某写字楼的供配电系统设计

1、- II-华北理工大学轻工学院QingGongCollegeNorthChinaUniversityofScienceandTechnology供配电技术课程设计报告设计（论文）题目：某写字楼的供配电系统设计学生姓名：学号：专业班级：学部：指导教师：2015年07月01日摘要本论文主要阐述了某写字楼系统电气设计的设计依据、原则和方法及设计选择的结论。本论文共包括四章内容，可分为四个部分：绪论、配电系统设计、照明系统设计、防雷接地系统设计。绪论部分包括：建筑电气概况，本设计的内容及设计原则等。配电系统设计部分包括：配电方案，电力系统相关内容，负荷计算等。照明系统设计部分包括：光源选择、灯具选择、

2、照度选择、照明方式选择，一般照明与应急照明，相关计算等。防雷接地系统设计部分包括：建筑物防雷措施本次设计完成图纸共4幅，绘图均采用AUTOCAD软件绘制。本写字楼电气工程设计为课程设计，其目的是通过设计实践，综合运用所学知识，理论联系实际，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Abstract- III-AbstractThispaperdescribesthedesignofabuildingsystemelectricaldesignbasis,principlesandmethodsanddesignchoicesconclusions.This

3、thesisincludesfourchapterscanbedividedintofourparts:introduction,distributionsystemdesign,designoflightingsystems,lightningprotectionandgroundingsystemdesign.Theintroductionincludes:buildingelectricalprofiles,thedesignofthecontentsanddesignprinciples.Distributionsystemdesignsectionincludes:powerdist

4、ributionsolutionspowersystemrelatedcontent,loadcalculation.Lightingsystemdesignsectionincludes:alightsourceselection,fixtureselection,illuminationchoices,lightingmodeselection,generallightingandemergencylighting,therelevantcalculation.Lightningprotectionandgroundingsystemdesignsectioncomprises:Build

5、ingsLightningProtectionThewebdesigniscompleteddrawingatotalofXXX,wherestrongelectricpartXXweb,graphicsaredrawnusingAUTOCADsoftware.Thebuildingelectricalengineeringdesignforcurriculumdesign,itspurposeistodesignpractice,integrateduseofknowledge,theoryandpractice,exerciseindependentanalysisandproblemso

6、lvingcapacitybuildingelectricaldesignandlayasolidfoundationforfuturework.Keywordsillumination目录目录- V- IV-目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark14 第1章绪论1 HYPERLINK l bookmark16 建筑电气概况1 HYPERLINK l bookmark18 设计概况1 HYPERLINK l bookmark20 1.3.设计内容1 HYPERLINK l bookmark22 第2章照明系统设计2 HYPERLINK l bookmark24

7、 总则2 HYPERLINK l bookmark26 照明灯具选择2 HYPERLINK l bookmark28 照明灯具计算2 HYPERLINK l bookmark30 单位容量法2 HYPERLINK l bookmark42 照明功率计算4 HYPERLINK l bookmark48 应急照明灯具选择4 HYPERLINK l bookmark50 第3章负荷计算5 HYPERLINK l bookmark52 负荷等级及供电要求5 HYPERLINK l bookmark54 负荷等级分类5 HYPERLINK l bookmark56 供电要求6 HYPERLINK l b

8、ookmark58 本写字楼的电气主接线6 HYPERLINK l bookmark60 负荷计算6 HYPERLINK l bookmark62 负荷计算的内容和目的6 HYPERLINK l bookmark64 需要系数法7 HYPERLINK l bookmark68 计算7 HYPERLINK l bookmark104 第4章无功功率补偿9 HYPERLINK l bookmark106 原则9 HYPERLINK l bookmark108 无功功率补偿的计算9 HYPERLINK l bookmark118 第5章变压器选择10 HYPERLINK l bookmark120

9、变压器台数的选择原则10 HYPERLINK l bookmark122 变压器选择的计算10 HYPERLINK l bookmark128 第6章短路电流计算11 HYPERLINK l bookmark130 短路故障原因11 HYPERLINK l bookmark132 短路故障的种类11 HYPERLINK l bookmark134 三相短路电流的计算11 HYPERLINK l bookmark156 第7章设备选型13 HYPERLINK l bookmark158 低压断路器13 HYPERLINK l bookmark160 低压母线上断路器13 HYPERLINK l

