第三章二号教学楼电力系统设计方案

3.1照明负荷的供电方式与照明配电系统

1、照明负荷的供电方式

（1）一级负荷电源

一级负荷应有两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源可以照常供电。照明一级负荷与电力一级负荷应结合在一起考虑。如果一级负荷功率较大时，应采用两路高压供电；如果一级负荷功率不大，应优先从电力系统或从临近单位取得第二低层电源，也可采用应急发电机组。如果一级负荷仅为照明负荷时，宜采用蓄电池作备用电源。

对于一级负荷中的特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源，以保证对特别重要负荷的供电。严禁将其他负荷接入应急供电系统，常用的应急电源有：于正常电源的发电组；供电网络中有效于正常电源的专门馈电线路；蓄电池。

根据允许中断供电时间，选择应急电源如下：静态交流不间断电源装置适用于允许中断供电时间为毫秒级的供电；带有自动投入装置的对立于正常电源的专门馈电线路，适用于允许中断供电时间为1.5s以上的供电；快捷自起动的柴油机发电机组适用于允许中断供电时间为15s以上的供电。

一级负荷照明电源供电方式如图A ~~D。

图A中的电源来自两个单变压器变电所，并且两个变压器电源是互相的高压电源。图B中的电源来自双变压器变电所，两台变压器的电源是的，设有网络开关。图C阿訇的照明负荷为单台变压器供电，应急照明电源引自蓄电池组、柴油发电机组或临近单位的第二低压电源。图D是特别重要负荷的供电方式，它由两个电源的变压器供电，低压母线设联络开关可自动投入，工作照明与应急照明分别接在不同低压母线上，并应设第三电源。此电源可引自备用发电机组、在电网中有效地于正常电源的专门馈电线路或蓄电池。应急照明电源应能自动投入。选择何种方式应根据中断供电时间确定。

(2) 二级负荷电源

对二级负荷供电的要求是：当电力变压器或线路发生故障时不致中断供电，或中断后能迅速恢复。与一级负荷供电的差别在于二级负荷的高压电源可以是一个电源，但应做到变压器和线路均有备份。二级照明负荷的供电方式如图E~~F。

( 3) 三级负荷（一般负荷）电源

对照明无特殊要求者可由但电源供电，动力和照明负荷功率较大时应分开供电，功率较小时可合并供电。建筑物内有变电所时，照明与动力由低压屏以放射形式供电；没有变电所的建筑物，动力与照明应在进户线出分开。供电方式如图G~~I    。

2、照明配电系统

 照明供电网络主要是指照明电源从低压配电屏到用户配电箱之间的接线方式，主要由馈电线、干线、分支线及配电盘组成。汇集支线接入干线的配电装置称为分配电箱，汇集干线接入总进户线的配电装置称为总配电箱。馈电线是将电能从变电所低压配电屏送到区域（或用户）总配电柜（箱）的线路；干线是将电能从总配电柜（箱）送至各个分照明配电箱的线路；分支线是将电能从各分配电箱送至各户配电箱的线路。如图所示；

（1）常用配电方式

配电方式有多种，可根据实际情况选定。而基本的配电方式有放射式、树干式、混合式、链式四种。如图所示；

基本配电方式

1放射式 图（a）是放射式配电系统，其优点是各负荷受电，线路发生故障时，不影响其他回路继续供电，可靠性较高；回路中高电感性负载引起的电压波动，对其他回路的影响较小。但该形式配电系统的建设费用高，有色金属耗量较大，一般用于重要负荷。

2树干式 图（b）是树干式配电系统。与放射式比较，其优点是建设费用低。但干线出现故障时影响范围大，可靠性差。

3混合式 图（c）是混合式配电系统。它是放射式和树干式的综合运用，具有两者的优点，所以在实际工程中应用最为广泛。

4链式 图（d）是链式配电系统。与树干式相似，它适用于距离配电所较远，而彼此之间相距又较近的不重要小功率设备，链接的设备一般不超过3~~4台。

（2）典型配电系统

在实际应用中，各类建筑的照明配电系统都是上述基本方式的综合。下面介绍几种典型的照明配电系统。

1多层公共建筑的照明配电系统 如图  所示是多层公共建筑（如办公楼、教学楼等）的配电系统。其进户线直接进入大楼的配电间的总配电箱，由总配电箱采取干线立管式向各层分配电箱馈电，再经分配电箱引出支线向个房间的照明器和用电设备供电。

