【电气工程及其自动化】某法院办公楼电气工程设计

本科生毕业设计（论文）某法院办公楼电气工程设计二级学院信息科学与技术学院专业电气工程及其自动化完成日期2014年5月10日A基础理论B应用研究C调查报告D其他目录1概述111工程概况112设计依据113设计范围12供配电系统设计121配电的设计概述122低压配电系统2221低压配电系统的配电要求223负荷分级324负荷供电要求325低压配电线路的接线方式426系统接地的型式53负荷计算54配电箱负荷计算641分配电箱的负荷计算642总配电箱的负荷计算85断路器、导体的选择951断路器的选择952导体的选择10521选择原则10522导体类型的选择10523导体截面的选择106照明系统设计1161概述1162照明方式与种类1163办公照明设计原则1164照明光源与灯具的选择12641照明光源选择的一般原则12642照明灯具选择的一般原则12643本设计的光源与灯具的选择1265照明相关标准1266照度计算1367应急照明设计15671设置场所15672设计要求1568照明负荷的布置16681设计原则16682负荷平面布置图16结束语17参考文献18附录19致谢21某法院办公楼电气工程设计摘要本设计以现行国家相关规范为标准，以供电可靠、安全用电、节约能源和经济合理为原则，对某法院办公楼进行了电气工程设计。设计内容包括低压配电系统和照明系统，根据负荷等级确定供电方式及系统方案；运用需要系数法进行负荷计算。通过照度计算，确定最佳光源数，为人们创造舒适、明亮的办公环境。关键词电气设计，供配电系统，照明系统，负荷计算，照度THEELECTRICALENGINEERINGDESIGNOFACOURTOFFICEBUILDINGABSTRACTTHISDESIGNBYEXISTINGRELEVANTNATIONALNORMSASTHESTANDARD,INORDERTOSUPPLYPOWERRELIABLE,SAFEELECTRICITY,ENERGYCONSERVATIONANDECONOMICRATIONALITYFORTHEPRINCIPLE,HADCOMPLETEDTHEELECTRICALENGINEERINGDESIGNOFACOURTOFFICEBUILDINGTHECONTENTOFDESIGNINCLUDESLOWVOLTAGEDISTRIBUTIONSYSTEMSANDLIGHTINGSYSTEMS,ACCORDINGTOTHELOADLEVELSDETERMINETHEPOWERSUPPLYMODEANDSYSTEMPLAN,USINGTHECOEFFICIENTMETHODPERFORMEDLOADCALCULATIONBYILLUMINANCECALCULATIONSTODETERMINETHEOPTIMUMNUMBEROFLIGHTSOURCES,CREATESACOMFORTABLE,BRIGHTOFFICEENVIRONMENTKEYWORDSELECTRICDESIGNS,POWERSUPPLYANDDISTRIBUTIONSYSTEM,LIGHTINGSYSTEM,LOADCALCULATION,ILLUMINATIO1概述11工程概况本工程为某法院的办公楼，共有五层，均为地上建筑，建筑总面积约为2038M2。各层主要功能如下首层至三层为审判庭、休息室，四层为办公室，五层为活动室。根据办公建筑设计规范JGJ672006第103条规定，法院办公楼属于特别重要的办公建筑，故本建筑为一类办公建筑【1】。12设计依据甲方设计任务书及设计要求；初步设计有关批文及各专业所提供资料；建筑专业提供的平面图；国家的相关规范供配电系统设计规范GB500522009；低压配电设计规范GB500542011；民用建筑电气设计规范JGJ/T162008；办公建筑设计规范JGJ672006；建筑照明设计标准GB500342004。13设计范围（1）本法院办公楼的低压配电系统、照明系统的设计；（2）室外10KV变配电站及供配电线路不在本设计范围内，该部分已由甲方另行委托有关部门进行设计；（3）景观照明不在本设计范围内，由甲方另行委托设计。