兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场电气工程设计
摘 要
随着经济建设的快速发展，建筑的电气工程设计正以惊人的速度增长并有广阔的的发展前景。将信息技术、自动化控制技术、计算机技术和现代机电技术相结合，给建筑电气带来了新的设计观念，引起人们居住生活的巨大变化。
本文主要对兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场进行了电气工程设计。考虑到该建筑是体育场馆且在地下一层，在照明系统的设计中，结合该建筑的土建、结构、功能等特点，依据国家现行的建筑照明规程规范中关于溜冰场的照度标准要求，利用单位容量法对其进行了照度的计算。在对负荷系统的设计中，针对不同的设备，利用需要系数法，对各设备的线路电流进行了计算。最后参考相关电气设备手册，对灯具，导线，断路器，配电箱等设备做了选型。
本设计以兰州铁路局游泳馆室内溜冰场为设计平台，对供电及照明进行了合理的设计，并选用材料绿色环保产品，以节能为目标，取得了一定的实效。
关键词：照度，灯具，单位容量，负荷计算法，供配电设计
ELCTRICAL ENGINEERING DESIGN OF INDOOR
ICE-SKATING RINKS OF LOCOMOTIVE SWIMMING
POOL OF LANZHOU RAIWAY BUREAU
ABSTRACT
With the rapid development of economy construction, the design of architecture electrical engineering is making progress amazingly and having a broaden prospect. Multiple technologies are to be used,such as information technology, automation and control technology, computer technology and modern mechanical and electrical technology, bring new design concept to architecture electrical engineering and change people’s daily life deeply.
This dissertation mainly aims to the electrical engineering design of ice-skating rink of locomotive indoor swimming pool of Lanzhou Railway bureau. Considering this stadium is built underground. In the process of designing lighting system, combining with the construction,structure and function of this building,based on the national norms,the illuminance is calculated according to the volumetric method,.In design of loading system, The line current respectively of different type of equipments is calculated. Finally, Select the model of lamps, wires , circuit breakers, distribution boxes and other equipments with the reference of manuals.
This dissertation creates a more rational design of supply and lightening system which is a important part of the swimming and skating rink of Lanzhou railway bureau. Environmental friendly and energy saving is this design’s best advantage and final goal.And at last obtain certain results.
Key words: illuminance，luminaire，unit capacitance method，load calculaion，power supply and design
目 录
1 绪论 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 1
1.1 概论 -------------------------------------------------------------------------------------------- 1
1.2 设计背景 -------------------------------------------------------------------------------------- 1
1.3 设计内容 -------------------------------------------------------------------------------------- 2
1.4 设计依据 -------------------------------------------------------------------------------------- 2
1.5 本文主要工作 -------------------------------------------------------------------------------- 2 2 电气照明 --------------------------------------------------------------------------------------------- 3
2.1 照度和照明方式选择 ----------------------------------------------------------------------- 3
2.1.1 照明设计的要求---------------------------------------------------------------- 3
2.1.2 照明光源的选择 ---------------------------------------------------------------------- 3
2.1.3 照明方式 ------------------------------------------------------------------------------- 4
2.1.4 照度选择 ------------------------------------------------------------------------------- 4
2.1.5 设计结果 ------------------------------------------------------------------------------- 4
2.2 应急照明 -------------------------------------------------------------------------------------- 5
2.2.1 应急照明分类 ------------------------------------------------------------------------- 5
2.2.2 应急照明灯具选择及布置 --------------------------------------------------------- 5
2.2.3 应急灯具控制方式 ------------------------------------------------------------------- 6
2.3 照度计算 -------------------------------------------------------------------------------------- 6
2.3.1 照度计算方法选择 ------------------------------------------------------------------- 6
2.3.2 冰场区和休息区的照度计算 --------------------------------------------------- 7
2.3.3 设计结果 ------------------------------------------------------------------------------- 8 3 负荷计算 --------------------------------------------------------------------------------------------- 9
3.1 负荷等级及供电要求 ----------------------------------------------------------------------- 9
3.1.1 负荷等级 ------------------------------------------------------------------------------- 9
3.1.2 供电要求 ------------------------------------------------------------------------------- 9
3.2 负荷计算 ------------------------------------------------------------------------------------- 10
3.2.1 负荷计算方法选择 ------------------------------------------------------------------ 10
3.2.2 需要系数 ------------------------------------------------------------------------------ 11
3.2.3 按需要系数法确定计算负荷 ----------------------------------------------------- 12
3.3 设计结果 ------------------------------------------------------------------------------------- 13 4 供配电系统设计 ----------------------------------------------------------------------------------- 15
4.1 导线的选型及截面选择 ------------------------------------------------------------------- 15
4.2 低压配电线路以及配电柜的选型 ------------------------------------------------------- 17
4.2.1 低压配电线路 ------------------------------------------------------------------------ 17
4.2.2 配电箱的选取 ------------------------------------------------------------------------ 19
