教学楼的供电系统设计.doc
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目录
上篇 1
1.绪论 1
工程概述 1
高层民用建筑的特点 1
建筑电气设计的组成 1
2.供配电系统设计 2
负荷分级及供电措施 2
负荷等级 2
各级负荷的供电措施 2
配电系统的原则 2
本高层教学楼的负荷分级与供电措施 3
本工程的负荷计算 3
负荷计算的方法 3
本高层教学楼的负荷计算 6
电气设备的选择 8
低压断路器的选择 8
低压开关柜的选择 11
导线型号及截面的选择 12
3.照明系统设计 14
一般规定 14
照明光源选择的一般原则 14
照明灯具选择的一般原则 14
本设计的光源与灯具的选择 14
照度计算 15
照明设计要求 17
一般照明设计 17
应急照明设计 18
4.火灾自动报警及消防联动控制系统 19
总则 19
火灾自动报警系统设计 19
火灾探测器的选择 19
火灾探测器的设置 20
火灾手动报警按钮的设置 21
火灾事故广播及消防电话的设置 22
消防控制室与消防联动控制 22
一般要求 22
消防控制室 22
导线选择与线路敷设 23
5.防雷与接地系统设计 24
建筑物的防雷措施 24
基础接地安全设计 24
本高层教学楼的防雷接地保护措施 25
6.弱电系统设计 26
有线电视系统 26
广播扩声系统 26
综合布线系统 27
弱电部分线缆敷设 27
下篇 28
7.广播音响系统概述 28
广播音响系统的类型与特点 28
广播音响系统的组成 29
8.厅堂扩声系统中扬声器系统的设计 30
9.多功能厅扩声系统设计 35
设计特点 35
设计理念 36
设计方案内容 36
结论 40
致谢 41
参考文献 42
上篇
1.绪论
工程概述
本次设计的对象——高层教学楼，是个集教学与办公为一体的教学楼，建筑面积约为21000平方米，地下一层，地上七层。
其中，地下室包括地下车库、水泵房、蓄水池、空调机房、变配电室、电梯等。
地上一层面积约为3000平方米，由14个教室、6个教师办公室、1个消防控制室、1个值班室、2个阶梯教室、2个小演讲厅、1个大演讲厅及观景平台组成。
二层与一层基本类似，在去掉两个教室的基础上增加了两个教师休息室。
三层则为教室和办公室、2个绘图教室、1个多功能厅。
四到六层为标准层，由教室、办公室、绘图教室组成。
一到六层每层面积约为3000平方米。
七层为顶层，面积较小，约1800平方米，只有教师办公室、展厅以及教师活动大会议室。
高层民用建筑的特点
1、高层民用建筑采用10KV甚至35KV高压供电，而一般高层教学楼则可采用城市公用变压器低压供电；
2、高层民用建筑的用电量大，对电气设备的要求较高；
3、高层民用建筑对消防系统的安全、可靠性要求较高；
4、高层民用建筑对防雷、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。
建筑电气设计的组成
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，广播扩部分的声系统，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，弱电系统占基建投资的比率也越来越高，因此设计好弱电的各个子系统，对节约投资、提高智能化水平是有重要意义的。
2.供配电系统设计
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。
即一级负荷、二级负荷、三级负荷。
在本设计高层教学楼中，根据负荷等级的分类，消防中心、消防栓泵、喷淋泵、消防电梯、防烟排烟风机、应急照明等消防设备为一级负荷；普通电梯、生活水泵和弱电机房为二级负荷；而普通照明为三级负荷。
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。
一级负荷用户的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压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（组）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
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，以最大限度地减小导线截面，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有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﹪；每一相的电流在满载时不得超过额定电流值。
