教学主楼供配电综合布线系统设计Word格式.docx
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4、高层学校建筑对防雷、接地等安全要求较高；
5、高层民用建筑功能较全，对弱电部分依赖较多，智能化水平较高。
建筑电气设计是现代高层建筑的重要组成部分，一般来讲，建筑电气设计大致分为强电部分和弱电部分。
强电部分的设计包括低压配电系统，动力照明干线系统，配电箱系统和导线电缆的敷设。
强电部分是建筑电气设计的基础和主干部分，建筑电气的重要性和可靠性都取决于强电部分设计的好坏。
而弱电部分包括有线电视及卫星电视系统，通信系统，广播扩声系统，火灾自动报-警与消防联动系统还有综合布线系统，目前设计中比较深化的是火灾报警及消防联动系统与综合布线系统两部分。
随着建筑智能化水平的提高，弱电部分的系统增加很多，弱电部分的系统增加很多，弱电系统占基建筑投资比率也越来越高，因此这几弱电的各个子系统，提高智能化水平是有重要意义的。
关键字：
高低压配合
短路电流
无功补偿
电气设备
安全设计
选择方式
1.概述
本次设计的对象—学校主教学楼供配电系统设计，教学主楼分东西两侧,其中
有教室，办公教室等。
建筑面积约为33200平方米。
共有11层。
各层层高为：
一~二层
4.5m，三~九层
3.9m，十层
4.7m，设计对象主要为一层、三层。
计算它们的用电设备的功率，短路电流与限制短路电流以及无功补偿方法。
选择方面按照国家标准为电路建立保护措施。
2.供配电系统设计
2.1负荷分级及供电措施
2.1.1负荷等级
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。
及一级负荷，二级负荷，三级负荷。
根据负荷等级分类，我校应没有一级用电设备，消防中心，消防栓泵，应急照明等消防设备应为二级负荷供电；
双回路末端自动切换，其他均为三级负荷供电，采用蓄电池组作为备用电源。
2.1.2各级负荷的供电措施
各级负荷用户和设备的供电措施，均与外部电源条件有关，而外部电源条件取决于工程筹建单位提供的由当地供电部门出据的“供电方案”。
根据“供电方案”设计本工程的电源及供配电系统。
1、一级负荷用户和设备的供电措施一级负荷用户应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到破坏。
而且当一个电源中断供电时，另一个电源应能承担本用户的全部一级负荷设备的供电。
一级负荷用户变配电室内的高低压配电系统，均应采用单母线分段系统。
分列运行互为备用。
一级负荷设备应采用双电源供电，并在最末一级配电装置处自动切换。
2、二级负荷用户和设备的供电措施二级负荷的供电系统应做到当电力变频器或线路发生常见故障时，不致中断供电或中断供电能及时恢复。
应急照明等分散的小容量负荷，可采用一路市电加EPS或采用一路电源与设备自带的蓄电池在设备处自动切换。
3、三级负荷用户和设备的供电措施
三级负荷对供电无特殊要求，采用单回路供电，但应使配电系统简洁可靠，尽量减少配电级数，低压配电级数一般不宜超过四级。
且应在技术经济合理的条件下，尽量减少电压偏差和电压波动。
2.1.3配电系统的原则
本教学楼采用TN-S系统，PE线在配电室重复接地，导线敷设时，要求将PE线和N线（接地）以不同颜色区分，不得混接和错接，系统中所有供用电设备的金属外壳和插座接地均接PE线保护。
配电系统设计应满足供电可靠性和电压质量的要求。
配电系统以三级保护为宜。
系统结构不宜复杂，在操作安全、检修方便的前提下，应有一定的灵活性。
配电线路或配电室及配电箱应设置在负荷中心，以最大限度地减少导线截面，降低电能损耗。
同一用电设备性质相同或接近，应有同一线路供电；
不同性质的用电设备应由不同支路的线路供电。
在供电线路中，如果安装有冲击负荷大的用电设备，应有单独支路供电。
对于容量较大的用电设备（10千瓦以上），应有单独支路供电。
在三相供电线路中，单相用电设备应均匀地分配到三相线路，应尽可能做到三相平衡。
