据有关国家标准和规范对某高级中学进行电气工程设计，主要是对负荷计算、配电系统绘图设计、导线选择、各种电器设备选择等方面进行详细介绍。1设计说明11工程概况本工程占地面积约429785M2,分为七层，每层高30M，本工程总建筑面积约为3万平方。总计算负荷为220KW，计算电流4083A。针对每个教学功能厅的不同，按照其标准完成电气标准配置。本工程设计属三类建筑，其电力负荷为三级，电源从教学楼附近配电所380/220V引入。按照业主的要求，本设计需做到方案合理、运行可靠、满足相关规范的要求，还要简捷实用、管理和维护，减少综合投资。12工程设计依据（1）国家有关设计标准、规范（2）JGJ672006办公建筑设计规范（3）04DX10111建筑电气常用数据（4）GB500522009供配电设计规范（5）JGJT162008民用建筑电气设计规范（6）GB500542009低压配电设计规范（7）GB500342004建筑照明设计标准（8）GB5003462011实验室建筑电气设计规范13工程设计原则本次设计是中学的电气设计，设计坚持最大限度满足上课和办公的合理需求原则，设计需做到方案合理、运行可靠、简捷实用、便于操作、管理和维护根据建筑物的设计要求综合考虑国家现行的规范。好在满足需求条件下，贯彻经济、实用的原则，减少各方面的投资，降低资源消耗，节约运行费用。建筑电气设计贯彻安全的原则，满足保障人身、设备和建筑物安全。使得建筑物达到满意适用、安全可靠、技术先进、经济合理、管理方便的要求。2供配电系统设计21负荷等级分类根据JGJT162008民用建筑电气设计规范负荷等级分类如下10民用建筑电气负荷，根据建筑物在政治、经济上的重要性或用电设备对供电可靠性的要求，分为三级。即一级负荷、二级负荷、三级负荷。一级负荷（）中断供电将造成人身伤亡者。（）中断供电将造成重大政治影响者。（）中断供电将造成重大经济损失者。（）中断供电将造成公共场所秩序严重混乱者。对于某些特等建筑，如重要的交通枢纽、重要的通信枢纽、国宾馆、国家级及承担重大国事活动的会堂、国家级大型体育中心，以及经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等的一级负荷，为特别重要负荷。中断供电将影响实时处理计算机及计算机网络正常工作或中断供电后将发生爆炸、火灾以及严重中毒的一级负荷亦为特别重要负荷。二级负荷（）中断供电将造成较大政治影响者。（）中断供电将造成较大经济损失者。）中断供电将造成公共场所秩序混乱者。三级负荷，不属于一级和二级的电力负荷5。在教学楼设计中，根据负荷等级的分类，消防中心、消防栓泵、喷淋泵、消防电梯、防烟排烟风机、应急照明等消防设备为一级负荷；普通电梯、生活水泵和弱电机房为二级负荷；而普通照明为三级负荷。本工程设计属三类建筑，应急照明属于一级负荷，其他动力设备、照明用电为三级负荷。应急照明选用自带电源型号。电源从学校附近配电所380/220V引入。22接地系统选择根据JGJT162008民用建筑电气设计规范规定10对于380/220V的低压配电系统，我国广泛采用中性点直接接地的运行方式。低压配电系统接地型式有如下几种TN系统、TT系统、IT系统。为了提高保护线的可靠性，国内常用TN系统。在TN系统内，电源有一点与地直接连接，负荷侧电气装置的外露可导电部分则通过PE线与该点连接。按照中性线（N）与保护线（PE）的组合情况，TN系统有以下三种类型TNC系统整个系统的中性线N与保护线PE是合一的，且PEN导体不应被隔离或通断。TNCS系统系统中前部分是TNC方式供电，后部分采用TNS方式供电。TNS系统整个系统的中性线N与保护线PE严格分开，正常时即使工作中性线上有不平衡电流，专用保护线上也不会有电流。电源采用380V/220V供电，配电箱中应有短路保护、过载保护和漏电保护。室内线路均穿管暗敷，大楼各层的电源由总配电箱分别用导线放射式供电。本工程采用TNS6系统较为合理。23负荷计算依据工业与民用配电设计手册规定9负荷计算的目的是为了掌握用电情况，也为了能更合理地选择配电系统的设备和元件，如导线、开关电器和断路器等。