毕业设计（论文）某小区商住楼电气工程设计

1、重庆大学本科学生毕业设计（论文）某小区商住楼电气工程设计学 生： 学 号：指导教师： 专 业：电气工程与自动化重庆大学电气工程学院二零一二年六月graduation design(thesis) of chongqing universityelectrical design of a residential buildingsundergraduate: zhang shengkesupervisor: lecturer. ya yue major: electrical engineering and automationelectrical engineeringchongqing un

2、iversityjune 2012摘 要该论文主要阐述了某住宅小区两栋18层、一栋11层单体住宅楼的电气系统设计，包括设计依据、原则、方法、过程与结论。本论文的设计为项目的强电部分，分为五章，第二、三章为低压配电部分，第四、五章为现场设计部分。主要内容有：低压配电系统、照明系统及防雷接地系统的设计，其中包括负荷计算，低压配电方式，短路电流计算，设备选择与校验，过电流保护整定，过压保护设置，变配电所设计,确定住户配电设计，住宅公共部分照明与照明控制设计,楼防雷系统设计等。本次对某住宅小区楼的建筑电气毕业设计，旨在运用所学的电工理论知识，联系实际，通过自身的设计实践，掌握建筑电气设计的一般步骤、方

3、法，并能够对工程中的某些问题进行分析和解决，为今后从事建筑电气工作打下良好基础。关键词:电气设计,供配电系统,照明,防雷abstractthis paper mainly describes the electrical system of two 18-floor residential buildings and an 11-floor one, including its basis for electrical design, principles, methods and conclusion for design choices. the paper is designed for

4、 electric power and is divided into five chapters, with the second and third chapters about low voltage distribution and the fourth and fifth chapters about site design. the paper mainly covers topics on low voltage distribution system, short circuit current computation, equipment selection and cali

5、bration, overcurrent protection setting, overvoltage protection setting, substation and distribution station designing, household distribution design, design for public part of the lightening and its control in residential building, design for lightening protection system etc. the graduating design

6、for the electrical system in the residential building aims to apply the theoretical knowledge from class and put it into practice. through the practical designing process, the regular approaches and methods for electrical design in buildings can be better grasped and the engineering problems can be

7、analyzed and solved. it lays a strong foundation for a career in electrical designing in the future. key words：electrical design, electric power supply and distribution system, lighting, lightning protection目 录中文摘要abstract1绪论11.1课题意义1 1.2课题基本情况11.3外部条件22低压配电系统设计32.1变配电所选址及符合等级32.1.1配电的设计概述32.1.2变配电所

8、选址32.1.3负荷分级及供电要求32.2 供配电系统接线设计52.2.1 变配电所主接线选择52.2.2 低压配电干线方案设计52.3 负荷计算72.3.1需要系数法72.3.2 计算实例82.4 线缆初选112.4.1 线缆类型选择112.4.2 电缆截面积选择113校验与选择143.1变配电室设备选择143.1.1 变压器选择143.1.2 断路器选择143.1.3 配电柜选择163.2 线缆校验163.2.1 热稳定性校验163.2.2 灵敏度校验183.3高压配电室设计203.3.1电压等级及配电方式203.3.2设备选择204照明设计224.1 住户,商铺现场配电设计224.2.1

9、楼层配电箱224.2.2 室内设计234.2.3 商铺设计254.2 走道照明设计264.2.1住户走道照明设计264.2.2商场走道照明设计274.3应急电源设计275防雷接地285.1建筑物防雷分类及措施285.1.1建筑物防雷分类285.1.2第三类防雷建筑物防雷措施295.2防雷装置材料选用295.3等电位联结29总结30参考文献32附录a331 绪论1.1课题意义本次课题是某住宅楼电气系统设计。通过具体的实例工程设计，初步掌握高层建筑强电系统设计的基本方法，更好的将理论和实践相结合，将大学四年来所学的课程及知识应用到自己的专业中去，也为将来的工作打下良好的基础。同时也可以更加详细的学