在配电系统中的配电屏、箱应留有适当的备用回路。
选择导线截面也应适当留有余量。
2.1.4本高层教学楼的负荷分级与供电措施
本工程为一高层教学楼，消防中心、消防栓泵、喷淋泵、消防电梯、防烟排烟风机、应急照明等消防设备为一级负荷，普通电梯、生活水泵和弱电机房为二级负荷，设为一用一备，互为备用，采用双电源供电，从附近两变电站引入两回路，采用单母线分段制，中间设联络柜，并在最末一级配电箱处设置自动切换装置。
其它照明用电为三级负荷。
本工程的负荷计算
2.2.1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概率论和数理统计，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；对于住宅，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。
⑴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、高压汞灯，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。
⑵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。
表各类建筑物的用电指标
建筑类别
用电指标（W/㎡）
建筑类别
用电指标（W/㎡）
公寓
30～50
医院
40～70
旅馆
40～70
高等学校
20～40
办公
40～80
中小学
12～20
商业
一般：
40～80
展览馆
50～80
大中型：
70～130
体育
40～70
演播室
250～500
剧场
50～80
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）：
（式
式中——计算容量（kW）；
——需要系数；
——设备容量；
视在容量（视在功率）：
（式
无功负荷（无功功率）：
（式
或（式
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数和乘以需要系数。
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。
（式
表需要系数及功率因数表
负荷名称
规模（台数）
需要系数（Kx）
功率因数
（）
备注
照明
面积＜500m2
1～
～1
含插座容量，荧光灯就地补偿或采用电子镇流器
500～3000m2
～
3000～15000m2
～
＞15000m2
～
商场照明
～
冷冻机房
锅炉房
1～3台
～
～
＞3台
～
热力站、水泵房、通风机
1～5台
1～
～
＞5台
～
电梯
～
（交流梯）
（直流梯）
洗衣机房
厨房
≤100kW
～
～
＞100kW
～
窗式空调
4～10台
～
10～50台
～
50台以上
～
舞台照明
＜200kW
1～
～1
＞200kW
～
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，需要系数的选择可以偏小些。
⑶计算电流的计算380/220V三相平衡负荷的计算电流:
（式）
式中——三相设备的额定电压,=。
②220V单相负荷的计算电流：
（式）
③电力变压器低压侧的额定电流：
（式）
式中——变压器的额定容量；
——变压器低压侧的额定电压，=kV。
2.2.2本高层教学楼的负荷计算
2.2.2.1举例说明负荷计算（以地下室为例）：
1、动力负荷计算
⑴各类水泵、风机
本设计地下室包括消防栓泵（主、备，=22kW）、喷淋泵（主、备，=）、
生活水泵（主、备，=25kW）、排烟风机（主、备，=11kW）。
以上各设备Kx取，，，。
由公式得：
消防栓泵=Kx=×22=kW
消防栓泵==×=
喷淋泵=Kx=×=kW
喷淋泵==×=
生活水泵=Kx=×25=20kW
生活水泵==20×=15
排烟风机=Kx=×11=
排烟风机==×=
各类水泵、风机的总负荷为
泵、风机=++20+=kW
泵、风机=++15+=
⑵空调Kx取，，，。
全楼设中央空调，空调=KxPe=×150=120kW
空调==120×=90
动力总负荷为动力=+120=kW
动力=+90=
2、照明负荷计算
⑴方案设计阶段确定照明及插座的计算容量，采用单位指标法进行计算
地下一层的建筑面积约为1000㎡，用电指标取㎡
=1000×=kW
⑵施工图阶段采用需要系数法
用单位指标法做出的计算容量kW即为用需要系数法计算中的设备容量，
因此在需要系数法下，地下室照明的=Kx×Pe=×=kW
=×=×=
=÷=
