配电系统设计.doc

2配电系统设计
2.1负荷等级及供电要求
2.1.2供电要求
根据《民用建筑电气规范》
（１）一级负荷的供电“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损坏”。但在实际设计中为了满足一级负荷的供电，可以采用两路高压供电，但当供电不能满足要求时，应设自备发电机，故可以采用一路高压电源加一路备用电源---应急柴油发电机组供电，当一级负荷容量较大时，应采用两路高压供电。对于特别重要的负荷供电，除了必须采用两路高压外，还必须设置应急电源（应急柴油发电机），并且该电源中严禁接入其他负荷。
（２）二级负荷的供电要求“宜由两回线路供电”，即当发生电力变压器故障或线路常见故障时不致中断供电（或中断后能迅速恢复）。设计中常采用一用一备两路高压电源供电或一路高压，另一路备用电源（柴油发电机组），但当负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回6KV及以上专用架空线供电。
（３）三级负荷对供电无特殊要求。
此外，根据《建筑设计防火规范》以及《高层民用建筑设计防火规范》对消防用电设备进行负荷等级划分，对于一类高层建筑的消防用电按一级负荷要求供电并且消防用电设备应采用专用的供电回路。火灾事故照明和疏散指示标志可采用蓄电池作备用电源，其配电设备应明显标志。
本工程为一类高层建筑，消防控制室、消防水泵、消防电梯、防烟排烟风机、应急照明等消防设备及普通电梯、消防电梯、生活水泵按一级负荷，采用双电源供电，并在最末一级配电箱处设置自动切换装置。其它动力设备、照明用电为三级负荷。
2.1.3配电方式
高层建筑低压配电系统的确定，应满足计量、维护管理、供电安全及可靠性的要求。应将照明与电力负荷分成不同的配电系统；消防及其他防灾用电设施的配电宜自成体系。
对于容量较大的集中负荷或重要负荷宜从配电室以放射式配电；对各层配电间的配电宜采用下列方式之一：
（１）工作电源采用分区树干式，备用电源也采用分区树干式或由首层到顶层垂直干线的方式。
（２）工作电源和备用电源都采用由首层到顶层垂直干线的方式。
（３）工作电源采用分区树干式，备用电源取自应急照明等电源干线。
本工程配电采用分区树干式（详见图纸配电系统图）。
2.2负荷计算
电力负荷是供电设计的依据参数。计算准确与否，对合理选择设备、安全可靠与经济运行，均起着决定性的作用。负荷计算的基本方法有：利用系数法、单位负荷法等。
负荷计算一般采用需要系数法。
照明负荷计算公式如下：
每个房间的有功功率： （2-1）
计算电流： （2-2）

用电设备组计算负荷： （2-3）
（2-4）
（2-5）
配电干线计算负荷： 　　 （2-6）
（2-7）
（2-8）
（2-9）
式中 W------------------单位面积功率（W/m2）
S------------------ 供电面积（）
------------------同时系数
------------------需要系数
Q-------------------用电设备组无功功率（kvar）
P--------------------用电设备组有功功率（kW）
cosФ------------------有功功率因数
tgФ-----------------正切角（用来求无功功率）
例如对配电箱AL0-1负荷计算，地下层W=30W/m2，供电面积S=339.3，，
则总有功功率 =WS=1*30*339.9=10179W
考虑到实际配电箱容量多是三的倍数，故P取12KW，有较大余量，
计算电流 ==23A
断路器整定值选32A，导线选取与断路器相配合，可选YJV5*10，其载流量大于32 A。
又如，对配电箱ALO负荷计算，有功功率为分配电箱之和，P=27KW，则
无功功率 =27tgarccos0.8=20.25KVA
视在功率 =33.75KVA
计算电流 =51A
断路器整定值选63A，导线选YJV5*16，其载流量大于63A
