【《某高校实验楼电气强电系统设计》18000字】

PAGEII某高校实验楼电气强电系统设计中文摘要摘要：本论文主要阐述了XX实验楼电气设计强电系统设计部分的设计方法、原则及实际的设计内容。该实验楼的强电系统设计结合所学专业知识，满足国家要求的相关规范及条例。其中包括10/0.4kV变配电系统设计，供配单系统设计，电气照明系统设计及防雷及接地系统设计。本实验楼类型的建筑作为开展科研活动的重要地点与场所，在科技领域推广与知识创新中扮演着重要角色，大量的科研发现与创新概念思想的形成均依赖甚至取决于实验室成果。科研实验楼不同于一般的公共建筑，其用电设备多样。功能各异，对供配电的可靠性与安全性要求极高。因此电气设计需要最大限度地满足其使用需求，随着科学技术的发展与科研设备的更新换代，用电负荷具有不确定性，配电系统设计部分需具有前瞻性。关键词：供配电系统；电气照明系统；防雷接地系统；10/0.4kV变配电系统设计目录TOC\o"1-3"\u中文摘要 II1 绪论 11.设计原则 11.1.1 国内外科研实验楼设计现状 11.2 工程概况 11.2.1 设计内容 22 供配电系统设计 32.1 负荷等级与供电要求 32.1.1 负荷等级分类 32.1.2 供电要求 32.1.3 实验室用电负荷的特点 41.负荷的独特性 42.2 负荷计算 52.2.1 单位面积功率法 52.2.2 需求系数法 52.3 设计结果 7负荷计算结果举例 72.4 配电间及配电箱的位置 82.5 配电系统设备选择 82.5.1 线路中选择导线和保护设备的原则: 92.5.2 选择结果 93 变配电系统设计 113.1 变压器的选择 113.1.1 变压器的选择原则 11选择变压器时应当综合考虑以下因素 113.1.2 本工程的变压器选择 12变压器参数表 123.1.3 变压器的无功补偿 123.2 高压系统图设计 133.2.1 供电电源及电压 133.2.2 供电系统 144 电气照明系统设计 154.1 电气照明设计要求 154.1.1 洁净区域照明设计 154.2 洁净空间照明分类和常用灯具、光源 174.2.1 洁净空间照明分类 174.2.2 洁净空间常用的照明光源 174.2.3 洁净空间常用的照明灯具 184.3 实验楼一般照明 194.4 照明灯具的安装 194.5 应急照明 194.5.1 应急照明灯具选择 194.5.2 .应急照明供电电源 204.5.3 设计结果 204.6 照度计算 214.6.1 利用系数法 214.7 照明系统图设计 224.7.1 负荷计算 224.8.1 实验室和洁净走道的灯具控制 234.9 插座系统设计 245 防雷及接地系统设计 265.1 接地系统选择 265.1.1MACROBUTTONNoMacro3级标题 265.2 防雷接地 265.2.1 防雷分级及设计 275.3 防静电接地 276 结论 29参考文献 30附录A 31绪论XX实验楼的建设是促进我国空间时频领域稳步发展核心技术竞争力与自主研发创新实力的坚固发展基础，随着我国空间时频技术例如北斗技术和其研究领域的技术的高速发展，该领域科研人员的科研水平的快速提升，对实验楼的电气设计提出了更与时俱进的要求。本次设计综合考虑了实验用电的需求系数的选择、负荷特点进行电气设计中强电系统部分的设计。本文使用《科研实验建筑设计规范》这则当前科研实验类建筑所共同使用的国家建筑标准规范作为设计依据，在满足所有区域和其中各类实验室的不同设计特殊需求的情况前提下，遵循各种专业规范准则要求1.实验楼设计原则可靠安全性强，既要适应当前，又需兼顾未来是本人进行科研实验楼建筑的电气设计的主旋律，为建设水平高、专业性强并具有前瞻性的实验室提供坚实的保障。国内外科研实验楼设计现状我国目前阶段大部分正在建造的科研实验室建筑都是采用传统的建造工艺模式,即第一步先进行科研建筑楼的设计,再进行其他科研建筑楼的施工,最后才能够完成了实验室的工艺设计与其他科研实验室的工艺施工这一部分,多数工程会发生建筑施工完成过后就忙于投入科研实验用途的使用的情况，往往忽略了实验室的工艺设计这一重要环节，结果就导致科研建筑楼中的实验室建成之后无法满足该实验室的专业需求，预留不到位，造成总体投资、人力资源与建筑材料使用的极大浪费。根据当前文献给出研究结果来看，国外建筑设计领域中同一类型的建筑其设计更多的是第一步先进行科研实验室中重要的工艺设计部分，遵循工艺设计先行，按照设计从里到外而施工从外到里的科研实验建筑建设施工理念。最大效率的利用好建筑资源。就目前我国行业现状来说，实行还有很多阻力，因此本次设计尽可能依据此原则设计，保证满足实验室专业需求的情况下，实现资源利用的效率最大化。实验楼工程概况本次工程设计的主体是作为二类综合性高层中国科学院国家授时中心科学城园区配套建设的项目空间时频技术的研发与应用科研实验楼,地下建筑层数一层,地上建筑层数为七层,总科研实验楼的建筑面积大约为10812.5m2,建筑高度大约为31.95m;本课题的研发与应用该实验大厦的建筑主体结构方法为钢筋砼框架剪力墙结构,建筑物的楼板采用水泥现浇,建筑物的使用年限为五十年,抗震设防强度为八度,地下室的耐火性能等级分别为一级,地上的耐火性能等级分别为二级,-1~1层以上为洁净的区域,净化空间的建筑面积(含洁净机房区域)1493.25m2｡其中净化区实验室使用面积1323.81m2,洁净机房区域面积169.44m2｡