10、bookmark162 各支路上断路器14 HYPERLINK l bookmark164 第8章导线的选择14 HYPERLINK l bookmark166 导线的选择原则14 HYPERLINK l bookmark170 变压器低压母线的选择16 HYPERLINK l bookmark176 电气设备支路导线选择16 HYPERLINK l bookmark178 第9章防雷接地16 HYPERLINK l bookmark180 雷电的产生和危害16 HYPERLINK l bookmark182 雷击的种类和危害17 HYPERLINK l bookmark184 建筑物的防雷等

11、级17 HYPERLINK l bookmark186 防雷设备18 HYPERLINK l bookmark188 直击雷的防护措施18 HYPERLINK l bookmark190 雷电入侵的防护措施19 HYPERLINK l bookmark192 防雷接地19 HYPERLINK l bookmark194 第10章总结19参考文献20附录第2章照明系统设计第1章绪论- - -第1章绪论建筑电气概况现代民用建筑电气技术是以电能、电子、电器设备及电气技术为手段来创造、维持和改善人民居住或工作的生活环境的电、光、声、冷和暖环境的一门跨学科的综合性的技术科学。它是强电和弱电与具体建筑的有

12、机结合。随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，人们对对有关供配电、照明、消防、防雷接地、通信、有线电视等系统的要求越来越高，使得建筑开始走向高品质、多功能领域，并进一步向多功能的纵深方向和综合应用方向发展。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。设计概况本次设计是对某写字楼的电气工程设计。本工程概况：写字楼，地上五层。设计面积5000平方米。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

13、次设计的目的是通过对该写字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.设计内容本论文主要阐述了该写字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。论文共包括十大章内容，前八章主要包括绪论及强电部分设计，第九章主要包括防雷接地系统。第2章照明系统设计总则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

14、成环境气氛等方面发挥积极的作用。照明灯具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。在本设计中，办公区选择格栅式荧光灯，单组功率3X20W。洗手间、走廊选择单台功率24W吸顶灯。以达到照明需求。照明灯具计算单位容量法单位容量法的基本公式：W=P/A3-5W在最低照度下每单位面积的安装功率（W）P房间内全部灯泡（管）

15、的总安装功率（W）A房间的面积（mJ根据已知的面积和所选的灯具形式、最小照度E、计算高度h,由表查得每单位面积的安装容量W,从上式算出全部灯泡的总安装功率P。然后除以灯具的功率，再考虑到室形及对灯具布置的要求即可得灯具数量。一般办公场所需要照度为2001X，楼道、卫生间所需照度为501x，大厅要求照度lOOlx，楼层高度为3米，所以可经下表计算办公区所需灯具数量。荧光灯单位面积安装功率计算高度(m)房间面积(m2)荧光灯照度(lx)30507510015020010153.25.27.810.415.62115252.74.56.78.913.41825502.43.95.87.711.615

16、.423501502.13.45.16.810.213.61503001.93.24.76.39.412.5300以上1.83.04.55.98.911.810154.57.511.315233015203.36.29.312.4192520303.25.38.010.615.921.23430502.74.56.8913.618.1501202.43.95.87.711.615.41203002.13.45.16.810.213.5300以上1.93.24.86.39.512.6白炽灯单位面积安装功率计算高度(m)房间面积(m2)白炽灯照度(lx)5101520304010154.98.81

17、1.615.220.927.615254.17.510.112.917.723.12325503.66.48.810.714.819.3501502.95.147.08.811.815.71503002.44.35.76.99.912.9300以上2.23.95.26.28.911.510156.210.413.817.124.730.915205.18.711.214.321.426.920304.37.99.912.518.423.53430503.76.28.810.715.219.5501203.05.37.29.012.416.21203002.34.15.77.39.712.830

18、0以上2.03.54.75.98.510.8根据楼层布局图（附图2、3）可得：每间办公区面积100平方米，所以计算：N=15.4X100百27。为方便布线选择28组荧光灯。3x20每层楼道面积300平方米，所以计算：N=3.4x30024每层每间卫生间面积50平方米，所以计算：N=3.4x5024一层大厅面积200平方米，所以计算N=第23。为方便布线选择24组荧光灯。照明功率计算25层每层总功率=办公区功率+走廊功率+卫生间功率=60X28X6+24X43+24X16=11016W1层功率=办公区功率+警卫室功率+大厅功率+卫生间功率+走廊功率=60X28X3+60X28+60X24+24X