由单相负荷分配不均匀所引起的中性线电流，不得超过额定电流的25%；
每一相得电流在满载时不得超过额定电流值。
2.2电源及供电系统
供配电系统的设计，除一级负荷中特别重要的负荷外，不应按一个电源系统检修或者故障的同时另外一个电源又发生故障的情况进行设计。
需要两回电源线路的用电单位，应采用同级电压供电；
但根据各级负荷的不同需要及地区供电的条件，也可以采用不同的电压供电。
供电系统应简单可靠，同一电压供电系统的变配电级数不应多
于两级。
高压配电系统应采用放射式。
根据负荷的容量和分布，配变电所应靠近负荷中心，我校采用10KV双回路电源进线，教学主楼用电容量大约为1000KVA。
2.3电压选择和电能质量
用电单位的供电电压应根据用电容量，用电设备的特性，供电距离，供电线路的回路数，当地公共电网的现状及其发展规划等因素，经济技术比较确定。
供配电系统的设计时，应正确选择变压器的变比及电压分接头，降低系统阻抗，并应采取无功功率补偿的措施，还应使三相负荷平衡，以减少电压的偏差。
单相用电设备接入三相系统，使三相保持平衡。
220V照明负荷，当线路大于30A时，应采用三相系统，并应采用三相五线制。
这样，可以降低三相低压配电系统的不对称性和保证电气安全。
我校附近可供选择的有10KV双港线和大专线。
当单相用电设备接入电网时，求其计算负荷是以其三相中最大的一相负荷乘以三所得。
那么我们在设计中尽量或者注意使其三相平衡分布，这样单相接入的负荷就可以以其全部负荷相加即为其计算负荷。
后面的负荷列表中将引用这一用电思想。
2.4无功补偿
供配电设计中正确选择电动机、变压器的容量，降低线路的感抗。
当工艺条件适当时，应采取同步电机或选用带空载切除的间歇工作制设备等，提高用电单位自然功率因数措施后，仍达不到电网合理运行要求时，还可以采用并联电力电容器作为无功补偿装置；
合理时，还可采用同步电动机。
当采用电力电容器作为无功补偿装置时，应就地平衡补偿。
低压部分的无功功率应由低压电容器补偿；
高压部分的无功功率应由高压电容器补偿。
容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率应就地补偿、集中补偿。
在环境正常的车间内，低压电容器应分散补偿。
无功补偿容量应按照无功功率曲线或无功补偿计算确定。
当补偿低压基本无功功率的电容器组，常年稳定的无功功率，经常投入运行的变压器或配变电所内投切次数较少的高压电动机及高压电容器组时，应采用手动投切的无功补偿装置。
当为避免过补偿时，装设无功自动补偿装置，在经济合理时只有装设无功自动补偿装置才能满足在各种运行负荷的情况下的电压偏差允许时，应装设无功自动补偿装置。
当采用高低压自动补偿装置效果相同时，应采用低压自动补偿装置。
为基本满足上述要求，我们在设计时把无功补偿装置统一装设在变压器的低压母线侧。
这样的补偿，可以选择相对较小容量的变压器，节约初期投资。
对于容量较大，并且功率因数很低的用电负荷采用单独集中补偿。
2.5本工程的负荷计算
2.5.1负荷计算的方法
1．需要系数法。
用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。
这种方法比较简单，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。
2.利用系数法。
采用利用系数求出最大负荷班的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷。
这种方法的理论依据是慨率论和数理统计，因而计算结果比较接近实际，但因利用系数实测与统计较难，在民用建筑电气中一般不用。
3、单位面积功率法、单位指标法
一般情况下，在方案设计阶段可采用单位指标法；
在初步设计及施工图设计阶段，宜采用需要系数法；
对于住在，在设计的各个阶段均可采用单位指标法。
因此在本工程的负荷计算中，先用根据单位面积功率法大致估算本工程的计算负荷，然后再用需要系数法进行进一步计算。
（1）设备容量的计算在计算用户的设备容量时，应先对单台用电设备或用电设备组进行下列处理再相加：
