201408712 鑫园小区住宅电气系统设计

兰州交通大学本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文）GRADUATION DESIGN(THESIS)论文题目： 鑫园小区住宅电气系统设计 本科生姓名： 杨自生 学号： 201408712 指导教师姓名： 李红 职称： 讲师 申请学位类别： 工学学士 专业：电气工程及其自动化 设计(论文)提交日期： 2018.6.19 答辩日期： 2018.6.10 III毕业设计（论文）版权使用授权书本毕业设计（论文）作者完全了解 兰州交通大学 有关保留、使用毕业设计（论文）的规定。特授权 兰州交通大学 可以将毕业设计（论文）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交设计(论文)的复印件和电子文档。（保密的毕业设计（论文）在解密后适用本授权说明）毕业设计（论文）作者签名： 指导教师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 本科毕业设计(论文)鑫园小区住宅电气系统设计Electrical System Design of Xinyuan Residential Building姓 名： 杨自生 学 号： 201408712 学 院： 自动化与电气工程学院 专 业 班 级： 电气1401 指 导 教 师： 李红 完 成 日 期： 2018.6.7 兰 州 交 通 大 学Lanzhou Jiaotong University摘 要随着我国社会和国民经济的快速发展，大量的人口涌入城市，人们对于高层建筑的需求成为了建筑增长的主要动力。与过去相比，人们的居住条件和生活质量进一步改善，这也使得建筑行业发展越来越快。本次毕业设计为鑫园小区电气系统设计，该住宅楼总共四个单元，一、四单元是13层，二、三单元是15层，本次设计每一户所取符合为8KW。本次设计内容包括：照明设计、插座系统设计、配电系统设计、设备的选择、导线电缆的选择、防雷接地系统设计、配电箱的选择以及弱电系统的设计。设计要符合相关国家规范要求，设计电气系统既要安全可靠，又要经济合理。应用现代电气设计技术完成鑫园小区电气的设计，满足使用需求，同时更好的为实际施工提供参考。关键词：负荷计算；照明；弱电系统；低压配电；防雷接地 AbstractWith the rapid development of our society and the national economy, a large number of people have flooded into cities, and the demand for high-rise buildings has become the main driving force for building growth. Compared with the past, peoples living conditions and quality of life are further improved, which also makes the construction industry develop faster and faster. This graduation project is the design of the electrical system of xinyuan community. The residential building has four units in total, one and four units have 13 floors and two or three units have 15 floors, and the load of each household is 8kW. The design content includes the design of lighting, socket system design, power distribution system design, equipment selection, the selection of wire cable, Design of lightning protection ground system, the selection