电气工程及其自动化专业毕业设计论文

摘要
本次设计的题目是青岛海韵·逸思小区3#楼电气设计。

通过具体的实例工程设计，初步掌握高层建筑强、弱电系统设计的基本方法(本次设计中以强电系统设计为主),更好的将理论和实践相结合,将大学四年来所学的课程及知识应用到自己的专业中去,也为将来的工作打下良好的基础。

同时也可以更加详细地学习建筑规范，提高自己独立完成工程设计的实际操作和研究能力。

本论文针对民用高层建筑电气的设计和使用需要，在重点表述强、弱电系统设计与计算的同时，侧重于电气基本理论和基本知识。

设计中，总体按照民用建筑设计规范来建立设计的整体思路，并完成强、弱电系统的负荷计算、设备选型、系统构成、照度计算以及施工图的绘制，包括系统图和平面图等。

图纸共34张，其中系统图包括配电系统图、垂直配电干线图、弱电系统图、消防报警及联动控制系统图；平面图包括电力平面图、照明平面图、消防报警及联动控制平面图、屋顶防雷平面图、基础接地平面图。

关键词：电气设计高层住宅强弱电
Abstract
The design of the subject is the Qingdao Haiyun Civic District 3 # building electrical system design. Specific instances of engineering design, preliminary master the high-rise buildings, the design of the weak system, a better combination of theory and practice of the four years of college courses and knowledge to their professional, but also for work in the future and lay a good foundation. Building codes can also learn in more detail to improve their own independent practical to complete the engineering design and research capabilities. This thesis focuses on the design and use of civilian high-rise buildings electrical needs expressed in key, weak system design and calculation at the same time, focus on basic electrical theory and basic knowledge. Design, the overall in accordance with the civil design specifications to create the whole idea of the design and complete the strong and weak electric systems, load calculations, equipment selection, system configuration, illumination calculations, and the drawing of construction plans, including map and floor plan. Drawing a total of 34, the system diagram, including the distribution system diagram, the vertical distribution main map, weak systems diagrams, fire alarm and linkage control system diagram; plan, including the power plan, lighting plan, fire alarm and control plan, roof lightning protection plan, basic ground plan.
Keywords: electrical design; high-rise residential; Strong and weak electric
目录
第一章绪论 (1)
1.1工程概况 (1)
1.2设计内容 (1)
1.3本工程设计要求 (1)
第二章低压配电系统设计 (3)
2.1配电系统的设计概述 (3)
2.1.1设计要求 (3)
2.1.2 设计原则 (3)
2.2负荷分类及供电方式 (3)
2.2.1 负荷分类 (3)
2.2.2 供电方式 (4)
2.3低压配电系统概述 (4)
2.3.1低压线路接线方式 (4)
2.3.2 高层建筑低压配电原则 (5)
2.4负荷计算和导体选择 (5)
2.4.1负荷计算 (5)
2.4.2 导体选择 (7)
2.5本工程负荷计算及设备选择结果 (8)
第三章电气照明系统设计 (11)
3.1照明系统概述 (11)
3.1.1照明系统的发展现状 (11)
3.1.2 照明计量单位 (11)
3.2照明方式与种类 (11)
3.2.1 照明方式 (11)
3.2.2 照明设计原则 (12)
3.3照度计算方法 (12)
3.3.1.计算方法的选择 (12)
3.3.2.照度计算方法 (13)
3.4电气照明设计原则 (15)
3.4.1照明供电原则 (15)
3.4.2照明设计原则 (16)
3.5本工程照度设计结果 (17)
3.5.1普通照明 (17)
3.5.2应急照明 (17)
第四章防雷接地系统设计 (20)
4.1防雷系统概述 (20)
4.1.1设计方案主要依据 (20)
4.1.2建筑物的防雷分类 (20)
4.1.3防雷计算方法 (21)
4.2接地内容与设计方案 (21)
4.3本工程防雷接地设计 (23)
第五章自动报警系统及消防联动系统 (24)
5.1火灾自动报警系统概况 (24)
5.1.1一般规定 (24)
5.1.2消防报警供电系统 (24)
5.2火灾应急照明 (26)
5.3消防联动控制 (27)
5.4本工程自动报警系统及消防联动系统设计 (28)
第六章弱电系统设计 (30)
6.1有线电视系统 (30)
6.1.1系统概论 (30)
6.1.2有线电视系统的设计结果 (30)
6.2客访可视对讲系统 (30)
6.2.1一般原则 (30)
6.2.2本工程可视对讲系统设计 (31)
6.3电视监控系统设计 (31)
6.4微机网络及电话系统 (32)
6.4.1微机网络及电话系统概述 (32)
6.4.2本工程微机网络及电话系统设计 (32)
结论 (33)
参考文献 (34)
致谢 (35)
第一章绪论
1.1工程概况
本工程位于青岛市市北区抚顺路北侧，临青岛理工大学，为海韵·逸思住宅小区高层住宅工程，本子项目为小区3#住宅楼。