净化彩钢板区吊顶净高度为2.6m,洁净机房高度视现场情况定｡实验楼设计内容电气设计首先需要遵循国家要求的现行设计规范，选择适合本次建筑电气设计的设计方案，进行相关设计所需要的电器设备选型。此次设计通过对该空间时频技术研发与应用实验楼建筑的强电系统设计，综合运用所学专业知识熟悉当前设计规程规范，并熟练运用AutoCAD进行绘图及计算，为以后工作奠定必要的基础。本次设计内容主要包括应用于科研实验楼的10/0.4kv变配电系统设计，供配单系统设计，电气照明系统设计及防雷及接地系统设计，及其相关设计原则与依据，备选型等。论文共分为五章主要的设计内容,依此分别是第一章绪论和第二至五章实验楼供配电系统的设计,变配电系统的设计,电气照明系统与防雷及接地系统的设计。以下概括为：第二章对供配电系统部分的设计原则与内容进行说明,主要对本科研实验楼供配电系统设计所需的要求和本研发实验楼如何划分不同的负荷等级等内容进行叙述。使用需要系数法进行电器的负荷计算来从而进行供配电系统工程设计中选择电缆电线、电气设备，计算本设计中的功率及电能损耗、电压波动偏差及备用电源容量、无功补偿容量等步骤提供依据、完成此部分供配电系统部分的设计。第三章的设计内容为科研实验楼变配电系统设计,根据变配电系统设计中的方法原则进行本工程的实际设计,根据计算得出变压器设备类型容量的大小，进行变压器等设备的选型。通过对配电的回路进行负荷计算，根据得出的回路计算电流来进行选择，并进行其系统图设计。第四章为照明系统设计的主要内容,主要对洁净区域的实验室和其他环境区域中的灯具、光源进行了设备的选取,项目设计所需的照度计算利用需要系数法来进行，并且所需灯具数量通过各个房间适合的设计计算得出,并且设置应急照明系统通过各种照明支路的计算负荷来确定和选取每一个回路的导线类型及断路器装置的选型,并且在设计每一间房间时必须留有足够功率的照明回路第五章为防雷及接地系统设计,主要说明设计得出的本实验楼建筑对侧击雷、雷电感应、直接雷等的防护措施以及根据用电特点对接地系统方式的选择与具体设计原则要求等内容，并依据本实验楼建筑的防雷设计规范结合本实验楼的特点，设计本项目的防雷及接地系统。供配电系统设计供配电系统设计是强电系统设计的重要组成部分之一，供配电系统的最高电压需要和电力用户的电压等级保持一致，现今最为普遍的就是本次设计所采用的10kv供配电系统。要做好供配电技术必须符合系统可靠、安全、统筹全局、性价比高、优质这些条件。负荷等级与供电设计要求划分负荷等级本科研与应用实验楼应需要根据实际项目中对于中断实验楼的供电后对其中人员及设备仪器的影响程度或对断电导致的重大科研实验成果损失程度及对供电电源可靠性与稳定性级别的需求进行本科研与应用实验楼电力负荷等级的划分，符合下列国家要求的规范条例中其中之一时，即划分为一级负荷：实验楼内外的人员会因为中断实验楼的供电后将会面临危及人身安全的问题时。中断实验楼供电将造成研发与应用实验楼内重要仪器、精密设备破坏损毁、科研实验成果损失等中断实验楼供电将会严重影响在空间时频技术领域具有重要地位的本实验楼进行日常的工作时。实验楼中被划为一级负荷当中，特别重要的负荷为当中断供电将会出现重大科研实验成果损失与技术领域中高精尖昂贵设备损坏甚至损毁等各种危险性事故情况的一级负荷。对于本研发与应用实验楼来讲，负荷等级为一级。一级负荷有排风和洁净空调系统安防系统、消防系统。洁净照明系统及数据机房的负荷等，其中多数为一级负荷中特别重要的负荷，严格禁止其他用电负荷连接到为上述负荷的设计准备的应急供电电源UPS中。供电设计要求在科研试验楼的供配电系统设计中，采用双电源供电这种供电方式可以保证实验楼中一级负荷对供电电源的高安全性与高可靠性的需要。当其中一路供电电源设备有故障产生等此类意料之外的情况到来时，另一路电源依旧可以确保其两路负荷用电。即两个电源当应来自不同的变配电所或者来自同一变佩电所的不同母线。供配电系统的设计应当要求具有简洁性、安全性和可靠性。洁净实验室对于用电负荷的等级和供电需求应当依照目前正在行使的国家标准《供配电系统设计规范》GB 50052的有关规定和实验技术要求来确定。重点精密实验性技术装置应该为所有专门变压器设计供电,此外一级负荷中特别重要的一级用电负荷等还需要装设不间断的电源(UPS)。可以采用独立于正常实验楼供电电电源以外的的专用发电机组，或者干、蓄电池作为紧急备用电源。另外准备专门的电源为净化空调系统的用电负荷、洁净区域照明负荷供电。本实验楼内特殊的洁净实验室中消防用电设备的供配电设计应按现行国家标准《建筑防火设计规范》相关条文规定的设计规范要求进行设计实施。电源进线处应当装设电流的切断装置，并设在洁净区域以外方便人员控制处。洁净室内的配电设备应当减少使用易于积攒灰尘、方便后期维护且清洁的中小型暗装设备，不宜装设采取落地安装方式的大型配电箱，配变箱在靠近负荷中心装设。洁净地点内的电气管线应当在夹层中暗敷，,在选择穿线导管时也应当考虑选取防火材料作为管道。实验室用电负荷的特点1.特殊性科研类实验建筑异于其他用途的一般建筑，实验室的用电负荷的特殊性体现在各式各样不同用途、不同功能的实验室上，不同实验室内的设备仪器各不相同。2.增长性在实验楼方才投入运行的初始阶段，用电设备投入少、实验规模小，但是随着实验楼的使用程度的不断增加，科学研究发展的步伐不断前进，对实验设备的使用投入数量将会不断进行增长，用电负荷也将会越来越大，因此实验区域的用电负荷具有增长性。