2供配电系统设计21配电的设计概述低压配电系统【2】，是指从终端降压变电所的低压侧到低压用电设备的电力线路，其电压一般为380/220V，由配电装置（配电柜或盘）和配电线路（干线及分支线）组成。低压配电系统可分为动力配电系统和照明配电系统。低压配电网络由馈电线、干线和分支线组成，馈电线是将电能从变电所低压配电屏送至配电盘（箱）的线路；干线是将电能从总配电盘送至各个分配电箱的线路，分支线是出干线分出，将电能送至每一个照明分配电箱的线路、及从分配电箱分出接至各个用电设备的线路。22低压配电系统民用建筑配电系统的设计应根据工程规模、设备布置、负荷性质及用电容量等条件确定。建筑内用电设备多为低压设备，低压配电系统是建筑内的主要配电方式，必须保障各用电设备的正常运行。221低压配电系统的配电要求【2】（1）满足供电可靠性要求。保证用电设备的正常运行，杜绝或减少因事故停电造成的政治亡、经济上的损失。应根据不同的民用建筑对供电的可靠性要求和民用建筑的用电负荷等级，确定供电电源和供电方式。供电的可靠性是由供电电源、供电方式和供电线路共同决定的。（2）满足用电质量要求。电能质量主要是指电压、频率和波形质量，主要指标为电压偏移、电压波动和闪变、频率偏差、谐波等。电压偏移应符合额定电压的允许范围。不同类用电设备的配电线路的设计应合理，必须考虑线路的电压损失。一般情况下，低压供电半径不宜超过250M。照明、动力线路的设计应考虑电力负荷所引起的电压波动不超过照明或其他用电设施对电压质量的要求。（3）满足用电负荷发展要求。近年来由于各类用电设备的发展非常迅速，因此在设计时应该进行调查研究，参照当地现行有关规定，适当考虑发展的要求。同时，配电设备如低压配电屏或低压配电箱应根据发展需要留有适当的备用回路。（4）其他要求1）低压配电线路应当力求接线简单，并具有一定的灵活性。2）电系统的电压等级一般不宜超过两级。3）操作安全，维修方便。4）单相用电设备应适当配置，力求达到三相负荷平衡。5）节省有色金属消耗，减少电能损耗，降低运行费用。为了满足低压配电系统的配电要求,本设计采取了以下方法（1）采用双电源、放射式供电方式；（2）分层设置配电箱，各个分配电箱留有2条备用回路；（3）每套房间设有独立的电源开关，单相用电设备进行了适当配置，力求达到三相负荷平衡；（4）导线采用BV型聚氯乙烯绝缘电线穿PVC阻燃塑料管敷设。23负荷分级用电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【3】。在民用建筑电气设计规范JGJ/T162008第321条中作出了以下的规定1符合下列情况之一时，应为一级负荷1）中断供电将造成人身伤亡时。2）中断供电将在政治、经济上造成重大影响或损失时。3）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，或造成公共场所秩序严重混乱时。例如重要通信枢纽、重要交通枢纽、重要的经济信息中心、特级或甲级体育建筑、国宾馆、国家级及承担重大国事活动的会堂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用电单位中的重要电力负荷。在一级负荷中，当中断供电后将影响实时处理重要的计算机及计算机网络正常工作以及特别重要场所中不允许中断供电的负荷，为特别重要的负荷。由于法庭开庭审判的特殊性,不允许有照明中断的情况出现,一旦中断供电将在政治、经济上造成重大影响或损失。因此,为保证本工程建筑供电的连续性和可靠性，应急照明采用一级负荷供电。2符合下列情况之一时，应为二级负荷1）中断供电将造成较大政治影响时。2）中断供电将造成较大经济损失时。3）中断供电将影响重要用电单位的正常工作，或造成公共场所秩序混乱时。3不属于一级负荷和二级负荷的用电负荷应为三级负荷。而本建筑的其他动力设备、照明用电既不属于一级负荷的情况，也不符合二级负荷的情况，停电影响相对而言不大，故为三级负荷供电。24负荷供电要求1一级负荷的供电电源应符合下列要求【3】（1）一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。