10、习建筑规范，autocad等绘制设计图纸的软件，掌握工程设计的程序的方法，提高自己独立完成工程设计的实际操作和研究能力，初步建立工程意识。1.2课题基本情况 本工程的设计对象是一综合小区中3栋同底高层住宅楼，分别为11层楼高的11#，18层楼高的12#和13#，三栋楼有一体的两层地下商铺。设计对象最高为18层，且为普通住宅，所以是二类高层。又1018层的普通住宅应该划分为三级负荷。三栋建筑底楼长度为86.2，宽度为33， 11#高度为34.8，12#高度为55.8，13#高度为55.8。11#每层楼3户，12#和13#每层楼6户，面积都在90120。每栋楼有一台消防电梯，12#和13#还有另有

11、一台客梯，每栋都有一个消防楼梯。地下商铺负一层有16户店面，走廊达140，负二层有17户店面，走廊达120。所以地下商铺的走廊照明也属于二级负荷。在本次设计中，要对这三栋住宅楼配电。设计范围为：（1）变配电系统设计：负荷计算，低压配电方式，短路电流计算，设备选择与校验，过电流保护整定，过压保护设置，变配电所设计。（2）配电系统及室内电气设计：确定住户配电设计，住宅公共部分照明与照明控制设计。（3）楼防雷系统设计。 负荷计算是设计中关键一点，因为负荷计算是我们选择设备，配电方式，和短路电流计算及保护设置的数据基础。因为楼层为18层，住宅公共部分照明俗语二级负荷，地下商场走廊照明超过20，也属于二

12、级负荷。防雷系统设计中因为建筑物未超过60，且周围都是小区的其它住宅，通过计算知道防雷属于三类防雷。 以上设计需满足科学性，合理性，安全性，可靠性，经济性。所作设计应严格符合国家强制性规范要求，技术合理，具备工程实施条件。设计图纸要求基本达到施工图深度。1.3外部条件小区位于城市，开发面积大，需要以市区供电部门10kv电缆作为电源。因为小区多数负荷来自普通住宅，属于三级负荷，为了使供配电系统简单可靠，只需要使用一根进线。同时，小区的二级负荷可以根据jgj+242-2011+住宅建筑电气设计规范第3页，表3.2.1的规定，对于10层18层的二类高层普通住宅，需要作为二级用电负荷的负荷有：消防用电

13、负荷，值班照明，走道照明，应急照明。而这些负荷在本次设计里功率较小，采用一个eps即可，用应急电源装置做为住宅建筑应急照明系统的备用电源。2 低压配电系统设计2.1变配电所选址及负荷等级2.1.1 配电的设计概述电力系统包括电能的生产，输送，分配，消费。各类负荷需要一个内部的供配电系统来接收从电网输送的电能。建筑供配电系统由高压配电系统，变电站，低压配电线路，和用电负荷组成。其中，电负荷是电力系统的重要组成部分。民用建筑的供电，指通过输变电系统将电能送到用电单位的过程。2.1.2变配电所选址作为一个小区的配电设计，我们应该首先根据小区的用电情况和周围环境，以及相关规范，对变配电所进行选址。该小

14、区位于市区，开发面积大，用电较集中。周围都是商业区，办公区，住宅区，无大型制造业企业，所以无尘，也没有腐蚀性气体。整个小区地势平坦，排水系统优良，城市年降雨量少，无天然积水；同时，小区无公共厕所，也无公共浴室，所以无需考虑积水对选址限定。因为住宅楼的底下有商场，所以变配电室无法修建在住宅楼低，再者，在防火方面，对小区居民无法统一管理，为了防止住宅楼起火后火势蔓延到变配电所，同时也为了避免低楼层的住户长期受到辐射伤害，及居民进出大厅受到辐射上海，变配电所应该与居民楼保持一定距离。最后，根据10kv及以下变电所设计规范第2页，第2.0.1条，决定在离12#电井朝大门方向直线距离为60m的地点作为变

