【电气工程及其自动化】某小学教学楼电气工程设计

本科生毕业设计（论文）某小学教学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绪论12设计依据221工程概况222工程设计依据223设计范围33供配电系统设计331负荷等级及供电要求332负荷计算433导线的选择10331导线型号的选择原则10332导线截面的选择原则11333本工程导线的选择方案1134选择保护导线截面1235系统选择12351配电系统的选择12352配电系统设计1436断路器的选择174照明系统1841灯具的选择18411灯具和吊扇的布置1842照度计算1943平面布线2044质塑料管/无增塑可挠刚性PVC管布线2045明配电箱、灯具、开关、插座的安装与选型21451照明配电箱的安装要求21452灯具的安装22453开关的安装22454插座的安装225结论23参考文献24致谢某小学教学楼电气工程设计摘要本设计对某小学教学楼电气工程设计中的照度计算、电气照明系统设计、断路器的选择、导线的选择以及敷设方式、灯具的布置、平面布线、开关插座选型及安装要求等进行研究，目的是通过此次的设计，综合运用所学知识，理论结合实际，锻炼独立分析和解决建筑电气设计问题的能力，为以后的工作奠定坚实的基础。关键词照度计算；电气照明系统设计；导线选择；布线ELECTRICALDESIGNOFAPRIMARYSCHOOLABSTRACTTHEDESIGNOFAPRIMARYSCHOOLOFELECTRICALENGINEERINGINTHEDESIGNOFILLUMINATIONCALCULATION,SELECTIONOFELECTRICLIGHTINGSYSTEMDESIGN,CIRCUITBREAKER,CABLESELECTIONANDINSTALLATIONMETHODS,THEARRANGEMENTOFLAMPSANDLANTERNS,PLANELAYOUT,SELECTIONOFSWITCHSOCKETANDINSTALLATIONREQUIREMENTSETC,PURPOSEISTOTHROUGHTHISDESIGN,THEINTEGRATEDUSEOFKNOWLEDGE,THEORYCOMBINEDWITHPRACTICE,TOEXERCISETHEINDEPENDENTANALYSISANDSOLVETHEPROBLEMOFBUILDINGELECTRICALDESIGNABILITY,LAYASOLIDFOUNDATIONFORTHEFOLLOWINGJOBKEYWORDSLOADCALCULATIONLIGHTINGSYSTEMDESIGNWIRESELECTIONWIRING1绪论随着社会的进步，经济的发展，很多旧的小学教学楼的电气设计都表现出了局限性与不合理性，时代的发展要求其包含的内容也越来越多，包括配电、广播、电话、电视、计算机网络等。教学楼是学校教育不可缺少的物质条件,是信息流通、知识传播的重要媒介，其设计必然受到教育观念的更新、教学方法的变革以及现代人心理、行为、情操等方面的变化的影响,并随着社会的发展不断地修正和改变。教室内的配置由过去满足最基本教学需求的要求的设备，到现今设有有线电视、广播系统、网络系统等等；教学楼作为学习的空间，在光线感、透明度、亮度、学生接受新事物快慢的程度等方面表现突出，创造出舒适的气氛，增加舒适感，将从根本上改善学生学习环境，对教育教学质量的提高起到不可估量的作用；同学们会在设备齐全，充满现代气息的教学楼里上课，那感觉会好很多，而且更容易接受老师所传授的新知识。建筑电气设计是在认真执行国家技术经济政策和有关国家标准和规范的前提下，进行工业与民用建筑建筑电气的设计，并满足保障人身、设备及建筑物安全、供电可靠、电能节约、技术先进和经济合理。本论文根据有关国家标准和规范对某小学教学楼进行电气工程设计，主要是对负荷计算、配电系统绘图设计、导线选择、各种电器设备选择等方面进行详细介绍。2设计依据21工程概况本工程的设计对象某小学教学楼，其占地面积约429785M2，共五层，每层高30M，本工程总面积约为16万平方米，在设计过程中侧重于电气照明。总计算负荷为130KW，计算电流222A。一至五楼主要有教室、办公室、配电室、开水间、准备室、科技活动室、教师阅览室、学生阅览室、图书室、卫生间、少先活动室等。本工程设计属三类建筑，其电力负荷为三级，电源从教学楼附近配电所380/220V引入。按甲方提出的要求，照明设计需做到方案合理、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。