一级负荷容量较大或有10KV用电设备时，应采用两路10KV或35KV电源。如一级负荷容量不大时，应优先采用从电力系统或临近单位取得第二低压电源，亦可采用应急发电机组。如一级负荷仅为照明或电信负荷时，宜采用不间断电源UPS或EPS作为备用电源。（2）一级负荷中的特别重要负荷，尚应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。2三级负荷对供电无特殊要求。本工程的应急照明属于一级负荷，用双电源供电，选用自带电源灯，正常情况下由照明电源供电，强切情况下由蓄电池供电。其他动力设备、照明用电为三级负荷，对供电无特殊要求，采用单回路供电。25低压配电线路的接线方式民用建筑低压配电线路的设计主要包括供电线路的形式、配电方式、导线的选样、线路敷设、线路控制和保护等。其中，配电方式的选择对提高用电的可靠性和节省投资有着重要意义。民用建筑低压配电线路的基本配电方式（也叫基本接线方式）有放射式、树干式和链式三种。放射式接线，它的优点是配电线相对独立，发生故障时影响停电的范围较小，供电可靠性较高；配电设备比较集中，便于维修。但采用的导线较多，有色金属消耗量大多较大，同时也占用较多的低压配电盘回路，从而使配电盘投资增加。树干式接线，它不需要在变电所低压侧设置配电盘，而是从变电所低压侧的引出线经过空气断路器或隔离开关直接引至室内，这种配电方式使变电所低压侧结构简单，减少了电气设备的用量，有色金属损耗小，系统灵活性较好。链式接线，这种接线方式的特点与树干式相似，是树干式接线的特殊形式。它适用于距离配电盘较远而彼此相距又较近的不重要的小容量用电设备。链式接线所连接的设备般不宜超过4台。由于链式线路只设置一组总的保护，所以可靠性较差，目前很少采用，但在住宅建筑照明线路中仍经常被采用。在实际应用中，放射式和树干式应用较为广泛，但纯树干式也极少采用，往往是树干式与放射式的混合使有，即混合式。这种供电方式可根据配电盘分散的位置、容量、线路走向综合考虑，故这种方式往往使用较多。本工程采用的是供电可靠性较高，影响停电范围较小的放射式低压配电线路。26系统接地的型式低压配电系统接地型式，可采用TN系统、TT系统和IT系统【4】。TN系统中，根据其保护线是否与中性线分开而划分为TNC、TNS、TNCS系统。这三类系统的区别是TNC系统中性线和保护线是合一的；TNS系统中性线和保护线是分开的；TNCS系统中性线和保护线有一部分是合一的。在选择低压配电系统接地型式时，考虑到本工程有“大量相对地单相负载【5】”，故而采用TNS系统，在电源引入处作重复接地；其工作零线和保护地线在接地点后要严格分开。凡正常不带电而当绝缘破坏有可能呈现电压的一切电气设备金属外壳均应可靠接地。3负荷计算计算负荷，作为按发热条件选择配电变压器、导体及电器的依据，并用来计算电压损失和功率损耗。在工程上为方便计算，亦可作为电能消耗量及无功功率补偿的计算依据。一级负荷、二级负荷，用以确定备用电源或应急电源。按民用建筑电气设计规范，“在方案设计阶段可采用单位指标法；在初步设计阶段，宜采用需要系数法。”需要系数法计算有功功率PWS（31）单相照明线路的计算电流20COSXECKI（32）三相照明线路的计算电流380COSXEJKPI（33）用电设备组计算负荷XEK（34）XEQK（35）2SP（36）配电干线计算负荷CTK（37）（38）CTQK（39）2CSP（310）380JI式中W单位面积功率（W/M2）S供电面积（M2）同时系数需要系数Q用电设备组无功功率（KVAR）P用电设备组有功功率（KW）4配电箱负荷计算41分配电箱的负荷计算（1）以首层配电箱AL1负荷计算为例，具体计算如下1）AL1箱各回路负荷计算WL1L3相回路，4盏27W吸顶灯，8盏22W应急吸顶灯，090，048COSTAN用电负荷27024KWPTAN1VARQ2SC3VA/02143AICS同理可计算出其它回路，得出如表1所示结果表1配电箱AL1各回路负荷计算结果序号回路编号总功率设备相数视在功率有功功率无功功率计算电流1WL10284L30320260141432WL20047L3005004003024续表1序号回路编号总功率设备相数视在功率有功功率无功功率计算电流3WL3007L30070060040324WL4168L11681511017645WL50108L30110100060496WL60105L30110090060487WL708L20800720483648WL83L130027018013649WL93L2300270180136410WL103L3300270180136411WL1110L210009006045512WL1210L31000900604552）用需要系数法计算总的计算负荷。