教学楼电气工程设计附图纸系统图施工图.docx
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教学楼电气工程设计附图纸系统图施工图
新星小学1号教学楼电气工程设计
指导老师：
付腾
2010级设备专业学号201018888姓名刘大爷
摘要
本设计的主要内容包括电力、照明、防雷接地等系统，以及配电系统、负荷计算、供电电源和电压的选择和设备选型。
其中电力系统主要包括确定电压等级、供电方式，照明系统主要包括照度计算灯具选择及插座数量的确定，防雷接地系统包括防雷等级及各种防雷措施，接地选择和测试方法，负荷计算主要是确定导线截面、型号和断路器等配电设备的选型。
关键词：
教学楼电力系统照明系统防雷接地
Novaprimaryschoolteachingbuilding1electricalengineeringdesign
Tutor：
FuTeng
Author：
Liujunhong
Abstract
Thedesignofthemaincontentincludingpowerlightinglightningproofgroundingfirelinkagesystemanddistributionsystemloadcalculationofpowersupplyandthevoltageoftheselectionandequipmentselectionwhichincludedeterminingpowersystemvoltagelevelpowersupplymode,lightingsystemmainlyincludesilluminationcalculationlampsandlanternschoosesandsocketnumberofsure,lightningprotectiongroundingsystemincludinglightningprotectionlevelandallkindsoflightningprotectionmeasures,earthingselectionandtestmethod,loadcalculationisdeterminingtheconductorsectionmodelandcircuitbreakeranddistributionequipmentselection
Kcywords：
PowerSystemLightingsystemteachingbuilding
lightningprotection
1.1.2电力系统组成1
1绪论
1.1电力系统概念及组成
1.1.1电力系统概念
21世纪以后随着社会现代文明程度、特别是计算机和楼宇自动化系统的应用程度的不断提高，对电能的需求量和依赖程度也就越来越大。
电能易于与其他形式的能源相互转化；输配简単经济；可以精确控制、调节和测量。
1.1.2电力系统组成
发电：
将一次能源转变成电能的过程叫发电。
例如，水电厂将水的动能转化成电能，火电厂将矿物能燃烧转化成电能。
变电：
将一种等级电压转变成另一种等级电压叫变电。
变电可分为升压变电和降压变电。
电力系统：
由发电厂的电气部分、升降压变压器、输配电线路和各种用电设备组成的统一体，还包括用于监视、测量、控制和保护这些设备的二次部分统称为电力系统。
电力网：
有升降压变压器和输配电线路组成的统一体叫电力网。
按电压高低电力网可分为低压网、中压网、高压网、超高压网和特高压网；按功能可分输电网和配电网。
配电网：
将电能直接输送到用户的电力网叫配电网，简称配网。
一般110kV以下电力网叫配网。
一次设备：
直接用于发电、变电、输电和用电的电气设备和元件叫一次设备。
例如发电机、变压器、电动机、隔离刀闸、互感器等都叫一次设备。
二次设备：
用于监视、测量、控制和保护一次设备的电路和元件叫二次设备。
例如：
继电保护、通讯、仪表等叫二次设备。
1.2教学楼概况及设计原则
1.2.1建筑概况
设计是对新星小学1号教学楼的电气设计，本工程概况：
本工程为框架结构，现浇混凝土楼板，共六层，层高为3.2米，总建筑面积690.03平方米。
1.2.2设计原则
属一类多层建筑。
设计需做到方案合理、技术先进、运行可靠、满足相关规范的要求，还要简捷实用、便于操作、管理和维护，减少综合投资。
