住宅小区建筑电气工程设计毕业设计(31页).doc

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1、-住宅小区建筑电气工程设计毕业设计-第 25 页重庆大学本科学生毕业设计（论文）某住宅小区建筑电气工程设计学 生：学 号：指导教师：专 业：电气工程及其自动化重庆大学电气工程学院二O一五年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityElectrical Design of Residential BuildingUndergraduate: Supervisor: Associate Prof Major: Electrical Engineering and AutomationSchool of Electrical Enginee

2、ringChongqing UniversityJune 2015摘 要该论文的设计内容是总建筑面积21329.26m2，建筑占地面积660.63m2，地上33层，地下车库2层，建筑高度99m，地下2层的住宅建筑，属于一类高层建筑。本设计主要针对强电的内容，主要包括：变配电所的设计、高低压系统设计、防雷平面设计、基础接地设计、动力力平面设计、照明平面设计。首先采用需要系数法和负荷密度法记性负荷计算，并对设备和线缆的参数进行初步的选择，之后再完成设备校验。供电系统采用一路10kV市政进线以及一台功率为500kW的柴油发电机供电，柴油发电机作为应急电源。高压系统采用单母线分段，实行高压集中计量，变

3、压器采用负荷开关加熔断器保护，低压侧设置无功集中自动补偿装置。该文根据建筑防雷规范进行防雷与接地设计，完成顶层防雷避雷网和引下线。针对指定的区域进行动力和照明设计，完成动力系统图、动力平面图、照明平面图、照明插座图。设计图纸均使用计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design)进行绘制。关键词：计算负荷，供配电系统，防雷接地，照明动力ABSTRACTThe design content of the paper is a total construction area of 21329.26m2, building covers an area of 660.63m2, 3

4、3 floors on the ground, underground garage 2 layer, building height 99m, underground 2 layer residential building, belongs to a class of high-rise buildings. This design mainly according to the contents of the high voltage, mainly including: Design of variable distribution, high and low voltage syst

5、em design, graphic design of lightning protection, foundation grounding design, dynamic force graphic design, and planar lighting design.First of all, the demand coefficient method and load density method memory load calculation, and preliminary selection of equipment and cable parameters, and then

6、complete the calibration equipment. The power supply uses the one way 10kV municipal line and one power of 500kW diesel generator, diesel generator as emergency power supply. High pressure system using single bus section, the implementation of high - pressure concentrated measurement. Transformers a

7、re applied with load switch and fuse protection. Automatic reactive-power compensation device is used in this low voltage system.According to the lightning protection code of the building, lightning protection and grounding design are designed, and the top lightning protection and lightning protecti

8、on is finished and the lead is offline. For the designated area of power and lighting design, complete power system diagram, power plan, lighting plan, lighting socket map. Design drawings are drawn using Aided Design CAD-Computer (CAD).Key words：Calculate the load, power supply system, lightning pr

9、otection, lighting power目 录摘 要II目 录III1 绪 论12 负荷计算32.1负荷计算概述32.2负荷计算32.2.1 需要系数法和负荷密度法32.2.2 负荷计算42.2.3 变压器的选择62.2.4负荷分配73 主结线方案103.1负荷分级103.2供电要求103.3主结线的一般要求103.4主结线图104 高压系统设计124.1进线电缆的选择124.1.1 按假设条件计算高压侧短路电流124.1.2 电缆选择124.1.3 高压侧实际短路电流计算134.2高压母线134.2.1 高压母线的选择134.2.2 高压母线的动稳定校验144.3高压系统设备选型及校

10、验154.3.1高压开关柜154.3.2 出线电缆154.4高压供电系统图155 低压系统设计165.1低压侧出口短路电流计算165.2低压开关柜的选择175.3断路器的选择及整定175.3.1万能断路器的选择175.3.2 万能断路器的整定175.4具体回路元件的选择185.4.1 回路计算电流185.4.2断路器的选择及整定185.4.3 电流互感器及电流表的选择185.4.4出线电缆的选择185.5塑壳式断路器瞬时脱扣器动作电流的灵敏度校验195.6低压供电系统图216 防雷接地设计226.1防雷等级的确定226.2防雷措施236.2.1 防直击雷236.2.2 防雷击电磁脉冲246.3