4.3 设计结果 ------------------------------------------------------------------------------------- 19 5 布线和接地 ----------------------------------------------------------------------------------------- 21
5.1 接地的类型和作用 ------------------------------------------------------------------------- 21
5.1.1 保护接地 ---------------------------------------------------------------------------- 21
5.1.2 工作接地 ---------------------------------------------------------------------------- 21
5.1.3 其他接地方式 ---------------------------------------------------------------------- 22
5.2 接地系统选型 ------------------------------------------------------------------------------- 23
5.3 漏电保护 ------------------------------------------------------------------------------------- 24
5.3.1 漏电保护器的安装的必要性 ----------------------------------------------------- 24
5.3.2 漏电保护器的工作原理 ----------------------------------------------------------- 24
5.4 综合布线 ------------------------------------------------------------------------------------- 25
5.4.1 一般规定 ------------------------------------------------------------------------------ 25
5.4.2 导线敷设方式 ---------------------------------------------------------------------- 26
5.4.3 设计结果 ------------------------------------------------------------------------------ 27 结论 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 28 致谢 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 29 参考文献 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 30 附录A 电气系统图 --------------------------------------------------------------------------------- 31 附录B 配电系统图 --------------------------------------------------------------------------------- 32 附录C 计算书 --------------------------------------------------------------------------------------- 33
1. 绪论
1.1 概论
电力工业是国民经济发展中最重要的基础能源产业，是国民经济的第一基础产业，是关系国计民生的基础产业，是世界各国经济发展战略中的优先发展重点。作为一种先进的生产力和基础产业，电力行业对促进国民经济的发展和社会进步起到了重要作用，因而从事电工科技工作是大有可为的。
随着人们生活质量不断的提高，建筑电气技术水平也在不断发展，对于建筑电气的设计、施工、运行、维护及管理工作，有了进一步的提高和要求，本次设计的主要研究目的在于，对兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场的照明、动力、室内配电以及综合布线的设计，它将对游泳馆的整个建筑和室内外设备都有很大的影响，同时设计的时候既要考虑设计的经济性、合理性，又要注意建设的必要性和安全性。
国内外在建筑电气方面的研究已经有了很深的研究和探讨，特别是近年来人们对建筑电气方面的关注更大、更广，在本次设计过程中参阅了很多有价值的国内外相关文献和书籍，比如《供电工程师技术手册》，《建筑电气设计》等书目。
首先，我们必须对整个溜冰场的平面图和剖面图进行研究，根据溜冰场的布置进行对各个方面的分析和设计，其次，主要是对供配电系统的理解，进行对照明和动力的设计，并且对整个建筑的综合布线，最终完成整个溜冰场的电气工程设计，在设计中主要应用AutoCAD、天正电气等工具软件强大的绘图功能进行辅助设计并且有很大的帮助。
1.2 设计背景
兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场在游泳馆地下一层，属于体育类建筑，其中建筑面积1101.6平米，分为冰场区和休息区两部分。本工程电源采用三相五线制，电源电压380V/220V，自配电室D6柜引出，电缆型号规格为单芯VV-300mm2，4根，穿管G125，埋地暗敷至冰场配电间。
1.3 设计内容
兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场电气工程设计。
1.4 设计依据 根据兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场的建筑平面图；
《民用建筑电气设计规范》(JCJ/T16-2008)；
《民用建筑照明设计标准》(GBJ133-2008)；
《等电位联结安装规范》(02D501-2)。
1.5 本文主要工作 根据建筑平面图和国家有关规程，规范，标准；
(1) 完成兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场照明光源和方式的选择：
(2) 完成兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场照度计算；
(3) 完成兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场照明灯具的选择，其中包括照明灯具，装饰灯具，应急照明灯具：
(4) 完成兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场负荷计算；
(5) 完成兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场各回路导线的选择：
(6) 完成相应供配电设备选型；
(7) 并进行施工图设计，其中包括设备材料表，照明平面图，配电系统图，电气系统图等。
2. 电气照明
2.1 照度和照明方式选择
2.1.1 照明设计的要求
根据视觉要求、作业性质及环境条件，选取合适的照度，采用适当亮度分布及照度的均匀性，减少不必要的阴影，使视觉清晰；正确选用灯具，限制眩光，用以减少烦躁和不安；合理选用光源，以减少光热和紫外线照射对人和物体的不利影响。
按建筑形式确定照明方案时应处理好照明及自然采光的关系，合理选择照明方式，能采用自然光的部位，正确选用灯光控制方案以减少电能损耗，达到经济和节能的目的。
在光源和灯具的选择上，除满足上述要求外，应尽量选用发光率较高的气体放电灯，减少系数小的新型轻巧的灯具，使其与建筑造型相协调。以达到美观、实用又节能的原则[1]。
2.1.2 照明光源的选择
照明光源选择的一般原则是
(1) 发光效率高；
(2) 显色性好，即显色指数高；
(3) 使用寿命长；
(4) 启点可靠、方便、快捷；
(5) 性能价格比高。
兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场，由于冰场区仅作为平时一般的滑冰比赛训练和群众娱乐使用，不进行电视转播，而休息区主要是供人休闲休息，故对于照度和显色性可选择较低标准。
冰场区照明光源主要以荧光高压钠灯为主，这种高强度气体放电灯，具有功率大发光效率高，寿命长等特点，适合在经常使用照明的高达厅堂及露天场所，特别是维
护比较困难的体育馆及体育竞赛场所使用，考虑到这类放电灯的光色不够理想，在溜冰场的冰场区场区内和四周搭配了白炽吸顶灯和壁灯，进行混光照明。
休息区照明选择为一般照明，照明光源选择为白炽吸顶灯，白痴吸顶灯具有启动性，灯色表现较好，易于维护等特点，但同时其光效较低，寿命较短。
2.1.3 照明方式
在兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场，溜冰场的冰场区采用混合照明，休息区采用一般照明。
(1) 一般照明为照亮整个场所而设置的照明，一般照明方式的照明器均匀对称地分布在被照面的上方，因而能获得必要的照明均匀度。这种照明方式，适用于对光的投射方向没有特殊要求；在工作面上没有特殊需要提高照度的工作点以及工作点很密或不固定的场所。
(2) 混合照明由一般照明和局部照明共同组成的照明方式。对于工作位置需要较高照度并对照射方向有要求的场所，宜采用混合照明。混合照明中的一般照明应按混合照明总照度的5％~10％选取。
2.1.4 照度选择
选择照度是照明设计的重要问题，照度太低会损害工作人员的视力，不合理的高照度则会浪费电力。选择照度必须与所进行的视觉工作相适应。由于兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场是体育类建筑，所以按照文献[1]中规定建筑照度标准值，合理的选取照度标准，见表2-1。
表2-1 办公楼建筑照明照度标准值
类别 参考平面及其高度
低
营业厅，理发室，活动室
游泳馆，溜冰场，篮排球
0.75m水平面 工作台水平面 50 200 照度标准值/lx 中 75 300 高 100 500
2.1.5 设计结果
本次设计主要照度标准及光源、灯型选择如表2-2（冰场区为0米工作面照度，休息区为0.75米工作面照度）：
2.2 应急照明
2.2.1 应急照明分类
应急照明按照用途可分为三类：疏散照明、安全照明、备用照明。本次兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场电气工程设计，包括疏散照明，安全照明两部分。
(1) 疏散应急照明：为保证人员在发生事故时能快速而安全地离开建筑物所设立的照明。在疏散通道地面上提供的照度应达到1lx，最低不得小于0.2lx。此外，在安全出口和疏散通道的明显位置还要设有标志指示灯；
(2) 安全应急照明：在正常照明突然熄灭时，为保证潜在危险场所(如医院手术间)的人员人身安全而设置的照明。安全照明在工作面上提供的照度不应小于正常照明系统提供照度的5%，并且应在正常照明电源消失后0.5s以内提供安全照明电源；
此外，消防控制室、消防水泵房、配电室，发生火灾时应急照明，仍应保证正常照明的照度。疏散应急照明灯宜设在墙面上或顶棚上。安全出口标志设在出口的顶部；疏散走道的指示标志设在疏散走道及其转角处距地面1m以下的墙面上。走道疏散标志灯的间距不大于20m。应急照明和疏散指示标志，采用蓄电池作备用电源，且连续供电时间不少于20min。
2.2.2 应急照明灯具选择及布置
应急照明必须选用能瞬时启动的光源，只有应急照明作为正常照明的一部分，并且应急照明和正常照明不出现同时断电时，应急照明才可选用其它光源，因为若选用不瞬时启动的光源(如气体放电灯)时，当其不在正常照明运作中一同使用，一旦发生事故，因其启动时间长而不能起到事故照明的作用。
