高层建筑电气设计—高层教学楼电气设计
上篇 第1章 概述
1.1工程概述
本次设计的对象——高层教学楼，是个集教学与办公为一体的教学楼，建筑面积约为21000平方米，地下一层，地上七层。其中，地下室包括地下车库、水泵房、蓄水池、空调机房、变配电室、电梯等。地上一层面积约为3000平方米，由14个教室、6个教师办公室、1个消防控制室、1个值班室、2个阶梯教室、2个小演讲厅、1个大演讲厅及观景平台组成。二层与一层基本类似，在去掉两个值班室的基础上增加了两个教师休息室。三层则为教室和办公室、2个绘图教室、1个多功能厅。四到六层为标准层，由教室、办公室、绘图教室组成。一到六层每层面积约为3000平方米。七层为顶层，面积较小，约1800平方米，只有教师办公室、展厅以及教师活动大会议室。
1.2 高层民用建筑的特点
1、高层民用建筑采用10KV甚至35KV高压供电，而一般高层教学楼则可采用城市公用变压器低压供电；
2、高层民用建筑的用电量大，对电气设备的要求较高； 3、高层民用建筑对消防系统的安全、可靠性要求较高； 4、高层民用建筑对防雷、接地等安全要求较高；
5、高层民用建筑功能较全，对弱电部分依赖较多，智能化水平较高。
1.3 建筑电气设计的组成
建筑电气设计是现代高层建筑的重要组成部分，一般来讲，建筑电气设计大致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卫星电视系统，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，目前设计中比较深化的是火灾报警及消防联动系统与综合布线系统两部分。随着建筑智能化水平的提高，弱电部分的系统增加很多，弱电系统占基建投资的比率也越来越高，因此设计好弱电的各个子系统，对节约投资、提高智能化水平是有重要意义的。
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第2章 供配电系统设计
2.1 负荷分级及供电措施
2.1.1 负荷等级
民用建筑电气负荷，根据建筑物在政治、经济上的重要性或用电设备对供电可靠性的要求，分为三级。即一级负荷、二级负荷、三级负荷。
在本设计高层教学楼中，根据负荷等级的分类，消防中心、消防栓泵、喷淋泵、消防电梯、防烟排烟风机、应急照明等消防设备为一级负荷；普通电梯、生活水泵和弱电机房为二级负荷；而普通照明为三级负荷。 2.1.2 各级负荷的供电措施
各级负荷用户和设备的供电措施，均与外部电源条件有关，而外部电源条件取决于工程筹建单位提供的由当地供电部门出据的“供电方案”。根据“供电方案”设计本工程的电源及供配电系统。 1、一级负荷用户和设备的供电措施 一级负荷用户应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到破坏。而且当一个电源中断供电时，另一个电源应能承担本用户的全部一级负荷设备的供电。一级负荷用户的变配电室内的高低压配电系统，均应采用单母线分段系统。分列运行互为备用。一级负荷设备应采用双电源供电，并在最末一级配电装置处自动切换。
2、二级负荷用户和设备的供电措施
二级负荷的供电系统应做到当电力变压器或线路发生常见故障时，不致中断供电或中断供电能及时恢复。应急照明等分散的小容量负荷，可采用一路市电加EPS或采用一路电源与设备自带的蓄电池(组)在设备处自动切换。
3、三级负荷用户和设备的供电措施
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。 2.1.3 配电系统的原则
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，以最大限度地减小导线截面，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有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
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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﹪；每一相的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。
2.1.4 本高层教学楼的负荷分级与供电措施 本工程为一高层教学楼，消防中心、消防栓泵、喷淋泵、消防电梯、防烟排烟风机、应急照明等消防设备为一级负荷，普通电梯、生活水泵和弱电机房为二级负荷，设为一用一备，互为备用，采用双电源供电，从附近两变电站引入两回路，采用单母线分段制，中间设联络柜，并在最末一级配电箱处设置自动切换装置。其它照明用电为三级负荷。
2.2 本工程的负荷计算
2.2.1 负荷计算的方法
1、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。这种方法比较简单，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。