11、接地246.4等电位联结256.4.1 总等电位联结256.4.2 局部等电位联结256.4.3 其它措施266.5防雷接地及等电位联结平面图267 动力及照明平面设计277.1动力平面设计277.1.1概述277.1.2供电方式277.1.3顶层电力配电系统图及电力平面图277.2照明平面设计277.2.1房间参数277.2.2 计算空间比、反射比及利用系数277.2.3 照度计算287.2.4照明配电箱系统图、照明平面图及照明平面插座图298 总 结30参考文献311 绪 论建筑电气工程“就是以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境”的一门科学，随着建筑技术与电气科

12、技的发展而发展的，它是介于土建和电气两大类学科之间的一门综合学科。尤其是随着信息技术的发展，如显示技术、控制技术、计算机技术、数字技术、网络技术和现代通信技术，使其实现了巨大的进步。建筑电气设计工作总的来说，是以专业知识为基础，以电气设备为手段，以安全为设计基础，以经济、节能为前提，来实现特定的功能，以达到改善人们在建筑中的生活工作环境的目的。此次设计的内容是重庆市某高层住宅楼的建筑电气工程设计。总建筑面积21329.26m2，建筑占地面积660.63m2。地上33层，地下车库2层，建筑高度99m，属于一类高层建筑。此次设计的目的在于巩固课程的理论知识，学习和掌握建筑电气的基本设计方法以及培养

13、综合运用所学知识解决实际问题的能力，养成良好的工作习惯，初步建立工程意识。该设计包括以下内容：变配电所的设计；本建筑的高压系统设计；本建筑的低压系统设计（含配电箱系统，竖向配电系统）；本建筑的电力平面设计；本建筑的照明平面设计；本建筑的防雷平面设计；本建筑的基础接地设计；本建筑的消防自动监控系统设计；本建筑的消防平面设计。该设计所依据的规范包括：民用建筑电气设计规范JGJ/T 16-2008；供配电系统设计规范GB50052-95；低压配电设计规范GB50054-95；10kV及以下变配电所设计规范GB50053-94建筑物防雷设计规范GB50057-94；建筑照明设计标准GB50034-20

14、04；火灾自动报警系统设计规范GB50116-98；2003全国民用建筑工程设计技术措施；高层民用建筑设计防火规范GB50045-95。2 负荷计算2.1负荷计算概述计算负荷又称需要负荷或最大负荷。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。在供配电系统中，以30min的最大计算负荷作为选择电气设备的依据。工程上为了取值和表达方便，将最大负荷作为计算负荷1。负荷计算的方法有需要系数法、二项式法、利用系数法、负荷密度法、单位指标法和住宅用电量指标法等。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。这种方法比较简便，应用广泛，尤其适用于

15、配、变电所的负荷计算。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。这种方法的理论根据是概率论和数理统计，因而计算结果比较接近实际。适用于各种范围的负荷计算，但计算过程稍繁。本设计采用需要系数法和负荷密度法进行负荷计算。2.2负荷计算 根据该建筑的面积和功能以及其它专业所提供的有关数据（各种泵的数量及功率等），采用需要系数法和负荷密度法进行负荷计算。2.2.1 需要系数法和负荷密度法 需要系数法1）单组设备计算负荷 当分组后同一组设备中台数大于3台时，计算负荷应考虑其需要系数，即：式中 总设备功率，单位为kW； 需要

16、系数； 计算有功功率，单位为kW； 计算无功功率，单位为kvar； 计算是在功率，单位为kVA； 电气设备功率因数角的正切值； 电气设备额定电压，单位为kV； 计算电流，单位为A。 当每组电气设备台（套）数不超过3台时，考虑其同时使用率非常高，将需要系数取为1，其余计算与上述公式相同。 2）多组设备的计算负荷 当供电范围内有多个不同性质的电气设备组时，先将每一组都按上述步骤计算后，再考虑各个设备组的计算负荷在各自的负荷曲线上不可能同时出现，以一同时系数来表达这种不同时率，因此其计算负荷为：KQ式中，KP有功功率同时系数。对于配电干线所供范围的计算负荷，其取值范围一般在0.8-0.9；对于变电站