22工程设计依据甲方设计任务书及设计要求；建筑专业提供的平面图；JGJ672006办公建筑设计规范；04DX10111建筑电气常用数据；GB500522009供配电设计规范；GB77932010中小学校教室采光和照明卫生标准；JGJT162008民用建筑电气设计规范；EIA/TIA586国际综合布线标准；JGJ/T1692中小学电气设计规范；23设计范围本设计只针对小学教学楼的电气部分，详细阐述负荷计算，设备选型，系统图，平面图的设计等，设计中，总体按照民用建筑电气设计规范来建立设计的整体思路，并完成强电系统的负荷计算、设备选型、及系统图和平面图。3供配电系统设计31负荷等级及供电要求民用建筑电气负荷，根据建筑物在政治、经济上的重要性或用电设备对供电可靠性的要求，分为三级。即一级负荷、二级负荷、三级负荷。一、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乱需要长时间才能恢复等。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。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负荷。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。二、符合下列情况之一时，应为二级负荷1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、重点企业大量减产等。2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。三、不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。在小学教学楼设计中，根据负荷等级的分类，本工程属三级负荷。电源从学校附近配电所380/220V引入。32负荷计算负荷计算的目的是为了掌握用电情况，也为了能更合理地选择配电系统的设备和元件，如导线、开关电器和断路器等。如果负荷计算过小，则依次选用的电气设备和载流部分有过热的危险，轻者会使线路和配电设备寿命降低，重者影响供电系统的安全运行。反之，如果负荷计算偏大，那么会造成设备的浪费和投资的增大。因此，负荷计算的是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。工程上依据不同的计算目的，针对不同类型的用户和不同类型的负荷，在实践中总结出了各种负荷的计算方法估算法、需要系数法、二项式法、单相负荷计算法等。本小学教学楼总配电箱负荷计算一般采用需要系数法，而照明负荷计算一般采用单位面积功率法。其计算方式如下每层配电箱有功功率（31）WSPE有功计算负荷（32）XKC无功计算负荷（33）TANQ视在计算负荷（34）COS/2CPS计算电流（35）3UKIEXJ配电干线计算负荷（36）CP（37）QKQ（32PCPS8）（3NCJUI3109）式中、IJ、是用电设备的有功、无功、视在计算负荷、CPQCSN计算电流和额定电压，通常为220V或380V（单位分别为NUKW、KVAR、KVA、A、V）S供电面积（M2）W单位面积功率（W/M2）该用电设备组的设备容量总和（不包括备用容量）CPKX该用电设备的需要系数该用电设备组的平均功率因数OS三相负荷确定（1）总的有功计算负荷（KW）；（2）三EXJSPK相电流计算（038为三相设备的额定电压KV）COS380EJSPI本工程的负荷计算如下第一步以某一教室一般照明为例，采用单位面积功率法，算出教室需要安装灯具的个数，然后用需要系数法算出教室的负荷。教室长84M，宽66M，从而面积。24568MS表1学校部分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）教室、阅览室119300实验室119300美术室1815500办公室119300门厅1513300卫生间76100多媒体教室119300由表1所示，教室的照度为300LX,照明功率密度为11W/M2,用单位面积功率法计算,计算过程如下本工程中，需要系数取08。DKWSWPB84609145荧光灯双管为80W/个，单管为40W/个，所以灯具的个数为N/807623个，BP所以取N7个，教室负荷。