本次设计应急灯采用HD961型灯，功率25瓦，重量1.6千克，实际安装尺寸为200mm×120mm×200，疏散照明灯采用的是HD905型灯，功率15瓦，实际安装尺寸为520mm×150mm×230mm。
兰州交通大学毕业设计（论文）
在冰场区，采取均匀布置，共8套，在休息区设置2套应急灯，2套疏散指示灯，应急灯布置在楼梯口，疏散指示灯，布置休息区中央，具体布灯方案见附录，地下一层照明平面图。
2.2.3 应急灯具控制方式
(1) 非持续式（常备式）。正常状态下，无交直流输出；强切状态下，交流输出；转入应急状态下，直流输出。
(2) 持续式（常亮式）。正常状态下，交流输出；强切状态下，交流输出；转入应急状态下，直流输出。
(3) 可控制方式。正常状态下，输出交流，灯开关自由控制开断；强切状态下，交流输出，开关失控；应急状态下，直流输出，开关失控。
2.3 照度计算
2.3.1 照度计算方法选择
在选择照度时，应符合下列分级：0.1、0.2、0.5、1.2、3.5、10、15、25、30、50、75、100、150、200、300、750、1000、1500、2000lx。照度标准值是指工作或生活场所参考平面上的平均照度值。并根据各类建筑不同活动或作业类别将0.5～3000lx的照度标准值规定为高、中、低三级。
照度的计算方法，单位容量法、有利用系数法、概算曲线法、比功率法和逐点计算法等。由于利用系数法，概算曲线法等算法从实际使用效果来看都存在计算繁琐，建筑专业条件众多，适用范围较小等不足之处，所以在兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场电气工程设计的照度计算采取的是单位容量法。
单位容量法适用于均匀的一般照明计算每单位被照面积所需的安装功率
W=P/S （2-1）
式中：P：全部灯具安装功率（W）：
S：被照面积（m2）。
根据已知的面积及所选的灯具型式，最小照度E，计算高度h，从表2-2表2-3查的每单位面积的安装容量W，从公式中算出全部灯泡的总安装功率P。然后除以从较佳布置灯具方法所得出的灯具数量，即得灯泡功率。
2.3.2 冰场区和休息区的照度计算 下面是对整个游泳馆的照度计算。
(1) 溜冰场冰场区的照度计算
溜冰场冰场区长约36.9m，宽约24m，建筑面积885.6m2，查文献[2]知合适的的光源只有卤钨灯和高强气体灯，我们选择高压钠灯，以表2-3带反射罩的荧光灯单位面积安装功率表作为参考[3]，选用灯具为敞开式块板面灯具，光源为纳灯，由上文知溜冰场冰场区的照度可取200lx，混合照明方式。计算部分如下：
计算高度4m~6m，由表2-3知每平米12.6lx，得全部灯泡计算功率为：
P12.688511151W
选择1000W带反射罩荧光灯12套 (2) 溜冰场休息区的照度计算
溜冰场休息区，长约24m，宽约9m，建筑面积216m2,计算高4~6 m，一般照明方式，以圆求型吸顶灯单位面积安装功率表作为参考[3]，需用灯具为吸顶灯，光源为荧光灯。计算部分如下：
计算高度4m~6m，由表2-4知每平米16.4lx，得全部灯泡计算功率为：
P16.42163542.4W
选择600W圆球型吸顶灯6套。
表2-3 带反射罩荧光灯单位面积安装功率
计算高度 房间面积 (m) 3~4
(m2) 15~20 20~30 30~50 50~120 120~300 300以上
30 3.3 3.2 2.7 2.4 2.1 1.9
50 6.2 5.3 4.5 3.9 3.4 3.2
荧光灯照度(lx) 75 9.3 8.0 6.8 5.8 5.1 4.8
100 12.4 10.6 9 7.7 6.8 6.3
150 19 15.9 13.6 11.6 10.2 9.5
200 25 21.2 18.1 15.4 13.5 12.6
2.3.3 设计结果
根据照度计算结果，整个溜冰场的的灯具的型号、光源、数量以及单位如表2-5所示，溜冰场中重复的场所仅举一例，其具体情况见各平面图[4]。
表2-5 溜冰场各部分灯具选择情况
场所 冰场区 冰场区 冰场区 冰场区 冰场区 休息区 休息区 休息区 休息区
光源及功率 高压钠灯（1000W） 嵌入式吸顶灯（100W）
壁灯（60W） 应急灯（25W） 出口灯（75W） 圆球型吸顶灯（600W）
长杆灯（60W） 应急灯（25W） 疏散指示灯（15W）
单位 套 套 套 套 套 套 套 套 套
数量 12 66 11 8 3 6 4 2 2
灯具型号 NG1000-1 JXD23-A PZ380-60 HD961 PZ380-25 JXD71-B HD5022 HD961 HD905
3. 负荷计算
3.1 负荷等级及供电要求
3.1.1 负荷等级
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。
二级负荷：
(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。
由以上可知，兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场属于三级负荷，部分供电采取二级负荷。 3.1.2 供电要求
根据文献[5]查的用电设备行负荷等级划分，
兰州交通大学毕业设计（论文）
(1) 一级负荷的供电“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损坏”。
(2) 二级负荷的供电要求“宜由两回线路供电”，即当发生电力变压器故障或线路常见故障时不致中断供电（或中断后能迅速恢复）。设计中常采用一用一备两路高压电源供电或一路高压，另一路备用电源（柴油发电机组），但当负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回6KV及以上专用架空线供电。
(3) 三级负荷对供电无特殊要求。
对于一类高层建筑的消防用电按一级负荷要求供电并且消防用电设备应采用专用的供电回路。火灾事故照明和疏散指示标志可采用蓄电池作备用电源，其配电设备应明显标志。
本设计为体育场馆类建筑，其中消防控制室、消防水泵、防烟排烟风机、应急照明等消防设备及螺杆制冷机组、生活水泵按二级负荷，采用双电源供电，从附近两变电站引入两回路，并在最末一级配电箱处设置自动切换装置。其它动力设备如造浪机、清污泵等和照明用电为三级负荷。
3.2 负荷计算
3.2.1 负荷计算方法选择
本次设计采用需要系数法对兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场进行负荷计算，其中包括照明部分和动力部分。
电力负荷计算方法包括:利用系数法、单位产品耗电量法、需要系数法、二项式系数法。我国一般使用需要系数法和二项式系数法，前者适用于确定全厂计算负荷、车间变电所计算负荷及负荷较稳定的干线计算负荷;后者用于负荷波动较大的干线或支线。在实际设计和实践中.电力负荷计算的有关计算系数和特征参数的选择都会影响电负荷计算结果，使其偏大。
电力负荷的正确计算非常重要，它是正确偏高。选择供电系统中导线、开关电器及变压器等的基础，也是保障供电系统安全可靠运行必不可少的重要一环。在方案设计与初步设计时，其电力负荷计算过小或过大，都会引起严重的后果。如果电力负荷计算过小，就会引起供电线路过热，加速其绝缘的老化;同时，还会过多损耗能量，引起电气线路走火，引发重大事故。而电力负荷计算过大，将会引起变压器容量过剩，以及供电线路截面过大，相应的保护整定值就会定得过高，从而降低了电气设备保护
的灵敏度;与此同时，电力负荷计算过大还增加了投资，降低了工程的经济性。
兰州铁路局游泳馆室内溜冰场计算负荷较稳定，“在方案设计阶段可采用单位指标法；在初步设计阶段，宜采用需要系数法。”可见：本次设计电气计算负荷宜采用需要系数法[6]。 3.2.2 需要系数
需要系数值是在一定范围内按统计方法来确定的，它的准确性对负荷计算有重要的意义。但是，由于许多因素的影响，需要系数表中所给出的只能是推荐值， 在本次设计中依据具体情况从中选取一个比较恰当的值，在不影响计算结果的前提下，并进行了适当的估算。
由文献[7]查的，表3-1照明负荷的需要系数。表3-2气体放电光源镇流器的功率损耗系数
本次设计中的水泵房内设置多台水泵，动力部分还配有清污泵，因此需要系数的取值应较工业水泵小。
在本次设计中，当用电设备组的设备台数多时选取较小值，否则选取较大值；设备使用率高时选取较大值，否则选取较小值。但是，对于某些特殊部分来说，同一设备组中往往会有突出的大容量设备（如螺杆制冷机组功率100kW），这时采用需要系数法计算出来的计算负荷会偏小，设计中做了适当的调整。
表3-1 照明负荷的需要系数
不同用途的建筑 住宅用户 公寓、别墅（每户）
写字楼 教学、科研楼 商场、餐饮、游乐场所
客房 影剧院 体育馆 公共设施 仓库、汽车库
需要系数Kc 0.6~0.7 0.6~0.7 0.7~0.8 0.8~0.9 0.75~0.85 0.7~0.8 0.7~0.8 0.65~0.75 0.6~0.7 0.4~0.5
功率因数cos
1.00 1.00 1.00 0.9 0.8 0.75 0.75 0.75 0.6 0.8
3.3 设计结果
本次设计采用需要系数法计算兰州铁路局游泳馆室内溜冰场计算负荷，根据不同负荷种类选择相应的需要系数，计算结果如下：
各个配电箱的计算负荷及其计算电流如表3-3所示。
表3-3各个配电箱的计算负荷及其计算电流
配电箱的编号
回路编号 计算负荷Pjs（kW）
计算电流Ijs（A）
AL-0-1 D2
AL-1-1 AL-1-2 AL-1-3
AL-1-4 D3
AL-3-1 AL-3-2
新风机组 风机 D5 桑拿
水处理间 热交换 清污泵
D6
新风机组 新风机组 造浪机 冰场
N1（螺杆制冷机组） D10
N2（螺杆制冷机组）
N3
28.415 4.25 5.408 2.04 2.44 9.57 7.262 71.25 37.75 11 117 27.5 15.55 30 37 55 255 100 100 55
38.85 5.811 7.39 2.79 3.34 13.09 9.93 94.72 71.7 14.62 155.4 36.55 20.07 39.88 49.19 73.12 339.0 132.9 132.9 68.4
4. 供配电系统设计
4.1 导线的选型及截面选择
根据允许载流量选择的导线截面，必须满足机械强度的要求，也就是在不同敷设条件下绝缘导线的最小截面。根据文献[5]查的，表4-1绝缘导线的最小截面。
表4-1绝缘导线最小允许截面
序号
用途及敷设方式
线芯的最小截面（mm） 铜芯软线
1
照明用灯头线：
屋内 屋外
2
移动式用电设备：
生活用 生产用
3 4
穿管敷设的绝缘导线 塑料护套线沿墙明敷设
0.4 1.0 0.75 0.75 1.0
1.0 1.0
2.5 2.5
铜线 1.0 1.0
铝线 2.5 2.5
2
兰州铁路局游泳馆室内溜冰场总的计算负荷为1100KW，计算电流为1309.6A，则查相关手册配电柜的进线可以选择导线4根VV22-625型的导线。电线、电缆的敷设应根据建筑物的性质、要求、用电设备的分布及环境特征等因素确定，应避免因外部热源、灰尘聚集及腐蚀或污染物存在对布线系统带来的影响，并防止在敷设及使用过程中因受冲击、振动和建筑物伸缩、沉降等各种外界应力作用而带来的损害。 本次设计是按允许载流量选择导线截面积。
导线和电缆的发热及其允许电流：电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。导线或电缆的绝缘介质，所允许承受的最高温度td必须大于载流导体表面的最高温度tm，即tdtm，才能使绝缘介质不会燃烧，不加速导线绝缘的老化。
(1) 长期工作制负荷：电线或电缆按发热条件长期允许工作电流Ia1受环境温度影响，可用校正系数K，进行校正；以决定该导线的额定允许载流量，即
INKtIalIc （4-1）
式中Ia1 :电流或电缆允许长期工作电流值，A；
IN :经校正后的导线或电缆长期额定电流，A； IC :线路计算负荷电流，A； K :校正系数。
