建筑电气第一至第四章

建筑电气设计基础东南大学电气学院

2009年9月第一章绪论第一节供配电系统基本概念第二节电力系统额定电压第三节交流电压基本知识第四节建筑电气设计的基本内容和一般程序第二章供配系统的符合于负荷计算第一节供配电系统的负荷分级

第二节负荷级别与供电要求第三节建筑电气用电特点与级别第四节负荷计算第三章变电所第一节变电所主要设备第二节变电所主接线（高压）第三节建筑物配电网络结构（主要介绍低压配电网络）

第四章设备与导线的选择第一节电线、电缆的选择第二节到开关的选择第三节熔断器及其选择第四节空气自动开关及其选择第五节漏电保护装置简介第五章电气照明设计第六章安全与接地第七章建筑防雷第八章建筑电气设计初步知识（讲解电气设计图纸）第九章建筑弱电系统

第一章绪论本课程主要学习建筑电气的一些基本知识，包括：负荷计算、导线的选择、用电设备的选择、火灾及消防联动知识、防雷接地和照明等等要求，掌握基本的建筑电气的设计方法，以及施工图的识图知识等等。第一节供配电系统的基本概念图电力系统示意图1电力系统组成（1）电能用户电能用户是所有用电设备的总称（2）发电厂生产电能的工厂，火力、水力、原子能等（3）变电所变换电压和交换电能的场所（4）电力网输送、交换和分配电能的设备输电网—由35KV以上的输电线路和与其连接的变电所组成的电力网配电网—10kV以下的配电线路和配电变压器组成的电力网第二节电力系统额定电压1额定电压与供电要求线路电压（kV）输送功率（kW）输送距离（km）0.22架空线：50以下电缆线：100以下0.15以下0.2以下0.38架空线：100以下电缆线：175以下0.25以下0.35以下6架空线：2000以下电缆线：3000以下5—108以下10架空线：2000以下电缆：5000以下15—810以下352000—1000050—2011010000—50000150—50表

额定电压与输送功率和输送距离的关系第三节交流电压基本知识一三相电源1三相制目前世界上的电力系统普遍采用三相制。所谓三相制是讲三个频率相同，大小相等相位互差120o的电压源作为供电电源的体系。2三相电源（1）波形由三相交流发电机供电时，由于其工艺结构使得产生的三相电源具有频率相同，大小相等相位互差120o的特点。三相电压的相序为三相电压依次出现波峰（零值或波谷）的顺序，工程上规定：ABC为顺序（正序）而ACB这样的相序成为逆序（反序）。图三相电压波形及矢量图

其中，

为工程上常常用到的单位相量算子：

（2）各相电压3三相电源（1）连接方式（三相电源的连接方式一般采用星型连接）（2）几个概念A中点（零点）：三相电压源的末端连接在一起，形成的连接点，一般用该点作为计算的参考点

B中线（零线）：由中点引出的导线C火线：由每一相的三相电压源的始端引出的导线

D相电压：每一相电压源的始端到末端的电压，即火线与中线之间的电压E线电压：任意两相电压源的始端之间的电压，即两根火线之间的电压（3）相电压与线电压的关系相线关系各相电压为：所以：

可见，每一个线电压与相应相电压的关系是：线电压的大小为相电压大小的倍，即，且超前相应相电压此时，当

4三相电路的负载连接（1）单相负载——如电灯、电炉、单相电动机对于总线路而言，一般单相负载应该尽量均匀分布在各相上。至于连接在火线与零线之间还是连接在两根火线之间，取决于负载的额定电压要求。（2）三相负载——如三相电动机、三相变压器等三相负载的三个接线端总与三根火线相连，对于三相电动机而言，负载的连接形式由内部结构决定。5有功和无功功率（1）有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能。（2）无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。6功率因数电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ来表示。cosφ称为功率因数，又叫力率。第四节建筑电气设计的基本内容和一般程序系统图系统图是用来表示系统网络关系的图纸，系统图应该表示出系统的各个组成部分之间的相互关系，连接方式及组成部分的电器元件和设备的参数特性。负荷计算电器元件的选择。（1）系统图图某照明配电系统图（2）平面图平面图表示所有电器设备和线路的平面位置，设备和线路的型号，规格，走线方向和敷设方法，敷设部位的图纸。