WE4807第二步本工程总负荷计算第一层的总负荷计算L1相KKWPC504961VAR73RVAR72QAAIC2851L2相KWKKP04521414VAR73R9VAR30R9VAR301QCAAI685757L3相KKWPC2421VAR93RVAR30R9QAAIC782571L3相最大，则KWPC61533Q70TANKVAS51923AUIN63第二层的总负荷计算L1相KWKKWPC18224181VAR49AR57VAR930R6QAAIC6751L2相KWKWKPC91264204241VAR68R3VAR701R3VAR930QAAAIC98571L3相KKP248VAR6R3VAR61QCAAI75L2相最大，则KWPC389123KQ27506TANKVAS1423AUIN5683第三层的总负荷计算L1相KWKWPC28742141VAR465R3VAR90R3QAAIC1571L2相KKKP724214VAR825R930VAR3R90VAR31QCAAI145757L3相KWKWPC861VAR60VAR2RVQAAIC45301L3相最大，则KWPC24833Q18750TANKVS323AUIN584第四层的总负荷计算L1相KWKWKPC361043211VAR7ARVR8AR90VR3QAAAIC952571L2相KKKP41043624VAR867R3VAR8RVAR9301QCAAI752057L3相KWKWKKWPC9210546241VAR648ARVAR8ARVAR930QAAAIC6721571L3相最大，则KWPC839603Q624752TANKVAS1432AUIN63第五层的总负荷计算L1相KWKPC9421VAR723VAR0QAIC2840571L2相KWPVAR31QCAI952L3相KKPC8461VAR693R0VAR7QAAIC275231L2相最大，则KWPC8149633KQ928750TANKVAS123AUIN63公共部分总负荷为L1相KWKWKWPC378459031404601VAR283TANQAIC921L2相KKP38407504VAR23TAN1QCAI2L3相KWKWKPC6014504167501VAR3TANQAIC261L3相最大，则KWPC813643KQ507TANKVAS25132AUIN63教学楼总负荷计算KWPE13043216有功计算负荷P79计算电流为AIJS2803COS38033导线的选择导线和电缆的选择是供配电设计中的重要内容之一。导线和电缆是分配电能的主要器件，选择得合理与否，直接影响到有色金属的消耗量与线路投资，以及电力网的安全经济运作。提倡选用铜线，以减少损耗，节约电能，特别在易爆炸、腐蚀严重的场所，以及用于移动设备、检测仪表、配电盘的二次接线等，必须采用铜线。导线和电缆的选择，必须满足用电设备对供电安全可靠和电能质量的要求，尽量节省投资，降低年运行费，布局合理，维修方便。导线和电缆的选择包括两个方面的内容型号选择和截面选择。331导线型号的选择原则户外架空线路6KV及以上电压等级一般采用裸导线，380V电压等级一般采用绝缘导线。建筑物或车间内采用的配电线路及从电线杆上引进户内的线路多为绝缘导线。绝缘导线的线芯材料有铝芯和铜芯两种。绝缘导线外皮的绝缘材料有塑料绝缘和橡胶绝缘。塑料绝缘导线的绝缘性能良好，价格低，可节约橡胶和棉纱，在室内敷设可取代橡胶绝缘导线。橡胶绝缘导线现在已不再使用了，塑料绝缘导线不宜在户外使用，以免高温时软化，低温时变硬变脆。常用塑料绝缘导线型号有BLVBV，BLVVBVV，BVR。型号中B表示布导线，V表示聚氯乙烯，R表示软导线，L表示铝芯，铜芯不表示。例如，BV表示铜芯聚氯乙烯绝缘导线。BVR表示铜芯聚氯乙烯绝缘软导线，BVV表示铜芯聚氯乙烯护套聚氯乙烯绝缘导线。332导线截面的选择原则导线截面的选择必须满足安全、可靠、经济的条件。1、按允许载流量选择导线的截面在导线通过正常最大负荷电流（即计算电流）时，其发热温度不应超过正常运行时的最高允许温度，以防止导线因过热而引起绝缘损坏或老化。这就要求通过导线的最大电流不大于其允许载流量。2、按允许电压损失选择导线的截面在导线和电缆（包括母线）通过正常最大负荷电流（即计算电流）时，线路上产生的电压损失不应超过正常运行时允许的电压损失，以保证供电质量。这就要求按允许电压损失选择导线截面。3、按经济电流密度选择导线的截面经济电流密度是指使线路的年运行费用支出最小的电流密度。按这种原则选择的导线截面称为经济截面。对35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但距离长、电流大的线路，宜按经济电流密度选择，对10KV及以下线路，通常不按此原则选择。4、按机械强度选择导线的截面这是对架空线路而言的，要求所选择的截面不小于其最小允许截面。333本工程导线的选择方案由于本小学教学楼配电属于低压供电系统。因此，按允许载流量选择导线的截面。导线选择的基本要求是导线的载流量应大于断路器的额定电流。由于插座回路的用电设备可能是大功率设备（如空调），因此，插座回路的导线规格要高于普通照明回路，并且应该独立构成回路。照明箱处导线技术参数要求应高于各个回路的要求，并且要满足实际工作过程中的机械强度。由于绝缘导线有性能良好、价格低的优点，并且能满足本工程的要求，所以本工程导线全都采用BV铜芯聚氯乙烯绝缘导线。