高层办公楼供配电设计毕业设计论文.docx
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高层办公楼供配电设计毕业设计论文
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本科毕业设计（论文）
题目：
高层办公楼供配电设计
院（系）：
电子信息工程学院
专业：
电气工程及其自动化
2013年6月
本科毕业设计（论文）
题目：
高层办公楼供配电设计
院（系）：
电子信息工程学院
专业：
电气工程及其自动化
2013年6月
高层办公楼供配电设计
摘要
本论文主要阐述了某十层办公楼各系统电气设计的设计依据、原则、方法及设计选择的结论。
本论文主要包括五章内容，可分为五部分：
绪论、系统负荷计算、低压供配电系统设计、照明系统设计、防雷接地系统设计。
绪论部分包括：
本设计的目的及意义，国内外研究综述、设计内容、设计总体方案等。
系统负荷计算部分包括：
电力负荷级别、负荷计算目的意义及方法等。
低压供配电系统设计部分包括：
配电方案、导线电缆的选择、线路的敷设、保护电器的选择、绘制配电系统图等。
照明系统的设计部分包括:
照度选择、照度计算、照明方式选择、光源选择、灯具的选择及布置、插座的选择及布置、绘制照明平面布置图等。
防雷接地系统设计部分包括：
建筑物的防雷等级确定、各种防雷措施、建筑物等电位保护措施、绘制防雷平面图及接地平面图等。
关键词：
系统负荷计算；低压供配电系统；照明系统；防雷接地系统
High-riseOfficeBuildingPowerSupplyDesign
Abstract
Thispapermainlyexpoundstheelectricaldesignofeachsystemdesignbasis,principle,methodandtheconclusionofthedesignchoicesinthedesignofcertaintenlayersofofficebuilding.Thispapermainlyincludesfivechapterscontent,canbedividedintofiveparts:
theintroduction,thesystemloadcalculations,thedesignoflowvoltagepowersupplyanddistributionsystem,lightingsystemdesign,lightningprotectiongroundingsystemdesign.
Theintroductionpartincludes:
thedesignofthepurposeandsignificance,domesticandforeignresearchreviewoverallscheme,designcontents,designtheoverallprogram,etc.
Systemloadcalculationspartincludes:
powerloadlevel,thesignificanceofloadcalculationandmethod,etc.
Lowvoltagepowersupplyanddistributionsystemdesignpartincludes:
powerdistributionscheme,selectionofcable,cablelaying,protectingelectricappliancechoice,drawthedistributionsystemplan,etc.
Lightingsystemdesignpartincludes:
theintensityofillumination,intensityofilluminationcomputation,lightingmodeselection,choiceoflightsource,lampsselectionandlayout,socketselectionandlayout,drawthelightinglayoutplan,etc.
Lightningprotectionandgroundingsystemdesignpartincludes:
anti-minegradedetermined,avarietyoflightningprotectionmeasures,buildings’potentialprotectionmeasures,drawlightningprotectionandgroundingplan,etc.