图某照明平面图第二章供配电系统的负荷与负荷计算第一节供配电系统的负荷分级根据供电的可靠性要求分为三级。1一级负荷中断供电会造成人员身伤亡危险，造成重大损失等等的场合(钢厂、交通枢纽等等)。2二级负荷中断供电将在政治、经济上造成较大损失（原材料报废等等）。3三级负荷不属于一级、二级的负荷均为三级负荷。第二节负荷级别与供电要求各级负荷对供电的要求1一级负荷两个独立的电源供电。独立电源（见P24页图2-1）（1）每段母线的电源来自不同的发电机（2）来自不同区域变电站的电源，两者同时出现故障的可能性极小，可作为独立电源。（3）用发电机作为另一个电源。2二级负荷对于二级负荷，应该由两回路供电，在发生故障的时候能够做到不中断供电或者中断后能迅速恢复供电。3三级负荷对供电无特殊要求第三节建筑用电的特点与级别一、建筑物中的主要电力负荷（1）照明负荷一般照明按照三级负荷考虑。高层建筑的应急、通道和高级宾馆的客房照明按一级或二级考虑。所以，建筑物的照明可同时包括一级、二级和三级。（2）暖通空调负荷一般可按三级负荷考虑。对于比较重要的场所，也可按照二级负荷考虑。（3）给、排水系统负荷主要包括消防、生活、排水等，由于消防电源必须可靠运行，所以应按照一、二级负荷考虑。（4）电梯负荷一般按照三级负荷考虑，高层建筑有消防电梯，应按照一级或二级负荷考虑。（5）通风防烟系统，按照一、二级负荷考虑。（6）弱电系统，按照一、二级负荷考虑。

第四节计算负荷计算负荷的概念确定建筑物配电系统及每一个配电回路的负荷大小称为计算负荷。负荷计算是选择变压器、开关元件和导线的依据方法：按需要系数法确定三相用电设备的组的计算负荷，二项系数法等等。二、用电设备的运行工作制与设备负荷1每台设备的设备容量Pe连续工作制用电设备的设备容量Pe=PN（kW）

、2）反复短时制电动机（如起重机电动机）：是指统一换算到暂载率JC=25%时的额定功率，如JC不等于25%，按照下列公式进行换算（kW）

—设备的额定暂载率和规定的暂载率：—设备的额定功率和折算后的设备负荷。3）电焊机以及电焊设备的设备容量：是指统一换算到暂载率JC=100%时的额定功率，如JC不等于100%，按照下列公式进行换算：（kW）如果给出的设备容量是Se（kVA）、按照下式计算：4）照明设备的设备容量：白炽灯和典钨灯Pe=PN（kW）荧光灯Pe=1.2PN（kW）(考虑整流器的功耗以后)高压水银灯Pe=1.1PN（kW）