此次设计的目的是通过对该办公楼的各个系统的设计实践，综合运用所学知识，贯彻执行我国建筑电气行业有关方针政策，理论联系实际，锻炼独立分析和解决电气工程设计问题的能力，为未来的实际工作奠定必要的基础。
1.3教学楼电气设计内容
本论文主要阐述了该教学楼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等。
论文共包括六大章内容，前四章主要包括绪论及强电部分设计，第五、六章主要包括弱电部分及消防设计。
第一章为照明系统，主要说明光源、灯具选择，照度计算，一般照明及应急照明等内容，并依据文献[1、2]等用单位容量法进行照度计算，选择出各个房间合适的灯具数量，同时依据文献[３、７、８、］进行应急照明设计，按照供电半径不超过３０米的原则进行了照明平面设计，设计出各个供电回路及相对应的配电箱，本部分设计出图７幅，为各层照明平面图及照明负荷配电箱平面图。
第二章为低压配电系统，主要说明负荷等级的划分及对应的供电要求，负荷计算以及配电方式等内容的相关原理、原则、方法等，并用单位容量法进行了负荷计算，确定各个系统照明负荷的容量、计算电流，以此选择出了断路器，导线。
并依据文献[１１]对负荷进行了分类，针对不同级别负荷及负荷大小采取了不同的配电方式，同时对动力设备进行了负荷计算，配电箱设计，本部分设计出图８幅，包括配电系统图，配电平面图。
第三章为防雷接地系统，主要说明对直击雷、侧击雷、雷电感应等的防护以及接地系统的方式及具体要求等内容，并依据文献［４、５］结合本建筑特点，做了防直击雷、侧击雷、感应雷设计及接地系统设计，本部分设计出图1幅，为防雷平面图和接地平面图。
2建筑照明系统
2.1照明灯具功能及选择一般原则
2.1.1照明灯具功能
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。
在各类灯具中，荧光灯主要用于室内照明，汞灯和钠灯用于室外照明，也可将二者装在一起作混光照明，这样做光效高、耗电少、光色逼真、协调、视觉舒适。
2.1.2灯具选择一般原则
使用安全：
防触电和防火、防爆以及其他环境条件引起的危险；
提高能效：
选用灯具效率高、灯具配光和场所条件适应，以及光通维持率高的灯具；
合理考虑功能性（良好的照明效果）、装饰性（美观、协调）、经济性（性价比高）和能源效益的结合；
限制眩光。
灯具的确定：
设计前期采用单位容量法估算灯具的个数。
后期施工图纸的绘制过程采用利用系数法计算法计算
2.1.3采用单位面积功率法
每个房间的有功功率：
（2.1）
计算电流:
（2.2）
用电设备组计算负荷：
（2.3）
（2.4）
（2.5）
配电干线计算负荷
（2.6）
（2.7）
（2.8）
（2.9）
式中W------------------单位面积功率（W/m2）
S------------------供电面积（
）
------------------同时系数
------------------需要系数
Q-------------------用电设备组无功功率（KVA）
P--------------------用电设备组有功功率（W）
cosФ------------------有功功率因数
tgФ-----------------正切角（用来求无功功率）
2.1.4利用系数法计算
布灯具数n=AEav／（ФNUK）
式中A-房间受照面面积，单位为m2；
Eav-受照房间平均照度，单位lx；
ФN-为每盏灯具发出的光通量，单位lm；
U-利用系数，根据房间的室形指数，表面反射系数和灯具型式等查表可的；
K-维护系数，受光源本身使用期间光通衰减程度、灯具受
环境污染程度的影响，一般教室取值为0.8。
室空间比：
RCR=5hR（L+B）／LB
式中L-房间的长度；
B-房间的宽度。
hRC-室空间高度。
抹灰并大白粉刷的栅顶反射率ρcc=70%；
喷白的砖墙或或混凝土屋面反射率ρw=50%；
混凝土地面的反射率ρF=30%；
2.2照明光源选择一般原则
发光效率高；
显色性好，即显色指数高；
使用寿命长；
启点可靠、方便、快捷；
性能价格比高。
2.3照度的计算
普通教室均采用嵌入式铝格栅荧光灯YG15-2，二个光源，（2×40w的格栅荧光灯）照度标准大于等于300lx。
