某大学实验室供配电设计说明.docx
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某大学实验室供配电设计说明
华北理工大学轻工学院
QingGongCollegeNorthChinaUniversityofScienceandTechnology
《供配电技术》课程设计报告
设计题目：
某大学实验室供配电设计
学生：
学号：
201324390218201324390234201324390228
专业班级：
13电气2班
学部：
信息科学与技术部
指导教师：
萍萍讲师
2016年7月6日
摘要
本工程为某大学实验室供配电系统设计，建筑功能主要作为电工实验室、焊接实验室，PLC实验室，教师办公室。
设计容主要有楼层的负荷计算、插座的选择、导线的选择、电缆的选择、照度计算、灯具的选择、开关的选择、应急照明的设计的选择以及实验楼的防雷接地保护等。
在照明设计中，照度计算采用工程中常用的“单位容量法”。
普通照明设备选用了嵌入式荧光灯，在此基础上完成了电气照明的平面布置图，并根据需要对该建筑的应急照明给出了具体的设计。
为每个实验室安装了单相插座，并完成了插座回路的布置。
配电设计中，负荷计算采用的是“需用系数法”。
通过负荷计算，完成了整个实验楼的配电系统设计，并且在各层楼都安装了应急照明灯。
关键词配电系统；照明系统；防雷接地；综合布线；变压器
第1章绪论
随着建筑技术的迅速发展和现代化建筑的不断出现，建筑电气所涉及的围愈来愈广，所跨的学科也进一步加深加宽。
它已由单一的供配电、照明、防雷和接地，逐步发展成以近代物理学、电工学、机械电子学、光学、声学、自动控制、计算机技术等科学为基础的一门新兴学科。
它是以电能、电子、电器设备及电气技术为手段来创造、维持和改善人们居住或工作的一门跨学科的综合性的技术科学。
建筑电气作为一个专业，从无到有，由简单变复杂，发展到如今已经囊括了兼之强电和弱电在的多个系统，并且随着以IT业为龙头的科学技术发展，及其在建筑业的应用，综合弱电项目的智能电气更是突飞猛进。
特别是近年来绿色建筑、智能建筑的兴起，使得现代计算机技术、现代控制技术、网络技术和现代通信技术在建筑电气领域取得了广泛的应用，使得建筑更加节能、环保，安全。
在工程实践中，伴随着不断暴露的问题和解决问题的过程，建筑电气必将日趋成熟和发展健全；在避免二次投资造成浪费的同时，走向专业化、正规化和规化。
1.1建筑电气设计的概念
1.1.1设计的概念
设计是一个构思表达、再构思表达、反复推敲、不断深入发展和进行评价的过程。
基本上可以概括为博览、创意、构思、表达等几个阶段。
传统建筑电气设计只包括供电和照明，而今天一般将其设计的容形容为强电和弱电。
将供电、照明、防雷归类在强电，而其余部分，如、电视、消防和楼宇自控等容统统归于弱电。
这种分类以电压的高低为依据，容易理解，所以很快被人们所接受。
设计过程从一开始到深入下去，各阶段思维的广度、深度都不同，表达方式、工具也可能是多样化的。
表达方式和工具要适应思维的速度，推动思维发展成熟。
1.1.2服务的对象
设计是为甲方（业主）的功能需要服务的，也是为施工单位的施工需要服务的。
在满足国家有关规定的前提下，设计人员应树立服务意识、树立合作观念、树立敬业精神。
对建筑电气专业的设计人员而言，妥善处理与各个专业之间的关系是十分重要的事情，在协调上所用的时间甚至可能超过埋头设计的时间。
1.2建筑电气设计的具体容
1.2.1供电系统设计
1电力负荷的计算
电力负荷是供电设计的依据参数。
计算准确与否，对合理选择设备、安全可靠与经济运行，均起着决定性的作用。
2低压配电线路设计
首先确定进户线的方位，然后确定各区域总配电箱、分箱的位置，根据线路允许电压降等因素确定干线的走向，管材型号和规格，导线截面等，绘制平面图。
3电气设备选择
电气设备的选择是涉及多种因素，首先要考虑并坚持的是产品性能质量。
电气产品的选用必须符合国家有关规。
其次才是经济性，要根据业主功能要求、经济情况做出选择。
随着人们环境保护意识的日益增加，选择环保产品、节能产品也是新的时尚。
4继电控制与保护
没有十全十美的系统，没有100％可靠的设备，对于各种突发的意外情况，对关键点进行保护，是电力系统工程师的职责之一。
1.2.2照明设计