Keywords:
systemloadcalculations；lowvoltagepowersupplyanddistributionsystem；lightingsystem；lightningprotectionandgroundingsystem
中文摘要I
英文摘要II
1绪论1
1.1办公楼照明与供配电系统概述1
1.1.1设计的目的和意义1
1.1.2国内外研究综述2
1.2设计内容2
1.3设计总体方案2
1.3.1工程概况3
1.3.2研究的方法和措施3
1.3.3办公楼供配电设计时必须遵循的原则3
2系统计算负荷4
2.1电力负荷的级别4
2.2负荷计算的内容及意义4
2.3负荷计算的方法5
2.3.1动力负荷计算6
2.3.2照明负荷计算6
2.4负荷计算结果7
3低压供配电系统的设计8
3.1供配电方式的确定8
3.2导线电缆的选择8
3.2.1导线电缆的选择原则8
3.2.2该办公楼导线电缆的选择10
3.3线路敷设形式的选择12
3.4配电箱的选择13
3.5保护电器的选择14
3.6该办公楼供配电系统图15
4照明系统的设计16
4.1照明的方式和种类16
4.1.1照明的方式16
4.1.2照明的种类16
4.2光源和灯具的选型17
4.2.1正常照明光源和灯具的选型17
4.2.2应急照明光源及灯具的选择18
4.3照度计算18
4.3.1办公楼照度确定18
4.3.2照明计算19
4.3.3整栋楼照度计算21
4.4灯具布置25
4.4.1灯具的布置原则26
4.4.2正常照明灯具的布置26
4.4.3应急照明灯具的布置26
4.5插座系统的设计27
4.5.1插座系统设计的一般原则27
4.5.2插座的布置27
4.6照明负荷平面布置图27
5防雷接地系统的设计29
5.1防雷系统设计29
5.1.1防雷系统概述29
5.1.2建筑物防雷等级29
5.1.3该建筑物防雷等级确定30
5.1.4高层建筑物的防雷措施31
5.2接地系统设计31
5.3防雷接地平面布置图32
6结束语33
参考文献34
致谢35
毕业设计（论文）知识产权声明36
毕业设计（论文）独创性声明37
附录38
附录A：
全楼负荷计算结果38
附录B：
详细电系统图39
附录C：
总的配电系统图40
附录D：
照明平面布置图41
附录E：
屋顶防雷平面图42
附录F：
基础接地平面图43
附录G：
外文翻译44
1绪论
1.1办公楼照明与供配电系统概述
随着人们生活水平的提高，高质量的生活对于建筑物的要求也越来越高，人们对于高层建筑物的要求也越来越高。
无论是强电还是弱电系统，其设计均以安全、可靠、经济、便利为原则。
对于照明系统的设计来说，照明电气设计通常是在光照设计的基础上进行的，其主要任务是保证电光源和灯具能正常、安全、可靠而经济的工作。
供配电系统的设计主要包括供电方式的确定、导线电缆的选择、线路敷设、保护电器的选择。
照明系统设计主要包括照明方式及种类的分类、照度的计算、光源的选择、灯具和插座的选择及布置。
所有的设计环节都应以安全为前提，应该尽量做到节能和实现绿色照明。
防雷接地系统是保护建筑物安全中很重要的一部分，旨在保护建筑物防止雷击和雷电波入侵。
不同地区不同类型建筑物其防雷等级各不相同。
一定要以建筑物防雷设计规范为依据，进行防雷措施的选择。
此外，在建筑物安全方面还包括等电位联结，将进出建筑物的金属管道等连接到防雷装置上。
建筑电气设计是在认真执行国家技术经济政策、相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、设备以及建筑物安全、供电可靠、电能节约、技术先进和经济合理。
采用符合国家现行有关标准的高效节能、安全可靠的电气产品，也是建筑电气供配电系统设计可持续发展的要求。
1.1.1设计的目的和意义
通过设计实现简捷实用、便于操作、管理和维护，减少综合投资的目的。
现代民用建筑电气技术是以电能、电器设备、电子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，人们对有关供照明、配电、消防、防雷接地等系统的要求也越来越高，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。
然而合理的供配电系统设计不仅节省一次性的投资，而且对提高供电质量、节约大量的电气材料、节约运行中的电能、便于日常运行管理和维修等都具有较大的现实意义。
利用建筑电气的相关知识可以使建筑电气的安全性，可靠性达到更高的标准，从而为人们提供了一个舒适的办公环
境。