15、配电所的地址。此处接近住宅楼，但不影响居民的紧急疏散，也接近电源，周围无大型建筑遮挡，进线出线也方便，有行车道可直接将设备运输安装，极为方便。虽为露天，但无腐蚀性气体，无棉，草木等易燃物，无易爆物品。经过测量，变配电所和11#电井的距离为60，和13#为65。2.1.3负荷分级及供电要求负荷分级不同的电力负荷，其对国家的重要程度不同。重要的负荷对供电可靠性要求高，不重要的负荷供电可靠性相对来说可以要求得低一些，特别是在紧急时刻，我们应该先满足重要负荷的供电，再满足不那么重要的负荷的供电。人们因此根据电力负荷对供电可靠性的要求和电力负荷如果中断供电将会在政治、经济上造成的损失和影响程度进行等级划

16、分，并根据负荷等级的划分，对不同等级的负荷确定对它供电电源的要求。分为一级负荷、二级负荷和三级负荷。因为本设计属于1018层的普通住宅，所以为二类高层，通过查阅工业与民用配电设计手册第三版，第25页的第一节“负荷分级及供电要求”中表2-2中可以知道，民用建筑负荷分级表里面没有把18层楼的住宅楼的室内用电作为一级或者二级负荷。同时，通过结合自身生活经验思考，对室内和普通商铺中断供电，不会造成人身伤亡，也不会在经济上造成巨大损失，不会对家用电气造成严重的损坏，爆炸，也不会产生有毒气体和火灾等情况。所以，住宅楼的室内用电为三级负荷。但住宅楼里面有没有一级或者二级负荷呢，通过查阅jgj+242-201

17、1+住宅建筑电气设计规范第3页，最下面的表3.2.1“住宅建筑主要用电负荷的分级”，可知，消防用电负荷，值班照明，走道照明，应急照明为二级负荷。供电要求1）作为三级负荷的室内用电，供电没有特别的要求。无需备用电源或者应急电源，由一个电源供电即可，即由一跟线路供电，供电变压器也只需一台。当变压器发生故障或者线缆发生故障时，只要即使发现并维修即可。1）作为前文所述的二级负荷，是比较重要的负荷类别。对于本次设计，如果遇上突然断电，虽然不会造成经济和政治影响，但是会扰乱居民的正常生活，特别是碰上火灾时，消防负荷和走道照明就显得格外重要对此，因此本次设计的二级负荷应该持续供电，或者在断电后能在短时间内恢

18、复供电。对于二级负荷的供电问题gb50052-2009供配电系统设计规范第5页，第3.0.7条，和工业与民用配电设计手册第三版，第29页，都有如下的阐述，一个用电设备如果为二级负荷，那它应该用两个不同而且独立的电源供电，也就是用两根线路供电，负责提供电力的变压器也应该有两台。如果变压器发生故障或者线路发生故障，可以自动切换电源而不至于中断供电，或者在中断后能在短时间内恢复供电。如果负荷较小，或者因当地条件所限而供电出现困难，可以用一根6kv的架空线供电。有了规范的具体要求，再结合前文提到的本次设计的具体情况，那就是住宅楼的二级负荷实在太小，消防电梯不超过20kw，走道照明，应急照明，值班照明的

19、总和也不大。从可靠性上考虑，小区位于城市经济区，需要停电时会提前接到供电部门通知，已能做好相应准备，对于突然断电的情况少之又少。从经济角度上考虑，变压器成本高，使用率低，造成不必要的浪费。所以本次设计就不对住宅楼的二级负荷提供单独的电源和变压器，而是采用应急电源。应急照明的种类多种多样，通过查阅工业与民用配电设计手册第三版，第63页，第六节“应急电源”,可知各个电源种类的有关情况。第一种是有独立于正常电源的发电机组，特点是每次起动时间需要812秒，起动的时间间隔需要510秒，这样的起动时间和时间间隔在突发事故面前显得很长，容易让混乱的局面更加恶化，所以不采用。第二种是不间断电源ups ，开关的