2住宅的照明配电系统 如图  所示是典型的住宅照明系统。它以每一楼间作为单位，进户线引致住宅楼的总配电箱，再由干线引至每一单元的配电箱，各单元配电箱采用树干式（或放射式）向各层的分配电箱馈电。为了便于管理，住宅楼的总配电箱和单元配电箱一般装在楼梯公共过道的墙面上。分配箱装设电度表，以便用户单独计算电费。

3高层建筑的照明配电系统 如图  所示是高层建筑照明配电系统常用的四种方案。其中方案（a）、（b）、（c）为混合式，它们先将整栋楼按层分为若干供电区，每区的层数为2~6层。每路干线向一个供电区供电，故又称为分区树干式配电方式。方案（a）与方案（b）基本相同，但方案（b）增加了一共用的备用回路，备用回路采用大树干配电方式。方案（c）增加了一个分区配电箱，与方案（a）和（b）比较，其可靠性较高。方案（d）采用大树干配电方式，从而大大减少了低压配电屏的数量，安装、维护方便，适用于楼层楼量多，负荷较大的大型建筑物。

（3）二教配电系统图二号教学楼照明由学院配电室引来一路 220/380三相电源供电，通过二教的低压配电箱用树干式配电系统送至各层配电箱，配电系统如图3-1所示。

图3-1 二号教学楼照明配电系统图

3.2 照明负荷计算与导线选择

1、照明负荷计算

负荷计算的目的是掌握用电情况，合理选择配电系统的设备和元件，如导线、电缆、开关变压器、变压器。负荷计算过小，则依此选用的设备和载流部分有过热危险，轻者使线路和配电设备寿命降低，重则影响供电系统的安全运行。负荷计算偏大，则造成设备的浪费和投资的增大。为此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。

《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16--1992）中提出，在初步设计及施工图设计阶段，照明负荷宜采用需要系数法计算。采用需要系数法进行照明负荷计算时，应首先统计出各分支线路中照明设备的安装容量，然后求出各照明分支线的计算负荷，最后求照明干线、低压总干线、进户线的计算负荷。

照明分支线路的设备总容量Pe：

1）对于民用建筑内的插座，当未明确接入设备时，每组（一个标准75或86系列面板上有2孔和3孔插座各一个）插座按100W计算

2）对于热辐射光源的白炽灯、卤钨灯，照明分支线路的设备容量等于各种灯管（泡）的额定功率Pn之和，即

                             Pe =            (3.2.1)

3）对于气体放电灯，设备容量等于灯管（泡）的额定功率Pn与镇流器、触发器灯附件的功率损耗之和，即

                            Pe =        (3.2.2)

式中  ￡---镇流器等电器附件的功率损耗系数，部分气体电光源电气附件的功率损耗系数如表3-1所示。

多种光源混合的照明线路的电流计算：

  多种光源混合的照明线路，其计算电流只能进行相量相加。为了便于计算，通常先求出每一种光源的计算电流Ici，然后把每一种光源的电流分解成有功电流Iai和无功电流Iri为

                              Iai=Ici cos￡=                (3.2.3)

                          Iri=Ici sin￡=Iai ta￡             (3.2.4)

     式中  Iai---第i种光源总的有功电流，A;

           Iri---第i种光源总的无功电流，A。

再将系统中所有光源的有功电流和无功电流分别相加，得出总的有功电流和无功电流，最后根据下列公式计算系统总的计算电流为  

                       Ic=                (3.2.5) 