19、16+24X43=9576W应急照明灯具选择消防应急照明灯宜安装在墙面上或顶棚上。自带电源型的消防应急照明灯应接在照明线路上；集中电源同时接有消防应急照明灯和消防应急标志灯，且消防应急标志灯为持续型的，可接到消防配电线路上，如为非持续型的，应接到照明第3章负荷计算- -线路上；集中控制型消防应急照明灯应接在消防配电线路上。消防控制室、消防水泵房、自备发电机房的照明支线应接在消防配电线路上。疏散用的应急照明，其地面最低照度不应低于0.51X；安全出口的消防应急标志灯宜设在出口的顶部;疏散走道的消防应急标志灯宜设在疏散走道及其转角处距地面高度1.00m以下的墙面上。疏散走道消防应急标志灯的间距不应

20、大于20m。在本设计中，选用吊挂式自带电源型应急照明、指示两用灯。每间办公区5台。楼道20米/台。每间卫生间3台。楼梯间2台。每层共40台。第3章负荷计算负荷等级及供电要求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

21、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。二极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。（3）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。供电要求（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，

22、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。（2）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。（3）三级负荷对供电无特殊要求。本工程用电为三级负荷。本写字楼的电气主接线写字楼的动力负荷属于三级负荷，但直接影响着人们的工作，为了保证动力负荷的正常运行，采用双回路进线。考虑到线路需要检修，为了使得一些重要负荷在检修时仍然工作，采用单母

23、线分段接线方式。本办公室的进线及配电系统（由一路市电用线10kV）。见附图1。负荷计算负荷计算的内容和目的负荷计算目的是为供电系统设计提供必要的正常状态下系统理论数据（又叫计算数据），以这些数据为依据来选择、设计一、二次系统，即选设备、导线，进行二次系统整定、校验。需要系数法需要系数法是利用设备容量剩上一个需要系数K而求得的有功计算负荷。d该方法计算简单，适用于电气设备台数多且各个设备容量相差不是太悬殊的场所。基本计算公式用电设备组计算负荷：P二kP30deQ=Ptane3030SPS=3030cose配电干线计算负荷P二k工P30为30Q30二kFQ30S=Jp2+Q2303030S二303

24、0.：3Ucos申N办公楼设备需要系数表及功率因数值表电气设备Kdcosetane办公区电气设备0.70.80.80.75照明设备0.810.90.48计算设计的初始数据：每间办公区主要设备电脑25台，单台容量250W；空调机组4台,单台容量2000W；复印一体机2台，单台1000W；其他设备功率20KW。每层照明用电容量共12KW。本设计用电设备分为电气设备组和照明两组，照明组参照荧光灯照明数据。需要系数取值：电气设备K=0.8；照明K=1dd第3章负荷计算30- -1)电气设备组(每间办公区)：电脑：P二kP二0.8x25x250二5KW30(1)deQ=Ptan申=5x0.75=3.75

25、kvar30(1)30空调机组：P二kP二0.8x4x2000二6.4KW30(2)deQ=Ptan申=6.4x0.75=4.8kvar30(2)30复印机：P二kP二0.8x2x1000二1.6KW30(3)deQ=Ptan申=1.6x0.75=1.2kvar30(3)30其他设备：P二kP二0.8x20000二16KW30(4)deQ=Ptan申=16x0.75=12kvar30(4)302)照明组P二12KWeP二kP二1x12000二12KW30(5)deQ=Ptan申=12x0.48=5.76kvar30(5)30P12S=3=13.330cos申0.930S30V-3Ucos申N1

26、3.3二34.9AINJS低压断路器的级数和结构形式应符合安装条件、保护性能及操作方式的要求。常见的低压断路器有塑壳式和万能式：塑壳式断路器的全部机构和导电部分都装在一个塑料外壳内，仅在塑壳中央露出操作手柄，供手动操作用；万能式断路器，它敞开地装设在金属框架上，其保护方案和操作方式较多，装设地点灵活。低压断路器的选用：额定开断电流应不小于实际开断瞬间的短路全电流。额关合电流应不小于冲击短路电流的有效值。低压母线上断路器低压母线上断路器的选择，由于采用双回路进线，两路母线同时工作，所以两段母线的负荷、电流等数据都可以视为平均分配。线路最大负荷电流（最大持续工作电流）I.=0.71kA；冲击电流i