5）下列设备不计入负荷计算备用的水泵、消防泵，消防电梯等等吸收式的制冷空调设备。5）力求三相平衡（注意，当单相负荷合计后未超过三相总和负荷的15%规定值，按照三相负荷平衡计算）单项负荷接于相电压时Pe=3Pmax（kW）Pmax—最大相负荷单项负荷接与线电压时例题2-1某机修车间金属切削机床组，有5台功率为7.5kW、12台功率为4kW、15台功率为2.2kW、10台功率为1.5kW的380V三相交流电动机：有电焊机2台，每台的功率为7kW（JC=60%），行车一台，功率为6kW（JC=40%），照明采用荧光灯，共1.5kW。试求其设备负荷。解机床组的设备负荷为其设备额定功率Pe1=7.5×5+4×12+2.2×15+1.5×10=133.5kW电焊机的设备负荷为（换算到JCe=100%的功率）行车设备负荷为（（换算到JCe=25%的功率）照明设备负荷（取1.2倍的额定功率）机修车间总的设备负荷三、计算负荷计算负荷相关的概念1负荷曲线负荷曲线是描绘用电负荷随时间变化的图形。图江苏省2002年典型日负荷曲线2计算负荷有功功率——Pc无功功率——Qc视在功率——Sc计算电流——Ic一需要系数法用电设备的实际负荷并不等于铭牌功率，而是随时变化的。长期观察这些负荷曲线，发现同一企业（或车间）的负荷曲线大致相同，同一类型的企业的利用系数也很相近。所以可以定义：需要系数Kd（配电范围内用电设备的计算负荷和配电范围内用电设备的设备负荷之比）可以看出：Kd是一个小于1的数部分建筑物和用电设备需要系数见书P36、表2-2—2-6。利用系数第二节计算负荷的确定一按需要系数法确定计算负荷按照需要系数法确定系统负荷，应从每台用电设备开始，逐级向电源递推，一直计算到电源为止，用每一级的计算负荷作为选择该级供电设备的依据，用总的计算负荷作为向供电部门申请负荷的依据。图按需要系数法确定计算负荷图2每台用电设备的计算负荷（P30.1）凡是不需要计效率的用电设备其计算负荷是

P30.1=Pe对于需要计算效率的用电设备，其计算负荷为3用电设备组的计算负荷（P30.2）（公式2-18）或—设备组的需要系数（表格7-1）—设备组平均功率因数角的正切值4确定车间变电所低压母线低压侧母线上的计算负（P30.3）由于配电所的低压母线或配电线上所接的的各个设备组的最大负荷不一定同时出现，所以在确定计算负荷时应记入同时系数。—有功同时系数（一般取0.8—0.9）—无功同时系数（一般取0.93—0.97）应用范围K确定车间变电所低压母线时的计算负荷1冷加工车间2热加工车间3动力站0.7—0.80.7—0.90.8—1.0确定变电所的计算负荷时1计算负荷小于5000kW2计算负荷5000kW—10000kW3计算负荷超过10000kW0.9—1.00.850.80表需要系数法的同时系数5确定车间变电所高压侧母线的计算负荷（P30.4）车间变电所高压侧的计算负荷需要考虑有功和无功的损耗，即变压器有功和无功损耗说明：（1）区域—按照工厂取同期系数（2）工厂—按照车间取同期系数（3）车间—按照用电设备组（建筑物按照不同功能）二例题1现以某某厂的金工车间为例，按需要系数法确定全车间计算负荷。可将该金工车间用电设备的种类、数量和有关参数列表如下：（画出系统图）JC=25%JC=25%JC=65%、

设备编号用电设备名称台数设备铭牌额定容量（kW）额定电压（380v）相数备注12345678车、铣、刨膛、磨、钻砂轮、锯轴流风扇校验设备行车行车电焊机194383112127.72611.88*1.02+3+211+11+2.25.12*22KVA38038038038038038038038033333331根据用电设备的性质，将相近需要系数的设备分成以下5组：（1）冷加工车床类设备容量等于铭牌设备容量：（2）起重机设备容量换算成暂载率=25%时的额定容量（本例无需换算）（3）通风机等于铭牌（4）电焊机统一换算成暂载率JC=100%时的额定容量（5）校验设备容量（6）照明设备容量照明设备容量。在初步设计中按照不同性质建筑物的单位面积照明容量法（瓦/m2）由于该车间中380V的单相电焊机设备共17.7KW，220v单相照明负荷共3.6KW，合计后没有超过占三相负荷15%的规定值，故不须进行单项—三相的换算。设备组名称数量（台）设备容量（kW）需要系数Kx计算负荷PjQJSj冷加工车床26165.50.140.501.7323.240.0起重机229.30.150.501.734.47.6通风机38.00.650.800.755.23.9电焊设备217.70.350.352.686.216.6校验设备37.00.250.24.911.758.6照明设备（白炽灯）3.60.81.002.90小计41231.143.776.7合计（同期系数取1.0）41231.143.176.788.3金工车间负荷计算表二例题1