本工程中，需要系数取09。DK则L1相C1P5KW2741KQ0VAR8RVARC1I64A3L2相C2P07KW09K432WQ48VAR1R6VAR8RC2I36A51AL3相P0K0K09K2709KW57WC3Q14VAR3R4VAR6RVAR18R06K28C3IA09A081345A2L2相最大，则30C2DPK16KWTAN50VARQ2303S94VACNI16U故首层AL1配电箱系统图如图1所示图1AL1配电箱系统图42总配电箱的负荷计算总EP116613252215919768056KW总EDK7250KW总30总Q总TAN3480KVAR23030SP8KVA总总总30NI14U总总各配电箱系统图见附录A。5断路器、导体的选择51断路器的选择目前，断路器被广泛用于低压电网中作过载、短路保护。如果选择不当，可能会发生误动作或不动作，失去保护作用，甚至产生安全隐患。因此，应根据具体使用条件，与相邻电器的配合以及断路器的结构特点等因素，选择最合适的断路器类型。小型断路器是用于低压电气设备，保护导体、开关及电器，防止过载和短路的。断路器额定电流的确定低压断路器壳架等级额定电流（指塑壳或框架中所能装的最大过流脱扣器的额定电流）和低压断路器的额定电流（过流脱扣器的额定电流）应大于或等于线路的计算电流【6】。下面以配电箱AL1的WL4回路为例选择断路器WL4回路功率为168KW，则WL4回路计算电流为WL4P168IA74U02故所选的断路器额定电流应大于或等于764A。选用C65N系列断路器，查相关产品资料可知，C65N断路器适用于工业、民用建筑、能源及基础设施等领域低压终端配电。其电气参数为（1）最大工作电压440VAC（2）分段能力6KA（3）限流等级3（4）极数1、2、3、4P（5）额定电流1、2、4、6、10、16、20、25、32、40、50、63A因此，WL4回路选择C65NC10A/1P型的断路器，其额定电流10A，大于计算电流764A，符合要求。52导体的选择521选择原则（1）根据计算负荷电流；（2）根据断路器整定值；（3）导线及断路器选择时要前后级之间相互配合,前一级断路器整定值至少比下一级断路器整定值高一级。522导体类型的选择（1）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中，电气线路一般采用暗敷方式，为了保证用电安全、提高可靠性，同时降低线路电能损耗，照明配电干线或分支线应采用铜芯绝缘电线或电缆；（3）绝缘及护套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。根据以上三点，本工程选择BV型聚氯乙烯绝缘导线，其敷设条件为室内明敷或穿管敷设，交流500V、直流1000V以下电器设备及电气线路，本设计采用穿PVC阻燃塑料管敷设。523导体截面的选择长期通过负荷电流不应该使导线过热，线路计算电流必须小于导线的允许载流量，按这个关系根据表2进行导线截面的选择。在选择导线截面积时，当线路计算电流过小时，导线截面积不宜选择过小，应不小于25MM2。本工程选择结果照明回路选用BV225，插座和空调插座回路选用BV34；具体导线型号选择见图纸。