 (3.2.3)、式(3.2.4)和式(3.2.5)适用于单相照明电路的计算，而对于三相照明线路，可应用上述公式分别求出每一相的计算电流，选取最大一相的计算电流作为三相电路的计算电流，并以此作为系统选择导线、开关、等电气设备的依据。

计算内容：

说明：WL1、和WL2由A相供电，WL3、WL4和WL6由B相供电，WL5和WL7由C相供电。

1）一层照明负荷计算

各相的设备容量

设普通电灯和插座的设备容量用P1表示；栅格荧光灯的设备容量用P2表示；

 A相：P1（wl1、wl2）=19×（60×2）+5×100= 2780(W)

       P2（wl1、wl2） = =（1+0.12）[37×（30×3）]=3729.6 (W)

                   PA= P1（wl1、wl2）＋P2（wl1、wl2） =6509.6（W）

 B相：P1（wl3、wl4、wl6）=29×（60×2）+8×100=4280 (W)

P2（wl3、wl4、wl6）=  =（1+0.12）[26×(30×3)]=2620.8（W）

                   PB= P1（wl3、wl4、wl6） ＋P2（wl3、wl4、wl6）=6900.8（W）

 C相：P1（wl5、wl7）=4×（60×2）+3×100= 780(W)

P2（wl5、wl6）=  =（1+0.12）[33×(30×3)]=3326.4（W）

PB= P1（wl5、wl7）＋P2（wl5、wl6）=4106.4（W）

   各相的计算电流  （cos￡=0.53，tan￡=1.6）             

 A相:          

       I（wl1、wl2）有=6509.6/220=29.6（A）

       I（wl1、wl2）无=29.6tan￡=29.6×1.6=47.34（A）

                    Ia==55.83（A）

 B相：I（wl3、wl4 、wl6）有=6900.8/220=31.37（A）

I（wl3、wl4 、wl6）无=31.37tan￡=31.37×1.6=50.18（A）

Ib==59.17（A）

 C相：  I（wl5、wl7）有=4106.4/220=18.67（A）

         I（wl5、wl7）无=18.67tan￡=18.67×1.6=29.86（A）

                    Ic==35.22（A）

A、B、C三相中，B相得计算电流最大，故该三相供电系统的计算电流应等于A相计算电流，即IB=59.17A，并按此电流选择导线截面和各种开关电器。

2）二层照明负荷计算

各相的设备容量

设普通电灯和插座的设备容量用P1表示；栅格荧光灯的设备容量用P2表示；

 A相：P1（wl1、wl2）=19×（60×2）+5×100= 2780(W)

       P2（wl1、wl2） = =（1+0.12）[37×（30×3）]=3729.6 (W)

                   PA= P1（wl1、wl2）＋P2（wl1、wl2） =6509.6（W）

 B相：P1（wl3、wl4、wl6）=17×（60×2）+9×100= 2940(W)

P2（wl3、wl4、wl6）=  =（1+0.12）[29×(30×3)]=2923.2（W）

                   PB= P1（wl3、wl4、wl6） ＋P2（wl3、wl4、wl6）=5863.2（W）

 C相：P1（wl5、wl7）=4×（60×2）+3×100= 780(W)

P2（wl5、wl6）=  =（1+0.12）[33×(30×3)]=3326.4（W）

PB= P1（wl5、wl7）＋P2（wl5、wl6）=4106.4（W）

  各相的计算电流  （cos￡=0.53，tan￡=1.6） 

A相:          

       I（wl1、wl2）有=6509.6/220=29.6（A）

       I（wl1、wl2）无=29.6tan￡=29.6×1.6=47.34（A）

                    Ia==55.83（A）

 B相：I（wl3、wl4 、wl6）有=5863.2/220=26.65（A）

I（wl3、wl4 、wl6）无=26.65tan￡=26.65×1.6=42.（A）

Ib==50.28（A）

 C相：  I（wl5、wl7）有=4106.4/220=18.67（A）

         I（wl5、wl7）无=18.67tan￡=18.67×1.6=29.86（A）

                    Ic==35.22（A）

A、B、C三相中，B相得计算电流最大，故该三相供电系统的计算电流应等于A相计算电流，即IA=55.83A，并按此电流选择导线截面和各种开关电器。

由于 二层~六层楼层格局和照明方式及灯具数量相同，因此不需重复计算，与相对应的量相等。

3）七层照明负荷计算

  各相的设备容量

设普通电灯和插座的设备容量用P1表示；栅格荧光灯的设备容量用P2表示；

 A相：P1（wl1、wl2）=19×（60×2）+5×100= 2780(W)