现以某某厂的金工车间为例，按需要系数法确定全车间计算负荷。可将该金工车间用电设备的种类、数量和有关参数列表如下：（画出系统图）JC=25%JC=25%JC=65%、设备编号用电设备名称台数设备铭牌额定容量（kW）额定电压（380v）相数备注12345678车、铣、刨膛、磨、钻砂轮、锯轴流风扇校验设备行车行车电焊机194383112127.72611.88*1.02+3+211+11+2.25.12*22KVA38038038038038038038038033333331某厂金工车间用电设备清单根据用电设备的性质，将相近需要系数的设备分成以下5组：（1）冷加工车床类设备容量等于铭牌设备容量：（2）起重机设备容量换算成暂载率=25%时的额定容量（本例无需换算）（3）通风机等于铭牌（4）电焊机统一换算成暂载率JC=100%时的额定容量（5）校验设备容量（5）照明设备容量照明设备容量。在初步设计中按照不同性质建筑物的单位面积照明容量法（瓦/m2）由于该车间中380V的单相电焊机设备共17.7KW，220v单相照明负荷共3.6KW，合计后没有超过占三相负荷15%的规定值，故不须进行单项—三相的换算。设备组名称数量（台）设备容量（kW）需要系数Kx计算负荷PjQJSj冷加工车床26165.50.140.501.7323.240.0起重机229.30.150.501.734.47.6通风机38.00.650.800.755.23.9电焊设备217.70.350.352.686.216.6校验设备37.00.250.24.911.758.6照明设备（白炽灯）3.60.81.002.90小计41231.143.776.7合计（同期系数取1.0）41231.143.176.788.3金工车间负荷计算表二单位负荷法所谓单位容量法，就是根据特定对象的耗电量，根据以往的统计资料进行计算，得出用电对象的单位负荷的计算方法。（1）单位指标法式中P/—单位用电指标N—总的单位数量（比如一个宾馆的床位是多少，W/床）（2）负荷密度法—负荷密度W/m2A—总建筑面积教学楼等，可以根据同类学校建筑用电的负荷统计资料来计算。第三章变电所

第一节变电所主要设备图变电所主接线（QF断路器、QS隔离开关、FU熔断器、TV电压互感器TA电流互感器、F避雷器、T变压器）图高压配电室图变压器室1图变压器室2图低压配电室一高压电器设备（1）变压器电力变压器是变电所的主要设备，功能是实现电网的电压等级变换，其主要的工作原理是电磁感应。（2）高压断路器高压断路器是能接通、承载以及分断正常电路条件下的电流。也能在规定的非正常电路条件下承载一定时间和分断电流的开关电器（具有灭弧机构）。（3）高压隔离开关没有相应的灭弧机构，高压隔离开关实际上不具备在负载的情况下分断电流的能力，突出的是承载工作电流。（4）高压负荷开关高压负荷开关允许接通或切断正常运行时的负荷电流，但由于灭弧装置简单，不能切断短路电流，通常必须和高压熔断器组合使用（5）高压熔断器在短路的情况下能能自动断开非正常电路电流的电器（6）避雷器避雷器是在指在线路发生非正常的过电压状态时，能将线路限制在规定的电压范围内的电气设备。（7）互感器互感器是以电磁感应原理实现电流与电压参数检测与变换的电气设备。主要分为：电流互感器和电压互感器。（8）高压开关柜（9）电力电容器（10）电力母线二低压电气设备（在设备与导线的选择中重点介绍）第二节变电所主接线（高压）图高压侧采用隔离开关、负荷图高压侧无母线、低压侧分段开关的变电所主接线的变电所主接线

