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幼儿园电气设计
福建工程学院
幼儿园电气设计
专业:
电气工程及其自动化
班级:
1203
姓名:
钟裕成
学号:
3120203323
课题:
某幼儿园电气设计
指导教师:
林承华
2016年1月20日
某小区幼儿园电气设计研究
摘要
本次设计是针对本次毕业设计针对某幼儿园的照明、弱电、防雷接地、CATV和综合布线(电话和网络)、火灾自动报警系统设计进行设计,本建筑共4层部分,一二层分别设有活动室、办公室、卧室等;一层另外设有厨房、消毒间、配菜间等。
本人负责整栋楼的照明系统设计、防雷接地设计以及弱电系统设计。
根据负荷等级的划分,系统为三级负荷;防雷设计按第二类防雷建筑物设置设计;本工程属于中型幼儿园,故要设火灾自动报警系统设计,本工程采用集中报警式火灾自动报警系统。
设计主要内容包括负荷计算、照度计算、灯具选择、灯具布置、照明控制、照度验算、照明配电;建筑防雷、接地系统;有线插座布置,分配器、分支器选择,有线电视线缆的选择,敷设方式的选择,有线电视信号前端设备;语音插座、信息插座布置,电缆传输系统设计,网络交换机等。
关键词:
照度计算,负荷计算,防雷,接地,电缆电视,综合布线系统
人类社会进入了21世纪的信息时代,单纯的一栋没有供配电的大楼对人们来说已经没有多大的意义,只有给建筑配以合理的电气系统人们才能进行正常的日常生活。
供配电系统是是建筑物的主要能源和动力,地位十分重要。
良好的照明可以使人们合理地安排劳动、工作时间、提高产品质量,减轻视力和体力疲乏;随着信息与通信技术的发展,建筑物内信息的采集、交换、传输、处理和共享也向网络化、智能化、集成化方向发展。
有了现代化的信息系统,人们的生活更加丰富多彩,可以方便获取各方面信息,节约时间,提高工作效率,美化生活,发挥人类的智慧,创造出灿烂的精神财富。
此次毕业设计就是针对某幼儿园照明与电电气设计。
2、设计部分
2.1设计概述
2.1.1建筑物概况
.本工程地上三层幼儿园,属公共建筑。
总建筑面积为2791.91m2。
本工程所有用电负荷均为三级负荷。
一部分各分别配有学生活动室、卧室、教师办公室;另外配有洗衣房、消毒房、配餐间等
2.1.2电力负荷等级
按GB50052-95《供配电系统设计规范》规定,电力负荷根据其对供电可靠性及中断供电造成的损失或影响分为三级:
电力负荷应根据供电可靠性及中断供电在政治、经济上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。
一级负荷
(1)中断供电将造成人身伤亡者。
(2)中断供电将造成重大政治影响者。
(3)中断供电将造成重大经济损失者。
(4)中断供电将造成公共场所秩序严重混乱者。
对于某些特等建筑,如重要的交通枢纽、重要的通信枢纽、国宾馆、国家级及承担重大国事活动的会堂、国家级大型体育中心,以及经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等的一级负荷,为特别重要负荷。
中断供电将影响实时处理计算机及计算机网络正常工作或中断供电后将发生爆炸、火灾以及严重中毒的一级负荷亦为特别重要负荷。
二极负荷
(1)中断供电将造成较大政治影响者。
(2)中断供电将造成较大经济损失者。
(3)中断供电将造成公共场所秩序混乱者。
三级负荷
不属于一级和二级的电力负荷。
此次设计对象根据其建筑结构和用途考虑,应属于三级负荷,三级负荷对供电电源无特殊要求。
2.2照明电气设计
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。
2.2.1照明电气设计任务
照明电气设计的任务可归纳如下:
1、满足光照设计确定的各种电光源对电压大小、电能质量的要求,使他们能工作在额定状态,以保证照明质量和灯泡寿命。
2、选择合理、方便的控制方式,以便照明系统的管理、维护和节能。
3、保证照明装置和人身的电气安全。
4、尽量减少电气部分的投资和年运行费。
2.2.2照明灯具的选择和布置
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。
照明设计中,应选择既满足使用功能和照明质量的要求,又便于安装维护、长期运行费用低的灯具,具体考虑以下几点:
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。
综上考虑,根据建筑物用途选择灯具及安装方式如下:
1、活动室均采用双管节能荧光灯36W×2(COS
>0.8),自带电容补偿,配电子型整流器,布置方向取灯具纵轴与学生视线方向一致,以尽量减少光幕反射和不舒适效应,灯具吊高离课桌面2.2m。