of distribution box and weak current system design.The design should meet the requirements of relevant national standards, and the electrical system should be safe, reliable and economical. The modern electric design technology is applied to complete the electric design of xinyuan community, which can meet the demand of use and provide a better reference for the actual construction.Key Words: Load calculation, Illumination, Weak current system, Low voltage distribution, Lightning protection ground目 录摘 要IAbstractII目 录III1 绪论11.1 工程背景11.2 设计范围11.3 设计依据11.4 设计目标11.5 本文的主要工作22 照明平面图32.1 照明系统概述32.2 开关的选择32.3 插座设计42.3.1 插座的配置42.3.2 插座的选择42.4 应急照明设计52.4.1 应急照明的种类52.4.2 应急照明灯具的选择52.4.3 应急照明灯具的布置52.4.4 应急照明灯具的控制方式53 照明配电系统图63.1 照明负荷计算63.1.1 负荷计算的方法63.1.2 本工程的负荷计算73.2 导线、电缆及低压电气设计原则83.2.1 导线及电缆的选择83.2.2 断路器的设计选择原则83.3 负荷计算94 防雷接地系统144.1 防雷接地系统设计145 等电位联结系统设计155.1 总等电位联接系统设计155.2 卫生间局部等电位联接系统设计15结 论16致 谢17参考文献18附录 鑫园小区住宅电气设计施工图19- III -1 绪论1.1 工程背景本次设计为鑫园小区住宅楼的电气系统设计，属于普通的居民住宅楼。本居民住宅楼的建筑结构为：总共分为四个单元，其中一单元（最左边）有13层，每层三户，总共39户；二单元和三单元（中间）每单元有15层，每单元每层2户，总共60户；四单元（最右边）13层，每层2户，总共26户。本居民住宅楼的负荷供电等级为三级，防雷等级为三级，采用TN-C-S供电方式。1.2 设计范围建筑电气设计一定要依据相关的法律法规以及行业行规，平面图纸能够较好的指导现场施工。因为本次设计的对象是普通的居民住宅楼，所以本次电气系统设计主要包括照明设计（照明和插座设计）、供配电设计、防雷、等电位联接以及弱电系统的设计。1.3 设计依据(1) 相关专业提供的工程设计资料。(2) 国家现行有关设计规程，规范及标准，主要包括：民用建筑电气设计规范(JGJ 16-2008)住宅设计规范(GB 50096-1999)供配电系统设计规范(GB 50052-2009) 建筑照明设计标准(GB 50034-2004)建筑物防雷设计规范(GB 50057-1994) 1.4 设计目标安全：设计首先要考虑到建筑电气安全问题，包括用电安全、设备安全和生命生产安全等。可靠：供电电源和供电质量要可靠。合理：设计要符合实际施工情况，并且符合国家的规范要求，不可想当然。 先进：设计不能只看到眼前的发展需求，还要做好长远需求打算，要具有前瞻性，尽量使用最先进的设备技术。实用：电气设计一定要以实际应用出发，要考虑环保、节能等细节。1.5 本文的主要工作(1) 照明平面图设计主要包括照明方式的布置和选择、照明灯具的布置和选择，除此之外还包括应急照明设计等。(2) 插座平面图设计主要包括插座的选择与安装，包括电源插座回路、空调插座回路、厨房插座回路。插座回路除壁挂空调专用回路外，均应设置剩余电流动作保护装置。(3) 供配电系统图设计想要很好地完成照明配电系统图的设计，就必须要经过负荷计算，通过负荷计算，确定每回路、每户、每个单元的负荷情况，从而确定每条线路导线以及截面积的选型，以及确定低压断路器以及电度表的型号。