高压采用单母线、低压侧单母线分段的主接线，这种主接线适用于装有两台变压器及以上的变电所，当一台变压器发生故障或者检修时，通过切换操作，很快能恢复供电。第三节建筑物配电网络结构（主要介绍低压配电网络）图低压配电系统图干线系统图图供电线路示意图（1）放射式优点线路敷设简单，操作和维护方便，保护简单。缺点供电可靠性不高。2树干式接线优点出线少，投资少，敷设简单。缺点供电可靠性差3环状式系统优点供电可靠性高缺点设备较多、保护复杂4混合式接线（放射式和树干式的混合）优点灵活方便，经济缺点供电可靠性不高第四章设备与导线的选择自动开关、熔断器导线等等。第一节电线、电缆的选择一一般原则和要求1按照使用环境及敷设方式选择型号名称

主要用途YJV、YJLV交联聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆适用于室内、电缆沟内和穿管敷设，也可以直接埋在土壤当中，电缆不能承受机械外力作用，但能承受一定的敷设牵引力YZ、YZW中型橡胶护套电缆适用于移动式电气设备，能承受较大的机械拉力；W型具有一定的耐油能力BV、BLV聚氯乙烯（塑料）绝缘电缆穿钢管或PVC管，明敷或暗敷用表常用电缆，导线的名称和主要用途2按照发热条件选择（在正常工作状态下，导线发热不超过线芯所允许的温度）P181表6—26，6—303按照电压损失选择（导线上的电压损失不超过最大允许值，以保证供电质量）按照允许电压损失选择导线或者电缆截面原则：2、3两种可以随便选择，然后使用另外的方法校验。4按照机械强度选择（导线有足够的强度，防止断线）5按照经济电流密度选择（保证最低的电能损耗，减少有色金属的消耗）三导线截面的选择1选择方法步骤：对于距离L<=200m且负荷电流较大的供电线路，一般按照发热条件选择，然后按电压损失和机械强度进行校验。对于距离>200m的线路，且电压水平要求较高的的供电线路，先按照允许电压损失选择，然后按照发热和机械条件进行校验。对于高压线路，一般按经济电流密度选择导线截面，然后按照发热和电压损失进行校验。2按发热条件选择（导线允许温度为+65度）Iy—导线在给定条件下的允许长期载流量K—综合校正系数，K的取值和敷设条件有关。见表8-2~表8-73按允许电压损失选择导线截面为了保证电压损失在允许的范围内，可以增大导线的截面35kV及以上±5%10kV及以下±7%低压±5%计算公式：

A—导线截面（mm2）C—计算系数，为导线的电导率可查表求得导线截面的计算公式4按照经济电流密度选择导线截面Sj—经济截面JI—经济电流密度（A/mm2）导线材料最大负荷年利用时间（小时）3000以下3000—50005000千以上铜裸导线和母线铝裸导线和母线铜芯电缆铝芯电缆3.01.652.51.922.251.152.251.731.750.92.01.545工作零线和保护零线的选择1）工作零线的选择在TN—S系统中，N线的允许持续载流量不应小于线路的最大不平衡电流，并应计入谐波的影响。以气体放电灯为主要负荷的回路，N线的截面不应小于相线截面。供电系统中N线的最小截面应该满足下表要求相线芯线截面A（mm2）N线最小截面（mm2）一般线路A≤16与相线截面相同16<A≤351635<A≤400A/2400<A≤800200A>800A/4三相加空线路铝绞线A≤50铜绞线A≤35与相线截面A相同铝绞线A>70铜绞线A>55A/2和A≥50A/2和A≥35三相不平衡供电线路与相线截面相同表N线最小截面要求2）保护零线截面的选择具体的见PP190、表6-35。6配电线路导线选择与消防要求 为消防的供配电线路不仅要满足电气设计规范，还要满足有关消防的要求：（1）消防用电要采用专用的配电回路，其配电设备应该设有明显的标志，其配电线路及控制回路宜按防火分区划分。（2）从配电箱到消防用电设备应采用放射式结构，与消防无关的设备不应接入消防配电系统。（3）消防配电系统不宜安装剩余电流保护系统，对消防水泵、防排烟凤机等重要消防设备不宜设置过负荷保护。

