学生宿舍楼配电设计

学生宿舍楼配电设计

摘要：介绍了校园学生宿舍楼的配电设计，阐述了负荷计算、负荷等级的确定、照度的选择、配电系统的设计电器设备的选择、防雷与接地系统的设计。给出了一个安全用电和节约能源的系统方案。为学生创造了一个良好的学习、工作环境。

关键词：宿舍楼、负荷等级、负荷计算、配电系统、电气设备的选择

前言：

不同的学校，不同的宿舍之间规模大小不同，因而用电情况和电力运行的情况也各不相同。因此，不可能有一套标准的适用于一切宿舍楼的配电系统。在对该宿舍的用电量需要进行定性和定量的分析，评估它当前的以及将来的电量情况。力求编制出一套最佳的配电方案。在分析宿舍楼用电需求时不仅要搞清楚电力使用的种种细节，还必须考虑到用电的可靠性和经济性等诸多方面的因素，以求得供求间的最佳平衡。在设计中尽量采用符合国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。

1：工程的慨述

学生宿舍楼是学校建筑的主要部分。学生能够努力学习，和圆满地完成各科学业，与他们能够很好地睡眠、休息是分部开的。这样作为校园生活区的学生宿舍配电的合理设计就显得格外重要。

本次设计是学校学生公寓的供配电设计，建筑面积约为10000㎡，随着教学产业的不断发展，学生宿舍建筑的规模和数量都越来越多。每个宿舍单体面积也比较大，一般总面积为8000∽15000㎡；有些都是在一楼设自行车库、水泵房、配电机房。顶楼装太阳能热水器，和电热棒。二楼至七楼为学生休息宿舍，建筑形式多为条型与连廊的组合；宿舍房间内住的人数为4-6人，每栋大约150∽200间；建筑层数5∽7层，高度不超过24m。总之，大多数宿舍按《宿舍建筑设计规范》（JGJ36—2005）表，居住类型和人均使用面积分类为三类。学生公寓的建筑的特点一般采用10KV高压供电，而一般高层宿舍楼则可采用城市公用变压器低压供电，用电量大，对电气设备的要求较高；队消防系统的安全、可靠性要求较高；对防雷、接地等安全要求较高。

2：配电系统的设计

供配电技术，分为强电部分和弱电部分。强电部分的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网络系统，通信系统，广播扩声系统，火灾自动报警与消防联动系统还有综合布线系统。作好供配电工作，对于保证正常的工作、学习、生活将有十分重要的意义。

2.1负荷计算

每栋宿舍单位内部都是由126间学生宿舍、公共活动室，值班室、公共走廊、楼梯间等几个地方组成。宿舍内部用电设备情况见下表1

表1 每个宿舍内部用电情况

公共活动室、值班室、配电室、配电室等房间用荧光灯，一般功率在6KW;公共走廊、楼梯间采用节能灯，应急设备照明、疏散指示灯、功率大概一共10KW 以内；电热棒一般为10KW。所以整栋宿舍楼的负荷大概为530KW。

2.2变压器的容量计算

按用电指标，先计算电力变压器的二次侧的总的计算负荷，并考虑无功补偿容量，最大负荷同时系数，以及线路与变压器的损耗，从而求得变压器的一次侧计算负荷，并作为选择变压器容量的重要依据。对于无特殊要求的用电部门，应考虑近期发展，单台电力变压器的额定容量按总视在计算负荷值再加大15%~25%来确定，以提高变压器的运行效率，但单台变压器的容量应不超过1000KVA。在装设两台及以上电力变压器的变电所，当其中某一台变压器故障、

检修而停止运行时，其他变压器应能保证一、二级负荷的用电，但每台的容量应在1000KVA 以内。

在确定电力变压器容量时，还应考虑变压器的经济运行。由于变压器的损耗与负荷率有关，负荷率对于变压器的经济运行的影响较大，所以应力求使变压器的平均负荷率接近于最佳负荷率β值。我们从以前学过的知识知道，变压器的效率曲线不是单增的，而是先增加再下降，在其上有一个最大值：即：d η/d *2I =0可求出产生最大功率的条件为：*2I =k P P 0即是说当不变损耗等于可变损耗