4电气照明设计包括设计说明、光源选择、照度计算、灯具造型、灯具布置安装方式、眩光控制、调光控制、线路截面、敷设方法和设备材料表等。
照明设计和建筑装修有着非常密切的关系，应与建筑师密切配合，以期达到使用功能和建筑效果的统一。
绿色照明是指在设计中广泛采用新的材料、技术、方法，达到节能、高效及环保的要求。
1.2.3防雷设计
1安全用电
防雷、消防都是为安全而设计的，人的生命安全是我们在运行电力系统中所必须首先考虑的问题。
电是双刃剑，安全使用才能带来方便和效益，我们应该牢记：
安全第一。
2防雷
雷击是一个概率事件，设置接闪器等防雷装置增大了落雷的概率，但可以有效地控制雷击灾害。
传统的防雷方法是采用避雷针、避雷带等，近年来用过的有消雷器和放射式避雷针，但在国理论界基本是否定的。
而提前放电和抗雷器等避雷方法理论界还在争论之中。
雷电是一种概率事件，设置雷电防护装置的概率可以增加工作，使雷电灾害能有效控制。
1.2.4信息系统设计
1电视
为了使用户收看好电视节目，公共建筑一般都设置共用天线电视接收系统CATV和有线电视系统CCTV。
它们都是有线分配网络，除收看电视节目外，还可以在前端配合一定的设备。
进行分配系统设计时，应合理确定电视机输入端的电平围。
2
设计包括设备的容量、站址的选定、供电方式、线路敷设方式、分配方式、主要设备的选择、接地要求等。
3网络
网络设备的出现是随着信息工业的发展而出现在建筑物中的新事物。
信息时代的到来，使我们的生存成了比特的组合。
1.3建筑电气设计中存在的一些问题
1《建筑电气设计标准》容多是笼统的要求，缺乏对各器件量化、细化的计算、选型方法。
而《民用建筑电气设计规》施行已十余年，与迅猛发展的IT技术相比，规容有些旧，不能很好地为工程服务，反而成了技术进步的障碍；
2各种设备或器件无详细的安装、布置要求，更没有详细的尺寸和数据参考。
比如，均无控制中心各设备的间距、距门距离及基础安装等要求，应该说这些是比较重要的问题了；
3无相应的设计手册和统一的定型产品，设备、管线等无明确的计算和选型方法；
4无配套验收规，对设计、施工中的问题难以准确
1.4本工程设计背景
本建筑为基础教学楼，建筑功能主要作为双班大教室使用。
作为我校标志性建筑，主体四层，总建筑面积2895.92㎡；建筑耐火等级为二级，抗震设防烈度为六度；结构形式为钢筋混凝土框架结构体系 。
本设计主要阐述了某幼儿园各系统电气设计的设计依据、原则和方法及设计选择的结论，设计时依据国家相关规。
1.5本工程设计的要求、目的、意义及预期目标
1.5.1设计要求
1培养学生综合运用、巩固与扩展所学的基础理论和专业知识，培养学生独立分析、解决实际问题的能力。
2培养学生的创新意识和创新能力，并使学生获得工程设计方法和科学研究方法的基础训练。
3培养学生正确的设计思想、理论联系实际的工作作风、严肃认真的科学态度。
4进一步训练和提高学生的分析设计能力、理论计算能力、经济分析能力、实验研究能力、综合管理能力、外文阅读和使用计算机的能力，以及社会调查，查阅文献资料和文字表达等基本技能。
1.5.2设计目的及意义
通过对本专业的学习，结合本专业对建筑进行电气设计，通过这个设计，肯定能让我对建筑电气有一定理解，，也就是能很快入门，把书本上学到的知识加于正在学习的建筑知识结合，完成本次设计。
工程还有待于实践，要的是经验，先把理论弄清楚了，加上时间的积累，相信自己一定能入门进去。
本幼儿园电气设计作为毕业设计，其目的是通过切身实践，综合运用所学知识，理论联系实际，锻炼独立分析和解决建筑电气设计问题的能力，为即将面临的工作奠定坚实的基础。
1.5.3预期目标
1熟悉建筑电气设计的容及建筑电气设计规；
2掌握计算机辅助制图软件画电气施工图的方法；
3对幼儿园进行电气设计，完成强弱电电气施工图；
4撰写毕业设计论文。
第2章供电系统设计
2.1本工程供电设计的要求及负荷分级
2.1.1设计要求供电方式采用辐射式、树干式选择，和三相四线制380V用于电力负荷供电。
1供电电源：
本工程从附近输配电线引下10KV电源，经过变电所，配电室分别供给本楼的动力负荷及照明负荷用电；照明负荷电源与动力负荷分开使用。
2供电方式：
本工程采用放射式与树干式相结合的供电方式。
3动力配电
采用380V三相四线制供电。
4照明配电：
照明、插座由不同支路供电，正常照明为2线制，应急照明为3线制，插座为3线制，所有插座采用安全型插座、回路均设漏电断路器保护。