又如，对照明负荷干线3负荷计算
有功功率：=1*0.8(78+69*3)=228KW
无功功率：=158.5+51.75*3）*0.8=171KVA
视在功率：=285KVA
计算电流：=433A
断路器整定值选为450A,选线YJV4*240+1*120
本工程应急照明负荷主要是一些灯具，蓄电池，负荷计算依据具体所带负荷情况P=40n+350,n为所带灯数量，每盏白炽灯40W,
动力部分计算负荷： （2-10）
（2-11）
（2-12）
P--------------------设备有功功率
例如，对电梯进行负荷计算，P=36KW，cosφ＝0.5
则无功功率：=62.4KVA
视在功率：=72KVA
计算电流：=109A
断路器整定值选160A，选线NH-YJV4*70+1*35，其载流量大于160A
计算所得本建筑总负荷为1692KVA，其中有功功率为1354KW，无功功率为1014KVA。
AP配电箱安装容量：Pe=75KW
需要系数 Kx=0.8，功率因数 cosφ=0.85
计算容量 Pjs= Pe*Kx=60KW
Ijs= Pjs/1.732*380* cosφ=108A
AL1配电箱 安装容量：Pe=3.325KW
需要系数 Kx=0.8，功率因数cosφ=0.85
计算容量 Pjs= Pe*Kx=2.66KW
Ijs= Pjs/1.732*380* cosφ=4.8A
AL2配电箱 安装容量：Pe=21KW
需要系数 Kx=0.8，功率因数cosφ=0.85
计算容量 Pjs= Pe*Kx=17KW
Ijs= Pjs/1.732*380* cosφ=30A
AL2-11配电箱 安装容量：Pe=17KW
需要系数 Kx=0.8，功率因数cosφ=0.85

计算容量 Pjs= Pe*Kx=14KW
Ijs= Pjs/1.732*380* cosφ=25A
ZM-G公共照明配电箱 安装容量：Pe=9.9KW
需要系数 Kx=0.8，功率因数cosφ=0.85
计算容量 Pjs= Pe*Kx=7.92KW
Ijs= Pjs/1.732*380* cosφ=14A
2.3导线选择
2.3.1 电缆选择原则
（１）根据计算负荷电流选断路器整定值；
（２）根据断路器整定值选电缆；
（３）导线及断路器选择时要前后级之间相互配合，前一级断路器整定值至少比下一级断路器整定值高一级；
（４）动力设备考虑自启动影响,断路器整定时要选高一级数值。
2.3.2 选择结果
（１）照明回路和普通插座回路统一选用BV2*2.5，插座回路统一选用BV3*4。
（２）其它设备导线选择见图纸。

3照明系统设计
3.1总则
电气照明设计的基本原则主要是安全、适用、经济、美观。环境条件对照明设施有很大影响。要使照明设计与环境空间相协调，就要正确选择照明方式、光源种类、灯泡功率、照明器数量、形式与光色、使照明在改善空间立体感、形成环境气氛等方面发挥积极的作用。
3.2 照明光源选择
照明光源选择一般原则：
（１）发光效率高；
（２）显色性好，即显色指数高；
（３）使用寿命长
（４）启点可靠、方便、快捷；
（５）性能价格比高。
3.3 照明灯具选择
灯具的主要功能是合理分配光源辐射的光通量，满足环境和作业的配光要求，并且不产生眩光和严重的光幕反射。选择灯具时，除考虑环境光分布和限制眩目的要求外，还应考虑灯具的效率，选择高光效灯具。
在各类灯具中，荧光灯主要用于室内照明，汞灯和钠灯用于室外照明，也可将二者装在一起作混光照明，这样做光效高、耗电少、光色逼真、协调、视觉舒适。
灯具选择一般原则：
（１）使用安全：防触电和防火、防爆以及其他环境条件引起的危险；
（２）提高能效：选用灯具效率高、灯具配光和场所条件适应，以及光通维持率高的灯具；
（３）合理考虑功能性（良好的照明效果）、装饰性（美观、协调）、经济性（性价比高）和能源效益的结合；
（４）限制眩光。
3.4 照度和照明方式选择