时，变压器的效率达到最大值。

对于学生公寓楼负荷较大，考虑SCB 系列变压器的最佳负荷率在50%~60%左右，也预留好以后的发展空间，宜选用SCB10-1000/10电力变压器一台。

2.3负荷等级

电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失及影响的程度分为一级、二级、三级负荷。

一级负荷

一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者；或将在政治上，经济上造成重大损失者；或中断将影响有重大政治经济意义的用电单位的正常工作者。

就宿舍楼供配电这一块来讲，我校现没有一级用电负荷。

二级负荷

二级负荷为中断供电将在政治上，经济上产生较大损失的负荷，如主要设备损坏，大量产品报废等；或中断供电将影响重要的用电单位正常的工作负荷，如交通枢纽、通信枢纽等；或中断供电将造成秩序混乱的负荷等。

在本次毕业设计中：宿舍楼现有的二级负荷有：消防系统、应急照明、疏散指示灯、安全出口指示灯，保卫处用电设备，楼梯间照明。

三级负荷

三级负荷为不属于前两级负荷者。只需普通供电要求。

我校宿舍楼除了前面罗列的二级负荷外，全为三级负荷。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。

2.4照度标准

参照《建筑照明设计标准设计》（GB50034-2004）中居住建筑表5.11，起居室的一般活动区和卧室的照度按75∽100LX,公共活动室照度为200LX，走廊、楼梯间、为75LX，卫生间为50LX 备用照明为正常的照度的10%。下面我们利用系数法计算照度。

照明光源的利用系数是用照明光源光通量有效利用程度的一个参数，用投射到工作面上的光通量与全部光源发出的光通量之比来表示，即：μ=Φe/(nΦ) 式中：Φe---投射到工作面上的有效光通量

Φ----每盏灯发出的光通量

n----灯的盏数

在确定了系数后用来计算工作面的平均照度

Eav=μKnΦ/A

式中：Eav---工作面的平均照度Lx

μ-----利用系数

K------减光系数

N -----灯的盏数

Φ-----每盏灯发出的光通量Lm

A------受照工作面的面积㎡

若已知工作面的平均照度标准，并已初步确定灯具型式，功率时，则可由下式计算出灯具数量:

n=EavA/μKΦ

2.5确定受电电压和受电方式

由于宿舍楼的设计负荷比较大，按《民用建筑电气设计规范》中第3.3.1条“用电设备容量在在250KW或需要变压器在160KV·A以上者都应以高压方式供电。所以本次采用10KV进变配电所，用并联二路接入方式。优点在于有一路输电线发生故障事故或者检修时不会停电，能够正常供电。下图所示：

2.6确定宿舍楼的配电电压和负荷电压以及配电方式

在正常环境中建筑物内，当大部分用电设备为中小容量，并且无特殊要求的时候，应采用树干式配电。当用电设备为大容量时，或负荷性质重要，或在有特殊要求的建筑物内，应采用放射式配电。还有一种为混合式，它兼具前两者的优点，在现代建筑中应用最为广泛。

在本次设计中对于宿舍楼范围内用电设备性质相同的采用放射式配电。采用三相五线制220V配电，特殊的地方采用380V。

2.7电气设备的选择

我们以一栋宿舍楼为例对电力电缆，低压断路器，刀开关，电流互感器

等进行选取：

(1) 电气设备选择的一般原则为：按正常工作条件下选择额定电流、额定电压、及型号，按短路情况下校验开关的开断能力、短路热稳定性和动稳定。还应根据实际工程的特点，按照有关设计规范的规定，在保证供配电安全可靠性的前提下，力争做到技术先进，经济合理：

①按正常工作条件选择额定电压和额定电流：a 、电气设备的额定电压e N U .应符合电器装设点的电网额定电压，并应大于或等于正常时最大工作电压m W U .即：e N U .≥m W U .。b 、电气设备的额定电流e N I .应大于或等于正常时最大的工作