根据《电气工程标准规范综合应用手册》表，如下：
表2-3公共场所建筑照度标准值单位：
lx
类别
参考平面及其高度
照度标准值
低
中
高
办公室
0.75m水平面
100
150
300
空调机房、变配电室等技术用房
0.75m水平面
75
100
150
消防控制、监控中心
地面
30
50
75
浴室、厕所、楼梯间
地面
30
50
75
走廊
地面
30
50
75
储藏间
0.75米
水平面
20
30
地下车库
0.25地面
20
30
50
商场
柜台面上
100
150
200
商场试衣间
试衣位置1.5米垂直处
150
200
300
2.3.1普通教室
房间等效为标准矩形，房间长度L：
约9m房间宽度B：
7.2m
计算高度：
hRC：
3.0m
室空间比RCR=5*hRc（L+B）/LB
=5*3.0*16.2/64.8=3.75
顶棚反射率ρc=70%,墙壁反射率ρF=50%，地面反射率ρw=30%,
查表1-2得利用系数U：
0.56见附录
照度：
300lx
计算数目n：
n=（Eav*A）/（ФN*U*K）
=300*64.8/（4200*0.56*0.8）=10.33
灯具数目：
取11套
照度校验：
Eav=n*ФN*U*K/A
=11*4200*0.56*0.8/64.8=319.41lx
2.3.2教员办公室
房间长度L：
约6m房间宽度B：
约7.2m
计算高度hRC：
3.0m
室空间比RCR=5*hRc（L+B）/（LB）
5*3（6+7.2）/6*7.2
=4.59
顶棚反射率ρc=70%,墙壁反射率ρF=50%，地面反射率ρw=30%,
查得利用系数U：
0.56
照度要求：
300lx
计算数目n：
n=（Eav*A）/（ФN*U*K）
=300*43.2/（4200*0.56*0.8）
=4.89
灯具数目：
取5套。
照度校验：
Eav=n*ФN*U*K/A
=5*4200*0.56*0.8/43.2
=304.89lx
2.3.3传达室
房间等效为标准矩形。
房间长度L：
约2.4m，房间宽度B：
约5.4m计算高度hRc：
3.0m
室空间比：
RCR=5*hRc（L+B）/（LB）
=9.03
顶棚反射率ρc=70%,墙壁反射率ρF=50%，地面反射率ρw=30%,
查得利用系数U：
0.56
照度要求：
200lx
计算数目n：
n=（Eav*A）/（ФN*U*K）
=200*12.96/（3000*0.56*0.8）
=1.93
灯具数目：
根据房间的结构选2套
照度校验：
Eav=n*Φ*U*K/A
=2*3000*0.56*0.8/12.96=207.4lx
2.3.4走廊
房间长度L：
39.9m房间宽度B：
2.7m
计算高度hRc：
3.0m
室空间比：
RCR=5*hRc（L+B）/（LB）
=5.84
顶棚反射率ρc=70%,墙壁反射率ρF=50%，地面反射率ρw=30%,
查得利用系数U=0.35
照度要求：
50lx
计算数目：
n=（Eav*A）/（ФN*U*K）
=50*107.73/（3200*0.35*0.8）
=6.01
实配灯具数目：
根据均匀布置法选6套
照度校验：
Eav=n*ФN*U*K/A
=6*3200*0.35*0.8/107.73
=50.1lx
2.3.5厕所
房间长度L：
3.3m房间宽度B：
5.4m
计算高度hRc：
3.0m
室空间比：
RCR=5*hRc（L+B）/（LB）
=7.3
顶棚反射率ρc=70%,墙壁反射率ρF=50%，地面反射率ρw=30%,
查得利用系数U=0.35
照度要求：
50lx
计算数目：
n=（Eav*A）/（ФN*U*K）
=50*17.82/（1600*0.35*0.8）
=1.92
实配灯具数目：
根据均匀布置法选2套
照度校验：
Eav=n*ФN*U*K/A
=2*1600*0.35*0.8/17.82
=50.2lx、
2.4顶层照度计算
2.4.1多媒体教室
房间长度L：
13.5m房间宽度B：
7.2m
计算高度hRc：
3.0m
室空间比：
RCR=5*hRc（L+B）/（LB）
=3.2
顶棚反射率ρc=70%,墙壁反射率ρF=50%，地面反射率ρw=30%,
查得利用系数U=0.56
照度要求：