灯具应选用高效节能灯，选灯时采用显色指数Ra>80的节能灯，尽量少用白炽灯。
所有直管荧光灯具安装电子整流器，要求功率因数大于等于0.90。
2.1.2负荷分级及供电要求
电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度进行分级，并应符合下列规定：
1符合下列情况之一时，应为一级负荷：
中断供电将造成人身伤亡时。
中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。
例如：
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断。
中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。
例如：
重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力。
在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。
2符合下列情况之一时，应为二级负荷：
中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。
例如：
主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量设备不运行等。
中断供电将影响重要用电单位的正常工作。
例如：
交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。
不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。
本建筑为三级负荷。
2.2供电系统中的负荷计算
2.2.1本工程计算需要数据
表2-1本工程利用系数及功率因素表
需要系数
功率因数
动力设备
0.8-1.0
0.8
应急照明
1.0
0.8-0.9
一般照明
0.8-1.0
0.8-0.9
总配电箱
0.4-0.6
0.8-1.0
分配电箱
0.8-1
0.8-1.0
表2-2本工程配电箱名称及代号
配电箱名称
代号
功率/（KW）
安装位置
数量
一层电工培训实验室配电箱
AL1-D
10.8
一层楼道
1
二层焊接实验室配电箱
AL2-H
12.5
二层楼道
1
二楼教师办公室配电箱
AL2-B
6
二层楼道
3
三层数模电实验室
AL3-S
20
三层楼道
1
三层办公室配电箱
AL3-B
6
三层楼道
3
四层PLC实验室配电箱
AL4-P
45
四层楼道
1
四层自动化教室配电箱
AL4-Z
20
四层楼道
2
一层公共照明配电箱
AL1-G
3
一层楼道
1
二层公共照明配电箱
AL2-G
3
二层楼道
1
三层公共照明配电箱
AL3-G
3
三层楼道
1
四层公共照明配电箱
AL4-G
3
四层楼道
1
总配电箱
AA
176
户外
1
2.2.2供电系统中负荷计算
一层电工培训实验室负荷与电流的计算:
具体计算结果如表2-3所示
表2-3AL1-D负荷计算结果
AL1-D
（KW）
（A）
总进线
10.8
19.30
WL1
0.39
2.09
WL2
0.08
0.43
WC1
0.4
2.14
WC2
2
10.70
WC3
4.8
8.58
同理于一层电工培训实验室负荷与电流的计算方式，得一到四层其他实验室的负荷与电流计算结果如下表：
表2-4AL1-G负荷计算结果
AL1-G
（KW）
（A）
总进线
3
5.36
WL1
1
5.35
WL2
1
5.35
WL3
1
5.35
表2-5AL2-H负荷计算结果
AL2-H
（KW）
（A）
总进线
6
10.72
WL1
0.39
2.09
WL2
0.08
0.43
WC1
0.4
2.14
WC2
4.8
8.58
表2-6AL2-B负荷计算结果
AL2-B
（KW）
（A）
总进线
6
10.72
WL1
0.39
2.09
WL2
0.08
0.43
WC1
0.4
2.14
WC2
4.8
8.58
表2-7AL2-G负荷计算结果
AL2-G
（KW）
（A）
总进线
3
5.36
WL1
1
5.35
WL2
1
5.35
WL3
1
5.35
表2-8AL3-S负荷计算结果
AL3-S
（KW）
（A）