本住宅楼地下两层，地上二十六层，地下一层为戊类储藏室，地下二层平时为戊类储藏室，战时做六级二等人员掩蔽所；地上车库层为商业，一层及以上楼层为普通住宅。

本栋楼共两个单元，152户。

建筑高度77.05m，建筑面积20681.46㎡，为一类高层建筑。

1.2 设计内容
本电气设计包括以下内容：
1. 0.4/0.23kV配电系统(含照明及动力)；
2.防雷接地系统；
3.消防报警及联动控制系统图；
4.有线电视系统；
5.客访对讲系统；
6.电视监控系统；
7.微机网络及电话系统。

论文针对民用高层建筑电气的设计和使用需要，在重点表述强、弱电系统设计与计算的同时，侧重于电气基本理论和基本知识(本次设计中以强电系统设计为主)。

设计中，总体按照民用建筑设计规范来建立设计的整体思路，并完成强、弱电系统的负荷计算、设备选型、系统构成、照度计算以及系统图和平面图的绘制。

1.3 本工程设计要求
本楼的主体住宅部分属于民用建筑电气设计。

民用建筑电气设计采用的技术标准和装备水平，应与工程在国民经济和公共生活中的地位、规模、功能要求及建筑环境设计相适应。

设计需做到方案合理、技术先进、运行可靠、满足相关规范的要求，还要简捷实用、便于操作、管理和维护，减少综合投资。

同时应认真考虑设备、材料的供应可能，以及施工安装和维护管理水平。

并积极采取各项节能措施，努力降低电能消耗，注意节约有色金属，合理选用铜、铝材质的导体，根据地区条件、工程特点、规模和发展规划、正确处理近期和远期发展的关系，做到以近期为主，考虑发展的可能性。