17、总计算负荷，其取值范围一般在0.85-1。 KQ无功功率同时系数。对于配电干线所供范围的计算负荷，其取值范围一般在0.93-0.97；对于变电站总计算负荷，其取值范围一般在0.95-1。 负荷密度法 负荷密度法的计算公式如下：式中，计算负荷，单位为kW； 计算范围的使用面积，单位为m2； 负荷密度指标，单位为kW/m2。2.2.2 负荷计算将正常负荷与消防负荷分开计算，如表2.1和表2.2所示。正常负荷计算 表2.1负荷名称Pe/kWKdPci/kWcostanQci/kvarSci/kWIci/A住房1F6+8+8+6+10+10=480.733.600.850.6220.8256.4785

18、.56住房2F33F6+6+6+6+8+8+8+8=560.71254.400.850.62777.501475.22241应急照明5+10+5+5=250.8200.900.489.6922.2233.67消防电梯201200.501.7334.6440.0060.61普通电梯201200.501.7334.6440.0060.61合计1348877.29车库应急照明150.8120.80.75945.0068.18车库照明450.8360.80.752790.00136.36车库生活水泵370.829.600.80.7522.2037.0056.06设备照明房15+15+10=400.83

19、20.80.7524.0040.0060.61地下车库合计109.682.2总计1457.60.84959.51745.1表中 设备功率，单位为kW； 需要系数； 计算有功功率，单位为kW；电气设备功率因数； 电气设备功率因数角的正切值； 计算无功功率，单位为kvar； 计算是在功率，单位为kVA； 计算电流，单位为A。下同。消防负荷计算表2.2负荷名称Pe/kWKdPci/kWcostanQci/kvarSci/kVAIci/A消防风机430.834.40.800.7525.8043.0065.15车库消防水泵、风机230+78+38+64=4100.83280.80.75246.00410

20、.00621.21合计362.40.8271.80453由此可知，正常负荷为1457.6kW，消防负荷为362.4kW。正常负荷大于消防负荷，因此按照正常负荷来确定变压器容量。2.2.3 变压器的选择实际负荷表2.3 回路名称设备容量/kW需要系数有功功率Pci/kW无功功率Qci/kvar功率因数cos住房16F3260.5163101.060.85住房712F3360.5168104.160.85住房1318F3360.5168104.160.85变配电室照明100.775.250.8合计1506314.630.85住房1923F2800.514086.80.85住房2428F2800.5

21、14086.80.85住房2933F2720.513684.320.85合计2416257.920.85车库应急照明1511511.250.8室外照明500.73521.70.85塔楼走道照明201209.60.9消防控制室照明2012012.40.85专用变配电室照明1511511.250.8车库普通照明450.731.523.6250.8普通电梯2012034.60.5消防电梯2012034.60.5生活水泵配电370.829.622.20.8消防风机430.834.425.80.8车库负1F消防配电3813828.50.8车库负2F消防配电17817858.50.8车库负2F消防配电26

22、4164480.8车库消防水泵2300.81841380.8合计3584.5480.00.77所选变压器容量kVAS2495.4kVAS3731.5kVA所以选择三台变压器型号分别为SCR11-630-10/0.4kV，SCR11-500-10/0.4kV，SCR11-800-10/0.4kV，采用D，yn11型接法。2.2.4负荷分配变压器1TM所带负荷变压器1TM所带负荷为住房用电（1F18F）以及变配电室照明用电，属于三级负荷，具体参数见表2.1、2.3。对变压器1TM进行无功功率补偿，采取低压集中自动补偿的方式。补偿前功率因数cos1=0.85功率因数角正切值 补偿后，低压侧功率因数应

23、该达到0.94，则功率因数角正切值 需要补偿的容量为: kvar所以使用5个型号MJDG-150F/0.4kV（）的电容补偿柜，此时并联电容器的实际值为Qcc=30x5=150kvar。补偿后实际功率因数为满足要求。实际负载率 75%满足负载率要求。变压器2TM所带负荷变压器2TM所带负荷为住房用电（19F33F），属于三级负荷，具体参数见表2.1、2.3。对变压器2TM进行无功功率补偿，采取低压集中自动补偿的方式。补偿前功率因数cos1=0.85功率因数角正切值 补偿后，低压侧功率因数应该达到0.94，则功率因数角正切值 需要补偿的容量为: kvar所以使用4个型号MJDG-150F/0.4

