住宅小区建筑电气工程设计毕业设计论文

本科学生毕业设计（论文）

某住宅小区建筑电气工程设计

Graduation Design(Thesis) of Chongqing University Electrical Design of Residential Building

Undergraduate:

Supervisor: Associate Prof

Major: Electrical Engineering and Automation

School of Electrical Engineering

Chongqing University

June 2015

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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作者签名：日期：年月日

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注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

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8）致谢

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2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

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3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

教研室（或答辩小组）及教学系意见

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

ABSTRACT

The design content of the paper is a total construction area of 21329.26m2, building covers an area of 660.63m2, 33 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 system 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 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 are 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 protection 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 protection, lighting power

目录

摘要 (2)

目录 .......................................................................................................................... III

1 绪论 (1)

2 负荷计算 (3)

2.1负荷计算概述 (3)

2.2负荷计算 (3)

2.2.1 需要系数法和负荷密度法 (3)

2.2.2 负荷计算 (4)

2.2.3 变压器的选择 (6)

2.2.4负荷分配 (7)

3 主结线方案 (10)

3.1负荷分级 (10)

3.2供电要求 (10)

3.3主结线的一般要求 (10)

3.4主结线图 (10)

4 高压系统设计 (12)

4.1进线电缆的选择 (12)

4.1.1 按假设条件计算高压侧短路电流 (12)

4.1.2 电缆选择 (12)

4.1.3 高压侧实际短路电流计算 (13)

4.2高压母线 (13)

4.2.1 高压母线的选择 (13)

4.2.2 高压母线的动稳定校验 (14)

4.3高压系统设备选型及校验 (15)

4.3.1高压开关柜 (15)

4.3.2 出线电缆 (15)

4.4高压供电系统图 (15)

5 低压系统设计 (16)

5.1低压侧出口短路电流计算 (16)

5.2低压开关柜的选择 (17)

5.3断路器的选择及整定 (17)

5.3.1万能断路器的选择 (17)

5.3.2 万能断路器的整定 (17)

5.4具体回路元件的选择 (18)

5.4.1 回路计算电流 (18)

5.4.2断路器的选择及整定 (18)

5.4.3 电流互感器及电流表的选择 (18)

5.4.4出线电缆的选择 (18)

5.5塑壳式断路器瞬时脱扣器动作电流的灵敏度校验 (19)

5.6低压供电系统图 (21)

6 防雷接地设计 (22)

6.1防雷等级的确定 (22)

6.2防雷措施 (23)

6.2.1 防直击雷 (23)

6.2.2 防雷击电磁脉冲 (24)

6.3接地 (24)

6.4等电位联结 (25)

6.4.1 总等电位联结 (25)

6.4.2 局部等电位联结 (25)

6.4.3 其它措施 (26)

6.5防雷接地及等电位联结平面图 (26)

7 动力及照明平面设计 (27)

7.1动力平面设计 (27)

7.1.1概述 (27)

7.1.2供电方式 (27)

7.1.3顶层电力配电系统图及电力平面图 (27)

7.2照明平面设计 (27)

7.2.1房间参数 (27)

7.2.2 计算空间比、反射比及利用系数 (27)

7.2.3 照度计算 (28)

7.2.4照明配电箱系统图、照明平面图及照明平面插座图 (29)

8 总结 (30)

参考文献 (1)

1 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：

①变配电所的设计；

②本建筑的高压系统设计；

③本建筑的低压系统设计（含配电箱系统，竖向配电系统）；

④本建筑的电力平面设计；

⑤本建筑的照明平面设计；

⑥本建筑的防雷平面设计；

⑦本建筑的基础接地设计；

⑧本建筑的消防自动监控系统设计；

⑨本建筑的消防平面设计。

该设计所依据的规范包括：

①《民用建筑电气设计规范》JGJ/T 16-2008；

②《供配电系统设计规范》GB50052-95；

③《低压配电设计规范》GB50054-95；

④《10kV及以下变配电所设计规范》GB50053-94

⑤《建筑物防雷设计规范》GB50057-94；

⑥《建筑照明设计标准》GB50034-2004；

⑦《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-98；

⑧《2003全国民用建筑工程设计技术措施》；

⑨《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max P 作为计算负荷c P [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

①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：

∑==n

i Ni d c P K P 1

2

2c c c Q P S +=

?tan c c P Q =

r

c c U S I 3=

式中

∑N

P

——总设备功率，单位为kW ；

d K ——需要系数；

c P ——计算有功功率，单位为kW ； c Q ——计算无功功率，单位为kvar ； c S ——计算是在功率，单位为kV A ； ?tan ——电气设备功率因数角的正切值； r U ——电气设备额定电压，单位为kV ； r I ——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d K 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：

∑=∑=n

i Ni d P c P K K P 1

=c Q K ∑Q ?tan c P

2

2

c c c Q P S +=

r

c c U S I 3=

式中，K ∑P ——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；对于变电站总计算负荷，其取值范围一般在0.85-1。 K ∑Q ——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。 ②负荷密度法

负荷密度法的计算公式如下：

S P c ρ=

式中，c P ——计算负荷，单位为kW ；

S ——计算范围的使用面积，单位为m 2； ρ——负荷密度指标，单位为kW/m 2。

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 P e /kW K d P ci/kW cos φ tan φ Q ci/ kvar S ci/kW I ci/A 住房1F 6+8+8+6+10+1