电流m W I .,即：e N I .≥m W I .。

② 短路电流的计算是为了正确选择和校检电气设备，避免在短路电流下损坏电气设备，如果电流太大，必须采用限流措施。以及进行继电保护装置的整定计算。

短路计算的方法和步骤 计算方法

计算步骤 说明

欧姆法（有名单位） 1．计算短路回路中各主要元件的阻抗

2.绘制短路回路的等效电路，按阻抗串并

联求等效阻抗的方

法，化简电路，计算

短路回路总阻抗。

例：假设等效电路为

X ∑=X 1+X 2∥X 3 X ∑=X 1+X 2X 3/X 2+X 3

3.计算三相短路电流

周期分量有效值及其他短路电流和三相短路容量。计算总阻抗时，所以元件的阻抗值均应换算到短路计算点去。

4.列出短路计算表

标幺值法（相对单位制法）1.设定基准容量

Sn和基准电压

Un，计算短路点电

流In

一般设Sn=100MVA,设Un=Uav(短

路计算电压Uav较之同级电网额定电

压高5%),In=Sn/√3Un

2.计算短路回路中

各主要元件的电抗

标幺值

电抗标幺值，不需要按短路计算点的电压

进行换算。

3.绘制短路回路的

等效电路，按阻抗

串并联求等效阻抗

的方法，化简电路，

计算短路回路总电

抗标幺值。

4.计算三相短路电

流周期分量有效值

及其他短路电流和

按短路情况来校验电气设备的动稳定性和热稳定性：1、如断路器、负荷开关、隔离开关等的动稳定性满足Im ≥Ish,而其热稳定性满足2.t t I ≥tima a I .2且It ≥Ia t tima 。

③ 按照装置地点的三相短路容量来校验开关电器的断流能力，即：)3(k I ≤off N I .，且k S ≤off N S .。

④ 按照装置地点、工作环境、使用要求及供货条件来选择电气设备的适当型式。

(2) 低压刀开关：满足额定电压大于或等于工作电压，额定电流大于或等于正常时最大工作电流即可，对其他没有特殊要求。

(3) 低压断路器：按灭弧介质分有油浸式、真空式、空气式，应用最多的是空气式断路器。按结构分有万能式和塑壳式。万能式断路器即框架式断路器，所有器件均装于框架内，其部件大部分设计成可拆卸的，便于制造安装和检修。另外，这种断路器的容量较大，额定电流可达1000A ，可装设较多具有不同保护功能的脱扣器。选择配电用断路器多为万能式，且特别适用于低压配电系统的主保护，即常用做低压进线柜的主开关。塑壳式的容量较小，通常用于配电线路中，对线路起过载保护和短路保护的作用。

低压断路器（即自动空气开关）的选择原则：注意开关主触头额定电流N I ，电磁脱扣器（即瞬时或短延时脱扣器）额定电流ER N I .和热（长延时）脱扣器的

额定电流TR N I .之间要满足下式关系：

N I ≥ER N I .≥TR N I .≥C I

开关动作时间小于0.02秒（如DZ 系列）时，其开关分断能力用下式校验： QA off I .≥sh I

开关动作时间大于0.02秒(如DW 系列)时,其开关分断能力用下式校验: QA off I .≥k I

QA off I .----自动空气开关的分断电流(KA);

sh I ----装设开关处冲击短路电流的有效值(KA);

k I ----装设开关处短路电流周期分量的有效值(KA).

自动空气开关脱扣器电流整定:为使自动空气开关各脱扣器更好的发挥保护功能,需要结合保护对象,进行电流的整定计算,然后正确确定:配电线路用自动

空气开关,热(或长延时)脱扣器整定电流TR OP I .,可用下式计算: TR OP I .≥∑C rel

I K .'，'rel K ----可靠系数,热脱扣器取1.0~1.1,长延时脱扣器取1.1; ∑C I 被控线路的计算电流(A).

(4) 电力电缆截面的选择:

①按允许载流量选择导线和电缆截面:金属导线或电缆中流通电流时,由于导体电阻的存在,电流使导体产生热效应,使导体温度升高,同时向导体周围介质发散热量.导体或电缆的绝缘介质,所能允许承受的最高温度d t 必须大于载流导体表面的最高温度m t ,即: d t >m t .才能使绝缘介质不燃烧,不加速老化.按发热条件选择导线截面积,即是按照允许载流量来选择，是比较常用的方法.对于我们设

计中将涉及到的配电电缆,是长期工作制负荷的电流载体,我们按: N I =c al I KI ≥来决定导线或电缆的允许载流量,选取导线或电缆截面.