3.复杂性电气设计的技术要求标准需随着科研实验室的仪器设备的变化而做出改变,不仅仅需要考虑到建筑物的各种设备数量，负荷的复杂性还体现在需要确定其供电方式、电压等级、对供电电源的不同要求及电能质量的各种各样的要求等。 4.不确定性实验室的负荷的不确定性表现为：科学研究工作人员会根据当前信息科学技术的发展、研究领域对象的转移而改变研究方向，因此研究方向所需要的的研究设备仪器也会相应的改变，用电容量负荷也会随研究设备的变换产生变动。负荷计算根据研发与应用科研实验楼的建筑平面图,确定大楼使用面积，利用单位面积功率法，对符合进行预估计算，做出实验楼电气系统的初步设计。再根据对应的需要系数取值来利用需求系数法计算负荷大小，初步选择本次设计所需变压器的设备容量，这是做供配电设计设计的基本方法，以及保护设备的取用及确定和校准验证设计系统中供电电压质量的好坏最直观最基础的依据。单位面积功率法利用综合单位面积功率法来初步估算所需要的计算负荷来选取变压器的数量及容量大小。利用建筑面积和单位面积功率来计算负荷的方法被称之为总额和面积功率发。单位面积功率法用于计算有功计算负荷的公式为Pj=需求系数法进入实验楼施工图设计阶段以后适合使用需求系数法进行负荷计算，当用电设备数量变得庞大，每台设备容量相差不多时采用。计算负荷利用设备功率以及单台设备容量和设备的需要系数来确定，并作为选择变压器容量、电线电缆的方法，也可以作为无功功率损耗计算与电能损耗数值大小的计算数据基础。正常情况下需求系数的取值全部小于1，仅在所有用电设备都同时不间断的连续运转且设备满负荷的情况下需求系数才能为1。用电设备的计算负荷Sjs无功负荷（无功功率）：QQ三相上应当分配单相负荷均匀。若平衡三相无法严格做到时，等效三相负荷等于最大一相负荷的三倍计算。将设备容量求和之后再紧跟着直接乘以需要系数这种计算容量的方法就适用于同种类别设备的容量计算。但当首先将其有功负荷的平方和无功负荷平方相加后得出二者之和，再对其数值进行综合计算结果即求出一个平方根这种计算容量的方法就对于不同种类的电气设备适用:：S计算电流=1\*GB3①380V/220V三相平衡负荷的计算电流：I式中三相设备的额定电压=2\*GB3②220V单相负荷的计算电流：I=3\*GB3③电力变压器低压侧的额定电流：I式中SetUet配电干线或变电所低压侧的计算负荷方式如下：有功功率：Pjs=无功功率：Q视在功率S式中：负荷计算举例序号用电设备组类别(总共)计算系数计算负荷设备容量需要系数(Kx)cosφtgφ有功功率(Pjs)无功功率(Qjs)视在功率(Sjs)kWkWkvarkVA12首层照明、插座用电700.70.850.614929.8957.403二层照明、插座用电500.70.850.613521.3541.004三层照明、插座用电500.70.850.613521.3541.005四层照明、插座用电500.70.850.613521.3541.006五层照明、插座用电500.70.850.613521.3541.007六层照明、插座用电500.70.850.613521.3541.008七层照明、插座用电500.70.850.613521.3541.009机房层照明、插座用电200.850.850.611710.3719.9110消防控制室3510.90.483516.838.8211弱电机房5010.90.48502455.461213客梯720.30.551.5121.632.61639.1214首层空调41.40.70.80.7528.9821.73536.2315二层空调5.20.70.80.753.642.734.5516三层空调5.20.70.80.753.642.734.5517四层空调5.20.70.80.753.642.734.5518五层空调5.20.70.80.753.642.734.5519六层空调5.20.70.80.753.642.734.5520七层空调5.20.70.80.753.642.734.5521屋顶空调及排风480.70.80.7533.625.242.0022屋顶排烟1710.650.80.75111.1583.3625138.9423排烟风机440.650.80.7528.621.4535.7524防火卷帘900.650.80.7558.543.87573.131合计667.60467.02305.09557.842乘以KΣp=0.85和KΣq=0.85后0.83396.97259.33474.173补偿电容器4004补偿电容器后0.590.94396.97-140.67421.165变压器容量2x800kVA16006变压器损耗4.2121.067667.600.590.95401.18-119.61418.638负荷率26.2%配电间和配电箱的位置选择为了满足方便配电连线为主的设计原则，配电室的应位于实验楼负荷中心设置，在设计时竟最大可能避免与易于震动的墙体和较多灰尘的区域接触。相邻每层之间上下连接，楼上的配电间应当最少有一个通往室外的出口。配送室的设计数量应当根据实验楼平面的大小和不同的防火等级分区进行设计。0.4kV的配电装置耐火等级最低为三级。通常在面积800m2大小左右设置配电室是符合要求的选择。当一个配电间内装设最终的配电箱时其极限供电半径需要大于三十米，且小于五十米，一个配电间内应设置的配电箱数量小于等于4台。