①单台设备的设备容量一般取其名牌上的额定容量或额定功率。
②连续工作的电动机的设备容量即名牌上的额定功率，是轴输出有功功率，未计入电动机本身的损耗。
③短时工作电机，需考虑使用系数。
④照明设备的设备容量采用光源的额定功率加上附属设备的功率。
如荧光灯、金属卤化物灯、高压钠灯、高压泵灯，均为灯泡的额定功率加上镇流器的损耗。
低压卤钨灯、低压钠灯为灯泡额定功率加上变压器的功耗。
⑤成组用电设备的设备容量不包括备用设备。
⑥消防设备与火灾时必然切除的设备取其大者计入总设备容量。
（2）计算容量的计算①方案设计阶段确定计算容量时，采用单位指标法计算、并根据计算结果确定电力变压器的容量和台数，各类建筑物的用电指标如下表。
建筑类别
用电指标（W/㎡）
公寓
30~50
医院
40~70
旅馆
高等学校
20~40
办公
40~80
中小学
12~20
商业
40~130
展览馆
50~80
体育
演播室
250~500
剧场
汽车库
8~15
②施工图阶段采用需要系数法计算容量（计算负荷、有功功率）：
Pjs=Kx×
Pe式中Pjs-----计算容量（KW）；
Kx-----需要系数；
Pe------设备容量；
视在容量（视在功率）：
Sjs=Pjs/cosφ（kvA）无功负荷（无功功率）：
或单相负荷均衡的分配到三相上。
当无法使三相完全平衡，且最大一相与最小一相负荷之差大于三相总负荷10%时，应取最大一相负荷的三倍作为等效三相负荷计算，否则按三相对称负荷计算。
同类设备的计算容量，可以将设备容量的算术和乘以需要系数。
不同类型的设备的视在功率，应将其有功负荷和无功负荷分别相加后求其均方根。
负荷名称照明
负荷名称
规模（台数）
需要系数K
功率因数cosφ
照明
面积<
500㎡
1~0.9
0.9~1
500~3000㎡
0.9~0.7
0.9
3000~15000㎡
0.75~0.55
>
15000㎡
0.6~0.4
市场照明
3台
0.7~0.6
5台
0.8~0.6
电梯
<
100KW
0.18~0.22
0.7（交流梯）
0.8（直流梯）
0.3~0.4
窗式空调
4~10台
0.8
10~50台
表2.2
注：
1、一般动力设备为3台及以下时，需要系数取为Kx=1.2、大面积集中控制的灯比相同建筑面积的多个小房间分散控制的灯的需要系数大。
插座容量的比例大时，需要系数得选择可以偏小些。
2.5.2用电负荷计算
1、电梯用电：
本楼共有4台电梯，选18KW的电梯COSФ=0.7Kx=0.92Pj=Kx*Pe=0.92*18=16.59KWQj=Pj*tanФ=15.6*1.02=16.93Kvar总电梯功率P=4Pj=66.36KWQ=4Qj=67.69Kvar
其它用电：
排烟风机（5台10KW）COSФ=0.8，Kd=1,Pe=50W，Pj=Kx*Pe=1*50=50KWQj=Pj*tanФ=50*0.75=37.5Kvar弱电机房（1个6KW）,COSФ=0.8，Kx=0.8,Pe=6KWPj=Kx*Pe=0.8*6=4.8KWQj=Pj*tanФ=4.8*0.75=3.6Kvar2.照明用电一层照明：
400只双管荧光灯（40W），20盏防水防尘灯（60W）46盏走廊吸顶灯（32W），36盏天
棚灯（60W）Pe=400*40+20*60+46*32+36*60=16.83KWCOSФ=0.8Kx=0.83Pj=Kx*Pe=0.83*16.83=13.97KWQj=Pj*tanФ=13.97*0.75=10.48Kvar事故照明：
9盏吸顶灯（20W），48盏专用事故照明灯（32W），27盏安全出口标志灯（20W）,7盏疏散灯（20W）平圆吸顶灯（60W），4Pe=9*20+48*32+27*20+7*20+4*60=2.64KWCOSФ=0.6Kx=1Pj=Kx*Pe=2.64*1=2.64KWQj=Pj*tanФ=2.64*1.333=3.52Kvar