应积极采取经实践证明行之有效的新技术、新理论、努力创造经济效益、社会效益和环境效益。

除应符合以上规范外，尚应符合国家现行有关标准、规范的规定。

做到安全可靠、技术先进、经济合理、维护管理方便，并注意美观。

在照明设计中，照明设计与建筑装修，有着非常密切的关系，只有相互配合，才能在功能上、艺术上做出好的设计来。

应充分考虑到光源选择、照度计算、灯具选择、节能等因数。

当然电气化的普及及深入，也带来了电气事故、雷击事故与火灾，所以对该住宅楼进行防雷、接地、消防设计也就必不可少的。

在本设计中贯彻“预防为主、防消结
合”的方针，必须遵循国家的有关方针政策，从全局出发，统筹兼顾，采用先进的接地、防火技术，保障安全，方便使用，经济合理。

第二章低压配电系统设计
2.1配电系统的设计概述
现代电力系统是一个由电能的生产(发电)、输送与分配(输电、变电、配电)、消费(用电负荷)组成的。

各类建筑为了接受从电力系统送来的电能，就需要有一个内部的供配电系统。

建筑供配电系统由高压及低压配电线路、变电站(包括配电站)和用电设备组成。

用电负荷是电力系统的重要组成部分。

对工业与民用建筑的供电，系指通过输变电系统配电系统将电力送至电力单位的过程。

供电不仅要满足用电单位用电设备的电力需求，还需满足工业与民用建筑现代化的需要。

工业与民用建筑供电的任务是确保用电设备完成其功能要求；在保证电气安全懂得前提下，最大限度的节约电能和材料，以取得最大经济效益。

2.1.1设计要求
供配电系统设计应根据工程特点、规模和发展规划，做到远近期结合，以近期为主。

供配电系统设计应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。

2.1.2 设计原则
1.低压配电系统的设计应根据工程的种类、规模、负荷性质、容量及可能的发展等因素综合确定。

2.确定低压配电系统时，应符合下列要求：
1)保证供电可靠和保证电能质量；
2)系统接线简单可靠并具有一定灵活性；
3)保证人身、财产、操作安全及检修方便；
4)节省有色金属，减少电能损耗；
5)经济合理，技术先进。

3.低压配电系统的设计应符合下列规定：
1)变压器二次侧至用电设备之间的低压配电级数不宜超过三级；
2)各级低压配电屏或低压配电箱宜根据发展的可能留有备用回路；
3)由市电引入的低压电源线路，应在电源箱的受电端设置具有隔离作用和保护作用的电器；
4)由本单位配变电所引入的专用回路，在受电端可装设不带保护的开关电器；对于树干式供电系统的配电回路，各受电端均应装设带保护的开关电器。

2.2 负荷分类及供电方式
2.2.1 负荷分类
用电负荷应根据供电可靠性及中断供电所造成的损失或影响的程度，分为一级负
荷、二级负荷及三级负荷。

各级负荷应符合下列规定：
1.符合下列情况之一时，应为一级负荷：
1)中断供电将造成人身伤亡；
2)中断供电将造成重大影响或重大损失；
3)中断供电将破坏有重大影响的用电单位的正常工作，或造成公共场所秩序严重混乱。

例如：重要通信枢纽、重要交通枢纽、重要的经济信息中心、特级或甲级体育建筑、国宾馆、承担重大国事活动的会堂、经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等的重要用电负荷。

在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应为特别重要的负荷。

2.符合下列情况之一时，应为二级负荷：
1)中断供电将造成较大影响或损失；
2)中断供电将影响重要用电单位的正常工作或造成公共场所秩序混乱；
3)不属于一级和二级的用电负荷应为三级负荷。

3.民用建筑中消防用电的负荷等级，应符合下列规定：
一类高层民用建筑的消防控制室、火灾自动报警及联动控制装置、火灾应急照明及疏散指示标志、防烟及排烟设施、自动灭火系统、消防水泵、消防电梯及其排水泵、电动的防火卷帘及门窗以及阀门等消防用电应为一级负荷，二类高层民用建筑内的上述消防用电应为二级负荷。

2.2.2 供电方式
1.一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。

2.对于一级负荷中的特别重要负荷，应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。

3.二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。

在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回路6kV及以上专用的架空线路或电缆供电。

当采用架空线时，可为一回路架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100％的二级负荷。

4.三级负荷可按约定供电。

2.3 低压配电系统概述
2.3.1低压线路接线方式
低压配电线路采用放射式、树干式、环式及链式四种接线法。

1)放射式系统：放射式系统配电线故障互不影响,供电可靠性较高,适用于一级负荷配电。

配电设备集中,检修比较方便；缺点是系统灵活性较差,导线消耗量较多。

此
配电方式经常用在设备容量大、负荷集中或重要的用电设备以及有腐蚀性介质和爆炸危险等场所不宜配电及保护起动设备放在现场者。

以免影响其他用户正常用电。

2)环形系统：环形线路运行时都是开环的放射式线路，提高了供电可靠性，当一回线路故障或检修时，可以将该线路与电源断开，而该处的负荷仍可得到供电。

3)树干式系统：树干式配电系统总长度小,也就是可以节约有色金属、比较经济；供电点的回路数量较少,配电设备也相应减少；配电线路安装费用也相应减少。

存在缺点是干线发生故障时影响范围大,供电可靠性较差,相比较导线截面积较大。

一般很少采用树干式配电，往往采用放射式与树干式混合使用。

4)链式系统：与树干式有相似之处，这种供电形式适用与距配电柜较远而彼此相距又较近的不重要的容量较小用电设备，这种方式连接的用电设备宜在五台以下，总功率在10KW以下。