控制箱应当在受控控制的设备配电各回路负荷计算配电系统设备选择供配电系统中的电气设计中的各类电气设备选型，不仅要求我们保证设备可以在日常的工作时能够运转的安全平稳，此外也应当满足在供电中突然发生线路短路等这类紧急故障情况时不致于被破坏甚至损毁的要求，开关、断路电器一定需要选择具备足够强大的断流能力，并适应所处的位置，高度、所处环境温、湿度，以及防尘、火、爆、腐等恶劣的环境条件。选择保护设备的原则:1以下原则规定了实验楼楼保护电气设备的选用方法：电气设备型号需要按照线路中导线及保护设备所位于的地点和工作环境及使用条件的不同来进行选择；电气设备的额定电压依据设备的工作电压来选择。实验楼设计使用中所需的全部电气设备的额定电流按照设备运行的最高负荷电流来进行数值选取。2.根据可能得出的短路电流最大值进行检测电气设备的动稳定和热稳定则可以保证电气设备在短路故障时不致损坏，设备动稳定是指电气设备自身在短路电流冲击所产生的电动力作用下不致造成破损等影响。热稳定是指电气设备载流导体的发热温度在稳态短路电流数值最大时的作用下，不可大于载流导体短路时所允许的产省的热量温度。3.切断短路电流的功能责任主要由断路器和熔断器等设计所需电气设备承担，因此开关元件断流的能力状况也必须经过严格检测，即安装所处位置最大的三相短路容量应当小于开关元件的断流容量。回路导线选择结果所有的一般插座设备容量按1.00kW计算。所以WC1-WC6回路的设备容量均为1kW，cos∅计算电流为Ijs=P插座接线包括相线、零线，接地保护线，因此插座需求的导线数量为三根，所以穿管直径选取为也相应的增大为20毫米，考虑到实际实验建筑中的设计应用，除装设高度较一般插座更高的空调与烘手器的暗插座设置外，所有实验室中使用的除去特殊标注过后的的插座其余插座的安装高度均为0.3m，敷设方式选择在地板或地面内暗敷，结合以上的原则，WC1-WC6回路导线选取WDZB-BYJ-3X4-SC20-FC。水平配线选择在夹层内穿电线管敷设。图STYLEREF1\s1-SEQ图\*ARABIC\s11导线选择示意图配电干线系统图设计图STYLEREF1\s1-SEQ图\*ARABIC\s12配电箱干线系统图SEQ图表\*ARABIC1变配电系统设计实验楼变压器的选择变压器的选择原则选择变压器时应当综合考虑以下因素(1)变配电所中，负荷总量和负荷对供电可靠性的要求是与变电器台数相关的主要因素，其次是变压器数量具备优秀的运转灵活性与经济实用性。变电器的选择需求原则如下1)现有设计原则条件下对10/0.4kV变压器要求为，一台变压器的最大容量通常不可超过2500kVA小于1600kVA。此原因是由于短路电流的数值会随着变压器容量值变大，相应的断路器具备的开断能力也变得更高，也更不易满足低压线缆所需的热稳定性要求，这些都可能造成资源的浪费与设计投资的追加:此外，所带负荷因为变压器容量变大而增多，一旦设备发生故障需要维护修理时，受故障所造成的影响范围就更大，不利于设计原则随规定的供配电系统的可靠性。2)双电源供电至所需设备处是一级负荷需要具备的供电方式，若双电源供电的两个电源都是10kV市级供电，两条独立的供电路径则最少需要两台变压器才能保证;二级负荷在没有装设备用电源的情况下至少需要两台变压器才能满足检修变压器时不停电的供电要求(2)多台变压器互相之间的工作方式问题。所谓的工作方式问题就是当变配电所中有多台变压器时，各台变压器在运行中的协调问题，工作方式即协调情况通常有下列三类方式1)变压器并列与分列运行的运行方式。两台设备容量、连接组、分接头、短路电压等方面在变压器分列运行的情况下，不需要考虑两台变压器间的相互配合，但相序、变比和短路电压、连接组在两个并列运行的变压器之间必须确保相同一致，最好具备容量相等，同步调压的能力。2)变压器相互独立的运行方式，相互之间没有工作任务的协调。此类变压器设置方式的情况下，各台变压器各自独立工作对变压器的选择可不作特别的规定。3)变压器工作与备用的运行方式，这种种协调方式是几台变压器同时进行工作、互为彼此变压器的备用变压器，最基本的工作与备用运作方式是两台变压器间的相互备用，同时工作。变压器的容量选择在这种工作运行模式下需要仔细校核，应按一台变压器退出运行的情况考虑另一台变压器的容量:另一种方式是一用一备，这种工作方式下，备用变压器容量只需考虑需要备用的负荷大小。本工程的变压器选择Dynll联结组别的变压器适合当中性线上的电流由于线路单相不平衡负荷所导致的大于变压器低压侧绕组额定电流的25%时装设。实际设计中选用Dynl1变压器为了保证单相保护动作的敏捷程度而采取提高单相短路的电流值的方法。10/0.4kV双绕组类型的变压器选择为了控制各类非线性用电设备所产生的谐波，即限制三次谐波的含量导致电网中的产生的电压正弦波形畸变率，应选用接线组别为Dynall的三相配电的变压器类型。结合本次设计实际的建筑物类型、面积大小、全部设备的用电负荷，并且结合以上规定条件的要求与实际设计得出的计算电流、总容量等计算结果，初步装设一座位于首层的10/0.4kV变配电室，变配电室内设置2台强迫风冷式干式变压器，采用的两台SCB13-1000/0.4kV-800kVA变压器的主要特点为1.安全、不易燃烧、防火可直接安装在负荷中心2.维护简易、安装简便、经济运行成本低3.防潮湿性好，可在100%湿度下正常运行4.损耗低、噪声低、绝缘性好，局部5.放电量小，无污染，损耗通常比国家相应标准5%~10%6．