三层有400只双管荧光灯（40W）16盏防水防尘灯，（60W）24盏走廊吸顶灯，（32W）Pe=400*40+16*60+24*43=18KWCOSФ=0.8Kx=0.83Pj=Kx*Pe=0.83*18=14.94KWQj=Pj*tanФ=14.94*0.75=11.21Kvar事故照明：
32盏专用事故照明灯（32W）盏安全出口标志灯（20W）,12盏疏，4散灯（20W）平圆吸顶灯（60W），4Pe=32*32+4*20+12*20+4*60=0.56KWCOSФ=0.6Kx=1Pj=Kx*Pe=1*0.56=0.56KWQj=Pj*tanФ=0.56*1.333=0.75Kvar3.全楼总负荷
层数
设备名称
数量
额定功率
规格
一层
荧光灯
400
40W
JY6039
走廊吸顶灯
46
32W
JY3211
防水防尘灯
20
60W
JY3218
天棚灯
36
JY3222
专用事故照明灯
9
20W
JY6049
安全出口标志灯
27
HJD910
疏散灯
7
HJD908
平圆吸顶灯
4
JY3221
轴流风扇
10
22W
风扇
50
80W
18KW
感烟探测器
电脑
200W
多媒体
250W
弱电机房
1
6KW
三层
16
表:
教学楼负荷计算调查表
3.高压配电系统设计
3.1高压配电电压
由学校总降压变电所或高压配电所向高压用电设备的配电电压，学校内部的高压配电电压通常采用10kv或者6kv，一般情况下优先采用10kv高压配电电压。
3.2高压系统
将35kv以上的高压降到6-10kv高压送至学校变电所，要求变电所离供电区域近。
配电网的基本接线方式有放射式，树干式，环状式。
采用变压器有油侵式和干式。
放射式：
直接从6-10kv接入；
树干式：
整体铺设，各种从干支上接入；
环状：
灵活。
3.3高压电器设备的选择
高压熔断器（RN系列，RW系列）、高压断路器（油断路器，sf6断路器，真空断路器，少油断路器）、高压隔离开关，高压负荷开关（压气式，真空式）互感器（电流互感器，电压互感器），避雷器，高压开关柜（KYN系列，XGN2-10型）。
3.3.1高压熔断器
熔断器是一种当所在电路的电流超过规定值并经一定时间后，使其熔体熔化而分断电流、断开电路的一种保护电器。
熔断器的功能主要是对电路和设备进行短路保护，但有的也具有过负荷保护的功能。
3.3.2高压隔离开关
高压隔离开关的功能，主要是隔离高压电源，以保证其他设备和线路的安全检修。
因此其结构有如下特点，即断开后有明显可见的断开间隙，而且断开间隙的绝缘及相同绝缘都是足够可靠的，能充分保证设备检修的人身安全。
但是隔离开关诶有专门的灭弧装置，因此不允许带符合操作。
然而它可用来通断一定得小电流，如励磁电流不超过2A的空载变压器、电容电流不超过5A的空载线路以及电压互感器和避雷器电路等。
3.3.3高压负荷开关
高压负荷开关，具有简单的灭弧装置，能通断一定的负荷电流和过负荷电流，但不能断开短路电流，因此它必须与高压熔断器串联使用，以借助熔断器来切除短路故障。
古河开关断开后，与隔离开关一样，具有明显可见的断开间隙，因此它也具有隔离电源、保证安全检修的功能。
3.3.4高压断路器
高压断路器的功能是，不仅能通断正常的负荷电流，而且能接通和承受一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。
高压断路器按其采用的灭弧介质分，有油断路器、六氟化硫断路器、真空断路器以及压缩空气断路器、磁吹断路器等，其中应用最广的是油断路器。
3.3.5高压开关柜
高压开关柜是按一定得线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置。
在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机、变压器和高压线路之用，也可作为大型高压交流电动机的启动和保护之用，其中安装有高压开关设备、保护电器、监测仪表和母线、绝缘子等。
右图为高压配电系统图
4.低压配电系统设计
4.1概况