以下为配电箱各个支路的计算负荷、计算电流、导线型号，见表4-2所示。
表4-2各个配电箱的计算负荷及其计算电流
配电箱的编号
D2
回路编号 AL-0-1 AL-1-1 AL-1-2 AL-1-3
D3
AL-1-4 AL-3-1 AL-3-2
D5
新风机组 风 机 桑 拿 水处理间 热交换 清污泵
D6
新风机组 新风机组 造浪机 冰 场
D10
N1螺杆制冷机组 N2螺杆制冷机组
N3
计算负荷Pjs（kw）
28.415 4.25 5.408 2.04 2.44 9.57 7.262 71.25 37.75 11 117 27.5 15.55 30 37 55 255 100 100 55
计算电流Ijs (A)
38.85 5.811 7.39 2.79 3.34 13.09 9.93 94.72 71.7 14.62 155.4 38.55 20.07 39.88 49.19 73.12 339.0 132.9 132.9 68.4
导线的型号 BV-4*10 BV-4*10 BV-4*10 BV-4*10 BV-4*10 BV-4*10 BV-4*10 BV-5*50 BV-5*35 BV-5*6 BV-5*120 BV-5*25 BV-5*6 BV-5*25 BV-5*25 BV-5*50
(2) 重复性短时工作负荷：又称断续工作负荷。
当负荷重复周期d10min，工作时间d4min时，电线或电缆的允许电流可按下述情况决定：
导线截面积S为d6mm2的铜线，或S为d10mm2的铝线，其允许电流按前述长期工作制计算。
导线截面积S＞6mm2的铜线，或sd106mm2的铝线，其允许电流等于长期允许电流的0.875/（JC）0.5。JC是该设备的暂载率百分数。
(3) 短时工作制负荷：当用电工作时间较短，在停电时间内，电线或电缆已散热，且将到周围环境温度时，此时电线或电缆的允许电流按重复短时工作制决定。
溜冰场的负荷属于长期负荷，因此，其导线截面积的选择按长期工作制负荷进行。溜冰场对布线的要是比较高的，其环境属于潮湿环境，按由有关设计资料的规定，本馆应采用聚乙烯绝缘电线，用钢管暗敷进行敷设。
4.2 低压配电线路以及配电柜的选型
4.2.1 低压配电线路
对于低压配电线路，一般主要考虑短路和过载两项保护。但从发展情况来看，过电压保护也不能忽视。根据计算电流本次设计采用贵州长征开关制造有限公司生产的MB30系列短路器，
(1) 低压配电线路的短路保护
所有的低压配电线路都应装设短路保护，一般可采用断路器或熔断器保护。由于线路的导线截面是根据实际负荷选取的，因此在正常运行的情况下，负荷电流是不会超过导线的长期允许载流量的。但是为了避开线路短时间过负荷的影响（如大容量异步电动机启动等），同时又能可靠的保护线路，当采用熔断器做短路保护时，熔体的额定电流应小于或等于电缆或穿管绝缘导线允许载流量的2.5倍；对于明敷绝缘导线，由于绝缘等级偏低，绝缘容易老化等原因，熔体的额定电流应小于或等于导线允许载流量的1.5倍。当采用断路器做短路保护时，由于过电流脱扣器可延时并且可调，可以避开线路短路时过负荷电流，所以，过电流脱扣器的整定电流一般应小于或等于绝缘导线或电缆的允许载流量的1.1倍。
短路保护还应考虑线路末端发生短路时保护装置动作的可靠性。当上述保护装置
为配电线路的短路保护时，要求在被保护线路的末端发生单相接地短路以及两相短路时，短路电流值应大于或等于熔断器熔体额定电流的4倍，应大于或等于断路器过电流脱扣器整定电流的1.5倍。所以采用短路器而不用熔断器保护。
(2) 低压配电线路的过负荷保护
低压配电线路在下列场合应装设过负荷保护：
① 不论在何种房间内，由易燃外层无保护型电线（如BV，BLX，BXS型电线构成的明配线路)；
② 所有照明配电线路，但对于无火灾危险及无爆炸危险的仓库中的照明线路，可不装设过负荷保护。
(3) 低压配电线路的过电压保护
对于民用建筑低压配电线路，一般只要求有短路和过载两种保护。但从发展情况来看，还应考虑过电压保护。这是因为某些低压供电线路有时会意外的出现过电压，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路引起中性点偏移，以及雷击低压线路等，都可使接在该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分级装设过电压保护的措施，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。
(4) 上下级保护电器之间的配合
在低压配电线路上，应注意上、下级保护电器之间的配合。这是因为当配电系统的某处发生故障时，为了防止事故扩大到非故障部分，要求电源侧、负载侧的保护电器之间具有选择性配合。配合情况如下：
① 当上、下级均采用隔离开关保护时，一般要求上一级的隔离开关额定电流比下一级隔离开关的额定电流大2-3级（此处的2-3级指同一系列熔断器本身的电流等级）；
② 当上、下级保护均采用断路器时，应使上一级断路器的额定电流大于下一级脱扣器的额定电流，一般大于或等于1.2倍；
③ 当电源侧采用断路器、负载侧采用断路器时，应满足断路器在考虑正误差后的断路特性曲线在断路器的保护特性曲线之下；
④ 当电源侧采用断路器、负载侧采用短路器时，应满足断器在考虑了负误差后的熔断特性曲线在断路器考虑了正误差后的保护特性曲线之上[5]。
4.2.2 配电箱的选取
配电箱是按照供电线路负荷要求，将各种低压电器设备构成一个整体装置，并且具有一定功能的小型成套设备。配电箱主要用来接受电能和分配电能，以及对建筑物内的负荷进行直接控制。合理的配置配电箱，可以提高用电的灵活性。本次设计配电箱的选取为照明配电箱。照明配电箱内主要有各支路的刀闸开关或空气断路器，熔断器，有的还有度表，漏电保护开关等。
(1) 常用配电箱的分类
① 按功能分：电力配电箱、照明配电箱，计量箱和控制箱。
② 按结构分：板式，箱式和落地式。
③ 按使用场所分：户内式和户外式。而户内式又分为明装在墙壁上和暗装嵌入墙内的不同形式。
(2) 配电箱的布置
配电箱的位置十分重要，选取不当，对于费用、电能损耗，供电质量以及使用，维修等方面造成不良后果。在选择时遵循以下原则：
① 尽可能靠近负荷中心，即电器多，用量大的地方。
② 在高层建筑中，各层配电箱应尽可能布置在同一方向上，同一部位上以便施工安装和维修管理。
③ 配电箱应设于方便操作，便于检修的地方，一般多设于门厅，楼梯间或走廊的墙壁内，最好设于专用房间内。
④ 配电箱应设在干燥、通风、采光良好，且不妨碍建筑物美观的地方。
⑤ 配电箱应设在进出线方便的地方。
(3) 配电箱的选择
① 根据负荷性质和用途，确定配电箱的种类。
② 根据控制对象的负荷电流的大小。电压等级以及保护要求，确定配电箱主回路和各支路的开关电器，保护电器的容量和电压等级。
③ 应从使用环境和场合的要求选择配电箱的结构形式。
4.3 设计结果
根据溜冰场计算负荷和计算电流，本设计选取常州太平洋电力设备公司和四川电器股份有限公司生产的CUBIC系列组合式低压配电柜[8]。
由于设计中的额定电压为380V，配电柜分照明和动力两种，照明部分配电箱设在，尺寸大小分别为4M×10M×3M和3M×10M×3M(1M=192mm)，动力部分配电箱设在，尺寸大小分别为4M×10M×3M和3M×10M×3M。在本次设计中采用了固定式配电柜，主要可选择科必可LK-CUBIC-05A型、科必可LK-CUBIC-20A型、科必可LK-CUBIC-28型三种型号，具体型号见附录图纸。
5. 布线和接地
5.1 接地的类型和作用
在日常生活中和工作中难免发生触电事故，用电时人体与用电设备的金属外壳相接触，如果电气装置的绝缘损坏，导致金属外壳带电，或者由于其他意外事故，使金属外壳带电，则会发生人身触电事故。为了保证人身安全和电气系统、电气设备的正常工作需要，采取保护措施，最常用的保护措施就是保护接地或保护接零。根据电气设备接地作用不同，接地类型可分为：
5.1.1 保护接地
防雷接地是受到雷电袭击（直击、感应或线路引入）时，为防止造成损害的接地系统。常有信号（弱电）防雷地和电源（强电）防雷地之分，区分的原因不仅仅是因为要求接地电阻不同，而且在工程实践中信号防雷地常附在信号独立地上，和电源防雷地分开建设。
机壳安全接地是将系统中平时不带电的金属部分（机柜外壳，操作台外壳等)与地之间形成良好的导电连接，以保护设备和人身安全。原因是系统的供电是强电供电（380、220或110V），通常情况下机壳等是不带电的，当故障发生（如主机电源故障或其它故障）造成电源的供电火线与外壳等导电金属部件短路时，这些金属部件或外壳就形成了带电体，如果没有很好的接地，那么这带电体和地之间就有很高的电位差，如果人不小心触到这些带电体，那么就会通过人身形成通路，产生危险。因此，必须将金属外壳和地之间作很好的连接，使机壳和地等电位。此外，保护接地还可以防止静电的积聚。
5.1.2 工作接地
工作接地是为了使系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。它分为机器逻辑地、信号回路接地、屏蔽接地，在石化和其它防爆系统中还有本安接地。
机器逻辑地，也叫主机电源地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是+5V等电源的输出地。
信号回路接地，如各变送器的负端接地，开关量信号的负端接地等。
屏蔽接地，模人信号的屏蔽层的接地。
本安接地，是本安仪表或安全栅的接地。这种接地除了抑制干扰外，还有使仪表和系统具有本质安全性质的措施之一。本安接地会因为采用的设备的本实措施不同而不同，下面以齐纳式安全栅为例，说明其接地内容。
安全栅的作用是保护危险现场端永远处于安全电源和安全电压范围之内。如果现场端短路，则由于负载电阻和安全栅电阻R的限流作用，会将导线上的电流限制在安全范围内，使现场端不至于产生很高的温度，引起燃烧。第二种情况，如果计算机一端产生故障，则高压电信号加入了信号回路，则由于齐纳二级的嵌位作用，也使电压位于安全范围。
值得提醒的是，由于齐纳安全栅的引入，使得信号回路上的电阻增大了许多，因此，在设计输出回路的负载能力时，除了要考虑真正的负载要求以外，还要充分考虑安全栅的电阻，留有余地。
除了上述几种接地外，在很多场合下容易引起混乱的还有一个供电系统地，也叫交流电源工作地，它是电力系统中为了运行需要设的接地(如中性点接地）。
5.1.3 其他接地方式
现代化的电力系统其本身就是强烈的电磁干扰源，主要通过辐射方式干扰该频段内的通信设备。为抑制外部高压输电线路的干扰影响，采用接地措施，常用的接地方式有两种，现分别讨论如下：
(1) 分散接地方式
分散接地就是将建筑的防雷接地、电源系统接地、通讯设备的各类接地以及其他设备的接地分别接入相互分离的接地系统，由于地线系统不断增多，地线间潜在的耦合影响往往难以避免，分散接地反而容易引起干扰。同时主体建筑物的高度不断增加，其接地方式所带的不安全因素也越来越大。当某一设施被雷击中，容易形成地下反击，损坏其他设备。
(2) 联合接地方式
联合接地方式也称单点接地方式，即所有接地系统共用一个共同的“地”。联合接地有以下一些特点：
5.3 漏电保护
5.3.1 漏电保护器的安装的必要性
保护接零一般采用TN-C-S系统，也就是在电源进户之前将零线重复接地，且接地电阻小于10欧姆。而在进户之后，工作零线N与保护零线PE则须分开。此时，PE线与所有用电设备金属外壳通过三孔插座的接地孔连接起来。而零线在引入配电箱后，应当和相线一样对地绝缘。如果发生相线碰撞壳短路情况时，短路电流则经零线和接地极构成闭合回路。这时回路阻抗很小，短路电流很大，从而较大的短路电流致使保护开关跳闸，切断电源回路，达到安全保护的目的。但是，TN-C-S系统只能对用电设备的外壳在带电时起到保护作用，而对地短路的情况则不能起到保护作用。原因是：在对地短路时，短路电流要流经设备和地面的自然接触电阻，电阻流向电源中性点。由于自然接触电阻很大，而短路电流很小，不足使熔断器、断路器动作，切断电路，却使故障引发的电弧火花持续很长的时间，甚至着火。为克服上述问题，在建筑电气设计中采用漏电保护装置。
5.3.2 漏电保护器的工作原理
