幼儿园电气设计.docx
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幼儿园电气设计
郑州轻工业学院
建筑供配电课程设计
专业：
建筑电气
班级：
13-01
*************************
学号：
************
课题：
某小区幼儿园电气设计
****************
2016年1月20日
某小区幼儿园电气设计研究
摘要
本次设计是针对本次毕业设计针对某小区幼儿园的照明、弱电、防雷接地、CATV和综合布线（电话和网络）进行设计，本建筑包括一二层两部分，一二层分别设有活动室、办公室、卧室等；一层另外设有厨房、消毒间、配菜间等。
本人负责整栋楼的照明系统设计、防雷接地设计以及弱电系统设计。
根据负荷等级的划分，系统为三级负荷；防雷等级为三类防雷，只需防侧击雷；综合布线系统为增强型。
设计主要内容包括负荷计算、照度计算、灯具选择、灯具布置、照明控制、照度验算、照明配电；建筑防雷、接地系统；有线插座布置，分配器、分支器选择，有线电视线缆的选择，敷设方式的选择，有线电视信号前端设备；语音插座、信息插座布置，电缆传输系统设计，网络交换机等。
关键词：
照度计算，负荷计算，防雷，接地，电缆电视,综合布线系统
人类社会进入了21世纪的信息时代，单纯的一栋没有供配电的大楼对人们来说已经没有多大的意义，只有给建筑配以合理的电气系统人们才能进行正常的日常生活。
供配电系统是是建筑物的主要能源和动力，地位十分重要。
良好的照明可以使人们合理地安排劳动、工作时间、提高产品质量，减轻视力和体力疲乏；随着信息与通信技术的发展，建筑物内信息的采集、交换、传输、处理和共享也向网络化、智能化、集成化方向发展。
有了现代化的信息系统，人们的生活更加丰富多彩，可以方便获取各方面信息，节约时间，提高工作效率，美化生活，发挥人类的智慧，创造出灿烂的精神财富。
此次毕业设计就是针对某小区照明与弱电电气设计。
2、设计部分
2.1设计内容
1、动力负荷计算、照度计算、灯具选择、灯具布置、照明控制、照度验算、照明配电；
2、建筑防雷、接地系统；
3、有线插座布置、分配器、分支器、有线电视线缆、敷设方式的选择，有线电视前端设备的设计；
4、语音插座、信息插座布置，电缆传输系统、网络交换机设计等；
5、设计计算的实验仿真验证。
2.2设计步骤
1、收集原始资料，主要了解建筑物结构和用处，确定建筑物负荷等级，搜集查看相关规范。
2、根据建筑物总体结构和负荷等级确定供电干线形式。
3、确定照明配电系统，包括配电分区的划分，设置配电箱的数量，各配电箱供给的区域、楼层；确定配电箱的安装位置及方式；确定电源点至各配电箱之间的接线方式。
4、选择合适的光源和灯具类型；根据照度要求确定灯具的数量及控制方式。
5、确定照明回路及各级保护设备；确定照明配电系统的接地及安全措施。
6、进行负荷计算、电压损失计算、无功功率补偿计算和保护装置整定计算。
7、选择导线型号、截面及敷设方式。
8、根据建筑物结构确定防雷等级，根据防雷等级确定防雷措施。
9、绘制照明平面图、系统图，防雷接地图。
10、根据建筑物结构及其用处确定CATV和综合布线系统干线方式。
11、确定CATV系统前端箱位置，综合布线系统楼层配线架位置。
12、划分工作区；确定电视接口、信息插座及电话插座的数量、布置位置；确定水平子系统的布线方式；确定干线系统线缆类型布线方式。
13、绘制弱电平面图，CATV及综合布线系统图，。
14、绘制材料总表。
15、编写设计说明书。
2.3设计依据规范
1、供配电系统设计规范GB50052－95