楼内设低压配电室二处，分供左右侧负荷，EPS电池柜设于左侧电室内，低压配电系统采用单母线运行方式，变压器与蓄电池各带一段母线，低配屏内非消防负荷均装设励脱扣器，其动作通过消防联动模块实现。
低压线路的接线方式：
放射式、树干式、链式
4.2大楼低压配电
1）大厦低压配电系统的接地型为TN-S式，即将正常工作时有电流通过的N（中性线）与保护作用的PE线（保护线），只在变配电室内相接于同一楼地点，以后分开引出，彼此绝缘互不共用2）供电给电气竖井内配电箱的配电线路，其设备的PE保护线则从相应层电气竖井的PE专用铜排引出，该专用PE铜排从低压配电柜引至电气竖井，并在地下一层电气竖井内作等电位联接，盘底距地0.5M墙上安装3）电气设备故障时，为防止人身间接接触电气火灾，采用了具有短路保护和
过载保护的自动切断供电的保护措施。
图低压配电系统图
图抽屉回路分励脱扣控制原理图
4.3设备选择:
4.3.1交流接触器选择:
（1）按接触器的控制对象、操作次数及使用类别选择相应类别的接触器。
（2）按使用位置处线路的额定电压选择。
（3）按负载容量选择接触器主触头的额定电流。
（4）对于吸引线圈的电压等级和电流种类，应考虑控制电源的要求。
（5）对于辅助接点的容量选择，要按联锁回路的需求数量及所连接触头的遮断电流大小考虑。
（6）对于接触器的接通与断开能力问题，选用时应注意一些使用类别中的负载，如电容器、钨丝灯等照明器，其接通时电流数值大，通断时间也较长，选用时应留有余量。
（7）对于接触器的电寿命及机械寿命问题，由已知每小时平均操作次数和机器的使用寿命年限，计算需要的电寿命，若不能满足要求则应降容使用。
（8）选用时应考虑环境温度、湿度，使用场所的振动、尘埃、化学腐蚀等，应按相应环境选用不同类型接触器。
（9）对于照明装置适用接触器，还应考虑照明器的类型、起动电流大小、起动时间长短及长期工作电流，接触器的电流选择应不大于用电设备（线路）额定电流的90%。
对于钨丝灯及有电容补偿的照明装置，应考虑其接通电流值（10）设计时应考虑一、二次设备动作的一致性。
4.3.2.电流互感器的选择：
（1）电流互感器型号的选择：
根据安装的环境地点和工作要求选择和确定电流互感器的型号。
（2）电流互感器额定电压的选择：
电流互感器额定电压应不低于安装地点的线路额定电压。
（3）电流互感器变比的选择：
电流互感器一次侧额定电流（A）有30、50、75、100、150、400、800、1000。
二次侧额定电压均为5A。
计量用的电流互感器变比选择应使其一次额定电流不小于线路中的计算电流。
可将变比选得大一些。
（4）电流互感器的动稳定性，热稳定性应满足线路短路时的要求。
本教学主楼电流互感器用于户内，供额定电压为0.66kV及以下，根据实际要求采用的是型号为BH-0.66的电流互感器，其变比有30/5、50/5、75/5、100/5、150/5、400/5、800/5、1000/5
4.3.3低压开关柜的选择
1）按照电压和电流选择额定电压——UN=UL额定电流——IN≥I301）.断流能力校验——Ioc≥Ik（3）
2）.保护灵敏度——Sp=Ik.min/Iop≥1.3
3）.过电流保护与导线的配合——4.5Ia1≥Iop
（2）GCD28系列抽出式低压开关柜GCD系统适用于交流50HZ、额定工作电压380V的低压配电系统中，作为受电、馈电、母联、照明及功率补偿之用额定绝缘电压：
660V（3）封闭式母线槽本设计选用CFH2—521G，1250A,五线、CP—504G，400A,五线与CP—506G，630A，五线这三种母线槽。
额定工作电压：
交流380V
4）专用PE母线排安装在电气竖井内的配电箱、电表箱等分别用导线把箱内的PE线接线板连到竖井的PE干线（TMY—30*4）上。
4.3.4空气断路器的选择空气断路器的选择
空气断路器（自动开关）：
断路器的一种。
绝缘介质为空气。
是用手动（或电动）合闸，用锁扣保持合闸位置，由脱扣机构作用于跳闸并具有灭弧装置的低压开关，目前被广泛用于
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