对于火灾自动报警系统的传输线路和控制线路，应该满足以下基本要求：（1）绝缘要求：火灾自动报警系统的传输线路和50V以下供电线路的控制线路，应采用电压等级不低于交流250V的铜芯绝缘导线或者铜芯电缆。采用220/380的供电和控制线路应采用电压等级不低于交流500V的铜芯绝缘导线或铜芯电缆。（2）截面要求：除了满足自动报警的技术要求以外，还应满足机械强度的要求，见下表传输线路类别线芯最小截面（mm2）穿管敷设的绝缘导线

1线槽内敷设的绝缘导线

0.75多芯电缆

0.5表

火灾自动报警的传输线路线芯的最小截面（3）敷设要求：应穿金属管、经阻燃处理的硬质塑料管或线槽式保护布线方式：不应与其他网络合用。例题1有一条从变电所引出的长100m的干线，其供电方式为树干式，干线上接有电压为380V的三相异步电动机22台，其中10kW的电机20台，4.5kW的电动机2台，敷设地点及环境温度为30度，干线采用套塑料管暗敷，使用BV铜芯导线，设每台电机的需要系数kd=0.35，平均功率因数

，试选择导线截面。

管内穿四根线，查表8-3，选择截面为95mm2的铜芯导线，四根线穿塑料管的允许载流量=173A>159，满足要求。按照电压损失进行校验选定的导线满足要求。某供电系统如图6-5所示，TN—S系统供电，采用0.6/1kV的YJLV电缆，明敷方式敷设，环境温度35度，总需要系数Kd=0.6，允许电压偏移，图中MN段电缆的截面应选多大？（图见PP168图6-5）解：按照电缆导线的选择原则，对于距离>200m的线路，且电压水平要求较高的的供电线路，先按照允许电压损失选择，然后按照发热和机械条件进行校验。1）用允许电压损失选择导线截面YJLV电缆为铝芯电缆，计算系数为46.3，允许电压损失为5%，根据公式：2）用允许持续载流量校验电缆截面有功计算负荷：

计算负荷电流：

根据题中条件，查表6-28，取MN段YJLV电缆的截面为95mm2满足要求。第二节刀开关的选择一类型（1）胶盖闸刀开关—应用广泛，单相主要用于照明和其他的线路，三相主要用于小容量三相电动机的全压起动。常见的型号为HK1、HK2（2）铁壳开关—由刀开关和用熔断器组成，具有短路保护功能，主要用于各种配电设备。常见的型号是HH3、HH4熔断式刀开关—主要用于配电箱内常见的型号HR3系列二低压刀开关的选择（1）满足额定电压（2）Ie≥Ijs

用作电动机的起动时

Ie≥3IQ图HD13型低压刀开关图开启式负荷开关图铁壳开关外形图第三节熔断器及其选择熔断器是一种低压保护电器，主要是由熔体和安装熔体的绝缘器组成

图熔断器结构图二熔断器的选择1熔断器的熔体（熔丝）的额定电流的确定（1）照明电路高压汞灯或钠灯时（考虑到启动的影响）

（2）电热负荷（3）电动机类单台电动机线路系数（可查表获得）多台电动机线路

IJ多台电动机起动电流之和

2熔断器（熔管）选择熔断器的一般要求确定了熔体的额定电流以后，再按熔体的额定电流确定熔断器的额定电流。第四节自动空气开关及其选择又称自动断路器或自动空气开关断闸、分闸，也可以短路保护和过负荷保护。图自动空气开关结构图图自动空气开关原理图图自动空气开关图例1.组成：弹簧、主触点、锁钩、杠杆、8过流脱扣器、11欠压脱扣器、13热脱扣器、手动的操作机构等二自动开关的选择自动空气开关的选择应该满足以下条件；1额定电压和额定电流的选择（1）额定电压与回路工作电压相符，即Uezd≥Uex（2）额定电流应该不小于回路计算电流断路器额定电流（主触点的额定电流）2长延时动作过电流脱扣器的额定电流大于线路的