       P2（wl1、wl2） = =（1+0.12）[37×（30×3）]=3729.6 (W)

                   PA= P1（wl1、wl2）＋P2（wl1、wl2） =6509.6（W）

 B相：P1（wl3、wl4、wl6）=17×（60×2）+9×100= 2940(W)

P2（wl3、wl4、wl6）=  =（1+0.12）[31×(30×3)]=3124.8（W）

                   PB= P1（wl3、wl4、wl6） ＋P2（wl3、wl4、wl6）=60.8（W）

 C相：P1（wl5、wl7）=4×（60×2）+3×100= 780(W)

P2（wl5、wl6）=  =（1+0.12）[33×(30×3)]=3326.4（W）

PB= P1（wl5、wl7）＋P2（wl5、wl6）=4106.4（W）

  各相的计算电流  （cos￡=0.53，tan￡=1.6）

A相:          

       I（wl1、wl2）有=6509.6/220=29.6（A）

       I（wl1、wl2）无=29.6tan￡=29.6×1.6=47.34（A）

                    Ia==55.83（A）

 B相：I（wl3、wl4 、wl6）有=60.8/220=27.57（A）

I（wl3、wl4 、wl6）无=26.65tan￡=27.57×1.6=44.1（A）

Ib==52.0（A）

 C相：  I（wl5、wl7）有=4106.4/220=18.67（A）

         I（wl5、wl7）无=18.67tan￡=18.67×1.6=29.86（A）

                    Ic==35.22（A）

 A、B、C三相中，B相得计算电流最大，故该三相供电系统的计算电流应等于A相计

算电流，即IA=55.83A，并按此电流选择导线截面和各种开关电器。

  4）二号教学楼各相的总电流计算

A相总: 55.83×7=390.8（A）

B相总：59.17＋50.28×5＋52.0 =362.57（A）

C相总：35.22×7 =246.54（A）

   A、B、C三相中，B相得计算电流最大，故该三相供电系统的计算电流应等于A相计算电流，即IA=390.8A，并按此电流选择导线截面和各种开关电器。

（2）导线选择

电气线路设计要求所设计的线路应具有安全性、功能性和可持续发展性，在对电气线路进行设计时还要有一定的超前意识。

《民用电气设计规范》JTG/T16-92,11.9.2.16条规定“每一照明分支回路，其配电范围不宜超过三个教室，且插座宜单独回路配电。”配电导线的截面

选择应考虑如下因素：

回路并列暗敷时相互发热而导致载流量的降低。\

照明电器中的非线性负荷产生的高次谐波日益增多，直接影响供电的电压质量。消除谐波危害的有效措施是减少系统回路阻抗，通常采用增大线路截面的办法来实现安全运行。

线路截面太小的后果是电线发热加剧，绝缘老化加速，易导致线间短路和接地故障，引起电气火灾和人身电击事故。而负载电流中谐波份量过大使一些对谐波敏感的照明电器产生损坏或工作不正常，或使用于照明系统中的电动机、变压器等发热加剧而缩短寿命，它还能使电气线路上的断路器频繁跳闸、熔断器经常熔断。

综合上述，照明电气线路设计必须对照明电气安全有全面和长期的考虑。教室可采用2.5mm2导线。分支回路的数量适当增加，每个回路所带的照明不要超过两个教室。分支回路较多时有如下优点：当一条线路进行检修或因故跳闸，停电的范围小，对照明系统造成不便的影响较小；相当于减少每回路的阻抗，这对降低照明谐波电压，减少谐波危害、提高供电质量十分有利；有条件将产生谐波的非线性负荷电器和对谐波敏感的照明电器做到分回路供电。