BV铜芯绝缘导线参数如表2所示表2BV铜芯绝缘导线参数表塑料绝缘导线多根同穿在一根管内时的允许65电流A25摄氏度（环境温度）30摄氏度（环境温度）穿钢管A穿塑料管A穿钢管A穿塑料管A导线截面2根3根4根2根3根4根2根3根4根2根3根4根10141311121110131210111091519171616151318161515141225262422242119242221222018403531283128253329262926236047413741363244383538343010065575056494461534752464134选择保护导线截面按机械强度要求，一般保护线采用电力电缆构成时，其截面不限制；若采用绝缘导线或裸导线有机械保护，如敷设在套管，线槽等外保护物内，其截面不应小于25MM2，无机械保护。保护线截面要满足短路热稳定的要求，按GB5005495低压配电设计规范规定3（如表3）表3PE保护线最小截面相线截面MM相应保护线截面（MM）S16S16S3516S35S/235系统选择351配电系统的选择低压配电系统接地形式有如下几种TN系统、TT系统、IT系统。为了提高保护线的可靠性，采用国际电工委员会的标准。最常用的是TN系统。在TN系统内，电源有一点与地直接连接，负荷侧电气装置的外露可导电部分则通过PE线与该点连接。按照中性线（N）与保护线（PE）的组合情况，TN系统有以下三种类型TNS系统在TN系统中，整个系统的中性线N与保护线（PE）是分开的，见如图1L1L2L3NPE外露可导电部分图1TNS系统图TNCS系统系统中有一部分中性线（N）与保护线（PE）是合一的，如图2L1L2L3PENPNN外露可导电部分图2TNCS系统图TNC系统整个系统的中性线（N）与保护线（PE）是合一的,如图3所示L1L2L3PEN外露可导电部分图3TNC系统图外露可导电部分平时不带电压，但故障情况下能带电压的电气装置的容易触及的外露可导电部分。本工程的低压配电系统的接地保护采用TNS系统。352配电系统设计照明系统设计是整个设计的关键所在。照明供配电网络由馈电线、干线和分支电线组成。接合各种配电方式的特点和学校的实际需要，本工程采用低压放射式供电。一楼配电箱采用低压放射式给每层照明箱供电。本工程从实际和电气要求考虑，总的原则是不同性质的设备供电回路应该不在同一回路。有以下方式1）一般照明回路，如教室、阅览室等，每个回路的灯具照明设备不大于25个；2）插座回路，包括普通五孔插座、空调插座等，每个回路的插座不大于10个；3）应急照明，不同其他回路混在一起，单独构成回路，并且每层的所有疏散照明为一个回路，而走廊应急照明则另外构成一个回路。本工程应急照明用自带电源的应急照明灯。为了使电气设计更明朗化，教学楼的电气照明设计系统平面图如下所示图41一层平面图图42二层平面图图43三层平面图图44四层平面图图45五层平面图总配电箱引自教学楼最近的变电所，系统图如图5图5总配电箱系统图36断路器的选择低压配电线路的保护主要包括短路保护、过负载保护和接地故障保护，教学楼内配电线路的这些保护是由设在配电柜或配电箱内的断路器来实现的。我们应根据具体使用条件，及断路器的结构特点等因素，选择最合适的断路器类型。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，正确选择断路器尤为重要。选择低压断路器应满足下列条件（1）断路器的额定电压应不低于保护线路的额定电压。（2）断路器额定电流不应小于负载工作电流。（3）断路器的额定电流不应小于它所安装的脱扣器的额定电流。（4）断路器极限通断能力不应小于电路最大短路电流。（5）断路器的类型应符合安装条件、保护性能及操作方式的要求。（6）前后两级断路器要保证能选择性动作时，前一级的动作电流至少不小于后一级动作电流的12倍。依据断路器的选择原则，参照电子样本，本设计的全部低压断路器均选用的施耐德的IC65N系列的断路器。4照明系统41灯具的选择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。因此，本工程一般照明的灯具采用单管荧光灯、双管荧光灯，走廊、阳台用圆盘吸顶灯，饮水间、卫生间等特殊场所采用防水防尘灯等，另外走廊、楼梯还配有应急照明。荧光灯的色温为6500K的日光色至3000K的暖白色之间，而教室、办公室、活动室等宜采用日光色光源的灯具照明，所以选择40W的荧光灯。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、灯型选择如表4（走廊、厕所为0米工作面照度，其它为075米工作面照度）表4房间或场所照度（LX）灯具类型教室、实验室30080W双管荧光灯和40W黑板灯接待室、多功能教室等30054W栅格灯走廊、门厅7526W普通吸顶灯卫生间10026W防水防尘灯411灯具和吊扇的布置每个房间的灯具数量应根据有关规范的照度要求计算。