选择照度是照明设计的重要问题，照度太低会损害工作人员的视力，不合理的高照度则会浪费电力。选择照度必须与所进行的视觉工作相适应。在满足标准照度的条件下，为节约电力，应恰当地选用一般照明、局部照明和混合照明三种方式，当一种光源不能满足显色性要求时，可采用两种以上光源混合照明的方式，这样既提高了光效，又改善了显色性。
另外，充分利用自然光，正确选择自然采光，也能改善工作环境，使人感到舒适，有利于健康。充分利用室内受光面的反射性，也能有效地提高光的利用率，如白色墙面的反射系数可达70－80％，同样能起到节电的作用。
3.5 一般照明
照明可分为一般照明、应急照明。
本建筑一般照明主要为办公照明。
3.5.1 办公照明一般设计原则
（１）办公时间几乎都是白天，因此人工照明应与天然采光结合设计而形成舒适的照明环境。办公室照明灯具宜采用荧光灯。
（２）办公室的一般照明宜设计在工作区的两侧，采用荧光灯时宜使灯具纵轴与水平视线平行。不宜将灯具布置在工作位置的正前方。在难于确定工作位置时，可选用发光面积大，亮度低的双向蝙蝠翼式配光灯具。
（３）在有计算机终端设备的办公用房，应避免在屏幕上出现人和什么物（如灯具、家具、窗等）的映像。
3.5.2 设计结果
本建筑主要照度标准及光源、灯型选择如下：（走廊、厕所为0米工作面照度，其它为0.75米工作面照度）
地下车库：声控双管荧光灯
大堂：荧光花吊灯(非标)
走廊楼梯：天棚灯
厕所：防水防尘灯
其它照明：嵌入式长格栅灯具
3.6 应急照明
3.6.1 应急照明分类
应急照明按照用途可分为三类：疏散照明、安全照明、备用照明。
设计要求
（１）疏散应急照明：为保证人员在发生事故时能快速而安全地离开建筑物所设立的照明。在疏散通道地面上提供的照度应达到1lx，最低不得小于0.2lx。此外，在安全出口和疏散通道的明显位置还要设有标志指示灯；
（２）安全应急照明：在正常照明突然熄灭时，为保证潜在危险场所(如医院手术间)的人员人身安全而设置的照明。安全照明在工作面上提供的照度不应小于正常照明系统提供照度的5％，并且应在正常照明电源消失后0.5s以内提供安全照明电源；
（３）备用应急照明：正常照明发生事故时，能保证室内活动继续进行的照明，备用照明往往由一部分或全部由正常照明灯具提供，其应急电源主要应来自两个级别的电源：电网电源和自备电源(发电机或集中蓄电池)，照度一般为正常照度的10％。
此外，消防控制室、消防水泵房、防烟排烟机房、配电室和自备发电机房、电话总机房以及发生火灾时仍需坚持工作的其它房间的应急照明，仍应保证正常照明的照度。疏散应急照明灯宜设在墙面上或顶棚上。安全出口标志宜设在出口的顶部；疏散走道的指示标志宜设在疏散走道及其转角处距地面1m以下的墙面上。走道疏散标志灯的间距不应大于20m。应急照明和疏散指示标志，可采用蓄电池作备用电源，且连续供电时间不应少于20min；高度超过100m的高层建筑连续供电时间不应少于30min。
3.6.2 应急照明灯具选择
应急照明必须选用能瞬时启动的光源，只有应急照明作为正常照明的一部分，并且应急照明和正常照明不出现同时断电时，应急照明才可选用其它光源，因为若选用不瞬时启动的光源(如气体放电灯)时，当其不在正常照明运作中一同使用，一旦发生事故，因其启动时间长而不能起到事故照明的作用。
3.6.3 应急照明灯具布置
高层建筑的下列部位应设置应急照明：
（１）楼梯间、防烟楼梯间前室、消防电梯间及其前室、合用前室和避难层（间）。
（２）配电室、消防控制室、消防水泵房、防烟排烟机房、供消防用电的蓄电池室、自备发电机房、电话总机房以及发生火灾时仍需坚持工作的其它房间。
（３）观众厅、展览厅、多功能厅、餐厅和商业营业厅等人员密集的场所。
（４）公共建筑内的疏散走道和居住建筑内走道长度超过20m的内走道。
3.6.4 应急灯具控制方式
（１）非持续式（常备式）。正常状态下，无交直流输出；强切状态下，交流输出；转入应急状态下，直流输出。
（２）持续式（常亮式）。正常状态下，交流输出；强切状态下，交流输出；转入应急状态下，直流输出。
（３）可控制方式。正常状态下，输出交流，灯开关自由控制开断；强切状态下，交流输出，开关失控；应急状态下，直流输出，开关失控。