表2BV绝缘电线穿管敷设持续载流量【7】（A）环境温度/0C25303540导线根数标称截面积/MM22345、62345、62345、62345、615141311914131191312108121198续表2环境温度/0C25303540导线根数标称截面积/MM22345、62345、62345、62345、62520191513191815131716141216151311427252119262420182422181622201715636322824343127233129252129222320104844383346423632433933304036312716645950446156484257524539534841362584776759807364567568605269635548351049483739989796993837464867768605012611410087119108958311110189781039382726照明系统设计61概述照明设计的目的是根据具体场合的要求，正确地选择光源和灯具，确定合理的照明形式和布灯方案，在节约能源和建筑资金的条件下，营造一个良好的学习工作环境。在本工程的照明设计中，由于本工程为多层法院办公楼，因此，要结合法院办公室照明的特点来进行设计。62照明方式与种类照明方式可分为一般照明、分区一般照明、局部照明和混合照明。照明种类可分为正常照明、应急照明、值班照明、警卫照明、景观照明和障碍照明。应急照明包括备用照明（供继续和暂时继续工作的照明）、疏散照明和安全照明。本工程的照明方式为一般照明,照明种类是正常照明和应急照明。63办公照明设计原则（1）办公时间几乎都是白天，因此人工照明应与天然采光结合设计而形成舒适的照明环境。办公室照明灯具宜采用荧光灯。（2）办公室的一般照明宜设计在工作区的两侧，采用荧光灯时宜使灯具纵轴与水平视线平行。不宜将灯具布置在工作位置的正前方。（3）在有计算机终端设备的办公用房，应避免在屏幕上出现人和物（如灯具、家具、窗等）的映像。64照明光源与灯具的选择641照明光源选择的一般原则（1）室内照明光源的确定，应根据使用场所的不同，合理地选择光源的光效、显色性、寿命、起动点燃和再启燃时间等光电特性指标，以及环境条件对光源光电参数的影响。（2）室内照明应优先采用高光效光源和高效灯具。在有连续调光、防止电磁波干扰、频繁开闭或室内装修设计需要的场所，可选用白炽灯或卤钨灯光源。（3）在选择光源色温时，应随照度的增加而提高。当照度低于100LX时宜采用色温低于3300K的光源。（4）室内一般照明宜采用同一种类型的光源。当有装饰性或功能性要求时，亦可采用不同种类的光源。642照明灯具选择的一般原则（1）在选择灯具时，应根据环境条件和使用特点，合理地选定灯具的光强分布、效率、遮光角、类型、造型尺度以及灯的表观颜色等。（2）对于功能性照明，宜采用直接照明和选用敞开式灯具。（3）在满足照明质量、环境条件和防触电保护要求的情况下，尽量选用效率高、利用系数高、寿命长、光通量衰减小、安装维护方便的灯具。（4）公共建筑中的门厅、大楼梯厅等处，可采用较高亮度的灯具。643本设计的光源与灯具的选择根据照明光源及灯具的选择原则，本建筑主要照度标准及光源、灯型选择如下（走廊、厕所为0米工作面照度，其它为075米工作面照度）（1）大法庭、法庭300LX格栅灯（2）办公室、活动室300LX双管荧光灯（3）休息室、门厅100LX单管荧光灯（4）走廊50LX吸顶灯（5）卫生间75LX吸顶灯65照明相关标准【8】表3办公建筑照明标准值房间或场所参考平面及其高度照度标准值（LX）UGRRA普通办公室075M水平面3001980高档办公室075M水平面5001980会议室075M水平面3001980接待室、前台075M水平面30080营业厅075M水平面3002280设计室实际工作面5001980文档整理、复印、发行室075M水平面30080资料档案室075M水平面20080表4公共场所照明标准值房间或场所参考平面及其高度照度标准值（LX）UGRRA普通地面10060门厅高档地面20080普通地面5060走廊、流动区域高档地面10080普通地面3060楼梯、平台高档地面7580表5办公建筑照明功率密度值照明功率密度（W/M2）房间或场所现行值目标值对应照度值（LX）普通办公室119普通办公室高档办公室、设计室1815高档办公室、设计室会议室119会议室营业厅1311营业厅文档整理、复印、发行室119文档整理、复印、发行室档案室87档案室66照度计算常用的照度计算方法有利用系数法，单位容量法和逐点法等3种。