27、二49.35kA。jsh按额定电流、额定电压可选择DZ20-1250型。各支路上断路器每间办公区电气设备断路器的选择：DZ20-100Y每间办公区照明设备断路器的选择：DZ20-100Y每层断路器的选择：DZ20-100Y第8章导线的选择电气照明工程中常用的导线有架空线、电缆、低压绝缘导线三种。本设计中电力电缆的选择：聚氯乙烯绝缘、聚氯乙烯护套的电力电缆；导线的选择：塑料绝缘导线。导线的选择原则导线和电缆的型号应根据它们所处的电压等级和使用场所来选择。按以下原则来选择导线和电缆1）发热原则系统最大负荷电流运行时发热，不至于引起系统的温度超过导线或者电缆的允许温度，不会因为过热而引起导线绝缘损坏

28、或者老化。可按下式计算：KII0al30式中：30通过线路的计算电流；1a导体的标准允许载流量K0温度修正系数【00K=al0-温度修正系数：Wal00式中al导体正常工作时最高允许温度；0导体敷设地点实际的环境温度。2）电压损失原则由于线路阻抗的存在，因此当负荷电流通过线路时就会产生电压损耗。所谓电压损耗，是指线路首端电压和末端电压的代数差。为保证供电质量，按规定高压配电（610KV）的允许电压损耗不得超过线路额定电压的5%；从配电变压器一次侧出口到用电设备受电端的低压配电线路的电压损耗，一般应不超过设备额定电压（220V、380V）的5%；对于视觉要求较高的照明线路，则不得超过其额定电压的

29、2%3%。如果电压损耗超过了允许值，则应适当加大导线或电缆的截面，使之满足电压损耗的要求。3）机械强度原则在配电系统运行条件下，导线应有足够的机械强度，以防导线断裂，保证供电安全和供电质量。为满足机械强度的要求，对于室内明敷的绝缘导线，其最小截面不得小于4mm2。此外，为了保证安全，规程规定110kV架空线路不得采用单股线。电缆不必校验机械强度。4）热效校验原则按系统统计的故障状态时的理论数据，进行导线热效校验。保证导线能够承受系统短路时的短路电流热效应。5）经济电流密度原则对应用于经济截面的导线电流密度，称为经济电流密度，用jec表示。我国现行的经济电流密度规定为导线材料年最大负荷利用小时数

30、小于3000h30005000h大于5000h铝线1.651.150.9铜线3.002.251.75铝芯电缆1.921.731.54铜芯电缆2.502.252.00按经济电流密度选择导线截面时，可按下式计算：第9章防雷接地- -A=-0ecjec变压器低压母线的选择由于母线上最大持续工作电流为1.42kA。所以选择YJV3*240+1*120四根并联。（1）机械强度校验明敷导线截面积大于4mm2，满足要求。（2）线路电压损耗校验导线单项电阻R=0.078Q，电抗X=0.3,长度50m，因为四根并联，所以二4.81VAU二pLR+qLXUNAU%=AUx100%二史x100%二1.3%5%U38

31、0N满足要求。电气设备支路导线选择照明线路导线选择：BVR-6办公区负荷导线选择：BVR-10第9章防雷接地雷电的产生和危害雷电是带有电荷的“雷云”之间或“雷云”对大地（或物体）之间产生的急剧放电的一种自然现象。雷电的形成比较复杂，比较常见的说法有：地面湿气受热上升或空中不同冷、热气团相遇凝成水滴或者冰晶，形成积云，在运动中使负荷发生分离，当电荷积聚到足够数量时，就在带不同电荷的云间，或由于静电感应而产生不同负荷的云、地之间发生放电现象。放电时出现强大耀眼的电火花，即闪电。闪电通道中大量正、负电荷瞬间中和，产生雷电流。雷击的种类和危害雷电有直击雷、感应雷和雷电入侵。直击雷的危害：特大的雷电流通