(4) 箱体安装设计根据前面确定绘制的照明配电系统图以及负荷计算，就可以以此来确定本住宅楼所需要的各种配电箱以及各个配电箱的尺寸大小、型号以及安装高度。(5) 防雷接地系统与等电位联接安装设计确定该建筑物的防雷等级，采取对应的防雷措施，并设计等电位联接系统，包括总体和局部等电位联接。 (6) 弱电系统设计通信网络和有线电视系统弱电设计。 2 照明平面图2.1 照明系统概述照明是电气设计中非常重要的一部分，同时，照明也是建筑电气设计中最基础的，也是最直观的部分，一个好的照明设计能够给人带来良好的居住体验。现在人们的生活越来越离不开电了，尤其是到了夏天，空调等大功率电器的使用就要求在设计时候尽可能的设计得更加人性化、更加方便捷。本次照明平面图设计主要包括普通照明、插座选择和安装、照明灯具布置、应急照明、配电箱的布置以及导线的连接等。由于本次设计的鑫园小区各个单元情况有所不同，所以每一层的照明平面图都需要绘制出来，同时为了便于在施工中方便查看和读图，必须分开绘制照明和插座系统的图纸。一般设计步骤：(1) 确定不同的房间以及不同使用环境的照度。(2) 确定每个房间的光源，需要安装的灯具的规格型号。(3) 利用单位容量法进行单元照度计算，从而可以计算出在规定的照度下每个房间需要的灯具数量，以此为基础绘制照明平面图。(4) 根据每个房间将来二次装修可能出现的情况，确定每个房间的插座数量、类型以及安装布置位置，绘制插座平面图。(5) 根据上面所绘制完成的插座和照明平面图，确定断路器、用户电度表、配电箱、导线电缆等设备的规格，绘制系统配电图。由于本次设计为居民住宅小区的电气系统设计，考虑到实际中会进行二次装修，所以只留出灯位以及线路的敷设，不进行具体的照度计算、灯具型号和规格的选择。2.2 开关的选择普通居民住宅照明开关设计均为暗开关，开关的规格为10A 、250V普通照明开关，照明开关一般距地1.3米暗装，单灯单控，卫生间必须使用防水开关，开关的具体选择的规格与数量见图纸电施-02。2.3 插座设计2.3.1 插座的配置在建筑住宅电气中，插座设计和照明设计一样重要，都不可或缺，但是插座的设计更为灵活，插座的设计一般都要考虑布局，布置要有针对性。不同的插座设计可能会有不同的使用体验，有时候甚至截然相反。因此，为能够能广泛的适应不同住户的不同需求以及不同住户二次装修带来的变化，所以在设计插座时候尽可能多合理的布置插座，以此满足不同使用需求。根据相关的设计要求，一般的普通插座、卫生间插座、家用电器插座（空调插座等）等回路要与照明回路分回路敷设，为了安全考虑，一种类型的插座单独设置一回路。为了有效地防止人身触电和电气火灾等，除墙上空调插座专用回路外，都必须安装剩余电流动作保护装置。 2.3.2 插座的选择(1) 厅插座选择客厅的几个墙体，应保证每个主要墙体都有电源插座。有线电视旁边和摆放沙发位置的两端应该放置插座，插座距地0.3米安装。(2) 卧室插座选择卧室是人们休息、睡眠的场所。一般在床头两边各安装一组（二、三孔）多用电源插座，以供床头台灯、落地风扇及电热毯之用，床头的对面设1组多用电源插座作备用，所以插座共设置3组。(3) 厨房和餐厅插座选择厨房家用电器比较多，主要有冰箱、电饭煲、抽油烟机、电磁炉、微波炉等。具体插座安装位置应根据各用电器来放置。抽油烟机插座一般安装高度为2米，其他插座安装高度为1.3米。厨房的插座应该设置独立回路。(4) 卫生间插座选择卫生间是人们洗澡、方便的场所。家用电器有电热水器、热光灯等，插座安装高度为2.0米。玻璃镜面的旁边设置一组插座供吹风机等使用，安装高度为1.3米。卫生间的插座应该设置独立回路。待所有插座确定以后，绘制的插座平面图见附录电施-10电施-14。2.4 应急照明设计应急照明是建筑电气设计中极其重要的一部分，一个完整的电气设计图纸必然离不开应急照明，应急照明在平时可能容易被忽视，但是当电源中断正常供电时，普通照明停止工作时，应急照明就显现出了它的重要性。 2.4.1 应急照明的种类应急照明分为三类，即疏散照明、安全照明和备用照明。疏散照明分为安全出口照明和疏散走道照明2。这两个照明安装方式以及安装位置都是不一样的。2.4.2 应急照明灯具的选择应急照明的设计规范是：当正常照明发生事故无法使用时，应急照明必须能够瞬时启动。否则，当发生事故时，就有可能因为无法及时提供所需的照明而造成更大的损失。2.4.3 应急照明灯具的布置本工程中采用正常、应急照明两用型吸顶灯。2.4.4 应急照明灯具的控制方式控制方式包括以下三种：(1) 应急照明灯具常亮。