2.3.2 高层建筑低压配电原则
1.高层公共建筑的低压配电系统，应将照明、电力、消防及其他防灾用电负荷分别启成系统。

2.对于容量较大的用电负荷或重要用电负荷，宜从配电室以放射式配电。

3.高层公共建筑的垂直供电干线，可根据负荷重要程度、负荷大小及分布情况，采用下列方式供电：
1)可采用封闭式母线槽供电的树干式配电；
2)可采用电缆干线供电的放射式或树干式配电；当为树干式配电时，宜采用电缆T接端子方式或预制分支电缆引至各层配电箱；
3)可采用分区树干式配电。

4.高层公共建筑配电箱的设置和配电回路的划分，应根据防火分区、负荷性质和密度、管理维护方便等条件综合确定。

5.高层公共建筑的消防及其他防灾用电设施的供电要求，应符合《民用建筑电气设计规范》第13章的有关规定。

6.高层住宅的垂直配电干线，应采用三相配电系统。

2.4 负荷计算和导体选择
2.4.1负荷计算
1.负荷计算的方法有需要系数法、负荷密度法、单位指标法等几种。

2.单位面积功率法，单位指标法多用于设计的前期计算，需要系数法，利用系数法多用于设计和施工图设计。

负荷计算一般采用需要系数法。

照明负荷计算：采用单位面积功率法
每层配电箱有功e P WS
(2-1)
计算电流:
j I = (2-2)
用电设备组计算负荷： x e P k P = (2-3) Q Ptg ϕ= (2-4)
S =
配电干线计算负荷 c t P k P =∑ (2-6)
c t Q k Q =∑ (2-7)
c S = (2-8)
j I = 式中 W------------------单位面积功率(W/2m )
S------------------ 供电面积(2m )
t k ------------------同时系数
x
k ------------------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(W)
3.负荷计算应包括下列内容和用途：
1)负荷计算，可作为按发热条件选择变压器、导体及电器的依据，并用来计算电压损失和功率损耗；也可作为电能消耗及无功功率补偿的计算依据；
2)可用以校验电压波动和选择保护电器；
3)一级、二级负荷，可用以确定备用电源或应急电源及其容量；
4)季节性负荷，可以确定变压器的容量和台数及经济运行方式。

4.方案设计阶段可采用单位指标法；初步设计及施工图设计阶段，宜采用需要系数法。

5.当消防设备的计算负荷大于火灾时切除的非消防设备的计算负荷时，应按消防设备的计算负荷加上火灾时未切除的非消防设备的计算负荷进行计算；当消防设备的计算负荷小于火灾时切除的非消防设备的计算负荷时，可不计入消防负荷。

6.应急发电机的负荷计算应满足下列要求：
1)当应急发电机仅为一级负荷中特别重要负荷供电时，应以一级负荷中特别重要负荷的计算容量，作为选用应急发电机容量的依据；
2)当应急发电机为消防用电设备及一级负荷供电时，应将两者计算负荷之和作为选用应急发电机容量的依据；
3)当自备发电机作为第二电源，且尚有第三电源为一级负荷中特别重要负荷供电时，以及当向消防负荷、非消防一级负荷及一级负荷中特别重要负荷供电时，应以三者的计算负荷之和作为选用自备发电机容量的依据。

7.单相负荷应均衡分配到三相上，当单相负荷的总计算容量小于计算范围内三相对称负荷总计算容量的15％时，应全部按三相对称负荷计算；当超过15％时，应将单相负荷换算为等效三相负荷，再与三相负荷相加。

2.4.2 导体选择
1.电缆、电线可选用铜芯或铝芯，民用建筑宜采用铜芯电缆或电线；下列场所应选用铜芯电缆或电线：
1)易燃、易爆场所；
2)重要的公共建筑和居住建筑；
3)特别潮湿场所和对铝有腐蚀的场所；
4)人员聚集较多的场所；
5)重要的资料室、计算机房、重要的库房；
6)移动设备或有剧烈振动的场所；
7)有特殊规定的其他场所。