散热好、过载能力强，风冷状况下,可保证变压器安全运行7.体积小重量轻、结构稳定，8.耐雷电冲击能力强，机械强度高,抗温度变化，抗突发短路能力强下图为设备、容量额定电压等参数表1-1变压器参数表样图项目单位参数额定容量kVAq800额定电压高压kV11、10.5、10、6.3、6高压分接范围%±5±5%低压kV±4×2.5±4×2.5联结组标号/Dyn11空载损耗Kw1.267负载损耗Kw8.170空载电流%1.1短路阻抗%6变压器TM1主要向地下一层和电上首层及三层、五层、七层一级负荷供电；变压器TM2主要向二层、四层、六层、八层供电。下表为两台变压器的相关详细信息表1-2变压器具体设计信息序号变压器编号位置供电范围安装容量负荷率低压侧主断路器和出线断路器运行分断能力1TM1首层地下一层及地上一三五七层80060.5%25kA2TM2首层首层至屋顶层80060.2%25kA变压器的无功补偿在变配电室内的低压绕组侧集中补偿是在本科研试验楼的设计中通常采用的无功补偿方式。回路中前相的设备和线路与变压器的功率因数可以通过使用低压侧集中补偿方式，同时装设配电装置与补偿装置。变配电室的功率因数需求取值应当符合低压用户的功率因数的值宜高于0.85。高压用户的功率因数宜高于0.9的取值要求;无功功率计算应当在进行本项目的施工图设计时进行。变配电系统设计变电电源选泽本工程装设两台变压器在首层的十千伏变配电室内，设置二路10kV非专用电源作为供电电源，采取最基本的工作与备用的变压器工作协调方式。从上级市政变电站电源引出两条不会同时损坏的供电线路，市政电源正常运行时两路高压各为一段母线供电，当一路电源由于发生意外故障而无法运行时，手动投入联络开关将母线两端联络起来，科研实验验楼的全部负荷由未发生意外故障的另一路电源承担，变配电系统设计1.变配电系统变配电室为采用下进下出的走线方式为配电装置与直流电源装置供电，为装设的电缆下挖深度为一米的沟道。单母线分段运行作为本次变电系统设计的主接线的运转方式，左右两侧彼此相连。左右两侧的电源线变在供电无故障及特殊情况发生时采取同时供电分左右两端运转的方式。当一路电源由于发生意外故障而无法运行时，科研实验验楼的全部负荷由未发生意外故障的另一路电源承担起来，2.单母线系统设计以单母线分段这种利用的方式作为变配电室的220/380V系统接线型式，设联络开关。当一台变压器检修或故障时，手动投入联络开关将母线两端联络起来，实验楼所有负荷等级及特别重要负荷的供由另外没有发生故障情况的变压器设备或应急电源承担。大大提高了供配电设计的安全性。联络开关选择三位转换开关，在主线路的母联开关进行自投动作有0.2秒的延时情况下，在发生变压器低压侧的电路主开关由于短路故障或电路过载而导致跳闸时，母联开关不可闭合。电气连锁装设在变压器低压侧主进开关与联络开关中间，无论如何只有两个开关可以同时闭合。3.继电保护设计以微机保护的方式作为设计高校科研试验楼实验楼变配电系统的继电保护方式。选择零序、速断、过电流保护措施进行装设进线的保护动作为跳闸等情况的应对措施。选择断流容量为25kA，弹簧储能操作机构的高压真空断路器作为高压断路器，操作电源电压标准为DC220V。变压器选取SCB13型强迫风冷式干式变压器，设置高温时动作于信号，超温时动作于10kV真空断路器跳闸进行两段温度保护。4.配电柜选择结合本次设计的实际计算情况和参考前人已有的设计中的配电柜选型，本研究实验楼的设计工程采用MNS型配电开关柜。框架方式为C型钢材组合式结构。柜体分为前后部分和下部分，分别为水平、抽屉、电缆室。符合下进下出走线的规范。满足本设计中变配电系统设计的需求，表2-1MNS高压开关柜参数表样图项目单位12kV参数额定工作电压kV0.4额定频率Hz50额定工作电流A水平母线630～5000垂直母线800～2000额定绝缘电压kW0.66额定短时耐受电流有效值（1s）kA水平母线100kA垂直母线85kA额定动稳定电流（峰值）kA63，80，100，125工频耐受电压1分钟kV2.5外壳防护等级IP30IP42IP54额定短时耐受电流最大值水平母线kA250垂直母线kA196、变配电系统图设计1变压器TM1部分2.变压器TM2部分电气照明系统设计本空间时频技术研发与应用实验楼-1～1层洁净区域,净化区建筑面积(含洁净机房区域)1493.25m2｡其中净化区实验室使用面积1323.81m2,洁净机房区域面积169.44m2。论文中对洁净区域的照明系统进行重点设计及阐述，重要部分由每个不同类型房间内的照度要求、一般区域和具有特殊设计需求的洁净区域对于灯具及光源的选择、对不同类型的灯具与光源的装设利用及灯具控制设计等全部都是进行一般区域与洁净空间照明设计的部分组成。本项目中照明设计的原则与初心是制造一个良好舒适的光环境，提高工作人员在该区域工作生活的质量和效率。通过根据洁净空间自身具备的特殊采光需求等特点，并结合在该空间内人员工作区域及设备仪器的装设排列，使不同种类的空间内照明设计达到经济节能、舒适简洁、安全高效的照明设计标准，并且满足洁净空间内特殊的的洁净度需求，洁净照明设计洁净区域照明设计在进行洁净空间的电气照明设计的过程中，在满足洁净空间内对不同等级空气洁净度的要求的同时也要遵循相关电气照明设计的原则规范，这对洁净灯具的整体用料及表面构造等方面提出了比较高的标准，洁净空间的空气洁净度需求可以通过不易发生静电吸附和不会易于积攒灰尘的灯具及光源满足。