24、kV（）的电容补偿柜，此时并联电容器的实际值为Qcc=30x4=120kvar。补偿后实际功率因数为满足要求。实际负载率 75%满足负载率要求。变压器3TM所带负荷变压器2TM所带负荷为车库应急照明、室外照明、塔楼走道照明、消防控制室照明、专用变配电室照明、车库普通照明、普通电梯、消防电梯、生活水泵配电、消防风机、车库负1F消防配电、车库负2F消防配电1、车库负2F消防配电2、车库消防水泵，属于一级负荷，具体参数见表2.1、2.2和2.3。对变压器3TM进行无功功率补偿，采取低压集中自动补偿的方式。补偿前功率因数cos1=0.77，功率因数角正切值 补偿后，低压侧功率因数应该达到0.94，则功

25、率因数角正切值 需要补偿的容量为: kvar所以使用9个型号MJDG-L/240F/0.4kV（）的电容补偿柜，此时并联电容器的实际值为Qcc=30x9=270kvar。补偿后实际功率因数为满足要求。实际负载率 75%满足负载率要求。 柴油发电机所带负荷柴油发电机所带负荷如表2.4所示。柴油发电机负荷计算 表2.4回路名称设备容量/kW需要系数有功功率Pci/kW无功功率Qci/kvar功率因数cos车库应急照明1511511.250.8塔楼走道照明201209.60.9消防控制室照明2012012.40.85专用变配电室照明1511511.250.8普通电梯2012034.60.5消防电梯2

26、012034.60.5生活水泵配电370.829.622.20.8消防风机430.834.425.80.8车库负1F消防配电3813828.50.8车库负2F消防配电17817858.50.8车库负2F消防配电264164480.8车库消防水泵2300.81841380.8合计3538434.70.78由此可选择柴油发电机型号550DFGB，备用550kW，常用500kW。3 主结线方案3.1负荷分级根据民用建筑电气设计规范1对负荷分级的规定，可确定该建筑的消防负荷等级为一级，生活电梯、生活水泵以及走廊为一级负荷，其余负荷等级均为三级。3.2供电要求一级负荷应由两个独立电源供电，当一个电源发生

27、故障时，另一个电源应不致同时受到损坏，以维持继续供电。二级负荷应由双回路供电，当发生电力变压器或电力线路常见故障时不致中断供电或中断后能迅速恢复。为此，采用一路10kV市政进线作为正常供电电源和一台柴油发电机作为应急电源共同供电的形式，且正常电源与应急电源之间必须采取可靠措施防止其并列运行，目的在保证应急电源的专用性。3.3主结线的一般要求本设计10/0.4kV配电所的主结线高压系统采用单母线分段。高压母线上装设一组电压互感器。接在母线上的避雷器和电压互感器，宜合用一组隔离开关，并且电压互感器应由专用熔断器保护，变压器采用负荷开关和高压熔断器组合保护。采用高压集中计量，在电源进线处装设供计费用

28、的专用电能计量柜。3.4主结线图本设计主结线图如图3.1所示。采用一路10kV市政进线作为正常供电电源和一台柴油发电机作为应急电源共同供电的形式。高压系统采用单母线分段，实行高压集中计量。变压器采用负荷开关加熔断器保护。低压侧设置无功集中自动补偿装置。主结线图图3.14 高压系统设计4.1进线电缆的选择 根据工业与民用配电设计手册2，3-35kV交流系统应采用三芯电缆，选择10kV交联聚乙烯绝缘三芯电力电缆作为高压进线电缆。查工业与民用配电设计手册，选择最大的截面240mm2来计算短路电流，该短路电流为最大的短路电流，再根据该短路电流对应的热稳定截面重新选择进线电缆，最后根据实际所选电缆的相应

29、参数计算实际的短路电流，对高压系统元件进行选择和动热稳定性校验。4.1.1 按假设条件计算高压侧短路电流短路容量 MVA系统阻抗 图4.1 短路电流计算示意图查工业与民用配电设计手册，可知10kV交联聚乙烯绝缘三芯电力电缆截面积为240mm2时，单位长度电阻/km，单位长度电抗/km。供电半径3km。电缆电阻和电抗 短路电抗 短路阻抗 三相短路电流kA4.1.2 电缆选择由电缆热稳定选择电缆截面mm2式中 t 短路切除时间，取0.15s；c 热稳定系数，查表得10kV铜芯交联聚乙烯绝缘三芯电力电缆c=137。故选择WDZB-YJY-10kV-。电缆允许载流量 AA满足正常负荷下的长期运行发热条