   《建筑照明设计标准》GB50034-2004 7.3.1条规定“照明配电干线和分支线，应采用铜芯绝缘电线或电缆，分支线截面不应小于1.5mm2。” 因铝导线铝线表面极易氧化、膨胀系数过大、连接点接触电阻过大特性决定了铝线较铜线易于引起火灾。现在，我国绝大部分的照明线路均使用铜导线。不论使用何种导线，都要确保电气连接的接触可靠性。根据电气事故的统计分析，60%的电气事故的隐患和重大的电气事故的发生，往往都与电气连接的接触不良有关。   

3.3 照明线路的保护与电气安全

一．照明线路的保护：

引起照明线路过电流的主要原因是短路或过负荷。短路大多由线路的绝缘破坏引起，短路电流通常比负荷电流大许多倍，容易引起火灾事故。过负荷则主要是由于照明负荷过大而引起。照明线路的保护主要有短路保护和过负荷保护两种。照明线路的过电流保护装置一般采用熔断器或低压熔断器。这种保护装置在

周明线路的电流超过整定值时，能自动将被保护的线路切断。

（1）照明线路保护设备的设置

照明线路均应装设短路保护设备。易造成火灾爆炸危险的还应装设过负荷保护。分配电箱和其他配电装置的出线处、无人值班变电所供电的建筑物进线处、220V变压器的高低压侧、线路截面减小的终端等位置均应安装保护装置。

（2）照明线路保护措施

低压配电线路的保护   一般采用熔断器或低压断路器。正常情况下根据计算负荷的选取负荷电流不会超过导线的长期允许载流量。为避免短时间过负荷的影响，同时又能可靠的保护线路，采用熔断器作保护时，熔体的额定电流应小于或等于电缆或穿线绝缘导线允许载流量的2.5倍。对于明敷设、导线，熔体额定电流应小于或等于导线允许载流量的1.5倍。当采用低压断路器作短路保护时，过

电流脱扣正定电流一般应小于或等于绝缘。导线允许在流量的1.1倍。

低压配电线路的过负荷保护  低压配电线路在下列场合应采用过负荷保护：

任何房间内有易燃外层无保护型电线（BX、BLX、BXS型电线等）构成的明配线路；所有照明配电线路。对于无火灾爆炸危险的仓库中的照明线路，可不装设过负荷保护。过负荷保护一般可由熔断器或自动开关构成，熔断器熔体的额定电流或自动开关过电流脱扣器的整定电流应小于或等于导线允许载流量的0.8倍。

低压配电线路的过压保护   对于民用建筑低压配电线路，一般只要求有短路和过载保护两种，但从发展情况来看，还应考虑过压保护。这是因为某些低压供电线路有时会意外地出现过电压，如高压架空线断落在低压线路上，三相四线制供电系统的零线断落引起中性点偏移，以及雷击低压线路等都可能使低压供电线路上出现超过正常值的电压，使接在低压线路上的用电设备因电压过高而损坏。为了避免这种意外情况，应在低压配电线路上采取适当分级装设过压保护的措施，如在用户配电盘上装设带过压保护功能的漏电保护开关等。

（3）常用保护装置

 常用照明线路保护装置主要是熔断器、自动空气短路器和成套保护装置。

熔断器

 熔断器是一种保护电器，它主要由熔体和安装熔体的绝缘组成。它在低压电网中主要用于短路保护，有时也用于短路保护，有时也用于过载保护。熔断器的保护作用靠熔体来完成，一定截面的熔体只能承受一定值的电流，当通过的电流超过规定值时，熔体将熔断，从而起到保护的作用。熔断体熔断所需时间与电流的大小有关，通过熔体的电流越大时，熔断的时间越短。

低压断路器   

 低压断路器又称自动空气开关，属于一种能自动切断电路故障的控制兼保护的电器，按其用途可分为配电用断路器、电动机保护用断路器、照明用断路器。按其结构可分为塑料外壳式、框架式、快速式、限流式等。但基本类型主要有万能式和装置式两系列，分别用W和Z表示。