2、办公室、厨房等均采用双管节能荧光灯36W×2(COS
>0.8),自带电容补偿,配电子型整流器,如有吊顶,嵌入吊顶安装,无吊顶则吸顶安装。
3、门厅、走廊公共照明均采用节能半嵌式吸顶灯36W,嵌入吊顶安装。
4、晨检室、医疗室、隔离室等采用单管节能荧光灯36W,吸顶安装,预留回路在医疗室需要位置确定后进行布置局部照明,均选择显色性较好的灯具。
5、洗衣房、消毒间、库房、冷库等均采用采用防水防尘灯50W,吸顶安装。
6、走道、门厅和楼梯应急照明灯2×5W,自带蓄电池,壁装下口距地2.8m,电池供电时间不小于20min。
7、疏散照明采用的方向诱导灯8W/个,自带蓄电池,电池供电时间不小于90min安装高度下口距地0.3m;安全出口灯8W/个,安装高度门上0.1m暗装。
对于照明灯具的布置既要求使得室内照度均匀,同时要求灯具布置合理美观,下图为此次设计的局部灯具和插座的布置:
图2-1局部灯具和插座的布置
2.2.3照度计算验证及插座的选择和布置
照明计算是照明设计的重要内容之一。
它包括照度计算、亮度计算、眩光计算等照明质量的定量评价指标的计算,目前还不能全部予以实现。
它将随着照明技术的发展、电子计算机的应用和计算方法的完善而逐渐得到解决。
本次设计主要进行照度计算,亮度计算及眩光计算暂时不予考虑。
1、平均照度计算—利用系数法
对于每个灯具来说,由光源发出的额定光通量与最后落到工作面上的光通量之比值称为光源光通量利用系数(简称利用系数)。
基本计算公式如下:
(2-1)
式中U——利用系数;
——由灯具发出的最后落到工作面上的光通量,lm;
——每个灯具中光源额定总光通量,lm。
有了利用系数的概念,则室内平均照度即可由下式计算:
(2-2)
或
(2-3)
式中Eav——工作面平均照度,lx;
——每个灯具中光源的额定总光通,lm;
N——灯具数;
U——利用系数;
A——工作面面积,m2;
K——维护系数;
(1)维护系数查下表:
表2-1:
维护系数
环境污染特征
工作房间或场所示例
维护系数
灯具擦洗次数(次/年)
清洁
办公室、阅览室、仪器装备车间
0.8
2
一般
商店营业厅、影剧院观众厅
0.7
2
污染严重
铸工、锻工车间
0.6
3
室外
道路和广场
0.7
2
注:
式中的维护系数K是考虑到灯具在使用过程中由于光源光通量的衰减、灯具和房间的污染而引起照度下降。
(2)按《建筑照明设计规范》GB50034-2004可知,各部分照度标准如下:
表2-2照明标准值
房间
参考平面及其高度
照度标准值(lx)
UGR(统一眩光值)
Ra(显色指数)
活动室
课桌面
300
19
80
办公室
0.75m水平面
300
19
80
卧室
0.75m水平面
200
19
80
卫生间
0.75m水平面
150
—
80
走廊
地面
75
—
80
厨房
地面
200
—
80
门厅
地面
200
—
80
储藏室
地面
100
—
60
(3)利用单位容量法进行负荷密度验算
在实际工作中为估算照明用电量常采用“单位容量法”,即将不同类型的灯具,不同的室空间条件,列出“单位面积光通量(lm/m2)”或“单位面积安装电功率(W/m2)”的表格,以便查用。
表2-3学校建筑照明功率密度值
房间或场所
照明功率密度值(W/m2)
对应照度值(lx)
现行值
目标值
教室、活动室
11
9
300
实验室
11
9
300
美术教室
18
15
500
多媒体教室
11
9
300
2、利用系数法计算灯具数
计算公式如下:
(2-4)
以下是活动室为例说明设计中灯具数的计算
照度计算书
参考标准:
《建筑照明设计标准》/GB50034-2013
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:
房间长度L:
8.70m,房间宽度B:
5.80m,计算高度H:
2.25m
顶棚反射比(%):
80,墙反射比(%):
50,地面反射比(%):
30
室形系数RI:
1.55
2.灯具参数:
型号:
飞利浦TLD30W/29,单灯具光源数:
2个
灯具光通量:
2175lm,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:
0.66,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:
6,计算照度:
272.69LX
实际安装功率=灯具数×(总光源功率+镇流器功率)=360.00W
实际功率密度:
7.13W/m2,折算功率密度:
7.85W/m2
5.校验结果:
要求平均照度:
300.00LX,实际计算平均照度:
272.69LX
符合规范照度要求!