20、切换时间一般只有210ms，这样的间隔时间，可以保证负荷不因断电而蒙受损失。但是应急时间一般不超过半个小时，比较适用于互联网数据中心，银行系统和一些证卷，航空，军事系统。而火灾事故照明和疏散指示照明等事故照明的连续供电时间要求不小于二十分钟，如果作为住宅楼应急，显得高端且不实用。另外还有有eps应急电源，一种静态的，无公害的，无需维护的，无需人员值守的安全可靠的应急电源装置。供电切换时间为0.10.25s，一般最长应急时间可达2个小时，如有需要还可延长。加之容量也能满足本次二级负荷的需要，可谓既满足了快速恢复供电，也满足了长时间持续供电的要求。在三种应急电源中，其特点最适合本次设计。基于以上考

21、虑，本次设计决定采用eps作为应急照明和消防系统的备用电源。2.2 供配电系统接线设计2.2.1变配电所主接线设计 本次设计的负荷大量为三级负荷，对供电连续性要求不高，通过查阅10kv及以下变电所设计规范，第3页，第3.2.1条，可以知道，本次设计的变配电所的低压母线可以采用单母线接线，也可以采用分段单母线接线。实际情况中，住宅楼的负荷量不大，从工程难度和经济角度考虑，本次设计决定采用单母线接线。从配电室出来，是多个回路向住宅楼供电，属于放射式供电。且低压侧电压为0.4kv，这样，变压器出线端的总开关需要设置断路器和隔离开关。根据小区所在的城市海拔较低，无需考虑高海拔环境对设备的影响。2.2.

22、2 低压配电干线方案设计低压电力系统的配电应该由具体的工程性质，建设规模和负荷容量等情况做全面的综合的考虑。要满足负荷对供电可靠性的需要和对电能质量的要求，与此同时，又要兼顾接线简单，操作简便，安全性高的要求。还得具有一定的灵活性，能适应未来使用上的发展和检查，维修的需要。根据工业与民用配电设计手册第三版，第56页，可对本次设计的负荷再做如下分析。11#每层楼3户（一楼2户），12#和13#每层楼6户（12#一楼4户，13#一楼5户），面积都在90150，通过查阅jgj+242-2011+住宅建筑电气设计规范第4页，第3.3.1条，表3.3.1“每套住宅用电负荷和电能表的选择”可知用电负荷为6

23、kw。且为普通住户，无潮湿，腐蚀性环境，且大多数负荷容量不很大，对供电也没有特殊的要求，根据工程经验和规范要求，选用树干式配电比较合适。同时，因为是高层建筑，当向楼层的比较重要的负荷供电时，就需要选用放射式配电，比如消防电梯，地下商场的走道照明等。对于普通的电力负荷，考虑到一根干线的计算电流不宜过大，也考虑到断路器的灵敏性问题，根据工程经验，可以把内室供电的方案初定为每6楼接一根回路，树干式配电。这样，11#的16层为一根干线，711层为一根干线，12#的16，712，1318分别为一根干线，13#的16，712，1318分别为一根干线。对于正常照明，因为本设计的电力负荷属于家用，没有具有较大

24、冲击性的电力负荷，不会影响照明的质量和灯具的寿命，所以可以与之合用一个变压器。考虑到工程中，室内用电为横向配电，照明用电属于竖向配电，且室内和走道照明不宜同时停电，所以不宜用同一根回路，最好有独立的照明回路。当然也应该有应急照明，因为负荷以照明为主，功率小，同时为了在紧急时刻保证足够的照度，本次设计就不单独设置应急照明的灯具，而是直接把所有走道的照明都作为应急照明，由eps独立供电。同时因为地下商场走廊长一百多米，又无自然采光，所需灯具数较多，所以地下照明和地上照明宜用不同的回路。通过查阅手册可知，照明配电时，每一单相回路的电流最好不要超过16a，所接灯具的数量最好不要超过25个。根据建筑图纸