漏电保护装置  

照明线路无论采用TN还是采用TT系统保护，都有不足之处。如三种TN系统的保护装置对于线路绝缘损坏所引起的漏电就不一定能正常工作。在家用电器种类日益增多，使用愈来愈普遍的情况下，在各种保护系统中另加漏电保护装置的优点十分明显。漏电保护器又称配电保护器，主要用来对有致命危险的人身触电进行保护，以及防止因电气设备或线路漏电引起火灾。

照明配电箱  

标准照明配电箱是按国家标准统一设计的全国通用定型产品。照明配电箱内主要装有控制各支路的刀闸开关或低压断路器、熔断器，有的还装有瓦时计、漏电保护开关等。

二、电气安全

影响电气安全的主要因素:

(1)绝缘  绝缘性能主要用绝缘电阻、绝缘介电强度、漏电电流和介质损耗等指标来衡量。

(2)间距  绝缘是保证电气设备和电力线路正常工作的最基本的内部条件，而间距则是最基本的外部。为防止人体触及或接近带电体，在带电体与地面之间、带电体与其他设备或设施之间、带电体与带电体之间，均须保持一定的间隔与距离，这种间隔通常被称为安全间距。

防止触电的措施：

(1)不能选用过大的熔断器熔丝，不能随意用其他金属导体代替。

(2)各种运行的电气设备的金属外壳，都必须采用接地或接零措施。必要时应装漏电保护装置。

(3)屋内不可适用裸线或绝缘保护破坏的电线来敷设线路。

3.4 照明装置的接地保护

照明装置的接地：

我国抵押供电网络多采用TN或TT接地方式。

TN接地系统是中性点直接接地的供电系统，电气设备的外漏可导部分用保护线与该点连接。根据中性线（N）与保护线（PE）的组合情况，该系统分为TN-C、TN-S、TN-C-S三种类型。

TT电力系统有一个直接接地点，电气设备的外漏可导部分（外壳）采用单独的接地（与电力系统接地点无关）。

本次设计的一号教学楼采用TN系统的TN-C-S系统，如图3-2所示。

图 3-2 TN-C-S供电系统

插座的接地：

在实际运用中，已知使用设备者应按设备要求配置插座，需要连接带接地线的用电器的插座，必须带接地孔，接地线使用铜线。普通插座使用户应能任意使用I或II类用电器。I类电器为基本绝缘加接地保护，II类电器为双重绝缘不要求接地保护，为满足I类或II类用电器的使用，普通插座宜选用单相二线和单相三线组合插座。

3.5照明配电设备的选择

1、照明配电箱  

照明配电箱适用于工业与民用建筑在交流50Hz、额定电压不超过500V的照明控制回路中，作为线路的过载、短路保护以及线路的正常转换之用。照明配电箱一般采用封闭式箱结构，悬挂式或嵌入式安装，箱中一般装有新型电器元件、中性和保护线、汇流线，有的产品还装有电表和负荷开关，多采用下侧或上侧进出线方式。照明设计中，应首先根据负荷性质和用途，确定选用照明箱、计量箱、插座箱，然后根据控制对象负荷电流的大小、电压等级以及保护要求，确定配电箱内支路开关电器的容量、电压等级，按负荷管理区确定回路数，并应留有1到2个备用回路。

在本次设计中我们选用PZ30系列的照明配电箱作为每层及每个单元的配电设备如图3-3

图3-3 PZ30系列照明配电箱

2、插座及开关

(1）插座：

 插座的额定电压一般为220V---250V，额定电流有10、13、15、16A四种规格。一般场所安装高度为距地0.3m—0.5m；

(2）开关 ：

 室内开关额定电压一般为220V，电流一般在3—10A之间。

本次设计中采用的是220V/10A的插座；采用220V/4A的开关。如图3-4

          图3-4  插座与开关

附录：

                       设备清单