如果负荷计算过小，则依次选用的电气设备和载流部分有过热的危险，轻者会使线路和配电设备寿命降低，重者影响供电系统的安全运行。反之，如果负荷计算偏大，那么会造成设备的浪费和投资的增大。因此，负荷计算的是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。工程上依据不同的计算目的，针对不同类型的用户和不同类型的负荷，在实践中总结出了各种负荷的计算方法估算法、需要系数法、二项式法、单相负荷计算法等。本高级中学教学楼总配电箱负荷计算一般采用需要系数法，而照明负荷计算一般采用单位面积功率法1。其计算方式如下照明负荷计算每层配电箱有功功率（KW）1EXPK计算三相电流（A）2COS380IJ计算单相电流（A）32IJ用电设备组计算负荷有功功率（KW）4EXPK无功功率（KVAR）5TGQ视在功功率（KVA）2SC6计算电流（A）380CJI7式中同时系数TK需要系数XQ用电设备组无功功率P用电设备组有功功率视在功率CS该用电设备组的平均功率因数6OS对一实验室配电箱负荷计算，如图1图1化学实验室照明平面图总负荷需要系数功率因数KW12EP720XK830COS总视在功率（KW）（8）KW648EXP计算单相电流（A）9A5720COS20IJ断路器整定值选C65N（63A），导线选取与断路器相配合，可选BV310PVC20，其载流量为70A2。表1一层各配电箱及其负荷表2化学实验室负荷计算表用电设备组回路总功率KW需要系数功率因数额定电压设备相序计算电流备注WL111070090220VL141照明WL2050070090220VL3177照明WL3070060080220VL2239风扇WL4050060080220VL3170风扇WL5300070085220VL11123空调WL6300070085220VL21123空调WL7120070080220VL3477插座WL8100070080220VL3398插座WL9100080080220VL3455备用表格上的数据，1MP1至1MP23为一层各配电箱的名称，每个配电箱都有相应的负荷，1LP1为1MP11MP7的上一级配电箱，1LP2为1MP81MP16的上一级配电箱，1LP3为1MP171MP23的上一级配电箱,1ZP为一层的总配电箱。则以下是第一层的总负荷和计算电流1LP1负荷，1LP2负荷，1LP3负荷KW436EPKW865EPKW2837EP同时系数功率因数90X90COS回路1MP11MP21MP31MP41MP51MP61MP71LP1负荷553553553553553553325回路1MP81MP91MP101MP111MP121MP131MP141MP151MP161LP2负荷111077711522148415248回路1MP171MP181MP191MP201MP211MP221MP231ZP全部单位都为KW1LP3负荷55355355355355355341等效三相计算负荷为KWPE61392876543有功计算负荷K190计算电流为AIJS129038COS38第二层的总负荷和计算电流2LP1负荷，2LP2负荷，2LP3负荷KW46EPKW74EPK249EP同时系数功率因数90X90COS等效三相计算负荷为KPE31724836有功计算负荷KW1570计算电流为AIJS82COS38第三层的总负荷和计算电流3LP1负荷，3LP2负荷，3LP3负荷K46EPK79EPKW741E同时系数功率因数90X0COS等效三相计算负荷为KWPE91754936有功计算负荷K1587计算电流为AIJS26COS30第四层的总负荷和计算电流4LP1负荷，4LP2负荷，4LP3负荷KW46EPKW3870EPK3867E同时系数功率因数90X9COS等效三相计算负荷为KWPE217438670436有功计算负荷K1590计算电流为AIJS7264COS38第五层的总负荷和计算电流5LP1负荷，5LP2预留负荷，3LP3负荷KW46EPKW50EPK470E同时系数功率因数9X9COS等效三相计算负荷为KPE815647036有功计算负荷W28150计算电流为AIJS3COS