300lx
计算数目：
n=（Eav*A）/（ФN*U*K）
=300*97.2/（4200*0.56*0.8）
=13.59
实配灯具数目：
根据均匀布置法选14套
照度校验：
Eav=n*ФN*U*K/A
=14*4200*0.56*0.8/97.2
=311.4lx、
2.4.2准备室
房间长度L：
4.5m房间宽度B：
7.2m
计算高度hRc：
3.0m
室空间比：
RCR=5*hRc（L+B）/（LB）
=7.3
顶棚反射率ρc=70%,墙壁反射率ρF=50%，地面反射率ρw=30%,
查得利用系数U=0.35
照度要求：
300lx
计算数目：
n=（Eav*A）/（ФN*U*K）
=300*32.4/（4200*0.56*0.8）
=2.8，
实配灯具数目：
选3套
照度校验：
Eav=n*ФN*U*K/A
=3*4200*0.56*0.8/32.4
=309.4lx
2.4.3办公会议室
房间长度L：
9m房间宽度B：
7.2m
计算高度hRc：
3.0m
室空间比：
RCR=5*hRc（L+B）/（LB）
=3.75
顶棚反射率ρc=70%,墙壁反射率ρF=50%，地面反射率ρw=30%,
查得利用系数U=0.35
照度要求：
300lx
计算数目：
n=（Eav*A）/（ФN*U*K）
=300*64.8/（4200*0.35*0.8）
=8.9
实配灯具数目：
选9套
照度校验：
Eav=n*ФN*U*K/A
=9*4200*0.35*0.8/64.8
=309.4lx
3配电系统设计
3.1负荷等级及供电要求
3.1.1负荷等级分类
电力负荷应根据供电可靠性及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。
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。
3.1.2供电要求
根据文献［１］
一级负荷的供电“应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏”。
但在实际设计中为了满足一级负荷的供电，可以采用两路高压供电，但当供电不能满足要求时，应设自备发电机，故可以采用一路高压电源加一路备用电源---应急柴油发电机组供电，当一级负荷容量较大时，应采用两路高压供电。
对于特别重要的负荷供电，除了必须采用两路高压外，还必须设置应急电源（应急柴油发电机），并且该电源中严禁接入其他负荷。
二级负荷的供电要求“宜由两回线路供电”，即当发生电力变压器故障或线路常见故障时不致中断供电（或中断后能迅速恢复）。
设计中常采用一用一备两路高压电源供电或一路高压，另一路备用电源（柴油发电机组），但当负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回6KV及以上专用架空线供电。
三级负荷对供电无特殊要求。
此外，根据文献［７、８］对消防用电设备进行负荷等级划分，对于一类高层建筑的消防用电按一级负荷要求供电并且消防用电设备应采用专用的供电回路。
火灾事故照明和疏散指示标志可采用蓄电池作备用电源，其配电设备应明显标志。
根据工程实践，各照明回路选线均为：
BV-2*2.5，穿PVC管敷设。
本工程亦如此。
实际上，2.5mm2的铜线载流量至少为17A，而一般的单回路的计算电流不过16A，灯具不超过25个，所以选BV–2*2.5mm2合适的。
对于插座回路，每个插座的容量按100W算，其单回路需要系数
表3-1单回路需要系数
数量
≤4
5
6
7
8
9
10
Kd
1
0.9
0.8
0.7
0.65
0.6
0.6
而单回路的插座个数不超过10个为宜，所以插座回路选线为：
BV-3*2.5-PVC16
3.2低压断路器及工作原理
低压断路器用作交、直流线路的过载、短路或欠电压保护，就广泛应用于建筑照明、动力配电线路、用电设备作为控制开关和保护设备，也可用于不频繁起动电动机以及操作或转换电路。
工作原理：
当出现过载时，电流增大，发热元件发热，使双金属片弯曲，通过顶杆顶开锁扣，拉力弹簧使之跳闸；当出现短路时，电磁铁产生强大的吸力，使顶杆顶开锁扣而跳闸。
失电压或欠电压时，电磁铁吸力降低，拉力弹簧的弹力使顶杆顶开锁扣，使开关跳闸。