无论是否发生紧急情况或者正常照明发生故障，应急照明灯一直都是长亮的，所以一般不设置消防中心。但是长亮会影响灯的寿命，而且对电能耗费较高；(2) 自带蓄电池；(3) 应急照明和正常照明共用，一旦发生故障无法正常照明时，可以强制点亮。但是在设计和布线时需要增加一条控制线。本工程应急照明设计的控制方式是采用自带蓄电池的的应急照明灯。3 照明配电系统图现在人们的生活越来越离不开电，电力是人们一切生产活动的基础，电力系统对于住宅楼的重要性不言而喻。对于一栋住宅小区来说，如果停止供电，轻则影响正常生活，重则造成经济损失。所以，在设计之初，设计人员就要认真对待每一部分的设计，合理的负荷计算以及设备选型能够更好的保障安全。本次设计的住宅楼有四个单元，每个单元和楼层都不尽相同，所以本次设计的配电方案是：由整栋楼的总配电箱引出4个干线回路分别到各单元分配电箱，然后由各单元分配电箱引出4个干线回路到分配电箱，在从分配电箱引入到户配电箱。楼梯照明回路由每单元第一个分配电箱引出至各层楼梯用于照明。同时，每三到四层的住户的单相电度表都集中装到对应的分配电箱，楼梯等公共照明则单独设置一个单相电度表放在每单元的第一个分配电箱里面，对于楼梯的公共照明部分，则将电费分摊到每一户。3.1 照明负荷计算3.1.1 负荷计算的方法计算负荷的确定是供电照明设计中极其重要的一部分。合理的计算负荷可以增加经济效益，减少资源的浪费，同时还能够延缓线路的老化，增加设备的使用寿命。电力负荷的计算方法较多，不同的行业计算方法是不一样的。目前最常用的负荷计算方法是：单位容量法、二项式法、需用系数法。(1) 单位容量法在方案设计阶段，需要对电力负荷进行估算，这种方法具有一定的可行性。但是由于我国幅员辽阔，各地经济发展有一定的差距，所以指标也不相同。(2) 二项式法二项式法是适用于大容量负荷设备负荷计算，这种方法计算简单，但是往往结果偏大。(3) 需要系数法设备功率乘以需要系数，直接求出计算负荷。一般在在初步设计或者施工图设计阶段使用。3.1.2 本工程的负荷计算本工程采用需要系数法。需要系数法计算简便，结果一般符合实际。需要系数法的计算公式： (1) 有功功率Pc=PeKd (2) 无功功率Qc=Pctan(3) 视在功率Sc=Pc2+Qc2 (4) 220V单相负荷的计算电流Ic=PcUNcos(5) 220V/380V三相负荷的计算电流Ic=Pc3UNcos其中，Pc为用电设备有功计算负荷，kW；Qc为用电设备无功计算负荷，kvar；UN为用电设备组额定线电压，kV；Kd为需用系数；为功率因数角。表3.1 住宅的需要负荷系数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13390.91.004812240.650.9091227360.500.65132439720.450.5025124753000.400.451252593756000.300.402603007809000.260.303.2 导线、电缆及低压电气设计原则 3.2.1 导线及电缆的选择导线的选择必须符合发热条件、电压损失、机械强度三个条件2。(1) 按照发热条件，即安全载流量选择INIC (3.1) 其中，IC为计算负荷计算出的总电流(A)；IN：不同截面的导线长期允许额定电流(A)。(2) 按电压损失选择对于送电距离200米的线路，一般先按电压损失条件要求计算方法来选择导线截面，然后再用发热条件和机械强度要求进行校验2。(3) 按照机械强度选择在选择导线时，机械强度也是一个重要的指标，选择的导线应有足够的机械强度承受一定的压力，有时候截面积可能符合要求，但是为了满足实际的应用场景必须考虑机械强度更强一点的导线或电缆。3.2.2 断路器的设计选择原则(1) 长延时过电流脱扣器的整定，主要用于线路过负荷整定。 Iop1.1Ic主要用于线路过负荷保护。Iop是长延时脱扣器的整定动作电流。(2) 满足的第二个条件 IopKIc (3.2)否则在正常电流下工作也会跳闸。其中，Ic为线路的计算电流(A)；K为低压断路器灵敏系数，一般取1.3。在选择断路器型号时，应注意，断路器长延时过流脱扣器的整定电流应大于或者等于该线路的计算电流。(3) 剩余电流动作保护器剩余电流动作保护器对防止人身触电、电气火灾和设备损坏具有重要的意义。在本次设计中，所有的插座回路（除空调插座）都应该设置剩余电流动作保护器。