=×÷=
地下室总计算负荷
kVA
全楼总负荷计算
该高层教学楼的总负荷计算见表
表高层教学办公楼负荷计算表
序号
楼层及设备名称
设备容量KW
计算负荷
KW
KVAR
KVA
A
地
下
室
泵、风机
空调
150
120
90
150
228
照明
小计
乘
244．8
一层
消防中心
20
1
20
15
25
38
照明
46
小计
乘
二层
弱电机房
8
1
8
6
10
照明
46
小计
乘
三到七层
三层照明
46
四层照明
46
五层照明
46
六层照明
46
七层照明
23
23
小计
乘
电梯
40
1
20
15
25
38
电气设备的选择
2.3.1低压断路器的选择
1、低压断路器的选用要点
⑴断路器的额定电压不小于线路额定电压。
⑵断路器的额定电流与过电流脱扣器的额定电流不小于线路计算负载电流。
⑶断路器的额定短路通断能力不小于线路中最大短路电流，注意进出线端的短路通断能力是否相等。
⑷断路器欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压。
⑸选择配电断路器需考虑短延时，短路通断能力和延时梯级的配合。
⑹选择电动机保护用断路器需考虑电动机的起动电流并使其在起动时间内不动作。
笼型感应电动机的起动电流按8～15倍额定电流计算。
⑺直流快速断路器需考虑过电流脱扣器的动作方向（极性）、短路电流上升率di/dt。
⑻漏电保护断路器需选择合理的漏电动作电流和漏电不动作电流。
注意能否断开短路电流，如不能断开短路电流则需和适当的熔断器配合使用。
⑼灭磁断路器选用时需考虑发电机的强励电压、励磁线圈的时间常数、放电电阻及断开强励电流的能力。
2、选择结果
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德力西集团生产的DZ20系列塑壳式断路器。
DZ20系列塑料外壳式断路器适应于交流50Hz（或60Hz），额定电流100A至1250A，额定绝缘电压690V，额定工作电压380（400）V及以下的配电线路中，作为分配电能和线路及电源设备的过载、短路和欠电压保护。
其中Y、J、G型额定电流225A及以下和Y型400A及以下的断路器亦可作为保护电动机用，在正常情况下，可分别作为线路的不频繁转换及电动机的不频繁起动之用。
本系列断路器是以Y型为基础产品，由绝缘外壳、操动机构、触头系统和脱扣器四个部分组成。
断路器的操作机构具有使触头快速合闸和分断的功能，其“合”、“分”、“再扣”和“自由脱扣”位置以手柄位置来区分。
C型、J型和G型断路器是在Y型产品基础上派生设计而成。
J型断路器是将Y型断路器的触头进行结构改进使之在短路情况下，在机构动作之前，动触头迅速斥开，达到提高通断能力的目的。
本断路器的主要技术参数见表。
表断路器主要技术参数
型号
壳架等级最大的额定电流A
额定电流InA
功率损耗W
短路分断能力KA（有效期）
飞弧距离㎜
固定式
插入式
Icu/cosΦ
Ics/cosΦ
20C
160
620253240506380100125160
40
50
12/
/
80
100
1620253240506380100
30
35
18/
14/
35
40
35/
18/
20G
40
50
100/
50/
20C
250
100125160180200225250
45
55
15/
/
225
100125160180200225
40
50
25/
19/
50
65
42/
25/
20G
60
80
100/
50/
20C
400
200250315350400
65
80
20/
/
100
75
90
30/
23/
85
110
42/
25/
20G
120
150
100/
50/
20C
630
400500630
95
120
20/
/
105
130
30/
23/
105
130
50/
25/
1250
63070080010001250
240
300
65/
120
以回路WL1为例，此回路为地下室照明回路，此回路负荷计算如下：
=1000×=kW
=Kx×Pe=×=kW
=×=×=
=÷=
=×÷=
整定电流为40A，故，由断路器主要技术参数表中，可选出此回路的低压断路器型号为（40A）。
电流互感器选用华东电气生产的75/5型号的产品。
其他低压断路器选择见附录低压配电系统图。
2.3.2低压开关柜的选择
GHK—1型低压固定组合式开关柜适用于交流50～60Hz，额定工作电压交流380V，额定绝缘电压660V、2000KVA及以下配电变压器的电力系统中，作为配电、动力、照明、无功补偿、电动机控制中心等用，能够满足广大用户的不同使用要求。