36LP1负荷，6LP2负荷K9EPK12EP同时系数功率因数0X90CS等效三相计算负荷为KWE53有功计算负荷P419计算电流为AIJS57COS3807LP1负荷，6LP2负荷K2EPK1EP同时系数功率因数9X90CS等效三相计算负荷为KWE43有功计算负荷P780计算电流为AIJS465COS3则全栋楼总的ZP负荷为KW891043K51W86K217495KW3170639EP同时系数功率因数X90COS有功计算负荷KP8计算电流为AIJS340COS3024导线的选择根据计算负荷的大小可参考规范选择导线91按允许截流量选择导线和电缆的截面。2按电压损失校验导线和电缆的截面。3按经济电流密度选择导线和电缆的截面。4按机械强度选择导线的虽小允许截面。241导线型号的选择原则绝缘导线外皮的绝缘材料有塑料绝缘和橡胶绝缘。塑料绝缘导线的绝缘性能良好，价格低，可节约橡胶和棉纱，在室内敷设可取代橡胶绝缘导线。橡胶绝缘导线现在已不再使用了，塑料绝缘导线不宜在户外使用，以免高温时软化，低温时变硬变脆。常用塑料绝缘导线型号有BLVBV，BLVVBVV，BVR。型号中B表示布导线，V表示聚氯乙烯，R表示软导线，L表示铝芯，铜芯不表示。例如，BV表示铜芯聚氯乙烯绝缘导线。BVR表示铜芯聚氯乙烯绝缘软导线，BVV表示铜芯聚氯乙烯护套聚氯乙烯绝缘导线2。242导线截面的选择原则导线截面的选择必须满足安全、可靠、经济的条件。（1）按允许载流量选择导线的截面在导线通过正常最大负荷电流（即计算电流）时，其发热温度不应超过正常运行时的最高允许温度，以防止导线因过热而引起绝缘损坏或老化。这就要求通过导线的最大电流不大于其允许载流量。（2）按允许电压损失选择导线的截面在导线和电缆（包括母线）通过正常最大负荷电流（即计算电流）时，线路上产生的电压损失不应超过正常运行时允许的电压损失，以保证供电质量。这就要求按允许电压损失选择导线截面。（3）按经济电流密度选择导线的截面经济电流密度是指使线路的年运行费用支出最小的电流密度。按这种原则选择的导线截面称为经济截面。对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，宜按经济电流密度选择，对10KV及以下线路，通常不按此原则选择。（4）按机械强度选择导线的截面这是对架空线路而言的，要求所选择的截面不小于其最小允许截面1。243本工程导线的选择方案由于本高级中学教学楼配电属于低压供电系统。因此，按允许载流量选择导线的截面。导线选择的基本要求是导线的载流量应大于断路器的额定电流。由于插座回路的用电设备可能是大功率设备（如空调），因此，插座回路的导线规格要高于普通照明回路，并且应该独立构成回路。照明箱处导线技术参数要求应高于各个回路的要求，并且要满足实际工作过程中的机械强度。由于绝缘导线有性能良好、价格低的优点，并且能满足本工程的要求，所以本工程导线全都采用BV铜芯聚氯乙烯绝缘导线。BV铜芯绝缘导线参数如表3所示9表3BV铜芯绝缘导线参数表塑料绝缘导线多根同穿在一根管内时的允许65电流A25摄氏度（环境温度）30摄氏度（环境温度）穿钢管A穿塑料管A穿钢管A穿塑料管A导线截面2根3根4根2根3根4根2根3根4根2根3根4根10141311121110131210111091519171616151318161515141225262422242119242221222018403531283128253329262926236047413741363244383538343010065575056494461534752464125低压断路器的选择为了保证低压配电系统的可靠性，在断路器所保护的配电系统中当发生电气故障时，距故障点最近的断路器动作将故障切除，而其他各级断路器不动作，从而将故障所造成断电限制在最小范围内，使其他无故障供电回路仍能保持正常供电。配电用断路器包括电源总断路器和负载支路断路器。本设计中，普通插座和防溅型插座采用带漏电保护断路器，其余的采用一般断路器10。251断路器的选取原则1断路器的动作电流12倍下一级断路器允许动作值。3根据用途选择断路器的型式；根据最大工作电流选择断路器的额定电流9。