2.导体的绝缘类型应按敷设方式及环境条件选择，并应符合下列规定：
1)在一般工程中，在室内正常条件下，可选用聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套的电缆或聚氯乙烯绝缘电线；有条件时，可选用交联聚乙烯绝缘电力电缆和电线；
2)对一类高层建筑以及重要的公共场所等防火要求高的建筑物，应采用阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆、电线或无烟无卤电力电缆、电线。

3.绝缘导体应符合工作电压的要求，室内敷设塑料绝缘电线不应低于0.45／0.75kV，电力电缆不应低于0.6/lKV。

4.低压配电导体截面的选择应符合下列要求：
1)按敷设方式、环境条件确定的导体截面，其导体载流量不应小于预期负荷的最大计算电流和按保护条件所确定的电流；
2)线路电压损失不应超过允许值；
3)导体应满足动稳定与热稳定的要求。

5.导体敷设的环境温度与载流量校正系数应符合下列规定：
1)当沿敷设路径各部分的散热条件不相同时，电缆载流量应按最不利的部分选
取。

2)导体敷设处的环境温度，应满足下列规定：
a)对于直接敷设在土壤中的电缆，应采用埋深处历年最热月的平均地温；
b)敷设在室外空气中或电缆沟中时，应采用敷设地区最热月的日最高温度平均值；
c)敷设在室内空气中时，应采用敷设地点最热月的日最高温度平均值，有机械通风的应按通风设计温度；
d)敷设在室内电缆沟中时，应采用敷设地点最热月的日最高温度平均值加5℃。

6.中性导体和保护导体截面的选择应符合下列规定：
1)具有下列情况时，中性导体应和相导体具有相同截面：
a)任何截面的单相两线制电路；
b)三相四线和单相三线电路中，相导体截面不大于162mm (铜)或252mm 铝)。

2)三相四线制电路中，相导体截面大于162mm (铜)或252mm (铝)且满足下列全部条件时，中性导体截面可小于相导体截面：
a)在正常工作时，中性导体预期最大电流不大于减小了的中性导体截面的允许载流量。

b)对TT 或TN 系统，在中性导体截面小于相导体截面的地方，中性导体上需装设相应于该导体截面的过电流保护，该保护应使相导体断电但不必断开中性导体。

当满足下列两个条件时，则中性导体上不需要装设过电流保护：
——回路相导体的保护装置已能保护中性导体；
——在正常工作时可能通过中性导体上的最大电流明显小于该导体的载流量。

c)中性导体截面不小于162mm (铜)或252mm (铝)。

2.5本工程负荷计算及设备选择结果
1.负荷分类
1)一级负荷：应急照明、消防电梯、消防风机、消防潜污泵、漏电火灾报警系统电源等消防负荷、客梯等；
2)三级负荷：其它照明及电力负荷。

2.各回路负荷计算及设备选择如下：
电业3#D1(D2)：408e P kW =
10.45408183.6n
js d ei i P K P kW ===⨯=∑
tan 183.60.356.2kvar js js Q P ϕ==⨯=
192js S kVA ==
291.7js S I A =
== 物业： W1#(主用):120e P kW =
10.712084n
js d ei i P K P kW ===⨯=∑
tan 840.7563kvar js js Q P ϕ==⨯=
105js S kVA ==
160js S I A === W2#(备用):120e P kW =
10.712084n
js d ei i P K P kW ===⨯=∑
tan 840.7563kvar js js Q P ϕ==⨯=
105js S kVA ==
160js S I A =
== 商业： S1#: 55e P kW =
10.84444n
js d ei i P K P kW ===⨯=∑
tan 440.6227.3kvar js js Q P ϕ==⨯=
51.8js S kVA ==
=
78.7js S I A === 备注：其他部分负荷计算及设备选择参见配电系统图。

小计：照明负荷：917e P kW =；动力负荷：100e P kW =；
一级负荷：130e P kW =；三级负荷：887e P kW =。

3. 0.4/0.23kV 配电系统
1)本住宅楼由设于1#，8#号楼间地下一层变配电室引入电压等级为0.4/0.23kV 的低压电源, 物业电源进线采用NHYJV 型电缆, 电业电源进线采用YJV 型电缆采用电缆桥架沿车库顶引入至设在地下室的进线间。