2、低压配电设计规范GB50054－95
3、建筑防雷设计规范GB50057－94
4、有线电视系统工程技术规范GB50200－94
5、建筑照明设计标准GB50034-2004
6、综合布线系统工程设计规范（含条文说明）GB50311-2007
7、综合布线工程验收规范（含条文说明）GB50312-2007
2.4设计概述
2.4.1建筑物概况
本次设计的建筑物是一栋两层的幼儿园综合楼，综合楼分为上下层两部分，每层建筑面积约为870m2,门厅建筑面积约为48m2,,建筑物层高为3.6m，屋顶部分高3m，建筑物总高度为8m,上下两部分各分别配有学生活动室、卧室、教师办公室；一层另外配有洗衣房、消毒房、配餐间等
2.4.2电力负荷等级
按GB50052-95《供配电系统设计规范》规定，电力负荷根据其对供电可靠性及中断供电造成的损失或影响分为三级:
一级负荷：
一级负荷中断将造成人身伤亡者；或者中断将在政治、经济上造成重大损失者，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乱需长时间才能恢复等。
在一级负荷中，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。
二级负荷：
二级负荷中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，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、重点企业大量减产等。
三级负荷：
三级负荷属一般负荷，指所有不属于上述一、二负荷者。
此次设计对象干部培训楼根据其建筑结构和用途考虑，应属于三级负荷,三级负荷对供电电源无特殊要求。
直接从附近变电所引来一路0.38KV低压电，接入一楼办公室总配电箱，再由总配电箱通过干线桥架引到各楼层配电箱。
2.4.3接地防雷
根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-94，按建筑物的重要性、发生雷电事故的可能性和后果，建筑物防雷分为三类，此次设计对象干部培训楼属于三类防雷需防直击雷，利用建筑物四周的钢柱或柱内钢筋做引下线。
根据有关规范（如《低压配电设计规范》GB50054-95）的规定，采用接地故障保护时，应在建筑物内作总电位连接。
此次设计对象幼儿园楼采用联合接地方式，利用基础内主筋与引下线相互焊接作水平接地体,接地电阻不大于1欧。
2.4.4电缆电视系统和综合布线系统
1、电缆电视系统前端箱设在二楼办公室内，各层设楼层分支器盒，设弱电桥架，所有线都从桥架引出。
2、综合布线系统建筑物交换机BD设在二楼小办公室内，所有信息点都在BD的90m范围内，所以采用集中管理方式。
2.5照明电气设计
电气照明设计的基本原则主要是安全、适用、经济、美观。
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。
2.5.1照明电气设计任务
照明电气设计的任务可归纳如下：
1、满足光照设计确定的各种电光源对电压大小、电能质量的要求，使他们能工作在额定状态，以保证照明质量和灯泡寿命。
2、选择合理、方便的控制方式，以便照明系统的管理、维护和节能。
3、保证照明装置和人身的电气安全。
4、尽量减少电气部分的投资和年运行费。
2.5.2照明灯具的选择和布置
照明设计中，应选择既满足使用功能和照明质量的要求，又便于安装维护、长期运行费用低的灯具，具体考虑以下几点：
1、配光的选择
配光的选择主要应根据各类灯具的配光特点及使用的要求来综合考虑。