经验算,其他各部分也符合规范要求。
4、插座选择和布置
插座的额定电流,已知使用设备者应大于设备的额定电流的1.25倍;未知使用设备者不应小于5A。
(1)空调插座:
根据房间大小和空调参数,确定采用单项空调插座能够满足房间对温度需求,柜式空调插座分配1.5KW容量。
插座暗装在离地面0.3m处。
线路为3根导线(相线,N线,PE线)。
(2)单相插座:
普通插座分配的200KW容量。
安装方式是沿墙敷设距地面0.3m。
插座线路带漏电保护,线路为3根导线(相线,N线,PE线)。
以活动室插座的布置为例。
图2-2活动室插座布置平面图
2.2.4照明供电系统
1、电源、电压的选择:
由于建筑物负荷属于三级负荷,所以采用一路电源进线,直接从附近变电所引入三相进线380V。
2、照明配电采用TN-C-S线制配电的系统。
3、三相配电干线的各相负荷宜分配平衡,最大相负荷不宜超过三相负荷平均值的115%,最小相负荷不宜小于三相负荷平均值的85%。
4、照明配电箱设置在靠近照明负荷中心便于操作维护的位置。
5、每一照明单相分支回路的电流不宜超过16A,所接光源数不宜超过25个;连接建筑组合灯具时,回路电流不宜超过25A,光源数不宜超过60个
6、插座不宜和照明灯接在同一分支回路,公共照明、应急照明设单独回路。
7、照明控制方式:
(1)一般房间照明开关装在如口处的门把手旁边的墙上,偶尔出入的房间(如储藏室)开关装在室外,其他房间均装在室内。
(2)大楼走廊、楼梯间、门厅等公共场所的照明,采用集中控制,并按建筑使用条件和天然采光状况采取分区、分组控制措施
2.25照明负荷计算
1、负荷计算概述
在选择导线截面及各种开关元件时,都是以照明设备的计算负荷(Pc)为依据的。
它是按照照明设备的安装容量Pe乘以需要系数Kn而求得(如三相线路有不平衡负荷时,则以最大相负荷乘以3做为总负荷),其公式为:
Pc=KxPe(2-6)
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
(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(KVA)
P--------------------用电设备组有功功率(W)
式中Pc——计算负荷,W;
Pe——照明设备的安装容量,包括光源和镇流器所消耗的功率,W;
Kx——需要系数,它表示不同性质的建筑对照明负荷需要的程度(主要反映各照明设备同时点燃的情况)。
见下表:
表2-4给出了各种建筑计算照明干线负荷时采用的需要系数供参考。
照明支线的需要系数为1。
表2-4:
计算照明干线负荷时采用的需要系数Kx
建筑物分类
Kx
建筑物分类
Kx
住宅区、住宅
0.6~0.8
由小房间组成的车间或厂房
0.85
医院
0.5~0.8
辅助小型车间、商业场所
1.0
办公楼、实验室
0.7~0.9
仓库、变电所
0.5~0.6
科研楼、教学楼
0.8~0.9
应急照明、室外照明
1.0
在实际工作中往往需要的是计算电流(Ic)的数值,当已知Pc后就可方便地求得Ic。
采用一种光源时,线路的计算电流可按下述公式计算:
①三相线路计算电流
(A)(2-7)
②单相线路计算电流
(A)(2-8)
以上两式中U1——额定线电压,kv;
Up——额定相电压,kv;
——光源的功率因数;
Pc,P’c——分别为三相及单相计算负荷,KW。
配以电箱2AL为例说明负荷计算方法
图2-32AL系统图
如图所示,配电箱2AL有6个支路,总负荷为5.84KW,尽量使三相负荷平衡,将负荷分到不同的相:
L1:
4.0+4.0=8.0KW
L2:
2.0+4.0=6.0KW
L3:
2.0+4.0=6.0KW
等效三相设备容量Pe按最大负荷相所接的单相设备容量Pe。
m的3倍计算,L1(L2)相负荷最大为8.0KW,那么:
Pe=3Pe。
m=3×8.0=24.0KW
查表2-3得需要系数取Kx=0.8
等效三相计算负荷Pc=KxPe=0.8×24.0=19.2KW
取功率因数
=0.8
线电压U1=0.38KW
三相线路计算电流
=19.2/(1.73×0.38×0.8)=36.46(A)
2.2.6导线、电缆的选择与敷设
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。
1、电线、电缆形式的选择
导线型式的选择主要包括选择额定电压、导体材料、绝缘材料、内外护层等,选择时主要考虑环境条件、运行电压、敷设方法和经济、可靠性方面的要求。
经济因素除考虑价格外,应当注意节约较短缺的材料,例如优先采用铝芯导线,以节约用铜;尽量采用塑料绝缘电线,以节省橡胶等。
(1)额定电压:
绝缘导体和电缆的额定电压应不低于使用地点的额定电压。
(2)导体材料:
在室内建筑内,电气线路一般采用暗敷方式,考虑施工、经久耐用和安全等问题,一般选用铜芯导线和电缆。
(3)绝缘及护套:
导线和电缆的绝缘材料主要有塑料、橡皮等。
在建筑物表面直接敷设时,应选用塑料绝缘和塑料护套线。
选择导线和电缆的绝缘材料时,应首先考虑敷设方式及环境条件,其次应考虑其经济性,由于塑料绝缘线的生产工艺简单,绝缘性能好,成本低,应尽量选用塑料绝缘电线。
(4)电缆外护层及铠装:
电力电缆的外层及铠装种类较多,要根据其敷设方式、环境选用。
本次设计中照明线路用的电缆(总进线)型式采用的是聚氯乙烯绝缘铜芯电力电缆(YJV),照明线路用的电线(各个配电箱分支线路,包括照明线路、普通插座线路、空调插座线路)型式均采用的是塑料绝缘铜芯电线(BV)。
2、导线截面的选择
导线截面一般根据下列条件选择:
(1)按载流量选择:
即按导线的允许温升选择。
在最大允许负荷电流通过的情况下,导线发热不超过线芯所允许的温度,导线不会因过热而引起绝缘损坏或加速老化。
选用时导线的允许载流量必须大于或等于线路中的计算电流值。
(2)按电压损失选择:
导线上的电压损失应低于最大允许值,以保证供电质量。
(3)按机械强度要求:
在正常工作状态下,导线应有足够的机械强度以防断线,保证安全可靠运行。
(4)为了在线路短路时,保护设备能对导线起保护作用,两者之间要有适当的配合。
(5)热稳定校验:
由于电缆结构紧凑、散热条件差,为使其在短路电流通过时不至于由于导线温升超过允许值而损坏,还需校验其热稳定性。
选择的导线、电缆截面必须同时满足上述各项要求,通常可先按允许载流量选择,然后再按其他条件校验,若不能满足要求,则应加大截面。
表2-5:
BV绝缘导线明敷及穿管持续载流量
环境温度/℃
30
35
30
35
导线根数
1
1
2~4
5~8
9~12
>12
2~4
5~8
9~12
>12
标称截面/mm2
明敷载流量
导线穿管载流量
1.5
2.5
4
6
10
16
25
35
50
70
95
120
150
185
240
23
31
41
53
74
99
132
161
201
259
316
374
426
495
592
22
29
39
50
69
93
124
151
189
243
297
351
400
464
556
13
17
24
31
44
60
83
103
127
165
207
245
288
335
396
9
13
18
23
33
45
62
77
95
123
155
184
216
251
297
8
11
15
19
28
38
52