3.6.5 设计结果
本建筑采用应急照明与正常照明相结合，走廊、楼梯等场所按一级负荷供电，采用双电源，已满足应急照明要求，办公室等场所应急照明采用蓄电池作备用电源，且连续供电时间不少于20min，走道疏散标志灯的间距在20m内，安装高度及其它要求均满足相关规范。如图3-1所示，详细布置见照明平面图。
3.7 照度计算
3.7.1 本设计采用单位容量法计算灯具数量
计算方法： (3-1)
式中：N--------------------规定照度下所需灯具套数，套
W--------------------在某最低照度值下的单位面积安装功率，w/m2
S----------------------房间面积，m2
Z---------------------最小照度系数
P----------------------一套灯具安装容量，不包括镇流器损耗，w
例如，对于制冷机房S=125.56，照度要求50lx,安装高度2.75米，则查得0米工作面上W=2.8w/，Z=1则：==8.79套
《照度计算书》
工程名：某行政办公大楼建筑电气设计
计算者：彭志
计算时间：2011-6-1
参考标准：《建筑照明设计标准》/ GB50034-2004
参考手册：《照明设计手册》第二版:
计算方法：利用系数平均照度法
1.房间参数
房间类别：,照度要求值:300.00LX,功率密度不超过11.00W/m2
房间名称：展 览 中 心
房间长度L：27.66 m
房间宽度B：11.76 m
计算高度H：2.25 m
顶棚反射比(%)：70
墙反射比(%)：50
地面反射比(%)：10
室形系数RI：3.67
2.灯具参数：
型号：飞利浦TLD30W/33
单灯具光源数：3个
灯具光通量：2100lm
灯具光源功率：90.00W
镇流器类型：TLD标准型
镇流器功率：0.00
3.其它参数：
利用系数：0.81
维护系数：0.80
照度要求：300.00LX
功率密度要求：11.00W/m2
4.计算结果：
E = NΦUK / A
N = EA / (ΦUK)
其中：
Φ-- 光通量lm
N -- 光源数量
U -- 利用系数
A -- 工作面面积m2
K -- 灯具维护系数
计算结果：
建议灯具数： 22
计算照度：276.69LX
实际安装功率 = 光源数× (光源功率 镇流器功率) = 1980.00W
实际功率密度：6.08W/m2
折算功率密度：6.60W/m2
5.校验结果：
要求平均照度：300.00LX
实际计算平均照度：276.69LX
符合规范照度要求！
要求功率密度：11.00W/m2
实际功率密度：6.60W/m2
符合规范节能要求！
1.房间参数
房间类别：,照度要求值:300.00LX,功率密度不超过11.00W/m2
房间名称：财 务 结 算 中 心
房间长度L：14.77 m
房间宽度B：7.05 m
计算高度H：2.25 m
顶棚反射比(%)：
墙反射比(%)：
地面反射比(%)：
室形系数RI：3.67
2.灯具参数：
型号：飞利浦TLD30W/54
单灯具光源数：2个
灯具光通量：1825lm
灯具光源功率：60.00W
镇流器类型：TLD标准型
镇流器功率：0.00
3.其它参数：
利用系数：0.81
维护系数：0.80
照度要求：300.00LX
功率密度要求：11.00W/m2
4.计算结果：
E = NΦUK / A
N = EA / (ΦUK)
其中：
Φ-- 光通量lm
N -- 光源数量
U -- 利用系数
A -- 工作面面积m2
K -- 灯具维护系数
计算结果：
建议灯具数：12
计算照度273.21LX
实际安装功率 = 光源数× (光源功率 + 镇流器功率) = 720.00W
实际功率密度：6.91W/m2
折算功率密度：7.59W/m2
5.校验结果：
要求平均照度：300.00LX
实际计算平均照度：273.21LX
符合规范照度要求！
要求功率密度：11.00W/m2
实际功率密度：7.59W/m2