（1）在各种办公室及公共建筑中，房间的墙和顶棚均要求有一定的亮度，要求房间内各表面有较高反射比，并需有一部分直接射到顶棚和墙上，此时可以采用上射光通量不小于15%的半直接型灯具，从而获得舒适的视觉条件及良好的艺术效果；有吊顶的大型办公室或大厅，可以采用嵌入式格栅荧光灯；有空调的房间内可以选用空调灯具，以有效地节约电能。
（2）为了限制眩光，应采用表面亮度低、保护角符合规定的灯具，如带有隔栅或漫射罩的灯具，亦可采用蝙蝠翼配光的灯具，使视线方向的反射光通量减少到最低限度，可以显著地减弱幕反射。
（3）当要求垂直照度时，可选用不对称配光灯具，也可采用指向型灯具（聚光灯、射灯等）。
2、按环境条件选择
按环境条件选择灯具时，应特别注意有火灾危险、爆炸危险、灰尘、潮湿、振动和化学腐蚀等特殊要求的环境条件，灯具的外壳防护等级应确保灯具能在特殊环境条件下安全工作。
3、按放触电保护要求选择
防触电保护0类灯具的安全程度不高，只能用于安全程度好的环境，如空气干燥、木地板的场所；防触Ⅰ类灯具的金属外壳接地，安全程度有所提高，如投光灯、路灯、庭院灯等；防触电保护Ⅱ类灯具的绝缘性好，安全程度高，适用于环境差、人经常触摸的灯具如台灯、手提灯等；防触电保护Ⅲ类灯具的安全程度最高，用于恶劣环境。
4、经济性
在保证满足使用功能和照明质量的前提下，应对可供选择的灯具和照明方案进行经济合理性比较，主要考虑初投资费、年运行费以及年维护费。
在满足照明质量、环境条件和防触电要求的情况下，尽量选用效率高、利用系数高、安装维护方便的灯具。
5、灯具外形与建筑物相协调
灯具的造型尺寸、外表面的颜色等应与建筑物协调一致，还可以通过采用艺术灯具，来达到美化环境、烘托建筑的目的。
综上考虑，根据建筑物用途选择灯具及安装方式如下：
1、活动室均采用双管节能荧光灯36W×2（COS
>0.8），自带电容补偿，配电子型整流器，布置方向取灯具纵轴与学生视线方向一致，以尽量减少光幕反射和不舒适效应，灯具吊高离课桌面2.2m。
2、办公室、厨房等均采用双管节能荧光灯36W×2（COS
>0.8），自带电容补偿，配电子型整流器，如有吊顶，嵌入吊顶安装，无吊顶则吸顶安装。
3、门厅、走廊公共照明均采用节能半嵌式吸顶灯36W,嵌入吊顶安装。
4、晨检室、医疗室、隔离室等采用单管节能荧光灯36W，吸顶安装，预留回路在医疗室需要位置确定后进行布置局部照明，均选择显色性较好的灯具。
5、洗衣房、消毒间、库房、冷库等均采用采用防水防尘灯50W,吸顶安装。
6、走道、门厅和楼梯应急照明灯2×5W，自带蓄电池，壁装下口距地2.8m，电池供电时间不小于20min。
7、疏散照明采用的方向诱导灯8W/个，自带蓄电池，电池供电时间不小于90min安装高度下口距地0.3m；安全出口灯8W/个，安装高度门上0.1m暗装。
对于照明灯具的布置既要求使得室内照度均匀，同时要求灯具布置合理美观，下图为此次设计的局部灯具和插座的布置：
图2-1局部灯具和插座的布置
2.5.3照度计算验证及插座的选择和布置
照明计算是照明设计的重要内容之一。
它包括照度计算、亮度计算、眩光计算等照明质量的定量评价指标的计算，目前还不能全部予以实现。
它将随着照明技术的发展、电子计算机的应用和计算方法的完善而逐渐得到解决。
本次设计主要进行照度计算，亮度计算及眩光计算暂时不予考虑。
1、平均照度计算—利用系数法
利用系数法是按光通量流明计算照度，故又称流明计算法（流明法），它是根据房间的几何形状、灯具的数量和类型确定工作面平均照度的计算法。
流明法既考虑直射光通量，也考虑反射光通量。