我国规定的额定剩余动作电流值有6mA、10mA、30mA、100mA、200mA等共15个等级。在住宅电路中主要还是为了防止人身触电，所以一般设置高灵敏度的剩余电流动作保护器，也就是剩余动作电流在30mA及以下的1。在本次的设计中为了提高供电可靠性，增加供电的安全性，在总的配电干线上设置总保护，也就是第一级保护。主要防止接地故障引起的火灾和设备的损坏，但是对人体触电是无效的。本设计中主干线采用300mA的剩余动作电流保护器，带0.4s的延时，完全可以既保证动作的灵敏度，同时又不妨碍用户插座回路剩余电流动作保护器的灵敏度。3.3 负荷计算(1) 分户箱各回路负荷计算。下面以一单元一楼的户型为例进行负荷计算以及用电设备的选型。普通照明回路N1的负荷计算： 总功率：Pe=1kW Kd=0.9 cos=0.9 Pc=PeKd=10.9=0.9(kW) Ic=PcUNcos=4.09(A)根式3.2计算，此条回路应该选择S251S-C16型断路器。根据Ic及式3.1，应选用直径为16mm的BV-32.5的铜芯塑料绝缘线，穿直径为20mm的pc管墙内或顶棚暗敷设。厨房插座回路N2的负荷计算：总功率：Pe=1kW Kd=0.9 cos=0.9 Pc=PeKd=10.9=0.9(kW) Ic=PcUNcos=4.55(A)根据式3.2计算，此条回路选择的断路器型号为GS251S-C20/0.03。根据Ic及式3.1计算查得应该选用型号为BV-34的铜芯塑料绝缘线，穿直径为20mm的pc管墙内或地板暗敷设。普通插座回路N3的负荷计算：总功率：Pe=1kW Kd=0.9 cos=0.9 Pc=PeKd=10.9=0.9(kW) Ic=PcUNcos=4.55(A)根据式3.2计算，此条回路选择断路器型号为GS251S-C16/0.03，其漏电动作电流是0.03A。根据Ic及式3.1，应选用BV-34的铜芯塑料绝缘线，穿直径为16mm的pc管墙内或者地板暗敷设。卫生间插座回路N4的负荷计算：总功率：Pe=1kW Kd=0.9 cos=0.9 Pc=PeKd=10.9=0.9(kW) Ic=PcUNcos=4.55(A)根据式3.2计算，此条回路选择断路器型号为GS251S-C20/0.03，其漏电动作电流是0.03A。根据Ic及式3.1，选用型号为BV-34的铜芯塑料绝缘线，穿直径为20mm的pc管墙内或地板暗敷设 。空调插座回路的N5负荷计算：总功率：Pe=2kW Kd=0.9 cos=0.9 Pc=PeKd=20.9=1.8(kW) Ic=PcUNcos=10.1(A)根据式3.2计算，此条回路选择断路器型号为GS251S-C20/0.03，其漏电动作电流是0.03A。根据Ic及式3.1，应选用型号为BV-34的铜芯塑料绝缘线，穿直径为20mm的pc管墙内或者地板暗敷设。普通插座回路N6的负荷计算：总功率：Pe=1kW Kd=0.9 cos=0.9 Pc=PeKd=10.9=0.9(kW) Ic=PcUNcos=4.55(A)根据式3.2计算，此条回路选择断路器型号为GS251S-C16/0.03，其漏电动作电流是0.03A。根据3.1计算，选用型号为BV-34的铜芯塑料绝缘线，穿直径为16mm的pc管墙内或者地板暗敷设。 (2) 单元负荷计算 分户箱的负荷计算总功率：Pe=8kW Kd=1 cos=0.9 Pc=PeKd=80.9=7.2(kW) Ic=PcUNcos=36.3(A)根据式3.2计算，此条回路选择S251S-C40型断路器。根据Ic及式3.1，应选用型号为BV-310的铜芯塑料绝缘线，穿直径为25mm的钢管敷设。 配电箱负荷计算在本次设计中，一单元和四单元，1至9层每三层楼的用户共用一个配电箱，10至13层共用一个配电箱。二单元和四单元，每三层共用一个配电箱。取其中一户：总功率：Pe=8kW Kd=1 cos=0.9 Pc=PeKd=80.9=7.2(kW) Ic=PcUNcos=36.3(A)选择断路器时，重要负荷整定值上一级比下一级高一级，本工程中此户断路器选择S251S-C50型。根据式3.2计算，应选用型号为BV-310的聚氯乙烯绝缘铜导线。穿直径为25mm的SC管墙体暗敷设。选择DD862a-15(60A)/220V单相电能表。由于每户的功率设计为8kW，其他户计算和设备设备选择过程同上。