32、过被击物，在被击物内部产生高达几万摄氏度的温度，使被击物燃烧，使架空线融化。感应雷的危害：由于感应雷产生的机理不同，可分为两种：静电感应：指雷云接触地面上，在地面突出的构筑物顶部被感应出大量的异性电荷，一旦雷云与其他异性雷雨放电后，聚集在该构筑物顶部的感应电荷就失去束缚，以雷电波的形式高速传感。电磁感应：指发生雷电时，雷电流在周围空间产生迅速变化的磁场，在附近的金属导体上感应出很高的电压。雷电入侵的危害：架空电力线或金属管道等，遭受直击雷后，雷电波就沿着这些击中物传播，这种迅速传播的雷电波成为雷电入侵波。它可使设备或人遭受雷击。建筑物的防雷等级建筑物根据其重要性、适用性质、发生雷电事故的可能性

33、和后果，将防雷要求分为以下三类：一类防雷建筑物具有特别重要用途的建筑物。如国家级的会堂、办公建筑、大型展览建筑、特等火车站、国际性的航空港、通信枢纽、国宾馆、大型旅游建筑物等；国家级重点文物保护的建筑物和构筑物；超高层建筑物。二类防雷建筑物重要的或人员密集的建筑物。如部、省级的办公楼，省级大型集会、展览、体育、交通、通信、广播、商业、影剧院建筑等；省级重点文物保护的建筑物和构筑物；十九层及以上的住宅建筑和超过50m的其他民用和工业建筑；省级以上大型计算机中心和装有重要电子设备的建筑物。三类防雷建筑物根据建筑物年计算雷击次数为0.05时，或经过调查确认，需要防雷的建筑物；建筑中高于其他建筑或处于

34、边缘地带的高度为20m及以上的民用和一般工业建筑物；建筑物高于20m的突出物体，在雷电活动强烈地区其高度为15m以上，雷电活动较弱地区其高度为25m以上；高度超过15m的烟囱、水塔等建筑物或构筑物，在雷电活动较弱地区其高度为20m以上；历史上雷害事故严重地区的建筑物或雷害事故较多地区的较重要建筑物。防雷设备避雷针和避雷线避雷针：避雷针是防直击雷的有效措施，由接闪器、引下线、接地体组成。避雷针一般不能阻止雷电的形成，而是将雷电吸引到自己身上来并导入地中，从而保护了附近的建筑和设备免受雷击。避雷线：避雷线主要用来保护架空线，它由悬挂在空中的接地导线，接地引下线和接地体组成。避雷器和避雷网：避雷器和

35、避雷网主要用来保护高层建筑免遭直击雷和感应雷的危害。避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变电所或其他建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器又可分为：阀式避雷器和排气式避雷器。直击雷的防护措施沿建筑物屋角、屋脊、屋檐、和檐角等易受雷击部位装设避雷针、避雷网或避雷带。避雷带或避雷网的网格尺寸不大于20mX20m或24mX16m。屋面上（超过30m）的金属防空馆、呼吸阀、排风管、烟囱等可不另装接闪器，但必须与屋面防雷装置相连，其接地装置可以与电气设备的接地装置共用，每一引下线的冲击接地电阻一般不应大于30Q，对于重要的建筑则不超过10Q。建筑物宜利用钢筋混凝土屋面板、梁、柱和基础的钢筋作

36、为接闪器、引下线和接地装置，利用基础内钢筋作为接地体时，埋设在建筑周围地面以下距地面不小于1.5m。参考文献第10章总结- - -电源架空进线在入楼处用绝缘子架空，设置避雷器，电缆金属外皮、金属线槽接地。雷电入侵的防护措施办公楼的电气设备如：架空线、配电装置等，在被保护的电气设备的电源侧安装避雷器（本设计选择氧化锌避雷器），电气设备运行时，额定电压下通过氧化锌避雷器阀片的电流仅很小，相当于绝缘体。当金属氧化锌避雷器上的电压超过定值时，阀片“导通”将大电流通过阀片泄入地中，其残压不会超过被保护设备的耐压。当作用电压下降到动作电压以下时，阀片自动终止“导通”状态，恢复绝缘状态。防雷接地按照国际电工委员会（IEC）的标准，低压配电系统根据保护接地的形式不同分为IT系统、TT系统和TN系统。IT系统和TT系统是设备的外露可导电部分经各自的PE先分别直接接地，我国过去称之为保护接地。TN系统是设备的外露可导电部分经公共的PE线或PEN线接地，我国过去称之为保护接零，TN系统又可分为TN-C系统、TN-S系统和TN-C-S系统。本设计的办公楼采用的是TN-S系统。第10章总结通过这次电力系统基础课程的设计，我对电力