任何一种照度计算方法，都只能做到基本准确，工程上计算结果有20至10的误差是允许的。因此在本办公楼的照明设计中采用了利用系数法【9】计算。利用系数法是计算一般照明平均照度的最主要的办法。利用系数是根据灯具形式、安装方式，并综合受照房间结构特征及墙壁、顶棚、地板的反射比等因素而确定的。用利用系数可以在已知房间特性和照明要求的情况下计算所需照明器数NMFUESAVFA（61）其中，N所需照明器数；工作面所需照度（LX）；EAVFA工作面面积，即房间面积（M2）；每个照明器内光源的输出光通量（LM）；SU利用系数；MF维护系数。（1）以大审判厅为例房间参数如下长L20M，宽W12M，高H3M；由附录B表6和表7可取得，墙反射比WA050，地面反射比FC02，顶棚反射比C070；室空间系数RCR15，室形指数RI333；照度要求值300LX，功率密度不超过11W/M2。（2）灯具数量计算照明器采用T5型328W节能荧光灯，灯具输出光通量为32670LM8010LM；S查附录B表8得，当C070，WA050,FC020，RI3时U072查附录B表8得，当070，050,F020，RI4时U075利用直线内插法查得当C070，WA050，FC020，RI333时U073故灯具的利用系数U为073维护系数MF08则NMFESAVFA3002012/（801007308）154实取20盏按照4行5列布置。（3）功率密度值校验实际求出的密度功率值为2084W/（2012）7W/M2显然满足要求且趋于节能。（4）计算照度值校验实际平均计算照度为FSAVAMFUNE38982LX满足规范照度要求。67应急照明设计671设置场所在正常照明的电源发生故障时，为了保证人们的继续工作、人员安全或顺利疏散，需要启用应急照明，它包括备用照明、安全照明和疏散照明三种。工作场所在下列情况下应设置应急照明（1）正常照明因故障熄灭后，需确保正常工作或活动继续进行的场所，应设置备用照明；（2）正常照明因故障熄灭后，需确保处于潜在危险之中的人员安全的场所，应设置安全照明；（3）正常照明因故障熄灭后，需确保人员安全疏散的出口和通道，应设置疏散照明。672设计要求（1）应急照明作为正常照明的一部分同时使用时，应有单独的控制开关，且控制开关面板宜与一般照明开关面板相区别或选用带指示灯型。（2）应急照明不作为正常照明的一部分同时使用时，当正常照明因故停电，应急照明电源宜自动投入。（3）公共场所的安全出口、疏散出口应设指示灯。（4）疏散应急照明宜设在墙面或顶棚上，安全出口标志宜设在出口的顶部，疏散走道的指示标志宜设在疏散走道及其拐角处距地面100M以下的墙上，走道疏散标志灯的间距不应大于20M。（5）应急照明和疏散指示标志，可采用蓄电池作备用电源，且连续供电时间不应少于20MIN。68照明负荷的布置681设计原则（1）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，插座数量不宜超过10个。（2）为了确保用电安全，插座回路应装设剩余电流动作保护器。（3）备用照明和疏散照明的回路上不应设置插座。（4）供电半径应满足要求，一般不超过30米。（5）插座不宜和照明灯接在同一分支回路。（6）尽量使三相所带负荷平衡。682负荷平面布置图首层负荷平面布置如图2所示（其余各层详见平面图）图2首层平面图普通照明、应急照明、普通插座和空调插座回路分别供电，每一层设有一个配电箱。结束语本次毕业设计完成了对某法院办公楼的电气设计，设计主要利用需要系数法完成了负荷计算，根据负荷等级以放射式方式接线，完成了引进电源电路的配置；照明系统设计根据办公楼照明的要求，正确地选择光源和灯具，确定了合理的照明形式和布灯方案，同时根据办公照明的特点给出照明节能的措施；通过计算，完成了电线电缆的型号、截面的选择和低压配电设备的选择。通过对该办公楼配电系统、照明系统的设计，我基本掌握了建筑电气方面的一些基本的东西，同时也学会了建筑电气识图并能设计一些较简单的电气图，为以后工作奠定了基础。建筑电气所涉及的内容繁多，我目前所掌握的只是其中很少的一部分，我深知其中的不足，在以后及将来的