按极性可分为单极、两极、三级和四极断路器。
3.3插座及导线的选择
3.3.1插座的选择
规范要求：
照明系统中每一单相分支回路电流不宜超过16A。
插座宜单独设置回路，每一回路插座数量不宜超过10个，必须设置A型剩余电流动作保护器，有过流保护功能。
按照设计任务书中对安全的要求，防止人身电击伤害在室内正常环境设置漏电保护器，其动作电流应不大于30mA，动作时间不大于0.1s。
总结以上内容，选用2极16A微型断路器，动作电流30mA,动作时间100ms，具有过流保护功能。
根据《ABB低压电气元件选型手册》插座保护回路使用C65N+Vigi-2P-16A漏电断路器。
满足机械强度的要求。
根据以上要求插座照明线路选择塑料绝缘（BV）电线，电压等级为0.45KV/0.75KV,电线的承载能力>16A,查《建筑电气常用数据》图表选择截面积2.5塑铜线（BV）。
线管使用PC20管
照明每一回路光源数量不宜超过25个，保护回路不安装剩余电流动作保护器过流和短路保护功能。
根据《ABB低压电气元件选型手册》照明保护回路使用C65NA-1P-16单极断路器。
3.3.2导线的选择
导线：
常用绝缘导线按其绝缘材料分为两类，一类是橡皮绝缘，另一类是聚氯乙稀绝缘。
按线芯性能用硬线和软线。
一般截面较小的导线多制成单股导线，截面积较大的导线常用多股线。
BV表示铜芯聚氯乙稀绝缘电线。
YJV表示交联聚乙稀绝缘聚氯乙稀护套电缆。
导线的承载电压大于工作电压。
按敷设方式，环境条件确定的导体截面，其导体载流量不应小于预期负荷最大电流和按保护条件所确定电流。
导体最小截面应满足机械强度的要求，配电线路每一相导体截面不应小于导体最小允许截面的规定。
3.4AL1总配电箱负荷计算
表3-4AL1负荷计算
编号
总功率KW
需要系数
功率因数
额定电压V
设备相数
计算电流A
WP1
4.4
1
0.8
220
A
6.3
WP2
4.4
1
0.8
220
B
6.3
WP3
4.312
1
0.8
220
C
6.1
WP4
8
1
0.8
220
A
11.4
WP5
8
1
0.8
220
B
11.4
WP6
7.8
1
0.8
220
C
11.2
WP7
3.2
1
0.8
220
A
4.6
WP8
3.2
1
0.8
220
B
4.6
WP9
3.2
1
0.8
220
C
4.6
WP10
0.304
1
0.8
220
A
0.4
WP11
0.44
1
0.8
220
A
0.6
WP12
0.092
1
0.8
220
A
0.13
WP13
0.16
1
0.8
220
A
0.23
WP14
0.08
1
0.8
220
A
0.12
WP15
0.6
1
0.8
220
A
0.8
WP16
0.6
1
0.8
220
A
0.8
AL2
3
1
0.8
380
A、B、C
15.1
AL3
3
1
0.8
380
A、B、C
15.1
AL4
3
1
0.8
380
A、B、C
15.1
AL5
3
1
0.8
380
A、B、C
15.1
AL6
3
1
0.8
380
A、B、C
15.1
备用
2
1
0.8
220
A
11
单相负荷A=WP1+WP4+WP7+WP10+WP11+WP12+WP13+WP14+WP15+WP16=17.876KW。
B相＝WP2+WP5+WP8=15.6KW。
C相＝WP3+WP6+WP9=15.312KW
单相负荷换算为等效三相负荷:
A+B+C/3=（17.876+15.6+15.312）/3=16.26266
单相最大值与平均值的差/平均值*100%
如果大于15%则是3倍单相最大值或者小于15%则是三单相相加
（17.876-16.26266）/16.26266*100%=9.9%
大于15%则是三倍单相最大值，小于15%则是三个单相负荷的相加
A+B+C=48.776kw
AL1配电箱计算负荷：
Pjs=kPeIjs=
Pjs－计算负荷KW
K－同时系数0.8见附录1-3
Pe－额定功率KW
Ijs－计算电流A
U－线电压KV0.38KV
COS
－功率因数0.85
Pe=15+48.776=63.776kw
Pjs=k
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