2、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。这种方法的理论依据是概率论和数理统计，因而计算结果比较接近实际，但因利用系数实测与统计较难，在民用建筑电气中一般不用。
3、单位面积功率法、单位指标法。
一般情况下，在方案设计阶段可采用单位指标法；在初步设计及施工图设计阶段，宜采用需要系数法；对于住宅，在设计的各个阶段均可采用单位指标法。
因此在本工程的负荷计算中，先用根据单位面积功率法大致估算本工程的计算负荷，然后再用需要系数法进行进一步计算。 ⑴设备容量的计算
在计算用户的设备容量时，应先对单台用电设备或用电设备组进行下列处理再相加：
①单台设备的设备容量一般取其名牌上的额定容量或额定功率。
②连续工作的电动机的设备容量即名牌上的额定功率，是轴输出有功功率，未计入电动机本身的损耗。
③短时工作电机，需考虑使用系数。
④照明设备的设备容量采用光源的额定功率加上附属设备的功率。如荧光灯、金属卤化物灯、高压钠灯、高压汞灯，均为灯泡的额定功率加上镇流器的损耗。低压卤
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钨灯、低压钠灯为灯泡额定功率加上变压器的功耗。
⑤成组用电设备的设备容量不包括备用设备。
⑥消防设备与火灾时必然切除的设备取其大者计入总设备容量。 ⑵计算容量的计算
①方案设计阶段确定计算容量时，采用单位指标法计算、并根据计算结果确定电力变压器的容量和台数，各类建筑物的用电指标如下表。
表2-1 各类建筑物的用电指标
建筑类别 公寓 旅馆 办公 商业 体育 剧场 用电指标（ W/ ㎡ ） 30～50 40～70 40～80 一般：40～80 大中型：70～130 40～70 50～80 建筑类别 医院 高等学校 中小学 展览馆 演播室 汽车库 用电指标（ W/ ㎡） 40～70 20～40 12～20 50～80 250～500 8～15 ②施工图阶段采用需要系数法。 计算容量（计算负荷、有功功率）：
Pjs?Kx?Pe (2-1)
式中 Pjs——计算容量（kW）； Kx——需要系数； Pe——设备容量； 视在容量（视在功率）：
Sjs?Pjs/cos?(kVA) (2-2)
无功负荷（无功功率）：
Qjs?Sjs?Pjs (2-3)
22或 Qjs?Pjs?tg? (2-4)
单相负荷均衡的分配到三相上。当无法使三相完全平衡，且最大一相与最小一相负荷之差大于三相总负荷10%时，应取最大一相负荷的三倍作为等效三相负荷计算，否则按三相对称负荷计算。
同类设备的计算容量，可以将设备容量的算数和乘以需要系数。不同类型的设备的视在功率，应将其有功负荷和无功负荷分别相加后求其均方根。
Sjs?Pjs?Q(kVA) (2-5)
2js2- 4 -
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表2-2 需要系数及功率因数表
负荷名称 规模（台数） 面积＜500m2 需要系数（Kx） 1～0.9 0.9～0.7 2功率因数 （cos?） 0.9～1 备注 含插座容量，荧光灯就地补偿或采用500～3000 m 照明 3000～15000 m ＞15000 m 商场照明 冷冻机房 锅炉房 热力站、水泵房、通风机 电梯 洗衣机房 厨房 1～3台 ＞3台 1～5台 ＞5台 220.75～0.55 0.6～0.4 0.9～0.7 0.9～0.7 0.7～0.6 1～0.8 0.8～0.6 0.18～0.22 0.9 电子镇流器 0.8～0.85 0.8～0.85 0.7(交流梯) 0.8(直流梯) 0.8～0.9 ≤100kW ＞100kW 4～10台 0.4～0.5 0.3～0.4 0.8～0.6 0.6～0.4 0.4～0.3 1～0.6 0.6～0.4 0.8 窗式空调 10～50台 50台以上 舞台照明 ＜200 kW ＞200 kW 0.9～1 注：1、一般动力设备为3台及以下时，需要系数取为Kx=1。
2、大面积集中控制的灯比相同建筑面积的多个小房间分散控制的灯的需要系数大。插座容量的比例大时，需要系数的选择可以偏小些。
⑶计算电流的计算
①380/220V三相平衡负荷的计算电流:
Ijs?Pjs/3Uecos??Pjs/0.658cos??1.52Pjs/cos?(A) （2-6） 式中 Ue——三相设备的额定电压, Ue=0.38kV。 ②220V单相负荷的计算电流：
Ijsd?Pjs/Uedcos??Pjs/0.22cos??4.55Pjs/cos?(A) （2-7） ③电力变压器低压侧的额定电流：
Ijs?Set/3Uet?Set/0.693?1.443Set （2-8） 式中 Set——变压器的额定容量(kVA)；
Uet——变压器低压侧的额定电压，Uet=0.4 kV。
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