其中住宅用户供电、电梯回路引自电业变电所, 消防风机、排污泵、应急照明、等供电回路(一用一备)分别引自物业变电所内不同的变压器,以满足一级负荷的供电要求,物业变电所高压供电系统为两路10kV 进线(分别来自电力系统不同的区域变电站),一用一备。

2)住户用电采用树干式供电,电力设备采用树干式或放射式供电, 消防电梯,排污泵，防排烟设施等消防用电设备采用双电源供电末端自动切换。

3)计量: 住户电表采用预付费型IC 卡电能表,于每层住户电井外设置,物业用电于地下一层公共空间设置集中电能表箱。

4)本建筑物低压配电系统的接地型式采用TN-C-S 系统,进入建筑物后为TN-S 系统。

电源在入户箱(柜)处做重复接地。

4.导线选择及敷设
1)本建筑消防干线及分支干线采用NHYJV-0.6/1kV 电缆或NHBV-0.45/0.75kV 电线,其余负荷采用YJV-0.6/1kV 电缆或BV-0.45/0.75kV 电线,沿金属桥架,线槽或穿管敷设,详见系统图标示。

配线干线及住宅楼内至户内配电箱导线穿SC 管,户内支线穿PC 管。

2)平面图中照明回路除灯具与三联单控开关之间为:BV-4⨯2.5；灯具与双联单控、单联双控或三线式声光控开关之间为:BV-3⨯2.5；当单联单控或声光控开关为线路末端时灯具与该开关之间为:BV-2⨯2.5外；其余未注明者均为:BV-2⨯2.5+E2.5；
3)照明回路及壁挂空调插座、卫生间插座、厨房插座回路在各层顶板现浇层及墙内暗敷,其余一般插座、起居室空调插座回路在各层地板现浇层及墙内暗敷。

4)各类不同用途的导线(L1,L2,L3,N,PE)应按有关规范采用不同颜色的导线以示区别。

第三章电气照明系统设计
3.1照明系统概述
3.1.1照明系统的发展现状
在同一栋建筑物中，照明的种类也增多了，有一般的工作照明、局部工作照明、备用照明、安全照明、疏散指示照明、值班照明、障碍照明、节日照明等。

不同的照明类别，其供电要求也不同，控制方式也各异。

如备用照明应有二路电源；安全照明、疏散指示照明、障碍照明不仅应有二路电源，而且还应在末级配电设备上设置备电自投装置。

大面积的工作照明，要求集中控制或按工作时间自动开启及关闭。

为节约电能，外围有自然采光部分的灯具，还应设置按照明度标准自动调光的装置；疏散指示照明在火警时消防控制室可按需要进行控制；障碍照明应按日照照度进行自动控制等。

由此可见，照明在照度、照明质量、照明方式、灯具外型、供电要求及控制上，都有不同程度的发展和更高的要求。

3.1.2 照明计量单位
当前各种量都逐步实现采用国际单位制，简称SI。

光学计量基本单位为光强I(坎德拉cd)，导出单位有光通Φ(流明lm)﹑出射度M(流明/米²lm/m²) 、照度E(勒克斯lx)﹑亮度L(坎德拉/米²，cd/m²)等。

3.2 照明方式与种类
3.2.1 照明方式
照明方式可分为一般照明、分区一般照明、局部照明和混合照明。

1.一般照明
为使整个照明场地获得均匀明亮的水平照度，使用照明器在整个照明场所基本均匀布置的照明方式。

2.分区一般照明
根据需要提高特定区域照度的一般照明称为分区一般照明。

根据工作面布置的实际情况，将照明器集中或分区集中均匀地布置在工作区上方，使室内不同被照面上产生不同的照度，可以有效地节约能源。

3.局部照明
以满足照明范围内某些部位的特殊需要而设置的照明称为局部照明。

它仅限于照亮一个有限的工作区，通常采用从最适宜的方向装设台灯、射灯或反射型灯泡。

起优点是灵活、方便、节电，能有效地突出重点。

4.混合照明
有一般照明和局部照明共同组成的照明称为混合照明。

其实质是在一般照明的基。