漏电保护器是一种自动电器，主要用来对有致生命危险的人身触电进行保护，以防止因电气设备或线路漏电而引起火灾，当低压线路或电器设备发生人身触电，漏电和单相接地故障时，漏电保护开关便快速地自动地切断电源，保护人身和电气设备的安全，避免事故扩大。
漏电保护器是由零序电流互感器、漏电脱扣器、脱扣机构、主开关、实验按钮等五部分组成。倘若发生被保护设备的接地故障电流作用于漏电保护器的漏电脱扣器上的情况，其电流超过预定值时，则会立即出现跳闸，从而切断故障电路。如图5-2所示：一般来说在正常情况下，各相电流的向量和等于零。由此，各相电流在零序电流互感器铁芯中感应的磁通量之和等于零。这时，由于零序电流互感器的二次侧绕组无信号输出，主开关仍处于闭合状态，电源继续向负荷方向供电。
当发生接地故障，或设备绝缘损坏、漏电，或人触及带电体时，主回路中各相电流的向量和不再为零。则会出现故障电流在零序电流互感器的环形铁芯中产生磁通，从而导致二次侧感应电压迫使脱扣线圈励磁，强令主开关跳闸，切断供电回路。
图5-2漏电保护器的工作原理
漏电断路器具有过载保护和漏电保护功能，它是在断路器上加装漏电保护器而构成的。在本次设计中，选用带有漏电保护装置的低压断路器，插座回路的漏电保护电流为30毫安，配电箱漏电保护电流为100毫安。
5.4 综合布线
综合布线是一种模块化的、灵活性极高的建筑物内或建筑群之间的信息传输通道。它既能使语音、数据、图像设备和交换设备与其它信息管理系统彼此相连,也能使这些设备与外部相连接。它还包括建筑物外部网络或电信线路的连接点与应用系统设备之间的所有线缆及相关的连接部件。综合布线由不同系列和规格的部件组成,其中包括：传输介质、相关连接硬件(如配线架、连接器、插座、插头、适配器)以及电气保护设备等。这些部件可用来构建各种子系统,它们都有各自的具体用途,不仅易于实施,而且能随需求的变化而平稳升级[9]。
5.4.1 一般规定
电线、电缆的敷设应根据建筑物的性质、要求、用电设备的分布及环境特征等因素确定，应避免因外部热源、灰尘聚集及腐蚀或污染物存在对布线系统带来的影响，
并防止在敷设及使用过程中因受冲击、振动和建筑物伸缩、沉降等各种外界应力作用而带来的损害。
敷设方式分明敷设和暗敷设两种。明敷设是导线由支持件或者在管子、线槽等保护体内，敷设于墙壁、顶棚的表面及支架等处；暗敷是导线在管子、线槽等保护体内，敷设于墙壁、顶棚、地坪及楼板等内部，或者在混凝土板孔内敷线等。
5.4.2 导线敷设方式
(1) 瓷（塑料）线夹、鼓形绝缘子、针式绝缘子布线 适用于正常环境的室内外场所和挑檐下。
(2) 绝缘导线直敷 直敷布线应采用护套绝缘电线，其截面不宜大于6 mm2；布线的固定点间距不应大于0.30mm2；电线垂直至地面低于1.8m部分，应穿管保护；不得将绝缘电线直接埋入墙壁、顶棚的抹灰层内。
(3) 绝缘导线穿管敷设
① 明敷于潮湿场所或埋地敷设的金属管布线，应采用水、煤气钢管；明、暗敷于干燥场所的布线可采用电线管或半硬塑料管。
② 2根绝缘导线穿于同一根管时，管内径不应小于两根导线外径之和1.35倍（立管）；3根及以上绝缘导线穿于同一管时，导线的总截面积不应大于管内净面积的40%。
③ 穿管的交流回路，应将同一回路的所有相线和中性线穿于同一根管内。不同回路的线路不应穿于同一根管内。
④ 线槽布线：线槽布线分金属线槽、塑料线槽及地面内暗装金属线槽。金属线槽适用于正常环境明敷，但对金属有严重腐蚀的场所不应采用，若线槽加封闭槽盖，可在建筑顶棚内敷设；塑料线槽适用于正常环境的室内场所，但在高温和易受机械损伤的场所不易采用，弱电线路可采用难燃型带塑料线槽在建筑顶棚内敷设；地面内暗装金属线槽布线适用于正常环境下大空间且阻隔变化多、用电设备移动性大或敷有多种功能线路场所，暗敷于现浇混凝土地面、楼板或楼板垫层内。
⑤ 电缆布线：工业与民用建筑中采用的电缆敷设方式有直接埋地、电缆沟敷设、沿墙敷设和电缆桥架敷设几种。此外，在大型发电厂和变电所等电缆密集的场合，还采用电缆隧道、电缆排管和专用夹层等方式。
⑥ 母线槽布线：适用于干燥和无腐蚀气体的室内场所。
⑦ 电气竖井内布线：一般适用于多层和高层建筑内强弱电垂直干线的敷设。可采用金属管、金属线槽、电缆、电缆桥架及封闭式母线等布线方式。
5.4.3 设计结果
本次设计在配电箱D1—D8柜和D9—D10柜采取下设电缆沟进线，其中D1-D8柜电缆沟大小为400mm×600mm×5600mm，在D9—D10柜电缆沟大小为400mm×600mm×4000mm。D8柜出线4*VV—300导线，在墙上装一接线箱引线，接线箱大小为200mm×250mm×90mm，距地面0.4m，其余布线以图纸和实际施工为准。
结 论
随着经济建设的快速发展，建筑的电气工程设计正以惊人的速度增长并有广阔的的发展前景。将信息技术、自动化控制技术、计算机技术和现代机电技术相结合，更是给建筑电气带来了新的设计观念，并给我们的生活带来了巨大变化。
本次毕业设计完成了对兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场的电气设计，包括对该建筑配电系统、照明系统、负荷系统、导线选择和接地系统的设计。
(1) 本着以人为本的理念，综合考虑照度，显色性等因素，主要选用高压钠灯和白炽吸顶灯为主要光源。这样既能为人们提供一个舒适的放松环境，同时也体现了节能照明。
(2) 利用单位容量法进行照度计算，确定所选灯具的套数。选择适当的照明方式，对灯具进行布置，实现照度的合理分配。
(3) 利用需要系数法进行负荷计算，确定计算电流。 (4) 根据计算电流选择相应导线，配电箱和断路器。
(5) 利用AUTOCAD和天正电气等软件，绘制设备材料表，配电箱系统图，电气系统图，照明平面图等。
致 谢
本论文在苏宏升老师的悉心指导下顺利完成，论文全过程都是在苏宏升老师督促下完成的。
毕业设计是检验和锻炼学生实际工程设计能力的一项教学环节。苏宏升老师渊博的学识，开阔的视野和丰富的实践经验为论文的每一步工作的进行都提供了很多指导和帮助。另外，苏宏升老师扎实的理论基础和严谨的治学态度将对我今后的学习和工作生活产生深渊的影响，在此，对着苏老师表示深深的谢意。
在撰写论文的过程中，李斌、雷芳和李琴等同学也给予了很多的帮助与鼓励，在这里向他们表示诚挚的谢意。
再次感谢诸位老师悉心的指导和同学们的热心帮助。此次设计是我初次设计，设计及论述过程中难免有错误和不妥之处，敬请各位老师和同学批评指正。
参 考 文 献
[1] 民用建筑照明设计标准[S]．GBJ133-08 北京，建设部标准定额研究所，2008． [2] 李恭慰．建筑照明手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，2004．
[3] 戴瑜兴．民用建筑电气设计手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，1999． [4] 陈小丰．建筑灯具与装饰照明手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，2000． [5] 刘介才．供电工程师技术手册[M]．北京：机械工业出版社，1998． [6] 周志湖．建筑电气设计[M]．北京：中国建筑工业出版社，1996．
[7] 民用建筑电气设计规范[S]．JCJ/T16-0 8北京，建设部标准定额研究所，2008． [8] 电力工程电气设计设备手册[M]．北京：中国电力出版社，1998． [9] 刘国林．综合布线[M]．北京：机械工业出版社，1999．
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兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场电气工程设计
摘 要
随着经济建设的快速发展，建筑的电气工程设计正以惊人的速度增长并有广阔的的发展前景。将信息技术、自动化控制技术、计算机技术和现代机电技术相结合，给建筑电气带来了新的设计观念，引起人们居住生活的巨大变化。
本文主要对兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场进行了电气工程设计。考虑到该建筑是体育场馆且在地下一层，在照明系统的设计中，结合该建筑的土建、结构、功能等特点，依据国家现行的建筑照明规程规范中关于溜冰场的照度标准要求，利用单位容量法对其进行了照度的计算。在对负荷系统的设计中，针对不同的设备，利用需要系数法，对各设备的线路电流进行了计算。最后参考相关电气设备手册，对灯具，导线，断路器，配电箱等设备做了选型。
本设计以兰州铁路局游泳馆室内溜冰场为设计平台，对供电及照明进行了合理的设计，并选用材料绿色环保产品，以节能为目标，取得了一定的实效。
关键词：照度，灯具，单位容量，负荷计算法，供配电设计
ELCTRICAL ENGINEERING DESIGN OF INDOOR
ICE-SKATING RINKS OF LOCOMOTIVE SWIMMING
POOL OF LANZHOU RAIWAY BUREAU
ABSTRACT
With the rapid development of economy construction, the design of architecture electrical engineering is making progress amazingly and having a broaden prospect. Multiple technologies are to be used,such as information technology, automation and control technology, computer technology and modern mechanical and electrical technology, bring new design concept to architecture electrical engineering and change people’s daily life deeply.
This dissertation mainly aims to the electrical engineering design of ice-skating rink of locomotive indoor swimming pool of Lanzhou Railway bureau. Considering this stadium is built underground. In the process of designing lighting system, combining with the construction,structure and function of this building,based on the national norms,the illuminance is calculated according to the volumetric method,.In design of loading system, The line current respectively of different type of equipments is calculated. Finally, Select the model of lamps, wires , circuit breakers, distribution boxes and other equipments with the reference of manuals.
This dissertation creates a more rational design of supply and lightening system which is a important part of the swimming and skating rink of Lanzhou railway bureau. Environmental friendly and energy saving is this design’s best advantage and final goal.And at last obtain certain results.