0=48 0.7 33.60 0.85 0.62 20.82 56.47 85.56 住房2F~33F 6+6+6+6+8+8+

8+8=56 0.7 1254.40 0.85 0.62 777.50 1475.2 2241 应急照明 5+10+5+5=25

0.8 20 0.90 0.48 9.69 22.22 33.67 消防电梯 20 1 20 0.50 1.73 34.64 40.00 60.61 普通电梯 20 1 20 0.50 1.73 34.64 40.00 60.61 合计 1348 877.29 车库应急照明 15 0.8 12 0.8 0.75 9 45.00 68.18 车库照明 45 0.8 36 0.8 0.75 27 90.00 136.36 车库生活水泵 37 0.8 29.60 0.8 0.75 22.20 37.00 56.06 设备照明房 15+15+10=40

0.8 32 0.8 0.75 24.00 40.00 60.61 地下车库合计 109.6 82.2 总计

1457.6

0.84

959.5

1745.1

表中 e P ——设备功率，单位为kW ； d K ——需要系数； c P ——计算有功功率，单位为kW ；

?cos ——电气设备功率因数；

?t a n

——电气设备功率因数角的正切值； c Q ——计算无功功率，单位为kvar ； c S ——计算是在功率，单位为kV A ； r I ——计算电流，单位为A 。下同。

消防负荷计算

表2.2

负荷名称 P e /kW K d P ci /kW cos φ tan φ Q ci /kvar S ci /kVA I ci /A 消防风机 43 0.8 34.4 0.80 0.75 25.80 43.00 65.15 车库消防水泵、风机 230+78+3

8+64=410

0.8 328 0.8 0.75 246.00 410.00 621.21 合计

362.4

0.8

271.80

453

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P ci/kW 无功功率Q ci/kvar 功率因数cos φ 住房1~6F 326 0.5 163 101.06 0.85 住房7~12F 336 0.5 168 104.16 0.85 住房13~18F 336 0.5 168 104.16 0.85 变配电室照明

10 0.7 7 5.25 0.8 合计1 506 314.63 0.85 住房19~23F 280 0.5 140 86.8 0.85 住房24~28F 280 0.5 140 86.8 0.85 住房29~33F 272 0.5 136 84.32 0.85 合计2 416 257.92 0.85 车库应急照明 15 1 15 11.25 0.8 室外照明 50 0.7 35 21.7 0.85 塔楼走道照明 20

1 20

9.6 0.9 消防控制室照

明

20 1 20 12.4 0.85 专用变配电室

照明 15 1 15 11.25 0.8 车库普通照明 45 0.7 31.5 23.625 0.8 普通电梯 20 1 20 34.6 0.5 消防电梯 20 1 20 34.6 0.5 生活水泵配电 37 0.8 29.6 22.2 0.8 消防风机 43 0.8 34.4 25.8 0.8 车库负1F 消防

配电

38 1 38 28.5 0.8 车库负2F 消防

配电1 78 1 78 58.5 0.8 车库负2F 消防

配电2 64 1 64 48 0.8 车库消防水泵

230 0.8 184 138 0.8 合计3

584.5

480.0

0.77

所选变压器容量

6.62694

.085.0416

cos 1=?=≥

?βc P S kV A

S 2≥495.4kV A S 3≥731.5kV A

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

①变压器1TM 所带负荷

变压器1TM 所带负荷为住房用电（1F~18F ）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cos φ1=0.85 功率因数角正切值

62.0)85.0tan(arccos tan 1==?

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

36.0)94.0tan(arccos tan 2==?

需要补偿的容量为:

)tan (tan 21??-=c cc P Q

)36.062.0(506-?= 56.131=kvar

所以使用5个型号MJDG-150F/0.4kV （var 30k Q r =）的电容补偿柜，此时并联电容器的实际值为Q cc =30x5=150kvar 。

补偿后实际功率因数为

2

12

2)tan (cos cc c c c

c

c

Q P P P S P -+==

??

2

2)150

6.314(506506

-+=

94.095.0>= 满足要求。

实际负载率 %85630

95.0506

cos =?=?=n c S P ?β>75%

满足负载率要求。

②变压器2TM 所带负荷

变压器2TM 所带负荷为住房用电（19F~33F ），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cos φ1=0.85 功率因数角正切值

62.0)85.0tan(arccos tan 1==?

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

36.0)94.0tan(arccos tan 2==?

需要补偿的容量为:

)tan (tan 21??-=c cc P Q

)36.062.0(416-?=

2.108

=kvar 所以使用4个型号MJDG-150F/0.4kV （var 30k Q r =）的电容补偿柜，此时并联电容器的实际值为Q cc =30x4=120kvar 。

补偿后实际功率因数为

2

12

2)tan (cos cc c c c

c

c

Q P P P S P -+==

??

2

2)120

9.257(416416

-+=

94.095.0>= 满足要求。

实际负载率 %83500

95.0416

cos =?=?=n c S P ?β>75%

满足负载率要求。

③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cos φ1=0.77，功率因数角正切值

()1tan tan arccos 0.770.82f ==（）

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

36.0)94.0tan(arccos tan 2==?

需要补偿的容量为:

()12tan tan cc c Q P f f =-

)36.082.0(5.584-?=