小学教学楼各个房间的照度要求按低、中、高的取值如表5所示表5主要房间平均照度标准房间名称照度值（）LX工作面教室、阅览室300距地075M实验室300距地075M办公室300距地075M卫生间30地面走廊、休息厅50地面灯具的布置方式分均匀布置和选择布置两种，均匀布置可以使整个平面获得较均匀的照度。一般有正方形、菱形、矩形等形式；选择布置是为了满足局部要求。一般教室、阅览室、办公室等选择均匀布置。吊扇应该根据现场情况进行调整，要尽量避开灯具的照射，以免吊扇旋转时产生的光影会使人感到很不舒服。本工程只在普通教室安装吊扇，其他比如多功能、办公室等安装空调。42照度计算照度计算的目的，是根据所需要的照度值和其他已知条件（灯具形式和灯具布置、房间各个方向的反射条件以及灯具和房间的污染情况等）来决定灯泡的容量和灯具的数量。或在照明灯具形式、布置和光源容量都正确的情况下，计算某点的照度值。照度计算的方法有利用系数法、概算曲线法、逐点计算法、比功率法等。各种计算方法只能做到基本准确。因各种参数不精确，计算结果允许有的误差。201本工程采用利用系数法计算照度。以某一教室为例说明，教室长840M，宽660M，高3M，工作面LB075M，教室双管荧光灯80W，照度标准为300LX。确定布置方案教室面积为8406605544，照度标准为300LX，根据表21可知单位面积安装功率为11W/，则灯具安装个数为7263（31）80145N故取N7。用利用系数法计算照度室空间高度为3075225M（32）RCH（1）计算室空间比RCR（33）043648255LBHRCR由民用建筑电气设计手册可查得一般教室的维护系数K08，由表31查得教室照度标准值为300LX。，307WC（2）查电气照明技术附录13可知RCR27，时，U066307WC，（3）计算平均照度（34）LXANUKE464850计算结果满足要求。43平面布线室内配线除一般要求安全可靠，布线整齐合理，安装牢固外，在技术上还要求（1）配线时应尽量避免导线有接头，若有中间接头必须采用压接或焊接，穿在管内的导线，不允许有接头，接头应放在接线盒或灯头盒内。（2）导线应能更换，导线的连接或分支处，不应受到机械力的作用。（3）当导线穿过楼板，墙壁时，要加装保护套管。（4）暗配管要求管路短而畅通，弯头要少，管子的内径不得小于管内导线束直径的15倍，管内导线不得超过8根。（5）线路应尽可能避开热源，不在发热的表面敷设。（6）布置的位置，应便于检查和维修。为防止漏电，线路的对地电阻不应小于05M。44质塑料管/无增塑可挠刚性PVC管布线UPVC管又称PVC硬管，有优良的电气绝缘性能，可在电气、电子工业中用于制造插头、插座、开关和电缆。本工程采用的是PVC管穿BV导线，使用时要满足以下要求（1）硬质塑料管布线一般适用于室内场所和有酸碱腐蚀性介质的场所，但在易受机械损伤的场所不宜采用明敷设。建筑物顶棚内，可采用难燃型号硬质塑料管布线。（2）硬质塑料管暗敷或埋地敷设时，引出地（楼）面不低于050M的一段管路，应采取防止机械损伤的措施。（3）在采用硬质塑料管布线时，绝缘导线在管内的填充率应符合民用建筑电气设计规范第943条的规定。2（4）硬质塑料管明敷时，其固定点间距应满足表6的要求。表6固定点间距直径MM20及以下254050以上最大间距M100150200（5）不同回路的线路穿硬质塑料管，应符合民用建筑电气设计规范的规定。245明配电箱、灯具、开关、插座的安装与选型451照明配电箱的安装要求配电箱内，有交流、直流或不同电压等级配电设备时，应有明显的标志加以区别，或分设在单独的板面上。配电箱内，分别设置零线（N）和保护地线（PE线），汇流排，零线和保护地线经汇流排配出。安装配电箱时，其垂直偏差不应在于3MM，暗设时，其面板四周边缘应紧贴墙面，箱体与建筑物接触的部分应刷防腐漆。配电箱的安装高度，底边距地面一般为13M。具体情况视所设计的教学楼而定。配电箱内装设螺旋式保险器，其电源线应接在中间触点的端子上，负荷线接在螺纹的端子上。使配电箱至总等电位联结回路之间的一段PE线的阻抗不大于UL/U0ZS，或作辅助等电位联结。自配电箱引出的线路，其切断故障回路的时间不应大于04S。本工程照明配电箱采用嵌入式安装，选用一个总配电箱AL带总负荷，再选择根据建筑物的结构分别安装在离楼梯口不远的配电房中，见工程平面图，再分别引线到每个楼层配电箱1AL，2AL，3AL，4AL，5AL，然后再有每个楼层配电箱引线至各楼层的分配电箱，给每个课室与办公室供电，型号见系统图。452灯具的安装灯具安装前，应对灯具进行外观检查，完好无损的灯具方可使用到工程中，灯具安装应牢固端正，位置正确，灯具底面与建筑物表面无缝隙，螺口灯头相线必须在中心接点的端子上，成排灯具安装前应先放线定灯位，使其安装后偏差不大于5MM灯具的金属必须可