②按允许电压损失选择导线或电缆的截面:输电线路的电压损失,是指输电线路始端与末端电压的代数值,而不是电压的向量差值,即不考虑两电压的相角差别.由于输电线路有电阻及电抗的存在,电能沿输电线路传输时,必然产生电能损耗和电压损失.为使电压损失能保持在国家允许的范围之中,我们必须恰当地选择导线截面.电压损失可分解为有功分量电压损失和无功分量电压损失: %.%)(101%1211r a i i i n i i N U U X Q R P U U ?+?=+=?∑=10KV 电缆线路

,08.00KM X Ω=可以先假定电抗KM X Ω=35.00（平均值）计算出电抗电压损失%,r U ?再按允许电压损失%,U ?得有功损失和无功损失。选取原则公式为：

i n i i a N L P U U r S ∑=?=1

21/%100按此式选择与之相近的标称导线截面S,根据线路布置状况计算出电抗0X 值，如与所选0X 值差别不大，证明所选正确。反之，则按计算所得0X 重算%r U ?，再计算%a U ?，重选截面。

③按经济电流密度选择电缆截面：为兼顾有色金属耗量投资与降低导线能耗费用之间的矛盾，提出了经济电流密度的概念，所选的截面对两者而言是经济的。ec c I S δ=

，S 经济截面，c I 导线负荷计算电流，ec δ—经济电流密度（2

mm A ）. (5) 电流互感器的选择：

① 电流互感器的原线圈之额定电压大于或等于线路之工作电压。

② 电流互感器原线圈的额定电流应大于线路的最大工作电流，一般取线路

工作电流的1.2~1.5倍，并要求在短路故障时，对测量仪表的冲击电流

较小，即要求磁路能迅速饱和，以限制二次侧电流成比例增长。

③电流互感器的动稳定性，热稳定性应满足线路短路时的要求。

3：防雷与接地系统的设计

3.1 针对雷击的措施，根据实际情况安装避雷针、架空避雷线或避雷器。主要依据GB50057---1994《建筑物防雷设计规范》（2000年版），预计该地区雷击次数。和防雷等级，一般宿舍楼算是第三类防雷建筑物。

第三类防雷建筑物主要是有防直击雷和防雷电波侵入的措施。

防直接雷的措施包括：装设接闪器、引下线和接地装置高度超过45M或60M 建筑物防侧击。本次设计就是把楼顶的避雷网与建筑物金属体和结构钢筋连接起来作为引下线，在适当的地方加设若干连接板，构成等电位联结。最后进行人工接地。

防雷电波侵入的措施包括：架空和埋地的电缆、金属管道进出建筑物的要求。在宿舍楼的高压配电房，在低压侧装设电涌保护器。在一些比较重要的场所加装防雷模块。

3.2 保护接地一般按GB16895.21---2004《建筑物电气装置第四部分：安全防护》建筑接地装置的布置应优先利用钢筋混凝土基础内的钢筋。有钢筋混凝土地梁时，宜将地梁内的钢筋焊接连成环形接地装置。并且要估算其接地电阻，如果大于规定值时，还应补设人工接地体。人工接地体宜采用以水平接地体为主的闭合环形接地网。电气装置的每个接地部分应以单独的接地线与接地母线相连接，严禁在一个接地线中串接几个需要接地的部分。保护接地与中性

点接地装置时，为防止杂散电流，低压系统的中性点应在进线配电柜PE上一点接地，接至变电所总接地端子板。

3.3 接地电阻的计算，分为自然接地极接地电阻估算和人工接地极接地电阻计算。附表如下

表3.3.1常用自然接地极接地电阻的简易计算

表3.3.2人工接地极工频接地电阻的简易计算

4：配电设计中要注意的问题

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，以最大限度地减少导线截面，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由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%；每一相得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。

电缆采用铠装电缆，预防盐碱和腐蚀，采用线槽、绝缘性好的套管，涂敷上凡士林、防水物质。

变电所的分布。A)尽量接近负荷中心。B)供电半径小于等于250米为宜，尽量不要超过300米。C）超过300米一定要进行电压损失计算。一般按5%

校验，个别不常开的电动机可按7%校验。

全宿舍接地网是应以变电所接地系统为中心，以全楼供电桥架（金属）和工艺管架为主线，并与各宿舍的接地网相连，构成全楼接地网系统。

5：结束语

通过这几月的毕业设计，使我学习到了很多的东西，并且很多是在课堂上想学却没有机会学到的。在整个的毕业设计过程中，我们把供配电工程又好好的复习了一遍，可以说从头到尾的又在我们的脑海中消化了一遍。再一次的把理论知识和实践好好的联系了起来，做到了理论与实践的结合。由于我们做的是实际工程，不可避免的要牵扯到很多现实生活中的东西。很多我们想象可以的东西，在现实操作中就不一定能实现。