本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，进行民用建筑电气的设计，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，具有较大的现实意义。
1.1.2国内外研究综述
现在国外许多办公建筑将供配电系统控制、电气照明控制、给排水系统控制、空调系统控制、设备维修管理等多方面内容综合到一个系统中。
特别是工业发达国家已经逐步形成了一批定型的智能化供配电系统产品，这种智能化的供配电系统除了具备常规供配电系统应有的功能外，还有很多其他的功能，比如：
远程自动监测变配电设备的运行状况和运行参数，远程控制或自动控制变配电设备的运行，与楼宇自控系统或者建筑设备监控系统通信联网等功能。
我国对于建筑供配电和照明方面虽然起步较晚，但是我国政府主管部门高度重视并引导建筑供配电技术的正确发展，组织相关专业的专家进行深入研究，同时还引进国外先进建筑供配电和照明技术。
从而大大提升了我国建筑供配电的安全可靠、照明系统的节能高效环保。
总之，国内外对于低压动力供配电系统的设计已经相当成熟，对于各种建筑都大体上可以找到相应的系统进行设计和使用。
现代的高层建筑供配电系统的设计已经将弱电技术和强电技术融合在了一起，形成了新一代的电气技术。
它将会更加广泛的应用在功能复杂的现代建筑上。
随着科学技术的进步，低压供配电系统向智能化方向发展，另外建筑节能也是低压动力供配电系统的一个发展方向。
1.2设计内容
本设计需要完成的内容如下：
（1）系统负荷计算，如电力负荷级别、办公楼负荷计算等。
（2）低压供配电系统设计，如供电电源和电压的选择，导线电缆的选择、线路敷设方式的选择、保护电器的选择、供配电系统图等。
（3）照明系统设计，如照明方式及种类、照度的计算、插座及灯具的选择和布置、绘制照明平面图等。
（4）防雷接地系统设计，如建筑物防雷等级的确定、建筑物接地系统的设计等。
1.3设计总体方案
本设计主要应用先进的现代电气技术对其进行建筑电气设计，以满足社会进步、科技发展对办公楼配电系统所提出的更高要求。
根据相关规范完成该办公楼的供配电设计。
本设计既要做到方案合理、运行可靠、技术先进，满足相关规范的要求，还要简捷实用、便于操作管理和维护，减少综合资源的投资。
1.3.1工程概况
本设计来源于某公司的办公楼工程，该楼的土木建筑结构为一栋地上十层的办公楼。
建筑层高为10层，建筑物长54.60m，宽15.30m，高45.6m，总建筑面积约为8400m2。
1.3.2研究的方法和措施
通过查阅相关书籍、浏览网页、请教老师及同学、学习相关规范、根据毕业设计任务书的要求，首先将该设计分为四个部分—负荷计算、低电压供配电系统设计、照明系统的设计、防雷接地系统的设计，然后通过对办公楼供配电设计相关知识的学习将四部分内容逐渐细化，然后逐步完成各部分的设计。
1.3.3办公楼供配电设计时必须遵循的原则
在进行办公楼的供配电设计时需要遵循以下原则：
1）必须遵循国家的有关法令、标准和规范，执行国家的有关方针、政策。
包括节约能源、节约有色金属等技术经济政策等。
2）应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，设计中应采用符合国家现行有关标准的效率高、耗能低、性能先进的电气。
3）必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案。
4）应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。
根据以上原则对办公楼进行合理的供配电设计。
2系统计算负荷
计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷的确定是否合理，将直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。
计算负荷不能定得太大，否则选择的电气设备和导线电缆将会过大而造成投资和有色金属的浪费；当然计算负荷也不能定得太小，否则选择的电气设备和导线电缆将会长期处于过负荷下运行，增加电能损耗，导致绝缘体过早老化甚至烧毁。
因此，计算负荷的确定对办公楼供配电设计很是重要。
2.1电力负荷的级别
根据《供配电系统设计规范》相关规定，我国将电力负荷按其对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上造成的损失或影响的程度划分为3级。
（1）一级负荷