落到工作面上的光通科分为两部分，以使从灯具发出的光通中直接落到工作面上的部分（直接部分），另一是从灯具发出的光通经室内表面反射后落到工作面上的部分（间接部分），它们的和即为灯具发出的光通中最后落到工作面上的部分，该值被工作面面积除，即为工作面上的平均照度。
若每次都要计算落到工作面上的直接光通与间接光通，则计算太复杂，于是引入利用系数的概念，事先计算出各种条件下的利用系数，供设计人员使用。
对于每个灯具来说，由光源发出的额定光通量与最后落到工作面上的光通量之比值称为光源光通量利用系数（简称利用系数）。
基本计算公式如下：
（2-1）
式中U——利用系数；
——由灯具发出的最后落到工作面上的光通量，lm；
——每个灯具中光源额定总光通量，lm。
有了利用系数的概念，则室内平均照度即可由下式计算：
（2-2）
或
（2-3）
式中Eav——工作面平均照度，lx；
——每个灯具中光源的额定总光通，lm；
N——灯具数；
U——利用系数；
A——工作面面积，m2；
K——维护系数;
（1）维护系数查下表：
表2-1：
维护系数
环境污染特征
工作房间或场所示例
维护系数
灯具擦洗次数（次/年）
清洁
办公室、阅览室、仪器装备车间
0.8
2
一般
商店营业厅、影剧院观众厅
0.7
2
污染严重
铸工、锻工车间
0.6
3
室外
道路和广场
0.7
2
注：
式中的维护系数K是考虑到灯具在使用过程中由于光源光通量的衰减、灯具和房间的污染而引起照度下降。
（2）按《建筑照明设计规范》GB50034-2004可知，各部分照度标准如下：
表2-2照明标准值
房间
参考平面及其高度
照度标准值（lx）
UGR（统一眩光值）
Ra（显色指数）
活动室
课桌面
300
19
80
办公室
0.75m水平面
300
19
80
卧室
0.75m水平面
200
19
80
卫生间
0.75m水平面
150
—
80
走廊
地面
75
—
80
厨房
地面
200
—
80
门厅
地面
200
—
80
储藏室
地面
100
—
60
（3）利用单位容量法进行负荷密度验算
在实际工作中为估算照明用电量常采用“单位容量法”，即将不同类型的灯具，不同的室空间条件，列出“单位面积光通量（lm/m2）”或“单位面积安装电功率（W/m2）”的表格，以便查用。
表2-3学校建筑照明功率密度值
房间或场所
照明功率密度值（W/m2）
对应照度值（lx）
现行值
目标值
教室、活动室
11
9
300
实验室
11
9
300
美术教室
18
15
500
多媒体教室
11
9
300
2、利用系数法计算灯具数
计算公式如下：
（2-4）
以下是活动室为例说明设计中灯具数的计算
照度计算书
①．房间参数
房间类别：
活动室照度要求值:
300.00LX,功率密度不超过11.00W/m2
房间长度L:
8.1m
房间宽度B:
4.9m
计算高度H:
2.15m
室形系数RI:
0.67
②．灯具参数:
型号:
飞利浦T8标准直管荧光灯TLD36W/29单灯具光源数:
2个
灯具光通量:
2975lm灯具光源功率:
64.00W
镇流器类型:
TLD标准型镇流器功率:
9.00
③．其它参数:
利用系数:
0.60维护系数:
0.80
照度要求:
300.00LX功率密度要求:
11.00W/m2
④．计算结果:
建议灯具数:
4
计算照度:
287.83LX
实际安装功率=灯具数×（总光源功率+镇流器功率）=292.00W
实际功率密度:
7.36W/m2
折算功率密度:
7.67W/m2
⑤．校验结果:
要求平均照度:
300.00LX
实际计算平均照度:
287.83LX
符合规范照度要求
要求功率密度:
11.00W/m2
实际功率密度:
7.67W/m2
符合规范节能要求!