楼梯照明回路：总功率：Pe=1kW Kd=0.9 cos=0.9 Pc=PeKd=10.9=0.9(kW) Ic=PcUNcos=4.55(A) 根据式3.2计算，此条回路选择S251S-C16型断路器。根据式3.1计算，应选用型号为BV-32.5的铜芯塑料绝缘导线，穿直径为16mm的pc管墙内暗敷。电度表选择DD862a-5(10A)/220V单相电能表。先计算一单元负荷，以A12为例：总功率：Pe=72kW Kd=0.58 cos=0.9 Pc=PeKd=720.58=41.76(kW) Ic=Pc3UNcos=70.50(A)根据式3.2计算，选择CM1-100M/3300-100A型断路器，根据式3.1计算应选用BV-325+216型铜芯塑料绝缘导线，穿直径为50mm钢管敷设。再计算二、三、四单元负荷，以A22为例：总功率：Pe=48kW Kd=0.58 cos=0.9 Pc=PeKd=480.58=27.84(kW) Ic=Pc3UNcos=47.01(A)根据式3.2计算，选择CM1L-100M/3300-80A型断路器，根据式3.1计算应选用BV-316+28型铜芯塑料绝缘导线，选穿直径为50mm钢管敷设。其他相关的配电箱的计算以及设备的选择都按照上述方法计算。 每单元的负荷计算该小区结构为一单元（最左边）是每层三户，共13层，所以是39户。楼梯间公共照明的功率每单元按1kW计算，需用系数取值为KX=0.5，选同时系数取Kt=0.6，得：一单元的总电流是：Ij=398000+13UNcos0.50.6=158.01(A)根据式3.2计算，选择CM1-225M/3300-200A型断路器，根据式3.1计算应选用BV-370+235型电缆，穿直径为100mm钢管敷设。二、三单元的各单元的总电流是：Ij=308000+13UNcos0.50.6=121.55(A)根据式3.2计算，选择CM1-225M/3300-160A型断路器，根据式3.1计算应选用YJV-350+225型电线电缆，穿直径为70mm钢管敷设。四单元的总电流是：Ij=268000+13UNcos0.50.6=105.34(A)根据式3.2计算，选择CM1-225M/3300-140A型断路器，根据式3.1计算应选用BV-350+225型电线电缆，穿直径为70mm钢管敷设。 住宅楼总负荷计算住宅楼总共4个单元，一单元每层楼有三户，二、三、四单元每层楼有两户，4个单元共计125户。根据三相配电计算，需用系数选取KX=0.45，同时系数选取Kt=0.6，得：Ij=1258000+43UNcos0.450.6=455.80(A)根据式3.2计算，选择CM1L-630M/4300-500A型断路器，进线采取双拼进线的方式，电缆降容系数取0.7，根据式3.1计算应选用2（VV2-4240）凯装电线电缆，穿直径为150mm钢管敷设。4 防雷接地系统 雷电是常见的自然灾害之一，雷电有可能对建筑物造成破坏，影响电力设备的正常运行，甚至造成火灾，严重时会影响到人生安全。所以防雷是电气设计中重要的一部分，通过防雷设计可以有效地控制雷击灾害。本次设计的鑫园小区为普通民用住宅建筑，主要是为了防直击雷，防雷等级为三级，具体的防雷平面布置图见电施-15、电施-16、电施-17。4.1 防雷接地系统设计(1) 接闪器：明装避雷网和避雷带一般用圆钢或扁钢制成，避雷带使用直径为12mm的镀锌圆钢，避雷带在屋顶以及突出部分的安装高度为100mm200mm，避雷带之间每1000mm设置一个支持卡子，用于支撑避雷带。(2) 引下线：住宅楼内一般不单独设置引下线，主要利用住宅的柱内主钢筋作为引下线，将电流引入大地，其截面积不小于48mm2。一般情况下引下线不得少于两根，引下线的间距不应大于30m。当技术有困难时可适当增大到40m，沿着建筑物周围均匀的引下。(3) 接地装置：接地装置包括接地线和接地体两部分，主要是把从接闪器和引下线下来的电流导入大地，从而起到保护作用，引下线和接地体则通过直径为10mm的圆钢接地线联结起来。垂直接地体一般采用直径50mm，长度为2500mm的圆钢或角钢，为了减少相邻接地体之间的屏蔽作用，一般各接地体之间的距离为5m；水平接地体一般使用-404mm的扁钢。接地电阻必须小于4W。 5 等电位联结系统设计5.1 总等电位联接系统设计为了防止人身触电、电气灾害等，整个建筑物就必须设计总等电位联接（MEB），使得整个建筑物的正常非作用导体处于