一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者；中断供电将在政治上、经济上造成重大损失者；中断供电将影响有重大政治、经济影响的用电单位的正常工作负荷。
一级负荷应由两路独立电源供电，在一级负荷中的特别重要负荷，除上述两个独立电源外，还必须增设应急电源。
（2）二级负荷
二级负荷为中断供电将在政治上、经济上造成较大损失者；中断供电将影响重要用电单位正常工作的负荷者；中断供电将造成大型演剧院、大型商场等较多人员集中的公共场所秩序混乱者。
二级负荷应由两回路供电。
（3）三级负荷
三级负荷为不属于一级、二级负荷者。
三级负荷一般由单回路供电。
本建筑为二类多层建筑，其中消防设备：
消防泵、排烟机、排烟风机、应急照明、消防控制室照明、配电室照明、发电机房照明、风机房照明、水泵房照明、排烟机房照明等均按二类负荷进行供电。
其他正常照明、空调等按三类负荷进行供电。
2.2负荷计算的内容及意义
负荷计算的内容包括设备功率计算，计算负荷，尖峰电流，一、二级负荷和平均负荷等内容。
计算负荷又称需要负荷或者最大负荷。
计算负荷是一个假想的持续性负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。
在
配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。
负荷计算的目的是为了合理的选择供电系统中的导线、开关电器、变压器等元件、整定继电保护，使电气设备和材料得以充分利用和安全运行。
2.3负荷计算的方法
计算负荷的方法很多，主要有需要系数法和二项式法。
前一种方法比较简便，在设计单位中使用的也最为普遍。
当用电设备台数较多、各台设备容量相差不甚悬殊时，通常都采用需要系数法计算。
当用电设备台数较少而容量又相差悬殊时，则宜采用二项式法计算，凡是民用建筑中的负荷，一般都是用需要系数Kd，进行计算的。
它既简便又实用，因为民用建筑中单机负荷较大的各类设备都是采用单机组或同类机群放射式供电，在计及供电线路、开关时，都是用单机的额定电流或起动电流进行选型或校验的，所以普遍采用需要系数法。
本设计则采用需要系数法来确定计算负荷，下面将详细介绍需要系数法。
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。
按需要系数法确定计算负荷的公式如下。
（1）用电设备组计算负荷基本公式：
有功计算负荷（单位为kw）
（2.1）
式中，—用电设备组总的设备容量（不含备用设备容量，单位为kw）。
为用电设备组的需要系数。
无功计算负荷（单位为kvar）
（2.2）
式中，—用电设备功率因数正切值
视在计算负荷（单位为KVA）
（2.3）
计算电流（单位为A）
（2.4）
式中，—用电设备额定电压，V
（2）配电干线计算负荷基本公式：
同时系数:
，
在本次设计中取：
，
配电干线的有功计算负荷：
（2.5）
配电干线的无功计算负荷：
（2.6）
配电干线的视在计算负荷：
（2.7）
配电干线计算电流：
（2.8）
（2.9）
2.3.1动力负荷计算
利用系数法计算三相用电设备组有功功率，其基本公式为：
（2.10）
式中为计算负荷，kW；为用电设备需要系数，它与用电设备组的工作性质、设备台数、设备效率和线路损耗等因素有关；为设备容量，kW。
2.3.2照明负荷计算
（1）照明负荷计算负荷的确定
照明负荷一般都属于单相用电设备，设计时应当考虑尽量将他们均匀分接到三相线路上，当计算范围内的单项设备容量之和小于三相时总设备容量的15%时，按三相平衡负荷确定干线的计算负荷，即
Pc=KnPe（2.11）
当照明负荷为不均匀分布时，照明干线的计算负荷应按三相中负荷最大的一相进行计算，即求出照明干线的等效三相负荷，即
Pc=3KnPem（2.12）
式中，Pem—指最大一相的装灯容量，kW；Kn—需要系数。
办公楼需要系数Kn=0.8。
（2）照明负荷计算电流的确定
单相照明线路的计算电流为：
（2.13）
式中，Ic—单相照明线路的计算电流，A;
Up—照明线路额定相电压，V;
cos—光源的功率因数;
Pc—单相照明线路的计算负荷，W。
三相照明线路的计算电流为：
（2.14）
式中，Ic——三相照明线路的计算电流，A;
Ul——照明线路额定相电压，V;
cos—光源的功率因数;
Pc—三相照明线路的计算负荷，W。
2.4负荷计算结果
经上述方法计算得各照明分支回路、插座回路、照明干线、空调回路的负荷。
负荷计算结果见附录A。
3低压供配电系统的设计
3.1供配电方式的确定
在多层建筑物内，由总配电箱至楼层配电箱宜采用树干式配电或分区树干式配电。