Key words: illuminance，luminaire，unit capacitance method，load calculaion，power supply and design
目 录
1 绪论 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 1
1.1 概论 -------------------------------------------------------------------------------------------- 1
1.2 设计背景 -------------------------------------------------------------------------------------- 1
1.3 设计内容 -------------------------------------------------------------------------------------- 2
1.4 设计依据 -------------------------------------------------------------------------------------- 2
1.5 本文主要工作 -------------------------------------------------------------------------------- 2 2 电气照明 --------------------------------------------------------------------------------------------- 3
2.1 照度和照明方式选择 ----------------------------------------------------------------------- 3
2.1.1 照明设计的要求---------------------------------------------------------------- 3
2.1.2 照明光源的选择 ---------------------------------------------------------------------- 3
2.1.3 照明方式 ------------------------------------------------------------------------------- 4
2.1.4 照度选择 ------------------------------------------------------------------------------- 4
2.1.5 设计结果 ------------------------------------------------------------------------------- 4
2.2 应急照明 -------------------------------------------------------------------------------------- 5
2.2.1 应急照明分类 ------------------------------------------------------------------------- 5
2.2.2 应急照明灯具选择及布置 --------------------------------------------------------- 5
2.2.3 应急灯具控制方式 ------------------------------------------------------------------- 6
2.3 照度计算 -------------------------------------------------------------------------------------- 6
2.3.1 照度计算方法选择 ------------------------------------------------------------------- 6
2.3.2 冰场区和休息区的照度计算 --------------------------------------------------- 7
2.3.3 设计结果 ------------------------------------------------------------------------------- 8 3 负荷计算 --------------------------------------------------------------------------------------------- 9
3.1 负荷等级及供电要求 ----------------------------------------------------------------------- 9
3.1.1 负荷等级 ------------------------------------------------------------------------------- 9
3.1.2 供电要求 ------------------------------------------------------------------------------- 9
3.2 负荷计算 ------------------------------------------------------------------------------------- 10
3.2.1 负荷计算方法选择 ------------------------------------------------------------------ 10
3.2.2 需要系数 ------------------------------------------------------------------------------ 11
3.2.3 按需要系数法确定计算负荷 ----------------------------------------------------- 12
3.3 设计结果 ------------------------------------------------------------------------------------- 13 4 供配电系统设计 ----------------------------------------------------------------------------------- 15
4.1 导线的选型及截面选择 ------------------------------------------------------------------- 15
4.2 低压配电线路以及配电柜的选型 ------------------------------------------------------- 17
4.2.1 低压配电线路 ------------------------------------------------------------------------ 17
4.2.2 配电箱的选取 ------------------------------------------------------------------------ 19
4.3 设计结果 ------------------------------------------------------------------------------------- 19 5 布线和接地 ----------------------------------------------------------------------------------------- 21
5.1 接地的类型和作用 ------------------------------------------------------------------------- 21
5.1.1 保护接地 ---------------------------------------------------------------------------- 21
5.1.2 工作接地 ---------------------------------------------------------------------------- 21
5.1.3 其他接地方式 ---------------------------------------------------------------------- 22
5.2 接地系统选型 ------------------------------------------------------------------------------- 23
5.3 漏电保护 ------------------------------------------------------------------------------------- 24
5.3.1 漏电保护器的安装的必要性 ----------------------------------------------------- 24
5.3.2 漏电保护器的工作原理 ----------------------------------------------------------- 24
5.4 综合布线 ------------------------------------------------------------------------------------- 25
5.4.1 一般规定 ------------------------------------------------------------------------------ 25
5.4.2 导线敷设方式 ---------------------------------------------------------------------- 26
5.4.3 设计结果 ------------------------------------------------------------------------------ 27 结论 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 28 致谢 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 29 参考文献 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 30 附录A 电气系统图 --------------------------------------------------------------------------------- 31 附录B 配电系统图 --------------------------------------------------------------------------------- 32 附录C 计算书 --------------------------------------------------------------------------------------- 33
1. 绪论
1.1 概论
电力工业是国民经济发展中最重要的基础能源产业，是国民经济的第一基础产业，是关系国计民生的基础产业，是世界各国经济发展战略中的优先发展重点。作为一种先进的生产力和基础产业，电力行业对促进国民经济的发展和社会进步起到了重要作用，因而从事电工科技工作是大有可为的。
随着人们生活质量不断的提高，建筑电气技术水平也在不断发展，对于建筑电气的设计、施工、运行、维护及管理工作，有了进一步的提高和要求，本次设计的主要研究目的在于，对兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场的照明、动力、室内配电以及综合布线的设计，它将对游泳馆的整个建筑和室内外设备都有很大的影响，同时设计的时候既要考虑设计的经济性、合理性，又要注意建设的必要性和安全性。
国内外在建筑电气方面的研究已经有了很深的研究和探讨，特别是近年来人们对建筑电气方面的关注更大、更广，在本次设计过程中参阅了很多有价值的国内外相关文献和书籍，比如《供电工程师技术手册》，《建筑电气设计》等书目。