经验算，其他各部分也符合规范要求。
4、插座选择和布置
插座的额定电流，已知使用设备者应大于设备的额定电流的1.25倍；未知使用设备者不应小于5A。
（1）空调插座：
根据房间大小和空调参数，确定采用单项空调插座能够满足房间对温度需求，柜式空调插座分配1.5KW容量。
插座暗装在离地面0.3m处。
线路为3根导线（相线，N线，PE线）。
（2）单相插座：
普通插座分配的200KW容量。
安装方式是沿墙敷设距地面0.3m。
插座线路带漏电保护，线路为3根导线（相线，N线，PE线）。
以活动室插座的布置为例。
图2-2活动室插座布置平面图
2.5.4照明供电系统
1、电源、电压的选择：
由于建筑物负荷属于三级负荷，所以采用一路电源进线，直接从附近变电所引入三相进线380V。
2、照明配电采用TN-C-S线制配电的系统。
3、三相配电干线的各相负荷宜分配平衡，最大相负荷不宜超过三相负荷平均值的115％，最小相负荷不宜小于三相负荷平均值的85％。
4、照明配电箱设置在靠近照明负荷中心便于操作维护的位置。
5、每一照明单相分支回路的电流不宜超过16A，所接光源数不宜超过25个；连接建筑组合灯具时，回路电流不宜超过25A，光源数不宜超过60个
6、插座不宜和照明灯接在同一分支回路,公共照明、应急照明设单独回路。
7、照明控制方式：
（1）一般房间照明开关装在如口处的门把手旁边的墙上，偶尔出入的房间（如储藏室）开关装在室外，其他房间均装在室内。
（2）大楼走廊、楼梯间、门厅等公共场所的照明，采用集中控制，并按建筑使用条件和天然采光状况采取分区、分组控制措施
2.5.5照明负荷计算
1、负荷计算概述
在选择导线截面及各种开关元件时，都是以照明设备的计算负荷（Pc）为依据的。
它是按照照明设备的安装容量Pe乘以需要系数Kn而求得（如三相线路有不平衡负荷时，则以最大相负荷乘以3做为总负荷），其公式为：
Pc=KxPe（2-6）
式中Pc——计算负荷，W；
Pe——照明设备的安装容量，包括光源和镇流器所消耗的功率，W；
Kx——需要系数，它表示不同性质的建筑对照明负荷需要的程度（主要反映各照明设备同时点燃的情况）。
见下表：
表2-4给出了各种建筑计算照明干线负荷时采用的需要系数供参考。
照明支线的需要系数为1。
表2-4：
计算照明干线负荷时采用的需要系数Kx
建筑物分类
Kx
建筑物分类
Kx
住宅区、住宅
0.6~0.8
由小房间组成的车间或厂房
0.85
医院
0.5~0.8
辅助小型车间、商业场所
1.0
办公楼、实验室
0.7~0.9
仓库、变电所
0.5~0.6
科研楼、教学楼
0.8~0.9
应急照明、室外照明
1.0
在实际工作中往往需要的是计算电流（Ic）的数值，当已知Pc后就可方便地求得Ic。
采用一种光源时，线路的计算电流可按下述公式计算：
①三相线路计算电流
（A）（2-7）
②单相线路计算电流
（A）（2-8）
以上两式中U1——额定线电压，kv；
Up——额定相电压，kv；
——光源的功率因数；
Pc，P’c——分别为三相及单相计算负荷，KW。
配以电箱2AL为例说明负荷计算方法
图2-32AL系统图
如图所示，配电箱2AL有6个支路，总负荷为5.84KW，尽量使三相负荷平衡，将负荷分到不同的相：
L1：
4.0+4.0=8.0KW
L2:
2.0＋4.0=6.0KW
L3:
2.0+4.0=6.0KW
等效三相设备容量Pe按最大负荷相所接的单相设备容量Pe。
m的3倍计算，L1（L2）相负荷最大为8.0KW，那么：
Pe=3Pe。
m=3×8.0=24.0KW
查表2-3得需要系数取Kx=0.8
等效三相计算负荷Pc=KxPe=0.8×24.0=19.2KW
取功率因数
=0.8
线电压U1=0.38KW
三相线路计算电流
=19.2/（1.73×0.38×0.8）=36.46（A）
2.5.6导线、电缆的选择与敷设