总进线
20
35.29
WL1
2
3.58
WC1
2
3.58
WC2
16
28.6
表2-9AL3-B负荷计算结果
AL3-B
（KW）
（A）
总进线
6
10.72
WL1
0.39
2.09
WL2
0.08
0.43
WC1
0.4
2.14
WC2
4.8
8.58
表2-10AL3-G负荷计算结果
AL3-G
（KW）
（A）
总进线
3
5.36
WL1
1
5.35
WL2
1
5.35
WL3
1
5.35
表2-11AL4-P负荷计算结果
AL4-P
（KW）
（A）
总进线
45
80.44
WL1
20
35.29
WL2
20
35.29
WC1
4
7.15
WC2
1
1.79
表2-12AL4-Z负荷计算结果
AL4-Z
（KW）
（A）
总进线
20
35.29
WL1
2
3.58
WC1
2
3.58
WC2
16
28.6
表2-13AL4-G负荷计算结果
AL3-G
（KW）
（A）
总进线
3
5.36
WL1
1
5.35
WL2
1
5.35
WL3
1
5.35
2.3供电系统中断路器的选择
2.3.1断路器概念
断路器是控制电流通断的设备，主要用于对线路及设备的保护，当电路中出现过载、短路、欠压等故障时，能迅速切断电源，保护线路、负载及相关设备的安全。
2.3.2断路器的一般选用原则
1根据用途选择断路器的型式及极数；
根据最大工作电流选择断路器的额定电流；根据需要选择脱扣器的类型、附件的种类和规格。
具体要：
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≥1.25倍断路器瞬时（或短延时）脱扣整定电流；
⑤断路器欠压脱扣器额定电压等于线路额定电压；
⑥断路器的分励脱扣器额定电压等于控制电源电压；
⑦电动传动机构的额定工作电压等于控制电源电压；
⑧断路器用于照明电路时，电磁脱扣器的瞬时整定电流一般取负载电流的6倍。
2采用断路器作为配电变压器低压侧总开关时，其分断能力应大于变压器低压侧的短路电流值，脱扣器的额定电流不应小于变压器的额定电流，短路保护的整定电流一般为变压器额定电流的6-10倍；过载保护的的整定电流等于变压器的额定电流。
3初步选定断路器的类型和等级后，还要与上、下级开关的保护特性进行配合，以免越级跳闸，扩大事故围。
2.3.3断路器选用依据
表2-14BM65-63断路器选用依据表
额定电流
A
极数
额定电压
V
额定极限短路分断能力
瞬时脱扣器类型
电缆截面积
分断电流A
cosφ
6，10，16，20，25，32，40
1，2
230/400
6000
0.65-0.7
C,D
2，3，4
400
50
63
1，2
230/400
4500
0.7-0.8
2，3，4
400
表2-15BM65L-63断路器选用依据表
壳架等级额定电流A
极数
额定电压V
额定电流A
额定短路分断电流A
瞬时脱扣器类型
额定不动作电流mA
额定漏电动作电流mA
电缆截面积
63
1p+N
2p
3p
3p+N
4p
230
6101620253240
6000
C,D
15
30
230
400
50
63
4500
表2-16BM65L-63断路器选用依据表
型号
额定电流
极数
额定绝缘电压V
额定工作电压V
飞弧距离
mm
极限短路分段能力
KA
运行短路分段能力
KA
操作性能
通电
不通电
BM30-225L
100，125，160，180,200，225，
三级
四级
800
400
690
50
35
25
2000
6000
BM30-400L
225，250，315，350，400
100
50
35
1000
4000
2.3.4本工程断路器的选择
表2-17AL1-D断路器选择
AL1-D
（A）
断路器型号
总进线
19.30
BM65-63/3P-32A
WL1
2.09
BM65-63/1P-C16A
WL2
0.43
BM65-63/1P-C16A
WC1
2.14
BM65NL-32/2P-20A（30mA）
WC2
10.70
BM65NL-32/2P-20A（30mA）
WC3
8.58
BM65NL-32/3P-20A（30mA）
表2-18AL1-G断路器选择
AL1-G
（A）
断路器型号
总进线
5.36
BM65-63/3P-32
WL1
5.35
BM65-63/1P-C16A