首先，我们必须对整个溜冰场的平面图和剖面图进行研究，根据溜冰场的布置进行对各个方面的分析和设计，其次，主要是对供配电系统的理解，进行对照明和动力的设计，并且对整个建筑的综合布线，最终完成整个溜冰场的电气工程设计，在设计中主要应用AutoCAD、天正电气等工具软件强大的绘图功能进行辅助设计并且有很大的帮助。
1.2 设计背景
兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场在游泳馆地下一层，属于体育类建筑，其中建筑面积1101.6平米，分为冰场区和休息区两部分。本工程电源采用三相五线制，电源电压380V/220V，自配电室D6柜引出，电缆型号规格为单芯VV-300mm2，4根，穿管G125，埋地暗敷至冰场配电间。
1.3 设计内容
兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场电气工程设计。
1.4 设计依据 根据兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场的建筑平面图；
《民用建筑电气设计规范》(JCJ/T16-2008)；
《民用建筑照明设计标准》(GBJ133-2008)；
《等电位联结安装规范》(02D501-2)。
1.5 本文主要工作 根据建筑平面图和国家有关规程，规范，标准；
(1) 完成兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场照明光源和方式的选择：
(2) 完成兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场照度计算；
(3) 完成兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场照明灯具的选择，其中包括照明灯具，装饰灯具，应急照明灯具：
(4) 完成兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场负荷计算；
(5) 完成兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场各回路导线的选择：
(6) 完成相应供配电设备选型；
(7) 并进行施工图设计，其中包括设备材料表，照明平面图，配电系统图，电气系统图等。
2. 电气照明
2.1 照度和照明方式选择
2.1.1 照明设计的要求
根据视觉要求、作业性质及环境条件，选取合适的照度，采用适当亮度分布及照度的均匀性，减少不必要的阴影，使视觉清晰；正确选用灯具，限制眩光，用以减少烦躁和不安；合理选用光源，以减少光热和紫外线照射对人和物体的不利影响。
按建筑形式确定照明方案时应处理好照明及自然采光的关系，合理选择照明方式，能采用自然光的部位，正确选用灯光控制方案以减少电能损耗，达到经济和节能的目的。
在光源和灯具的选择上，除满足上述要求外，应尽量选用发光率较高的气体放电灯，减少系数小的新型轻巧的灯具，使其与建筑造型相协调。以达到美观、实用又节能的原则[1]。
2.1.2 照明光源的选择
照明光源选择的一般原则是
(1) 发光效率高；
(2) 显色性好，即显色指数高；
(3) 使用寿命长；
(4) 启点可靠、方便、快捷；
(5) 性能价格比高。
兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场，由于冰场区仅作为平时一般的滑冰比赛训练和群众娱乐使用，不进行电视转播，而休息区主要是供人休闲休息，故对于照度和显色性可选择较低标准。
冰场区照明光源主要以荧光高压钠灯为主，这种高强度气体放电灯，具有功率大发光效率高，寿命长等特点，适合在经常使用照明的高达厅堂及露天场所，特别是维
护比较困难的体育馆及体育竞赛场所使用，考虑到这类放电灯的光色不够理想，在溜冰场的冰场区场区内和四周搭配了白炽吸顶灯和壁灯，进行混光照明。
休息区照明选择为一般照明，照明光源选择为白炽吸顶灯，白痴吸顶灯具有启动性，灯色表现较好，易于维护等特点，但同时其光效较低，寿命较短。
2.1.3 照明方式
在兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场，溜冰场的冰场区采用混合照明，休息区采用一般照明。
(1) 一般照明为照亮整个场所而设置的照明，一般照明方式的照明器均匀对称地分布在被照面的上方，因而能获得必要的照明均匀度。这种照明方式，适用于对光的投射方向没有特殊要求；在工作面上没有特殊需要提高照度的工作点以及工作点很密或不固定的场所。
(2) 混合照明由一般照明和局部照明共同组成的照明方式。对于工作位置需要较高照度并对照射方向有要求的场所，宜采用混合照明。混合照明中的一般照明应按混合照明总照度的5％~10％选取。
2.1.4 照度选择
选择照度是照明设计的重要问题，照度太低会损害工作人员的视力，不合理的高照度则会浪费电力。选择照度必须与所进行的视觉工作相适应。由于兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场是体育类建筑，所以按照文献[1]中规定建筑照度标准值，合理的选取照度标准，见表2-1。
表2-1 办公楼建筑照明照度标准值
类别 参考平面及其高度
低
营业厅，理发室，活动室
游泳馆，溜冰场，篮排球
0.75m水平面 工作台水平面 50 200 照度标准值/lx 中 75 300 高 100 500
2.1.5 设计结果
本次设计主要照度标准及光源、灯型选择如表2-2（冰场区为0米工作面照度，休息区为0.75米工作面照度）：
2.2 应急照明
2.2.1 应急照明分类
应急照明按照用途可分为三类：疏散照明、安全照明、备用照明。本次兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场电气工程设计，包括疏散照明，安全照明两部分。
(1) 疏散应急照明：为保证人员在发生事故时能快速而安全地离开建筑物所设立的照明。在疏散通道地面上提供的照度应达到1lx，最低不得小于0.2lx。此外，在安全出口和疏散通道的明显位置还要设有标志指示灯；
(2) 安全应急照明：在正常照明突然熄灭时，为保证潜在危险场所(如医院手术间)的人员人身安全而设置的照明。安全照明在工作面上提供的照度不应小于正常照明系统提供照度的5%，并且应在正常照明电源消失后0.5s以内提供安全照明电源；
此外，消防控制室、消防水泵房、配电室，发生火灾时应急照明，仍应保证正常照明的照度。疏散应急照明灯宜设在墙面上或顶棚上。安全出口标志设在出口的顶部；疏散走道的指示标志设在疏散走道及其转角处距地面1m以下的墙面上。走道疏散标志灯的间距不大于20m。应急照明和疏散指示标志，采用蓄电池作备用电源，且连续供电时间不少于20min。
2.2.2 应急照明灯具选择及布置
应急照明必须选用能瞬时启动的光源，只有应急照明作为正常照明的一部分，并且应急照明和正常照明不出现同时断电时，应急照明才可选用其它光源，因为若选用不瞬时启动的光源(如气体放电灯)时，当其不在正常照明运作中一同使用，一旦发生事故，因其启动时间长而不能起到事故照明的作用。
本次设计应急灯采用HD961型灯，功率25瓦，重量1.6千克，实际安装尺寸为200mm×120mm×200，疏散照明灯采用的是HD905型灯，功率15瓦，实际安装尺寸为520mm×150mm×230mm。
兰州交通大学毕业设计（论文）
在冰场区，采取均匀布置，共8套，在休息区设置2套应急灯，2套疏散指示灯，应急灯布置在楼梯口，疏散指示灯，布置休息区中央，具体布灯方案见附录，地下一层照明平面图。
2.2.3 应急灯具控制方式
(1) 非持续式（常备式）。正常状态下，无交直流输出；强切状态下，交流输出；转入应急状态下，直流输出。
(2) 持续式（常亮式）。正常状态下，交流输出；强切状态下，交流输出；转入应急状态下，直流输出。
(3) 可控制方式。正常状态下，输出交流，灯开关自由控制开断；强切状态下，交流输出，开关失控；应急状态下，直流输出，开关失控。
2.3 照度计算
2.3.1 照度计算方法选择
在选择照度时，应符合下列分级：0.1、0.2、0.5、1.2、3.5、10、15、25、30、50、75、100、150、200、300、750、1000、1500、2000lx。照度标准值是指工作或生活场所参考平面上的平均照度值。并根据各类建筑不同活动或作业类别将0.5～3000lx的照度标准值规定为高、中、低三级。
照度的计算方法，单位容量法、有利用系数法、概算曲线法、比功率法和逐点计算法等。由于利用系数法，概算曲线法等算法从实际使用效果来看都存在计算繁琐，建筑专业条件众多，适用范围较小等不足之处，所以在兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场电气工程设计的照度计算采取的是单位容量法。
单位容量法适用于均匀的一般照明计算每单位被照面积所需的安装功率
W=P/S （2-1）
式中：P：全部灯具安装功率（W）：
S：被照面积（m2）。
根据已知的面积及所选的灯具型式，最小照度E，计算高度h，从表2-2表2-3查的每单位面积的安装容量W，从公式中算出全部灯泡的总安装功率P。然后除以从较佳布置灯具方法所得出的灯具数量，即得灯泡功率。
2.3.2 冰场区和休息区的照度计算 下面是对整个游泳馆的照度计算。
(1) 溜冰场冰场区的照度计算
溜冰场冰场区长约36.9m，宽约24m，建筑面积885.6m2，查文献[2]知合适的的光源只有卤钨灯和高强气体灯，我们选择高压钠灯，以表2-3带反射罩的荧光灯单位面积安装功率表作为参考[3]，选用灯具为敞开式块板面灯具，光源为纳灯，由上文知溜冰场冰场区的照度可取200lx，混合照明方式。计算部分如下：
计算高度4m~6m，由表2-3知每平米12.6lx，得全部灯泡计算功率为：
P12.688511151W
选择1000W带反射罩荧光灯12套 (2) 溜冰场休息区的照度计算
溜冰场休息区，长约24m，宽约9m，建筑面积216m2,计算高4~6 m，一般照明方式，以圆求型吸顶灯单位面积安装功率表作为参考[3]，需用灯具为吸顶灯，光源为荧光灯。计算部分如下：
计算高度4m~6m，由表2-4知每平米16.4lx，得全部灯泡计算功率为：
P16.42163542.4W
选择600W圆球型吸顶灯6套。
表2-3 带反射罩荧光灯单位面积安装功率
计算高度 房间面积 (m) 3~4
(m2) 15~20 20~30 30~50 50~120 120~300 300以上
30 3.3 3.2 2.7 2.4 2.1 1.9
50 6.2 5.3 4.5 3.9 3.4 3.2
荧光灯照度(lx) 75 9.3 8.0 6.8 5.8 5.1 4.8
100 12.4 10.6 9 7.7 6.8 6.3
150 19 15.9 13.6 11.6 10.2 9.5
200 25 21.2 18.1 15.4 13.5 12.6
2.3.3 设计结果
根据照度计算结果，整个溜冰场的的灯具的型号、光源、数量以及单位如表2-5所示，溜冰场中重复的场所仅举一例，其具体情况见各平面图[4]。
表2-5 溜冰场各部分灯具选择情况
场所 冰场区 冰场区 冰场区 冰场区 冰场区 休息区 休息区 休息区 休息区
光源及功率 高压钠灯（1000W） 嵌入式吸顶灯（100W）
壁灯（60W） 应急灯（25W） 出口灯（75W） 圆球型吸顶灯（600W）
长杆灯（60W） 应急灯（25W） 疏散指示灯（15W）
单位 套 套 套 套 套 套 套 套 套
数量 12 66 11 8 3 6 4 2 2
灯具型号 NG1000-1 JXD23-A PZ380-60 HD961 PZ380-25 JXD71-B HD5022 HD961 HD905
3. 负荷计算
3.1 负荷等级及供电要求
3.1.1 负荷等级
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。
二级负荷：
(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。
由以上可知，兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场属于三级负荷，部分供电采取二级负荷。 3.1.2 供电要求
根据文献[5]查的用电设备行负荷等级划分，
兰州交通大学毕业设计（论文）
(1) 一级负荷的供电“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损坏”。