符合规范节能要求！
其他房间照度均用以上方法进行计算。
3.7.2 照明负荷平面布置
设计原则：
（１）每一照明单相分支回路的电流不宜超过16A，单支回路所带灯具（插座）数量应满足相关要求，一般可以带灯具12至20盏，插座7至10只。
（２）每个照明开关所控光源数不宜。
（３）供电半径应满足要求，一般不超过30米。
（４）插座不宜和照明灯接在同一分支回路。
（５）尽量使三相所带负荷平衡。
本建筑内、大面积区域照明采用集中控制，
4防雷接地系统设计
本建筑高44.5米，依据文献[5]防雷设计按二类防雷建筑物处理。
4.2.2 第二类防雷建筑物的防雷措施
第二类防雷建筑物防直击雷的措施，宜采用装设在建筑物上的避雷网（带）或避雷针或由其混合组成的接闪器。避雷网（带）应沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设，井应在整个屋面组成不大于10m×10m或12m×8m的网格。所有避雷针应采用避雷带相互连接。
突出屋面的放散管、风管、烟囱等物体，应按下列方式保护.：
（１）排放爆炸危险气体、蒸汽或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等管道应符合文献[5]的要求。
（２）排放无爆炸危险气体、蒸汽或粉尘的放散管、烟囱，1区、11区和2区爆炸危险环境的自然通风管，装有阻火器的排放爆炸危险气体、蒸汽或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管，本规范所规定的管、阀及煤气放散管等，其防雷保护应符合下列要求.：
1.金属物体可不装接闪器，但应和屋面防雷装置相连；
2.在屋面接闪器保护范围之外的非金属物体应装接闪器，并和屋面防雷装置相连。
引下线不应少于两根，并应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于18m。当仅利用建筑物四周的钢柱或柱子钢筋作为引下线时，可按跨度设引下线，但引下线的平均间距不应大于18m。
每根引下线的冲击接地电阻不应大于10Ω。防直击雷接地宜和防雷电感应、电气设备等接地共用同一接地装置，并宜与埋地金属管道相连；当不共用、不相连时，两者间在地中的距离应符合要求，但不应小于2m。
在共用接地装置与埋地金属管道相连的情况下，接地装置宜围绕建筑物敷设成环形接地体。
利用建筑物的钢筋作为防雷装置时应符合下列规定：
（１）建筑物宜利用钢筋混凝土屋面、梁、柱、基础内的钢筋作为引下线。文献[5]规定的建筑物尚宜利用其作为接闪器。
（２）当基础采用硅酸盐水泥和周围土壤的含水量不低于4%及基础的外表面无防腐层或有沥青质的防腐层时，宜利用基础内的钢筋作为接地装置。
（３）敷设在混凝土中作为防雷装置的钢筋或圆钢，当仅有一根时，其直径不应小于10mm。被利用作为防雷装置的混凝土构件内有箍筋连接的钢筋，其截面积总和不应小于一根直径为10mm钢筋的截面积。
（４）利用基础内钢筋网作为接地体时，在周围地面以下距地面不小于0.5m，每根引下线所连接的钢筋表面积总和应符合要求：
表4-1接地体规格尺寸
闭合条形基础的周长(m)
扁钢
圆钢,根数*直径(mm)
≥60
4*25
2*Φ10
≥40或<60
4*50
4*Φ10或3*Φ12
<40
钢材表面积总和≥4.24m2
注：1.当长度相同、截面相同时，宜优先选用扁钢；
2.采用多根圆钢时，其敷设净距不小于直径的2倍；
3.利用闭合条形基础内的钢筋作接地体时可按本表校验。除主筋外，可计入箍筋的表面积。
（５）当在建筑物周边的无钢筋的闭合条形混凝土基础内敷设人工基础接地体时，接地体的规格尺寸不应小于下表的规定。
（６）构件内有箍筋连接的钢筋或成网状的钢筋，其箍筋与钢筋的连接，钢筋与钢筋的连接应采用土建施工的绑扎法连接或焊接。单根钢筋或圆钢或外引预埋连接板、线与上述钢筋的连接应焊接或采用螺栓紧固的卡夹器连接。构件之间必须连接成电气通路。