该开关柜全部采用螺钉紧固连接而成，所有的开关元件安装在专用的元件室内，并与垂直母线室用钢板隔开，上下单元之间设有金属或绝缘隔板，母线室与元件室和电缆室用钢板隔开，电缆室与垂直母线用钢板或绝缘板隔开，确保了各功能单元运行和维护时的安全，有效的防止某一单元因故障影响其它单元的正常运行。
开关柜主要技术参数见表。
表开关柜主要技术参数
额定工作频率
50～60Hz
受流电流（A）
1000、1600、2000、2500、3200、4000
额定工作电压（V）
～380
主母线额定短时耐受电流
30、50、65kA
绝缘电压（V）
～500
主母线额定短时耐受峰值电流
63、105、135kA
水平母线额定电流（A）
1000、1600、2500、4000
工频耐压1min（V）
2500
垂直母线额定电流（A）
630、1000、1600
控制电机容量（kW）
～320kW
馈电电路最大电流（A）
3000A
外壳防护等级
IP30
此开关柜的使用条件如下：
⑴周围空气温度不高于+40摄氏度，且24小时内平均温度不高于+35摄氏度，不低于.10摄氏度。
⑵空气清洁，相对湿度在最高温度+40摄氏度时不超过50%，在较低温度时允许有较高的相对温度，如+20摄氏度时为90%。
⑶没有火灾，爆炸危险、严重粉尘，化学腐蚀及剧烈震动的场所。
⑷海拔不超过2000m。
⑸开关柜适用于以下温度运输和储存，.25～+55摄氏度，在短时内（不超过24
小时）不超过+70摄氏度。
因此在本工程设计中，选用了朝阳电器开关厂生产的低压固定组合式开关柜。
2.3.2导线型号及截面的选择
2.3.2.1导线型号的选择
1、导体材料的选择
从节能角度，为了减少电能传输时引起的线路上电能损耗，要求减少导体的电流阻抗则使用铜比铝好。
故，本设计中所有导线电缆全部选用铜芯线。
2、导线绝缘及护套材料的选择
⑴电力电缆
交联聚乙烯、绝缘聚氯乙烯护套的电力电缆：
其制造工艺简单，没有敷设高差的限制。
重量较轻，弯曲性能好，具有内铠装结构，使铠装不易腐蚀。
能耐油和酸碱性的腐蚀，而且还具有不延燃的特性，可适用于有火灾发生的环境。
同时，该电缆还具有不吸水的特性，适用用于潮湿、积水或水中敷设。
⑵导线
塑料绝缘导线：
其绝缘性能好，制造工艺简单，价格比较便宜，无论明敷或穿管都可替代橡皮绝缘线。
但其气温适应性较差，低温时易变脆，高温易挥发。
由于民用建筑主要由低压供配电线路供电，所以导线截面的选择主要采用发热条件计算法和电压损失计算法。
2.3.2.2导线截面的选择
电流通过导线时，要产生电能损耗，使导线发热，若绝缘导线和电缆的温度过高时，可使绝缘损坏，甚至引起火灾。
当裸导线的温度过高时，会使其接头处的氧化加剧，增大接触电阻，使之进一步氧化，如此恶性循环，甚至可发展到断线。
因此规定了不同材料和绝缘导线的允许载流量。
在这个允许载流量范围内运行，导线的升温不会超过允许值。
选择导线截面使通过相线的电流Ic应不超过导线正常运行时的允许载流量Ial。
1、中性线截面的选择
三相四线制系统中的中性线，要考虑不平衡电流和零序电流以及谐波电流的影响。
⑴一般三相四线制系统中的中性线截面应不小于相线截面的一半。
⑵有三相四线制引出的两相三线制和单相线路，因中性线电流和相线电流相等，故中性线截面和相线截面相同。
⑶如果三相四线制线路的三次谐波电流相当突出，该谐波电流回流中性线，此时中性线截面应不小于相线截面。
遵循以上原则，本设计中各中性线截面是相线截面的一半。
2、保护线截面的选择
保护线截面要满足短路热稳定的要求，按低压配电设计规范规定：
⑴当相线截面小于16mm2时，保护线截面应不小于相线截面。
⑵当相线截面不大于35mm2且大于16mm2时，保护线截面应不小于相线截面。
⑶当相线截面大于35mm2时，保护线截面应不小于相线截面的一半。
本设计中，根据《全国民用建筑工程设计技术措施》当相线截面不大于35mm2时，各保护线截面和相线截面相同。
当相线截面大于35mm2时，各保护线截面至少为相线截面的一半。
除消防电缆用的型，别的都用的VV型的；导线都选择的BV型。
以普通回路WL1为例，为地下室照明，其计算电流为21.9A，整定电流为40A。
10㎜2的聚氯乙烯电缆载流量至少为40A，因此本回路电缆选聚氯乙烯电缆×10+1×10型号的即可。
对于回路WLM14，为弱电机房，其计算电流为15.2A，整定电流为32A。
10㎜2的BV导线的载流量至少为32A，因此本回路导线选择×10+E×型号。
而对于消防负荷的回路，如回路WLM9，为消防栓泵，其计算电流为33.44A，整定电流为80A。
本工程消防电缆均选用型，因此，此回路选用电缆型号为。
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