25、和工程设计，每层楼的楼道照明数量一般不超过8个。所以三栋楼的楼层地上部分共采用一根回路，以树干式的配电方式，每栋楼有一个分支，然后再以树干式的配点方式给这栋楼配电，每3层楼一个分支。对于负荷较小的物管房和控制室，也纳入这一块照明，在每栋楼的分支线上单独分一根。对于地下商铺，面积多集中在80，加之用电设备少，所以每户配4kv的功率即可。但是因为每一层的商铺数量较多，达到16户和17户，所以每一层商铺都用单独的回路供电，这一回路就负责这层楼的商铺供电，接线到每户的配电箱。对于地下商铺的照明，因为商铺数量多，所以走道较长，负一层有16户店面，走廊长达140，负二层有17户店面，走廊达120。如果把商

26、铺的照明和走道照明用一根干线供电，那就会出现线路过长，难安装的情况。所以需要单独采用一根回路，采用树干式结构，在三栋楼的负一层电井处设置配电箱，配电箱再分出两个回路，分别连接负一楼和负二楼属于自己那栋楼区域地下的照明灯具。为什么不一根线负责一层楼的走道照明呢，原因是走道太长，平均每6一盏灯计算，140的走廊能有24盏，加之七个楼梯和三个电梯间的照明灯具，远超一根线等接的25盏灯具。因为走道照明超过了20，所以其属于二级负荷，需要应急电源。同样的理由，因为负荷以灯具照明为主，功率小，同时为了在紧急时刻能够保证足够的照度，本次设计就不单独设置应急照明的灯具，而是直接把所有地下走道的照明都作为应急照

27、明，由eps独立供电。对于消防电梯的供电，11#有一台消防电梯，12#和13#都有一台消防电梯和普通客梯。消防电梯在火灾发生时，要持续工作。通过查阅jgj+242-2011+住宅建筑电气设计规范第61页，第8.2.2条。可知，三栋楼里的消防电梯都必须用专门的回路供电，12#和13#的客梯也有条件单独供电。那么，11#，12#，13#的消防电梯分别由独立的干线供电，12#和13#的客梯只需用一根干线供线即可。这样，整个低压配电干线方案设计就初步确定了。做成图如下：图2.1干线结构方案2.3 负荷计算2.3.1需要系数法根据jgj+242-2011+住宅建筑电气设计规范第5页，第3.4.1 条，对

28、于住宅建筑的负荷计算，在开始的初步设计阶段和之后的施工图设计阶段，采用单位指标法和需要系数法相结合的计算方法会比较好。考虑本次工程因为住户较多，人们的作息时间比较规律，相关的统计数据也比较丰富，可靠。所以可以单独采用需要系数法，简单方便的同时也满足了一定的准确性。需要系数法是根据用电设备的用电情况和功率来估算计算电流的一种对负荷进行计算的方法。先对相近的已经工作的用电系统进行数据调查及分析，方法是按某些规律对负荷进行分组，找出功率与计算负荷之间的联系规律，并得出相关的参数，然后将之用于一个有待建设的工程。在考虑参数的时候，除了用电设备自身的特点外，还要根据当地的气候条件、建筑风格，取暖方式、及

29、家用电器的使用等因素进行确定。我们把用电负荷的计算有功功率和用电负荷的功率总和之比称为需要系数，记作，即 式中，为用电设备组需要系数；为用电设备组计算负荷；为用电设备组单台设备功率；为设备台数。用电设备组的有功，无功和视在计算负荷： 式中， 用电设备组的设备功率，kw； 需要系数；用电设备功率因素角相对应的正切值； 用电设备额定电压（线电压），kv。2.3.2 计算实例根据jgj+242-2011+住宅建筑电气设计规范第48页，表1“住宅建筑用电负荷需要系数”可确定需要系数，列表2.1于下。住宅建筑用电负荷需要系数表2.1按单相配电计算时所连接的基本户数按三相配电计算时所连接的基本户数需要系数