1、电线、电缆形式的选择
导线型式的选择主要包括选择额定电压、导体材料、绝缘材料、内外护层等，选择时主要考虑环境条件、运行电压、敷设方法和经济、可靠性方面的要求。
经济因素除考虑价格外，应当注意节约较短缺的材料，例如优先采用铝芯导线，以节约用铜；尽量采用塑料绝缘电线，以节省橡胶等。
（1）额定电压：
绝缘导体和电缆的额定电压应不低于使用地点的额定电压。
（2）导体材料：
在室内建筑内，电气线路一般采用暗敷方式，考虑施工、经久耐用和安全等问题，一般选用铜芯导线和电缆。
（3）绝缘及护套：
导线和电缆的绝缘材料主要有塑料、橡皮等。
在建筑物表面直接敷设时，应选用塑料绝缘和塑料护套线。
选择导线和电缆的绝缘材料时，应首先考虑敷设方式及环境条件，其次应考虑其经济性，由于塑料绝缘线的生产工艺简单，绝缘性能好，成本低，应尽量选用塑料绝缘电线。
（4）电缆外护层及铠装：
电力电缆的外层及铠装种类较多，要根据其敷设方式、环境选用。
本次设计中照明线路用的电缆（总进线）型式采用的是聚氯乙烯绝缘铜芯电力电缆（YJV），照明线路用的电线（各个配电箱分支线路，包括照明线路、普通插座线路、空调插座线路）型式均采用的是塑料绝缘铜芯电线（BV）。
2、导线截面的选择
导线截面一般根据下列条件选择：
（1）按载流量选择：
即按导线的允许温升选择。
在最大允许负荷电流通过的情况下，导线发热不超过线芯所允许的温度，导线不会因过热而引起绝缘损坏或加速老化。
选用时导线的允许载流量必须大于或等于线路中的计算电流值。
（2）按电压损失选择：
导线上的电压损失应低于最大允许值，以保证供电质量。
（3）按机械强度要求：
在正常工作状态下，导线应有足够的机械强度以防断线，保证安全可靠运行。
（4）为了在线路短路时，保护设备能对导线起保护作用，两者之间要有适当的配合。
（5）热稳定校验：
由于电缆结构紧凑、散热条件差，为使其在短路电流通过时不至于由于导线温升超过允许值而损坏，还需校验其热稳定性。
选择的导线、电缆截面必须同时满足上述各项要求，通常可先按允许载流量选择，然后再按其他条件校验，若不能满足要求，则应加大截面。
表2-5：
BV绝缘导线明敷及穿管持续载流量
环境温度/℃
30
35
30
35
导线根数
1
1
2~4
5~8
9~12
＞12
2~4
5~8
9~12
＞12
标称截面/mm2
明敷载流量
导线穿管载流量
1.5
2.5
4
6
10
16
25
35
50
70
95
120
150
185
240
23
31
41
53
74
99
132
161
201
259
316
374
426
495
592
22
29
39
50
69
93
124
151
189
243
297
351
400
464
556
13
17
24
31
44
60
83
103
127
165
207
245
288
335
396
9
13
18
23
33
45
62
77
95
123
155
184
216
251
297
8
11
15
19
28
38
52
64
79
103
129
153
180
209
247
7
10
13
17
25
34
47
58
71
92
116
138
162
188
222
12
16
22
29
41
57
77
96
117
152
192
226
265
309
366
9
12
17
21
31
42
57
72
88
114
144
170
199
232
275
7
10
14
18
26
35
48
60
73
95
120
141
166
193
229
6
9
12
16
23
32
43
54
66
85
108
127
149
174
206
表2-4是BV绝缘导线
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