在洁净区域中为实验室洁净区域特别设计的技术夹层内通常敷设大量不同施工专业用途的管线线路等，使夹层内维护修理人员在此区域进行线路设备的运维工作因为大量的管线变得极为危险复杂。因此，技术夹层中的的电气照明系统设计也是整体照明设计不可或缺的一部分。此外，洁净区域内多数没有自然采光，洁净区域内的照度来源均来自为其设计的人工光源。所以洁净空间照明设计的极为重要的一点是给予在洁净区域内工作的操作人员一个能够舒适工作的视觉环境。在洁净空间照明的设计进行时以下原则需要注意；洁净空间的舒适程度设计一个照度适宜的视觉环境对于通常没有自然采光的洁净空间显得极为重要。在设计要求允许的条件下弃用线状或点状光源。宜选取面状光源来避免导致实验操作人员产生眩光效应，洁净空间照度的合理程度洁净区域内合适的空间照度可以使该区域内的操作人员觉得合理舒适，甚至使实验效率及实验质量得到提高，反之则事倍功半。满足特定区域内特殊光谱的要求如果洁净区域内使用对照明光谱有着特殊要求的光敏材料时，设计应当考虑到相关因素，确认合理的光谱强度和范围，以满足正常的工作生产需求。洁净空间的灯具材料构造选择洁净区域专用的照明灯具应当选取表面构造光滑，凹凸面不多，容易护理，不容易积攒灰尘且不产生静电的构造材料制作而成的灯具满足洁净空间对该区域的空气洁净度的要求。高光照效率和低排放洁净区域的照明能耗是整体系统能耗中占比较大的部分之一，除去洁净灯具自身产生的能耗外，因其自身照明的功能所产生的热量也需要通过空调系统来排出到实验室外，所以在进行照明系统设计时为了达到设计的节能原则所规定的需求，应选取更为高效的光源。不同安装需求的特殊性洁净空间需要布置大量空调除尘系统及风管，在进行照明设计的过程中需要考虑过滤器送风口在屋顶的排布，在布置该区域内灯具时，需要选取适用于该要求的灯具类型和灯具安装方式。低衰光率和高可靠性洁净灯具及光源是洁净区域内较为易坏损坏和老化的用电设备，当有特殊状况发生时，灯具的维修和光源的更换可能将会导致区域内的洁净功能效果降低或失效，并且需要再次检测处理合格之后才能够继续投入工作使用，维护成本会因损坏或老化的设备导致增高。因此洁净空间为了满足进行工作实验所需的要求选取低衰光率和高可靠性的灯具及光源。特殊区域照度需求洁净房间因无自然采光，一般所需照明的照度标准值宜为200lx～500lx，走廊、精密机械装调室、性能测试室、人员缓冲区及其净化用室等宜为150lx～300lx，洁净区域内的照度均匀度正常情况下必须大于0.7。洁净空间照明分类洁净空间照明分类照明灯具的选择这几种照明类型通常在实验楼中的洁净区域使用1.正常照明：为洁净空间及其他区域和房间在一般正常的运转情况下提供所需照明。2.应急照明：备用照明和疏散照明是洁净空间内的应急照明的主要组成部分。正常照明发生情况无法工作时用于保证正常工作活动短暂进行或继续开展的应急照明称为备用照明；有保证疏散通道可以被逃生人员有效地发现识别与利用其脱离发生紧急情况的现场作用的照明种类称为疏散照明。洁净区域中的备用照明应当把其当作正常照明中不可分割的组成部分。备用照明应当满足所需地点足以进行必要活动和正常操作的最低照度需求。洁净空间内常用的照明光源洁净空间通常都会采用LED灯作为主要或仅有的照明光源，LED光源是这些年来高速发展进步的新型照明灯具产品，相对于荧光灯的灯具特点来说，其光效较高，并且LED光源有更明显的节能效果。目前用于科研用途的LED光源能够达到的最大的照明光效为161lm/W，商业用途应用中也可以达到100lm/W，由于洁净空间的采光几乎全部依靠人工光源来进行这个特点，LED光源是为数不多的不二选择。又因LED光源属于固态光源，并且自身具被优良的抗震特点，生产及回收过程中不会产生汞等有害气体，属于当今设计选型中remind环保产品，越来越广泛的投入应用于洁净区域的照明设计中。洁净空间常用的照明灯具本次洁净空间照明设计灯具采用洁净型三管直管灯及洁净型方灯，均是洁净区域最常用的灯具类型。嵌入式洁净方灯的外形设计不易于积攒灰尘，便于运维人员清理。此外灯具照明效果明显优于其他类型的灯具，本身也同时具备优良的气密保护性，眩光的产生也由于这两种灯具面状灯光光线的散布均匀而有效的被抑制而避免发生。SEQ图表\*ARABIC2嵌入式三管直管灯SEQ图表\*ARABIC3嵌入式洁净型方灯实验楼一般照明实验楼的一般照明需要满足人们的工作要求，既要保证和视觉目光垂直的照度要求和视觉目光水平的照度标准的要求还应当努力提高设计的照明质量，在照明设计中的全部灯具选择中使用不易于产生眩光的灯具及光源。照明灯具的安装空调机房及其他设有吊顶的房间内各类LED灯具的照明安装方式采用吊顶式进行安装，洁净空间内普通照明的灯具设计均宜做成吸顶式明装设计。洁净型方灯一般都是直接被嵌入安装到技术夹层的隔板上，顶板与灯具的下表面便会形成一个完整的平面。当灯具设计的安装方式为嵌入顶棚的暗装时，灯具安装缝隙间应当采取安全可靠的保护密封措施。洁净空间应当采取专门为洁净空间设计的洁净灯具。技术夹层或夹道内的照明设计应当可以满足运行维护人员的正常使用，安装灯具通常在侧墙上进行壁灯装设的原因是由于如果将灯具直接安装在洁净室顶部，人员正常的使用和清洁维护技术夹层便会引文内部包含的大量的线路管道造成不便甚至危险。各类电器设备与所有的电气在管线外部和墙体表面连接处的内部管道外部和内部的接缝全都要有可靠性和安全度高的密封防护措施。这样即可满足洁净空间内照度均匀、运维人员维护方便等需求。