WL2
5.35
BM65-63/1P-C16A
WL3
5.35
BM65-63/1P-C16A
表2-19AL2-H断路器选择
AL2-H
（A）
断路器型号
总进线
10.72
BM65-63/3P-32A
WL1
2.09
BM65-63/1P-C16A
WL2
0.43
BM65-63/1P-C16A
WC1
2.14
BM65NL-32/2P-20A（30mA）
WC2
8.58
BM65NL-32/3P-20A（30mA）
表2-20AL2-B断路器选择
AL2-B
（A）
断路器型号
总进线
10.72
BM65-63/3P-32A
WL1
2.09
BM65-63/1P-C16A
WL2
0.43
BM65-63/1P-C16A
WC1
2.14
BM65NL-32/2P-20A（30mA）
WC2
8.58
BM65NL-32/3P-20A（30mA）
表2-21AL2-G断路器选择
AL2-G
（A）
断路器型号
总进线
5.36
BM65-63/3P-32
WL1
5.35
BM65-63/1P-C16A
WL2
5.35
BM65-63/1P-C16A
WL3
5.35
BM65-63/1P-C16A
表2-22AL3-B断路器选择
AL3-B
（A）
断路器型号
总进线
10.72
BM65-63/3P-32A
WL1
2.09
BM65-63/1P-C16A
WL2
0.43
BM65-63/1P-C16A
WC1
2.14
BM65NL-32/2P-20A（30mA）
WC2
8.58
BM65NL-32/3P-20A（30mA）
表2-23AL3-S断路器选择
AL3-S
（A）
断路器型号
总进线
35.29
BM65-63/3P-32
WL1
3.58
BM65-63/1P-C16A
WC1
3.58
BM65-63/1P-C16A
WC2
28.6
BM65-63/1P-C16A
表2-24AL4-P断路器选择
AL4-P
（A）
断路器型号
总进线
80.44
BM65-63/3P-32A
WL1
35.29
BM65-63/1P-C16A
WL2
35.29
BM65-63/1P-C16A
WC1
7.15
BM65NL-32/2P-20A（30mA）
WC2
1.79
BM65NL-32/3P-20A（30mA）
表2-25AL3-G断路器选择
AL3-G
（A）
断路器型号
总进线
5.36
BM65-63/3P-32
WL1
5.35
BM65-63/1P-C16A
WL2
5.35
BM65-63/1P-C16A
WL3
5.35
BM65-63/1P-C16A
2.4供电系统中导线的选择
2.4.1一般导线截面的选择
为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，导线和电缆截面的选择必满足以下条件：
1发热条件导线和电缆（含母线）在通过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。
2电压损耗导线和电缆在通过计算电流时产生的电压损耗，不应超过正常运行时允许的电压损耗值。
对于工厂较短的高压线路和建筑物的低压线路可不进行电压损耗校验。
3经济电流密度高压线路及特大电流的低压线路，一般应按规定的经济电流密度选择导线和电缆的截面，以使线路的年运行费用（包括电能的损耗费）接近于最小，节约电能和有色金属。
所选截面，称为“经济截面”。
此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。
4机械强度导线的截面应不小于最小允许截面。
由于电缆的机械强度很好，因此电缆不校验机械强度，但需要校验短路热稳定度。
此外，对于绝缘导线和电缆，还需要满足工作电压的要求。
2.4.2三相系统相线截面的选择
电流通过导线，要产生能耗，使导线发热。
裸导线的温度过高时，会使接头处的氧化加剧，增大接触电阻，使之进一步氧化，如此恶性循环，最后可发展到断线。
而绝缘导线和电缆的温度过高时，可使绝缘加速老化甚至烧毁，或引起火灾。
因此，导线正常发热温度不得超过导线额定负荷时的最高允许温度（如常用的BV塑料绝缘导线最高允许温度为65
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