30、13390.9014812240.650.9091227360.500.65132439720.450.5025124753000.400.451252593756000.300.402603007809000.260.30根据jgj+242-2011+住宅建筑电气设计规范第4页，第3.3.1条，表3.3.1“每套住宅用电负荷和电能表的选择”可知用电负荷，列表于下。每套住宅用电负荷和电能表的选择表2.2套型建筑面积s（）用电负荷（kw）电能表（单相）（a）as=6035(20)b60s=90410(40)c90s=1.3,则满足灵敏度要求，反之则不满足。为相电压，取220v。根据供配电系统第3

31、68页，附表36“线路单位长度阻抗值”整理出下列数据。单相短路电流表3.3回路编号初选截面/mm2导线长/m相保电阻/m/m相保电抗/m/m线路相保阻抗/ka断路器额定电流/akaa2-wl1701051.1280.178122.01.8041601.41aa2-wl270901.1280.178104.92.0991601.64aa2-wl3951200.8040.186101.52.1672251.20aa2-wl4951000.8040.18685.12.5872251.44aa3-wl195800.8040.18668.63.2082251.78aa3-wl2951250.8040.1

32、86105.62.0832251.16aa3-wl3951050.8040.18689.22.4682251.37aa3-wl495850.8040.18672.73.0272251.68aa4-wl110956.9320.224660.10.333500.83aa4-wl2101206.9320.224833.50.264500.66aa4-wl3101256.9320.224868.20.253500.63aa4-wl4351252.3970.191297.20.8771000.88aa5-wl135902.3970.191218.01.0091251.01aa5-wl2351002.39

33、70.191242.00.9091250.91aa5-wl3101006.9320.224694.80.317162.47aa5-wl4101006.9320.224694.80.317500.79 可见，不是所有线路都满足灵敏性要求。原因是配电线路较长，使得短路电流较小，低压断路器动作电流不能满足灵敏性的要求。通过查阅工业与民用配电设计手册第587页，第十一章，第一节第三条有提高相应的措施可以提高tn系统接地故障保护灵敏性。第一是提高接地故障电流值。这需要变换变压器的连接组别。用d，yn11取代d，yn0，因为是其零序阻抗相对较小。但是本设计所采用的已经是d，yn11，所以此法没有提高的可能

34、。第二是改变线路结构。架空线改电缆，以降低电抗的方式来增大末端短路电流，同样，本次设计所采用的已经是电缆送电，所以依然没有提高的可能。第三是加大相导体及保护接地导体截面。因为初选的电缆截面较小，所以此法对于提高灵敏度有一定的作用。同时，又因为供配电系统第249页，第3段有这样的描述，“在低压系统中，电阻在短路阻抗中所占的比重较大，而电阻又与相导体截面积强相关，因此当线路末端短路电流太小，保护灵敏系数不满足要求时，可考虑加大相导体截面以增大短路电流。”所以本次设计采用的方法是加大相导体及保护接地导体截面。经过计算，通过稍微加大电缆的截面积就可以使灵敏度得到满足。同时，为了提高本次设计的安全性，我们对刚好满足灵敏度要求的电缆截面再进行稍微的增大。 除70的导线截面积不变外，95的导线换成120， 35导线换成50，10的导线换成16，经过计算，都满足灵敏度要求。综上，低压配电室的设计基本完成，下表是对以上数据的整理。低压配电室数据表3.4断路器型号compact ns 分段能力ka壳架电流a脱扣器额定电流出线型号出现规格配电柜编号配电柜型号aa2-wl1ns25036