因为有各种类型的管道设备存在于夹层空间当中。通常采用防潮型灯具的原因是由于夹层内影响照明环境设计的因素中会存在区域内潮湿的可能性。夹层的高度正常情况下大概在1.5m左右，与正常的房间高度相比较为低矮。实验楼应急照明设计当一般照明的供电电源无法正常工作时，作为应急照明是照明系统中不可或缺的一部分的应急照明便会被自动或人为启动。以便在紧急情况发生时，人员的有序撤离疏散可以通过清晰明确有效地辨识疏散安全指示灯来实现。在人员密集场所的供电电源被切断时，备用照明就会被强制点亮。应急照明设计的有效与否的决定性的作用体现在于能否成功疏散人员、保障其人身安全以及有效影响事故范围的扩大等程度方面。消防应急照明和疏散指示系统的定义：在发生火灾等特殊的紧急情况下，为消防人员采取的灭火救助行动及逃生人员及时的安全疏散提供所必需的照明条件及正确的疏散指示信息的消防系统。实验楼应急照明灯具选择由于考虑到应急照明的存在的意义与特殊职能是当发生灾难时能够迅速、高效的给人们指明逃生路线或是避难通道，所以楼内所有应急光源必须在灾难发生时以最快速度响应触发，选用的灯具或者光来源必须得以最快的速度启动，换句话说也就是必须有瞬时性。又是由于应急光源的特殊性，所以在设计照明电路时要确保负责应急照明的灯具时刻供电，不能有断电情况，应与楼内其他灯具、光源区分开来、区别对待。应急灯具一般都是设置在较为狭窄的建筑环境内，例如楼梯走廊、疏散通道等，由于灾难来临时很多情况是无法预测的，房屋倒塌、人群碰撞都可能会造成应急灯光的破坏，所以要将应急灯具、光源的坚固性、稳定性考虑周全。应急灯具表面材料应该使用坚固不易碎的材料制作，普通灯具的玻璃外壳在应急灯具肯定是再适用，应当采用钢化或是更加坚固的玻璃等材料来制作应急灯具的外壳，并且在材料厚度上也应当适度加厚。.应急照明供电电源在本科研实验楼照明系统的总设计规划中，应急照明的供电电源理应与一般照明的供电电源分开，这样设计的缘由是出于因为故障时可以独立于一般照明的电源瞬间启动的考虑，不会发生应急照明供电被一般照明供电失效所影响。设计结果在本次的设计之中，负责引导人群疏散以及负责标识逃生通道的应急指示灯都将使用更加智能的照明灯具。上文所提到应急灯具灯罩厚度不宜过薄，但是又考虑到照明灯具的根本功能就是应该在黑暗等特殊环境中突显灯光标识，所以厚度还是应适中，本次设计中应急照明灯具的外壳厚度定在不超过70mm。应急通道、出口的指示灯应该设置在逃生通道、出口处，最低每相隔十米设置一个应急疏散灯，并且不应被任何物体遮挡，应设置在较为明显位置，使人能够一眼看到，简单明了。具体安装方式视楼内各通道、出口以及整体的施工工程情况而定。一般设置在逃生门或通道口上方20cm处，如若逃生门或通道口上方因特殊情况无法安装，一般视情况设置在附近墙体上，设置位置一般位于天花板下方5cm处。当然各种指示灯所指示出的通道应当是整栋建筑物内逃生距离最短、最高效、相对安全的逃生通道，使人能够在最短的时间内确定逃生路线并且脱险。除了上述几种安装方式外，还可以使用暗装设计，一般嵌入墙壁的灯具底边距离地面0.5m。备用照明根据相关规范要求对于消防控制室、洁净实验室、数据机房、变配电室、及安防控制室等重要消防区域的照度需求均可采用为100%的正常照明设计完成。剩余区域内的应急照明的出于对不同区域的照度需求的考虑不宜过高，大体上装设为正常使用照明的15%~20%最为合适，装设回路中不可以由插座的存在。本工程设置智能应急照明和疏散指示系统，系统主机和电池主站安装在消防控制室。疏散照明灯具和疏散指示标志灯具为专用应急照明用灯，采用直流24V/216V供电。在各个楼梯间内都装设专用的应急照明，再与一般照明所用配电箱区分开来，由应急照明配电箱直接供电，在正常工作情况下采用双控开关控制设计，在紧急情况时自动启用。系统内因对于不同地点的控制方式做出考虑。为满足节能高效的照明系统设计原则的需求，装设智能照明控制器，由应急照明集中控制器、疏散指示灯具与安全进出口灯具以及连接系统中全部设备的控制网络而成。因与系统配套的控制面板可以由甲方选择装设位置，所以没有在平面图中表示。当发生各种紧急情况时，由各类传感器检测出相应温度变化和烟雾浓度变化的情况，控制主机接收到消防联动信号，主机控制智能应急疏散系统给出指令，自动启用火灾区域内的备用电源及打开安全疏散标志灯，可通过预先通过与甲方沟通协商设置好的智能控制程序控制各疏散应急灯具的运行状态。供电方式采用直流24V/216V。疏散指示灯的布置和智能应急照明系统图如下图所示：SEQ图表\*ARABIC5智能应急照明控制器 应急疏散指示灯示意图照度计算利用系数法RI=此式中：照明系统图设计负荷计算本设计照明支路的负荷计算Pjsl=2P指2极开关，VE是漏电断路器附件VIGIELE的缩写，0.03是指剩余漏电电流为30mA。照度计算结果照明回路线缆及断路器选型 灯具控制实验室和洁净走道的灯具控制洁净区域内很难在分隔出的各类不同面积大小和使用功能的房间中只使用一种控制方式去有效地控制数量众多的灯具，控制既技术要结合实验室中各类仪器设备的运转方式，各区域内实验进行的操作互联、互通，又要从节能的角度考虑设计。因此不同照明区域的不同控制需求需要采取不同的控制方式。比如就地控制这种控制方式在空间较大，设备工作时间长及灯具数量多这样的类似情况之下设计，就不合理。即不实用也没有效率。所以此类情况通常都是采取区域集中控制，为了更好的满足实验环境的需求根据照明灯具的工作状况来进行统一控制。