252断路器的选取具体要求1断路器的额定工作电压线路额定电压。2断路器的额定短路通断能力线路计算负载电流。3断路器的额定短路通断能力线路中可能出现的最大短路电流（一般按有效值计算）。4线路末端单相对地短路电流125倍断路器瞬时（或短延时）脱扣整定电流9。本设计中，导线采用混合敷设方式，穿PC线槽和电线管，导线选用BV铜芯聚氯乙烯绝缘电线。应供电局的要求室内所有导线截面均要采用25MM2以上，进户线截面不得小于6MM2，满足机械强度要求，由于输电距离不大于50M，所以电压的损失在允许值之内。现以本工程一层8号配电系统图来说明导线与断路器之间的配合选择。如下图2，回路WL1容量PE11KW，取需要系数KX08，功率因数COS09，由公式得088KW,由公式得IJS444A，EXJSPKJSCOS/EJSJUPI由于供电局的要求内所有导线截面均要采用25MM2以上，故取截面为25的导线；因为是直接面对与使用者，故断路器选择单极加漏电保护，整定电流为30MA；查表2得出3根截面为25MM2BV绝缘电线穿电线管明敷在35摄氏度时的载流量为22A，故断路器的额定电流定为16A。该配电箱总的计算电流为IJS总473A，查表2得出3根截面为10MM2BV绝缘电线穿电线管明敷在35摄氏度时的载流量为53A，根据断路器的选择性可知，该配电箱进线断路器额定电流应定为50A。图2一层八号配电箱系统图3照明系统设计31总则电气照明设计的基本原则主要是安全、适用、经济、美观1。环境条件对照明设施有很大影响。要使照明设计与环境空间相协调，就要正确选择照明方式、光源种类、灯泡功率、照明器数量、形式与光色、使照明在改善空间立体感、形成环境气氛等方面发挥积极的作用2。32照明光源选择实验室、教室照明白天以自然采光为主，并避免眩光。并采用荧光灯作为人工照明方式，荧光灯的长轴平行于学生的主视线，保证桌水平面的平均照度不小于200LX，均匀度07，教室黑板设置局部照明，其垂直照度不小于300LX，均匀度为07。33照明灯具选择GB77932010中小学校教室采光和照明卫生标准规定，灯具的选择如3灯具的主要功能是合理分配光源辐射的光通量，满足环境和作业的配光要求，并且不产生眩光和严重的光幕反射。选择灯具时，除考虑环境光分布和限制眩目的要求外，还应考虑灯具的效率，选择高光效灯具。灯具的布置方式分均匀布置和选择布置两种，均匀布置可以使整个平面获得较均匀的照度。一般有正方形、菱形、矩形等形式；选择布置是为了满足局部要求。一般教室、阅览室、办公室等选择均匀布置4。因此，本工程一般照明的灯具采用双管荧光灯，走廊、阳台用圆盘吸顶灯采，为了美观给人舒适感休息厅栅格荧光灯，饮水间、卫生间等特殊场所采用防水防尘灯等，另外走廊还配有自带电源双头型应急灯。荧光灯的色温为6500K的日光色至3000K的暖白色之间，而教室、办公室、会议室等宜采用日光色光源的灯具照明，所以选择40W的荧光灯。根据照明光源及灯具的选择规范，本建筑主要照度标准及光源、灯型选择如下（走廊、厕所为0米工作面照度，其它为075米工作面照度）表4学校建筑照明标准值房间或场所照度（LX）灯具类型教室、实验室30072W双管荧光灯和，36W黑板灯办公室、多功能厅、会议室等30036W荧光灯休息厅200108W栅格荧光灯走廊、门厅7540W普通吸顶灯卫生间10040W防水防尘灯34照度计算照度计算的目的，是根据所需要的照度值和其他已知条件（灯具形式和灯具布置、房间各个方向的反射条件以及灯具和房间的污染情况等）来决定灯泡的容量和灯具的数量。或在照明灯具形式、布置和光源容量都正确的情况下，计算某点的照度值。照度计算的方法有利用系数法、概算曲线法、逐点计算法、比功率法等。各种计算方法只能做到基本准确。因各种参数不精确，计算结果允许有的误差1。201表5学校建筑照明功率密度要求照明功率密度（W/M2）房间或场所现行值目标值对应照度值（LX）教室、阅览室119300实验室119300美术室1815500办公室119300门厅1513300卫生间76100多媒体教室119300本工程采用利用系数法计算照度。