64
79
103
129
153
180
209
247
7
10
13
17
25
34
47
58
71
92
116
138
162
188
222
12
16
22
29
41
57
77
96
117
152
192
226
265
309
366
9
12
17
21
31
42
57
72
88
114
144
170
199
232
275
7
10
14
18
26
35
48
60
73
95
120
141
166
193
229
6
9
12
16
23
32
43
54
66
85
108
127
149
174
206
表2-4是BV绝缘导线明敷及穿管持续载流量,在本次设计中根据计算公式和安全载流量表可以确定各条线路的导线截面。
例如配电箱2AL-N1的计算电流算得Id=36.46A,进线导线根数是3根,环境温度默认为30℃。
查表2-4,30℃时3根导线穿管敷设可得截面为2.5mm2,它的安全载流量为17A,大于实际电流13.64A。
相同的方法可以确定其他导线截面,根据规定,进户线截面不得小于2.5mm2,当遇到选择的导线截面小于2.5mm2也符合载流量时,应选2.5mm2。
3、绝缘导线、电缆的敷设
通常对导线型式和敷设方式的选择是一起考虑的。
导线敷设方式的选择主要考虑安全、经济和适当的美观,并取决于环境条件。
在屋内,导线的敷设方式最常见的方式为明敷、穿管和暗敷三种。
本次设计主要采用的是穿管暗敷方式,总电源电缆直接埋地敷设,穿墙处穿焊接钢管敷设,引出的干线埋墙敷设或穿金属线槽明敷至各分配电箱,照明箱引出的照明回路导线规格均为BV-2×2.5mm2穿PC15保护,走桥架,插座回路地线均专引,BV-2×2.5mm2、BV—2×4mm2导线穿管管径选择如下:
2根穿PC15,3~4根穿PC20,5~7根穿PC25.
导线敷设方式及敷设部位对照表:
表2-6:
导线敷设方式及部位
导线敷设方式
导线敷设部位
SC
穿焊接钢管敷设
WC
暗敷在墙内
TC
穿薄壁钢管敷设
FC
暗敷在地面或地板内
CT
用电缆桥架敷设
CC
暗敷在屋面或顶板内
PC
穿塑料管敷设
SCE
吊顶内敷设
2.2.7断路器及漏电保护的选择
为保证供电系统的安全运行,以防过负荷和短路引起的过电流对系统的影响,故在供电系统中装有不同类型的过电流保护装置。
供电系统的过电流保护装置有:
熔断器保护、低压断路器保护和继电器保护。
供电系统对保护装置有下列基本要求:
选择性、速动性、可靠性、灵敏度。
本次设计中属低压配电系统,选择低压断路器保护,插座回路加有漏电保护。
1、低压断路器过电流脱扣器额定电流的选择
(1)过电流脱扣器的额定电流IN.OR应不小于线路的计算电流Id,即
IN.OR≥Id(2-9)
(2)过电流脱扣器的额定电流IN.OR应不小于线路计算电流的1.2倍,即
IN.OR≥1.2×Id(2-10)
本次设计选用施耐德断路器。
照明回路、空调回路选择1P,插座回路选择2P,以配电箱1AL-N1为例,其进线计算电流Id=9.12A,选择断路器额定电流IN.OR:
IN.OR≥Id=9.12A
配电箱1AL-N1所选线路截面4mm2,其计算电流Id为9.12A,则
IN.OR≥Iln=9.12A×1.2=10.944A
按照施耐德C65N系列的断路型号选择,进线线路选择过电流脱扣器的额定电流为32A的断路器,4P.
表2-72AL系统图说明
线路
导线型号
断路器
W1配电箱
BV-3×4PC16-CC.WC两根截面积为4mm2铜芯电缆穿20mm电线管沿墙和顶板
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