当土壤电阻率ρ小于或等于3000Ω•m时，在防雷的接地装置同其它接地装置和进出建筑物的管道相连的情况下，防雷的接地装置可不计及接地电阻值，但其接地体应符合规定。
文献[5]所规定的建筑物，其防雷电感应的措施应符合下列要求：
（１）建筑物内的设备、管道、构架等主要金属物，应就近接至防直击雷接地装置或电气设备的保护接地装置上，可不另设接地装置。
（２）平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮等长金属物应符合文献[5]第的要求，但长金属物连接处可不跨接。
（３）建筑物内防雷电磁感应的接地干线与接地装置的连接不应少于两处。
防止雷电流流经引下线和接地装置时产生的高电位对附近金属物或电气线路的反击，当利用建筑物的钢筋或钢结构作为引下线，同时建筑物的大部分钢筋、钢结构等金属物与被利用的部分连成整体时，金属物或线路与引下线之间的距离可不受限制。
在电气接地装置与防雷的接地装置共用或相连的情况下，当低压电源线路用全长电缆或架空线换电缆引入时，宜在电源线路引入的总配电箱处装设过电压保护器；当Y，yn0型或D，yn11 型接线的配电变压器设在本建筑物内或附设于外墙处时，在高压侧采用电缆进线的情况下，宜在变压器高、低压侧各相上装设避雷器；在高压侧采用架空进线的情况下，除按国家现行有关规范的规定在高压侧装设避雷器外，尚宜在低压侧各相上装设避雷器。
防雷电波侵入的措施，应符合下列要求：
（１）当低压线路全长采用埋地电缆或敷设在架空金属线槽内的电缆引入时，在入户端应将电缆金属外皮、金属线糟接地；对文献[5]所规定的建筑物，上述金属物尚应与防雷的接地装置相连。
（２）架空和直接埋地的金属管道在进出建筑物处应就近与防雷的接地装置相连；当不相连时，架空管道应接地，其冲击接地电阻不应大于10Ω。文献[5]所规定的建筑物，引入、引出该建筑物的金属管道在进出处应与防雷的接地装置相连；对架空金属管道尚应在距建筑物约25m 处接地一次，其冲击接地电阻不应大于10Ω。
高度超过45m的钢筋混凝土结构、钢结构建筑物， 尚应采取以下防侧击和等电位的保护措施：
（１）钢构架和混凝土的钢筋应互相连接。钢筋的连接应符合文献[5]的要求；
（２）应利用钢柱或柱子钢筋作为防雷装置引下线；
（３）应将45m及以上外墙上的栏杆、 门窗等较大的金属物与防雷装置连接；
（４）竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端与防雷装置连接。
4.3防雷接地系统设计
4.3.1 防直击雷
（１）本建筑利用建筑物金属构件作防雷装置，屋面用ø10镀锌圆钢沿女儿墙顶通圈明敷避雷带，支架间距1米，并暗敷避雷网，网格不大于10m×10m或12m×8m。
（２）利用建筑物结构内两根ø16钢筋通长彼此焊接作引下线，共22处，在建筑物的四周均匀对称布置，间距小于18米，并利用混凝土基础钢筋作自然接地体。
4.3.2 防侧击感应雷
（１）为防侧击雷，从30米以上，每三层设均压环，所有金属门窗、建筑玻璃幕墙均应与作防雷引下线的钢筋连通；
（２）钢构架和混凝土的钢筋应互相连接，竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端与防雷装置连接，平行敷设的金属管道如果间距小于0.1米应跨接；
（３）电源从邻近两不同变电站由电缆引入，并在入楼处设置避雷器，电缆金属外皮、金属线槽接地。
4.3.3 接地系统
本建筑采用TN---S接地保护系统，用混凝土基础钢筋作自然接地体。防雷接地、电气设备安全接地以及其它需要接地的设备，弱电设备采用共用接地，共用接地体的接地电阻应小于１Ω。这样既保证了人身和设备的安全，也减少了由不合理接地引起的干扰。为了保证人身设备的用电安全，设计要求建筑物内作总等电位联结，在地下室安装一个总等电位联结端子箱，把总水管、空调立管等所有进出建筑物的金属体及建筑物的金属构件等与电位联结端子箱连通。
为了保证建筑物美观，所有防雷装置除避雷带外均采用暗敷。
具体设计详见图纸防雷接地平面图。