（1）以某一教室为例说明，具体尺寸如下长93M宽756M高3MLWH墙050地面02顶棚070WAFCC室空间系数RCR2室形指数RI25（2）灯具数量计算依据照明设计规范建筑照明设计规范GB500342004查得，高档办公室照度为500LX，照明器采用T8型236W节能荧光灯，则灯的功率为232W,镇流器AVE9W查表得，当070，050,020，RI25时070CWAFCU灯具的利用系数为070维护系数08MF灯具输出光通量22500LMS则N37805693AFUESAV实际取18盏按照3行3列布置双管荧光灯。3计算照度值校验查阅设计规范建筑照明设计规范/GB500342004得到教室照度要求值30000LX，实际平均计算照度为LX375673980FSAVAMFUNE满足要求。4工程安装说明41配电箱的安装要求（1）配电箱内，有交流、直流或不同电压等级配电设备时，应有明显的标志加以区别，或分设在单独的板面上。（2）配电箱内，分别设置零线（N）和保护地线（PE线），汇流排，零线和保护地线经汇流排配出。（3）安装配电箱时，其垂直偏差不应在于3MM，暗设时，其面板四周边缘应紧贴墙面，箱体与建筑物接触的部分应刷防腐漆。（4）配电箱的安装高度，底边距地面一般为13M。具体情况视所设计的教学楼而定。（5）配电箱内装设螺旋式保险器，其电源线应接在中间触点的端子上，负荷线接在螺纹的端子上。（6）使配电箱至总等电位联结回路之间的一段PE线的阻抗不大于/UISOZ，或作辅助等电位联结。本工程照明配电箱采用嵌入式安装，选用一个总配电箱ZP带总负荷，再选择三个配电箱1ZPZ、1ZP2、1ZP3带各部分的负荷，根据建筑物的结构分别安装在离楼梯口不远的配电房中，见工程平面图，再分别引线到每个楼层配电箱，然后再有每个楼层配电箱引线至各楼层的分配电箱，给每个课室与办公室供电，型号见系统图8。42灯具的安装灯具安装前，应对灯具进行外观检查，完好无损的灯具方可使用到工程中，灯具安装应牢固端正，位置正确，灯具底面与建筑物表面无缝隙，螺口灯头相线必须在中心接点的端子上，成排灯具安装前应先放线定灯位，使其安装后偏差不大于5MM灯具的金属必须可靠接地1。421教室照明3（1）本工程主要采用均匀照明，宜选用限制眩光性能较好的灯具，如带格栅或带漫反射板（罩）型灯具、保护角较大的开启式灯具。（2）为降低光幕反射及眩光影响，推荐采用光带（连续或不连续）及多管块形布灯方案，不推荐单管灯具方案。（3）黑板照明采用黑板壁灯，保证黑板上照度和不产生光晕。422学校部位应设置应急照明工业与民用配电设计手册规定，学校部分应设置火灾事故备用照明9（1）楼梯间、防烟楼梯间前室、消防电梯间及其前室、合用前室和避难层（间）。（2）应急照明采用自带电源双头灯。（3）公共建筑内的疏散走道和居住建筑内走道长度超过20M的内走道7。43开关的安装本工程采用的是暗装单极开关，按电气照明技术规定，开关的安装要求1（1）安装在同一建筑物、构筑物内的开关，宜采用同一系列的产品，开关的通断位置应一致，且操作灵活、接触可靠。（2）开关安装的距门框的距离宜为01503M，开关距地面高度宜为13M。（3）本工程的照明开关就是按照上面几个要求底边距地13M安装的。采用单极一位跷板开关来控制一个回路的照明，使用时既方便又实惠。型号见系统配电图5。44插座的安装在教室讲台桌下方设防水型地面插座一个，教室前方墙上距地18M处，教室后墙靠窗一侧距地03M处均设插座，在天花板上距黑板约3M处设吸顶插座一个（用于投影仪等），以满足教室用电的多种需要。另外，所有插座均应选用安全型，插座回路应设过载和漏电保护（漏电电流设定为30MA）。（1）当插座为单独回路时，数量不宜超过10个（组）；（2）当灯具和插座混为一路过，其中插座数量不宜超过5个（组）；（3）插座应由单独的回路配电，并且一个教学区域内的插座由同一路配电；（4）备用电源、疏散照明的回路上不应设置插座9。45线路的安装451布线规则依据工业与民用配电设计手册中相关规定，平面布线规则如下9（1）配线时应尽量避免导线有接头，若有中间接头必须采用压接或焊接，穿在管内的导线，不允许有接头，接头应放在接线盒或灯头盒内。（2）导线应能更换，导线的连接或分支处，