像洁净区域内的实验室中房间内的灯具由于有工作人员操作使用时间相对稳定的情况下，为了便于使用人员可以根据使用情景灵活的控制房间内的照明，就可采取就地控制的灯具控制方式，并且可很好的满足节约能源的设计需求。部分洁净空间另有灭除细菌的特别需求，在装设完一般照明之外，还需另外装设紫外线灭菌灯，还需特别关注的一个细节是，控制紫外线灭菌灯的开关应当装设在洁净空间外，且需要有防止人员误操作造成不利影响的保护措施，在这种情况下即可采用照明的集中控制设计，在无人在洁净区域内使用设备工作时，定时将杀菌灯开启，相较于就地控制设计来说可以减小工作人员的误操作率，以免对工作人员的身心健康造成不可逆的影响。另外，技术夹层是一个单独于一般房间的空间，在实验楼洁净空间的侧面或顶部，在所有设备和各种管道全部工作正常的状况下，技术夹层就无需人员来维护作业，但是在设备及管道发生损坏或出现未知问题的时候，维护人员便会进入此区域对管道与设备进行维护修修的工作。由此通常采取就地控制的照明控制方法，这样就便于按照维护修理工人的需求及其工作地点来对照明灯具进行就地控制，也可满足照明设计原则中节能的需求。此外，因为夹层空间内的线路敷设复杂多样，一旦有不可预测的紧急情况发生，也会对逃生人员的疏散造成严重影响，因此，在装设完一般照明之外，还需在夹层空间内进行应急照明设计及应急照明灯具的安装，并且在夹层空间出口除设置安全出口指示灯，便于维护修理的人员能迅速找到逃生出口并疏散撤离。实验楼插座系统设计在本项目应用到的建筑设施设计领域中无处不在的但又在设计中，由于种类随着房间类型和不同应用需求，而慢慢增长的不起眼的小型的电气设计元件插座是除了我们在设计中最常使用到的配电中的电线和电缆等设备之外不可或缺的一部分，插座这类小元器件也能将信息与电能传输到信息终端或电气设备部件。开关和建筑物内部的电器于灯具的开启及关闭有关，也可以保证建筑物内部全部电气设备的安全运转。根据本人的设计建筑调查，设计成果中的每一条独立回路中的插座装设数量应小于十个，且当实际插座系统设计情况中遇到不可避免地与其他设备连到一路时的装设数量应当小于五个。特殊房间内的不同种类的开关插座设计也是整体系统设计中相当重要的一项环节，例如潮湿有水的空间内采取防溅插座，专座专用的设计方式可以有效避免由于对开关插座的设计与利用不当造成的火灾给我们的生活带来了巨大的经济损失。所以在电气设计中，我们要想避免大量无谓的灾难发生就必须做好开关柜的防火措施等细节，现代的公共建筑大多数由各种房型组成。房间数量的增加就会直接导致电气设备数量的增加，且插座的设计没有特定的规格位置。所以设计应该考虑到哪一种布局更为合理。从用户的平面图出发，考虑到每个房间可能有需要用电需求的地方。防雷及接地系统设计在此建筑的强电系统电气设计部分当中，接地系统的设计是电气设计中至关重要的组成部分。一个科学、完整的防雷及接地系统设计是确保实验楼内所有用电设备正常运行与操作者安全的必要条件。尤其是对于实验楼内的精准严密的检测仪器等电子设备及数据中心内的高级计算机，为确保所有设备运行的稳定性与准确性，必须确定好一个安全稳定又可靠的基准点位。此外，设备与设备之间的电磁干扰一定需要注意避免，上述功能便由接地系统来完成实现。实验楼接地系统选择因需要满足本实验室中精密电子设备工作的需求，接地系统选择TN-S系统,俗称三线五相制系统，及采取单点接地措施和等电位措施。然后由引线引到总等电位铜排上共同接地。该接地系统PN线与工作零线N线严格的区分开来，专用保护线PE线将用电设备其外露可导电的部分相连，该tn-s接地系统的特点鲜明，正常运行此系统时，专用保护线PE上没有电流流通，只有N线上有不平衡的电流，所有设备的外壳接零保护都是在PE上，不会对其线上其他设备的防间接触电安全造成影响，安全可靠；另外，确定建筑的正确接地电阻值，保证电子设备的等电位基准点通过各接地线均能从接地体一个点引出获得，满足实验楼建筑中供配电系统的要求，同时符合精密电子设备仪器的工作需求。防雷接地系统防雷接地系统就是以防止雷害为目的而设计的，把雷电击打建筑而传导进建筑的电流快速导入大地的接地类型。实验楼中有大批的防干扰性能要求高，耐压等级低的布线系统与各种电子设备，他们都最怕遭到雷击。因此要做好防雷措施。电子设备会由于受到雷电对本实验楼的反击、串击、直击而造成实验楼中设备不同严重程度的干扰或损坏。安全可靠且周全严密便是对于实验楼的防雷接地系统设计必须遵守的原则。因本科研实验楼负荷等级划分为一级负荷，防雷接地系统的设计按照当前的《建筑物防雷设计规范》中原则规定的接地电阻R不大于1Ω进行装设。防雷计算及结果防雷分级及设计本科研实验楼的防雷等级通过计算确定其为三类防雷建筑，但考虑到该实验楼在空间时频技术领域的重要地位和实验室中精密仪器的安全，以二类防雷标准来进行设计。二类防雷建筑应当采取在建筑物上设置防雷避雷阵针与防雷避雷网这两种设备组合而成的接闪器对建筑物外部进行防雷的设计。并且每个接闪器之间应当相互紧密相连在一起。容易受到雷闪电击的部位应将接闪带与接闪网按设计规范沿建筑屋檐和建筑屋脊进行装设，并且应当在防雷设计中将全部屋面构造成一个成不可以超过10m×10m或12m×8m的防雷网格；并且沿着实验楼屋顶的周边装设上接闪带，接闪带应当装设在实验楼外部墙体的外表面上或屋顶檐侧边的垂直与地面的墙面上。专门对称均匀布置敷设的引下线设计应当沿着实验楼四周并且设计数量不少于两根，