对于容量较大的集中负荷或重要用电设备，应从配电室以放射式配电。
楼层配电箱至用户配电箱应采用放射式配电。
一级负荷的供电电源应符合下面规定：
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高压用电设备时，应采用两路高压电源。
如一级负荷容量不大时，应优先采用从电力系统或邻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话站负荷时，宜采用蓄电池组作为备用电源。
2）一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其它负荷接入应急供电系统。
对二级负荷的供电方式，因其停电影响还是比较大的，应由两回线路供电。
在负荷较小或供电条件困难时，二级负荷可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆供电。
当采用架空线路时，可为一回架空线路供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100%的二级负荷。
两回线路与双重电源略有不同，二者都要求线路有两个独立部分，而后者还强调电源的相对独立。
线路自配电所引出采用电缆线路，应采用两回线路。
三级负荷对供电无特殊要求，一般有单电源供电即可。
为提高供电可靠性，本建筑二级负荷采用双电源供电；三级负荷采用单电源供电。
照明负荷与电力负荷分成不同的配电系统，以便于计量和管理；消防用电设施的配电则自成系统，以保证供电可靠。
配电系统图见附录C中的总的供配电系统图。
3.2导线电缆的选择
3.2.1导线电缆的选择原则
在建筑电气工程中，需要大量的导线和电缆，正确选择导线和电缆，是保证用电安全可靠必不可少的重要条件。
导线和电缆是分配电能的主要器件，导线电
缆选择得合理与否，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行。
因此，在选择导线和电缆中，既要重视它的可靠性，还要考虑它的经济性。
进行导线和电缆的选择时，在满足用电设备对供电安全可靠和电能质量的要求的情况下，应尽量做到布局合理，节省投资，降低年运行费，维修方便。
比较提倡选用铜线，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、检测仪表等，必须采用铜线。
导线和电缆的选择包括两个方面：
型号选择、截面选择。
导线和电缆的选择，其依据是照明装置的负荷计算。
照明计算的负荷，是整个照明装置的最高负荷。
根据负荷计算结果以及计算电流，合理的选择导线及电缆。
（1）导线和电缆型号的选择
进行型号的选择时还必须考虑使用环境以及敷设方式。
在各种不同的环境就要求选择相应的导线、电缆，同时也要求与之相适应的安装敷设方式，以确保各种环境下的用电安全，下面列出了按环境选择导线、电缆的表。
表3-1常用导线电缆
环境特征
线路敷设方式
常用电线、电缆型号
正常
干燥
环境
1、绝缘线瓷珠、瓷夹板或铝卡子明配线
2、绝缘线、裸线瓷瓶明配线
3、绝缘线穿管明敷或暗敷
4、电缆明敷或放在沟中
BBLX、BLXF、BLV、BLVA、BLX
BBLX、BLXF、BLV、BLX、LJ、LMY
BBLX、BLXF、BLX
ZLL、ZLL11、VLV、YJV、XLV、ZLQ
潮湿和特别潮湿的环境
1、绝缘线瓷瓶明配线（敷设高度>3.5米）
2、绝缘线穿塑料管、钢管明敷或暗敷
3、电缆明敷
BBLX、BLXF、BLV、BLX
BBLX、BLXF、BLV、BLX
ZLL11、VLV、YJV、XLV
多尘环境
1、塑料线瓷珠、瓷瓶明配
2、绝缘线穿塑料管明敷或暗敷
3、电缆明敷
BLV、BLVV
BBLX、BLXF、BLV、BV、BLV
VLV、YJV、ZLL11、BXLV
有火灾危险的环境
1、绝缘线瓷瓶明配线
2、绝缘线穿管明敷或暗敷
3、电缆明敷或放在沟中
BBLX、BLV、BLX
BBLX、BLV、BLX
ZLL11、ZLQ、VLV、YJV
有爆炸危险的环境
1、绝缘线穿钢管明敷或暗敷
2、电缆明敷
BBX、BV、BX
ZL120、ZQ20、VV20
（2）导线和电缆截面积的选择
导线、电缆其负荷的计算与温度、环境有很大关系，导线、电缆的截面积选
择就很关键。
进行导线截面的选择时需要遵循以下原则：
1）根据允许载流量选择导线和电缆截面
在导线和电缆（包括母线）通过正常最大负载电流（即计算电流）时，其发热温
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