30、件要求。式中 A（变压器以1TM为例，其余同理）4.1.3 高压侧实际短路电流计算查得截面积为185mm2的该电缆的单位长度电阻和电抗分别为/km，/km电缆电阻和电抗分别为短路电抗 短路阻抗 三相短路电流kA三相短路冲击电流瞬时值kA4.2高压母线4.2.1 高压母线的选择根据工业与民用配电设计手册，以热稳定校验公式来选择高压母线的截面积：mm2故选择母线型号为：TMY3(608)。故母线载流量 AA，满足正常负荷下的长期运行发热条件要求。4.2.2 高压母线的动稳定校验按机械共振条件校验为避免短路电动力的工频和2倍工频周期分量与母线的自振频率相近而引起共振的危险，对重要母线应使母线的自振频

31、率限制在以下共振频率范围之外：对单条母线为35-135Hz；对多条母线组及带有引下线的单条母线为35-155Hz。在单自由振动系统中，三相母线在同一平面内的母线自振频率为Hz式中 母线惯性半径，m，与母线布置方式有关，对于水平布置的三相线，当母线平放时为0.289h，立放时为0.289b； b母线厚度，m； h母线宽度，m； 材料系数，铜为1.14102； 绝缘子跨距，m；由计算可知，母线的自振频率Hz，能限制在上述共振频率范围之外，则振动系数。动稳定校验对水平布置的三相母线，母线平放时，其截面系数为m3由以及，查工业与民用配电设计手册图5-1可得矩形母线的形状系数。则短路电流通过硬母线产生的

32、应力为 MPa式中 D导体中心间距，取0.35m； 绝缘子间跨距，1.36m。由于MPaA满足正常负荷下长期发热的要求。热稳定性校验 mm235mm2，故PE线截面为120mm2。综上述，电缆型号为WDZB-YJY-0.6/1kV-（+1120）。5.5塑壳式断路器瞬时脱扣器动作电流的灵敏度校验 为保证在线路末端发生单相短路时，断路器的瞬时脱扣器仍然能可靠动作，需要校验其灵敏度，判断它是否能保护到线路全长。TN-S系统中，由于保护线的截面一般最小，则其阻抗最大，因此将相线与保护线之间的短路叫做单相接地故障，该电流即为最小的短路电流。 归算至变压器低压侧的高压系统阻抗可按下式计算5m式中 Un变

33、压器低压侧标称电压，0.38kV； c电压系数，计算单相短路时取1.0； Sk变压器高压侧系统短路容量，MVA；系统电抗 m系统电阻 m系统相保电阻 m系统相保电抗 m查工业与民用配电设计手册，得SCR11-630-10/0.4kV 型变压器的相保电阻、相保电抗分别为m，m。选取住房用电（29F33F）回路，回路编号2B03。（线路最长） 该回路电缆型号为WDZB-YJY-4X185+1X95，可取电缆长度为140m。由工业与民用配电设计手册查得单位长度相保电阻、相保电抗分别为m/m，m/m。该回路相保电阻： m相保电抗： m短路回路相保电阻：m短路回路相保电抗：m则单相接地故障电流：kA=3

34、770A灵敏度：满足灵敏度要求。式中 灵敏度； 单相接地故障电流，A； 塑壳式断路器瞬时脱扣器动作电流，A。5.6低压供电系统图 详见图纸电施-03、04、056 防雷接地设计6.1防雷等级的确定根据建筑物防雷设计规范9，雷击大地的年平均密度应按下式确定式中 建筑物所处地区雷击大地的年平均密度，次/（km2a）; 年平均雷暴日数，重庆地区为36.5。故 次/（km2a） 建筑物等效面积应为其实际平面积向外扩大后的面积。其计算方法应符合下列规定：当建筑物的高度H小于100m时，其每边的扩大宽度和等效面积应按下列公式计算确定：式中 D建筑物每边的扩大宽度，m； L，W，H分别为建筑物的长，宽，高，m。 本建筑物最高高度为99m，小于100m，按上式确定扩大宽度及等效面积，列表计算如下。建筑物扩大宽度的计算表6.1 建筑物高度H (m)扩大宽度D(m)634.19.241.912.949.131.873.163.993.372.196.077.597.482.198.499100 当建筑物各部位的高不同时，应沿建筑物周边逐点