(2) 二级负荷的供电要求“宜由两回线路供电”，即当发生电力变压器故障或线路常见故障时不致中断供电（或中断后能迅速恢复）。设计中常采用一用一备两路高压电源供电或一路高压，另一路备用电源（柴油发电机组），但当负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回6KV及以上专用架空线供电。
(3) 三级负荷对供电无特殊要求。
对于一类高层建筑的消防用电按一级负荷要求供电并且消防用电设备应采用专用的供电回路。火灾事故照明和疏散指示标志可采用蓄电池作备用电源，其配电设备应明显标志。
本设计为体育场馆类建筑，其中消防控制室、消防水泵、防烟排烟风机、应急照明等消防设备及螺杆制冷机组、生活水泵按二级负荷，采用双电源供电，从附近两变电站引入两回路，并在最末一级配电箱处设置自动切换装置。其它动力设备如造浪机、清污泵等和照明用电为三级负荷。
3.2 负荷计算
3.2.1 负荷计算方法选择
本次设计采用需要系数法对兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场进行负荷计算，其中包括照明部分和动力部分。
电力负荷计算方法包括:利用系数法、单位产品耗电量法、需要系数法、二项式系数法。我国一般使用需要系数法和二项式系数法，前者适用于确定全厂计算负荷、车间变电所计算负荷及负荷较稳定的干线计算负荷;后者用于负荷波动较大的干线或支线。在实际设计和实践中.电力负荷计算的有关计算系数和特征参数的选择都会影响电负荷计算结果，使其偏大。
电力负荷的正确计算非常重要，它是正确偏高。选择供电系统中导线、开关电器及变压器等的基础，也是保障供电系统安全可靠运行必不可少的重要一环。在方案设计与初步设计时，其电力负荷计算过小或过大，都会引起严重的后果。如果电力负荷计算过小，就会引起供电线路过热，加速其绝缘的老化;同时，还会过多损耗能量，引起电气线路走火，引发重大事故。而电力负荷计算过大，将会引起变压器容量过剩，以及供电线路截面过大，相应的保护整定值就会定得过高，从而降低了电气设备保护
的灵敏度;与此同时，电力负荷计算过大还增加了投资，降低了工程的经济性。
兰州铁路局游泳馆室内溜冰场计算负荷较稳定，“在方案设计阶段可采用单位指标法；在初步设计阶段，宜采用需要系数法。”可见：本次设计电气计算负荷宜采用需要系数法[6]。 3.2.2 需要系数
需要系数值是在一定范围内按统计方法来确定的，它的准确性对负荷计算有重要的意义。但是，由于许多因素的影响，需要系数表中所给出的只能是推荐值， 在本次设计中依据具体情况从中选取一个比较恰当的值，在不影响计算结果的前提下，并进行了适当的估算。
由文献[7]查的，表3-1照明负荷的需要系数。表3-2气体放电光源镇流器的功率损耗系数
本次设计中的水泵房内设置多台水泵，动力部分还配有清污泵，因此需要系数的取值应较工业水泵小。
在本次设计中，当用电设备组的设备台数多时选取较小值，否则选取较大值；设备使用率高时选取较大值，否则选取较小值。但是，对于某些特殊部分来说，同一设备组中往往会有突出的大容量设备（如螺杆制冷机组功率100kW），这时采用需要系数法计算出来的计算负荷会偏小，设计中做了适当的调整。
表3-1 照明负荷的需要系数
不同用途的建筑 住宅用户 公寓、别墅（每户）
写字楼 教学、科研楼 商场、餐饮、游乐场所
客房 影剧院 体育馆 公共设施 仓库、汽车库
需要系数Kc 0.6~0.7 0.6~0.7 0.7~0.8 0.8~0.9 0.75~0.85 0.7~0.8 0.7~0.8 0.65~0.75 0.6~0.7 0.4~0.5
功率因数cos
1.00 1.00 1.00 0.9 0.8 0.75 0.75 0.75 0.6 0.8
3.3 设计结果
本次设计采用需要系数法计算兰州铁路局游泳馆室内溜冰场计算负荷，根据不同负荷种类选择相应的需要系数，计算结果如下：
各个配电箱的计算负荷及其计算电流如表3-3所示。
表3-3各个配电箱的计算负荷及其计算电流
配电箱的编号
回路编号 计算负荷Pjs（kW）
计算电流Ijs（A）
AL-0-1 D2
AL-1-1 AL-1-2 AL-1-3
AL-1-4 D3
AL-3-1 AL-3-2
新风机组 风机 D5 桑拿
水处理间 热交换 清污泵
D6
新风机组 新风机组 造浪机 冰场
N1（螺杆制冷机组） D10
N2（螺杆制冷机组）
N3
28.415 4.25 5.408 2.04 2.44 9.57 7.262 71.25 37.75 11 117 27.5 15.55 30 37 55 255 100 100 55
38.85 5.811 7.39 2.79 3.34 13.09 9.93 94.72 71.7 14.62 155.4 36.55 20.07 39.88 49.19 73.12 339.0 132.9 132.9 68.4
4. 供配电系统设计
4.1 导线的选型及截面选择
根据允许载流量选择的导线截面，必须满足机械强度的要求，也就是在不同敷设条件下绝缘导线的最小截面。根据文献[5]查的，表4-1绝缘导线的最小截面。
表4-1绝缘导线最小允许截面
序号
用途及敷设方式
线芯的最小截面（mm） 铜芯软线
1
照明用灯头线：
屋内 屋外
2
移动式用电设备：
生活用 生产用
3 4
穿管敷设的绝缘导线 塑料护套线沿墙明敷设
0.4 1.0 0.75 0.75 1.0
1.0 1.0
2.5 2.5
铜线 1.0 1.0
铝线 2.5 2.5
2
兰州铁路局游泳馆室内溜冰场总的计算负荷为1100KW，计算电流为1309.6A，则查相关手册配电柜的进线可以选择导线4根VV22-625型的导线。电线、电缆的敷设应根据建筑物的性质、要求、用电设备的分布及环境特征等因素确定，应避免因外部热源、灰尘聚集及腐蚀或污染物存在对布线系统带来的影响，并防止在敷设及使用过程中因受冲击、振动和建筑物伸缩、沉降等各种外界应力作用而带来的损害。 本次设计是按允许载流量选择导线截面积。
导线和电缆的发热及其允许电流：电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。导线或电缆的绝缘介质，所允许承受的最高温度td必须大于载流导体表面的最高温度tm，即tdtm，才能使绝缘介质不会燃烧，不加速导线绝缘的老化。
(1) 长期工作制负荷：电线或电缆按发热条件长期允许工作电流Ia1受环境温度影响，可用校正系数K，进行校正；以决定该导线的额定允许载流量，即
INKtIalIc （4-1）
式中Ia1 :电流或电缆允许长期工作电流值，A；
IN :经校正后的导线或电缆长期额定电流，A； IC :线路计算负荷电流，A； K :校正系数。
以下为配电箱各个支路的计算负荷、计算电流、导线型号，见表4-2所示。
表4-2各个配电箱的计算负荷及其计算电流
配电箱的编号
D2
回路编号 AL-0-1 AL-1-1 AL-1-2 AL-1-3
D3
AL-1-4 AL-3-1 AL-3-2
D5
新风机组 风 机 桑 拿 水处理间 热交换 清污泵
D6
新风机组 新风机组 造浪机 冰 场
D10
N1螺杆制冷机组 N2螺杆制冷机组
N3
计算负荷Pjs（kw）
28.415 4.25 5.408 2.04 2.44 9.57 7.262 71.25 37.75 11 117 27.5 15.55 30 37 55 255 100 100 55
计算电流Ijs (A)
38.85 5.811 7.39 2.79 3.34 13.09 9.93 94.72 71.7 14.62 155.4 38.55 20.07 39.88 49.19 73.12 339.0 132.9 132.9 68.4
导线的型号 BV-4*10 BV-4*10 BV-4*10 BV-4*10 BV-4*10 BV-4*10 BV-4*10 BV-5*50 BV-5*35 BV-5*6 BV-5*120 BV-5*25 BV-5*6 BV-5*25 BV-5*25 BV-5*50
(2) 重复性短时工作负荷：又称断续工作负荷。
当负荷重复周期d10min，工作时间d4min时，电线或电缆的允许电流可按下述情况决定：
导线截面积S为d6mm2的铜线，或S为d10mm2的铝线，其允许电流按前述长期工作制计算。
导线截面积S＞6mm2的铜线，或sd106mm2的铝线，其允许电流等于长期允许电流的0.875/（JC）0.5。JC是该设备的暂载率百分数。
(3) 短时工作制负荷：当用电工作时间较短，在停电时间内，电线或电缆已散热，且将到周围环境温度时，此时电线或电缆的允许电流按重复短时工作制决定。
溜冰场的负荷属于长期负荷，因此，其导线截面积的选择按长期工作制负荷进行。溜冰场对布线的要是比较高的，其环境属于潮湿环境，按由有关设计资料的规定，本馆应采用聚乙烯绝缘电线，用钢管暗敷进行敷设。
4.2 低压配电线路以及配电柜的选型
4.2.1 低压配电线路
对于低压配电线路，一般主要考虑短路和过载两项保护。但从发展情况来看，过电压保护也不能忽视。根据计算电流本次设计采用贵州长征开关制造有限公司生产的MB30系列短路器，
(1) 低压配电线路的短路保护
所有的低压配电线路都应装设短路保护，一般可采用断路器或熔断器保护。由于线路的导线截面是根据实际负荷选取的，因此在正常运行的情况下，负荷电流是不会超过导线的长期允许载流量的。但是为了避开线路短时间过负荷的影响（如大容量异步电动机启动等），同时又能可靠的保护线路，当采用熔断器做短路保护时，熔体的额定电流应小于或等于电缆或穿管绝缘导线允许载流量的2.5倍；对于明敷绝缘导线，由于绝缘等级偏低，绝缘容易老化等原因，熔体的额定电流应小于或等于导线允许载流量的1.5倍。当采用断路器做短路保护时，由于过电流脱扣器可延时并且可调，可以避开线路短路时过负荷电流，所以，过电流脱扣器的整定电流一般应小于或等于绝缘导线或电缆的允许载流量的1.1倍。
短路保护还应考虑线路末端发生短路时保护装置动作的可靠性。当上述保护装置
为配电线路的短路保护时，要求在被保护线路的末端发生单相接地短路以及两相短路时，短路电流值应大于或等于熔断器熔体额定电流的4倍，应大于或等于断路器过电流脱扣器整定电流的1.5倍。所以采用短路器而不用熔断器保护。
(2) 低压配电线路的过负荷保护
低压配电线路在下列场合应装设过负荷保护：
① 不论在何种房间内，由易燃外层无保护型电线（如BV，BLX，BXS型电线构成的明配线路)；
② 所有照明配电线路，但对于无火灾危险及无爆炸危险的仓库中的照明线路，可不装设过负荷保护。
(3) 低压配电线路的过电压保护
对于民用建筑低压配电线路，一般只要求有短路和过载两种保护。但从发展情况来看，还应考虑过电压保护。这是因为某些低压供电线路有时会意外的出现过电压，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路引起中性点偏移，以及雷击低压线路等，都可使接在该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分级装设过电压保护的措施，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。
(4) 上下级保护电器之间的配合
在低压配电线路上，应注意上、下级保护电器之间的配合。这是因为当配电系统的某处发生故障时，为了防止事故扩大到非故障部分，要求电源侧、负载侧的保护电器之间具有选择性配合。配合情况如下：
① 当上、下级均采用隔离开关保护时，一般要求上一级的隔离开关额定电流比下一级隔离开关的额定电流大2-3级（此处的2-3级指同一系列熔断器本身的电流等级）；
② 当上、下级保护均采用断路器时，应使上一级断路器的额定电流大于下一级脱扣器的额定电流，一般大于或等于1.2倍；
③ 当电源侧采用断路器、负载侧采用断路器时，应满足断路器在考虑正误差后的断路特性曲线在断路器的保护特性曲线之下；
④ 当电源侧采用断路器、负载侧采用短路器时，应满足断器在考虑了负误差后的熔断特性曲线在断路器考虑了正误差后的保护特性曲线之上[5]。
4.2.2 配电箱的选取
配电箱是按照供电线路负荷要求，将各种低压电器设备构成一个整体装置，并且具有一定功能的小型成套设备。配电箱主要用来接受电能和分配电能，以及对建筑物内的负荷进行直接控制。合理的配置配电箱，可以提高用电的灵活性。本次设计配电箱的选取为照明配电箱。照明配电箱内主要有各支路的刀闸开关或空气断路器，熔断器，有的还有度表，漏电保护开关等。
(1) 常用配电箱的分类
① 按功能分：电力配电箱、照明配电箱，计量箱和控制箱。
② 按结构分：板式，箱式和落地式。
③ 按使用场所分：户内式和户外式。而户内式又分为明装在墙壁上和暗装嵌入墙内的不同形式。
(2) 配电箱的布置
配电箱的位置十分重要，选取不当，对于费用、电能损耗，供电质量以及使用，维修等方面造成不良后果。在选择时遵循以下原则：
① 尽可能靠近负荷中心，即电器多，用量大的地方。
② 在高层建筑中，各层配电箱应尽可能布置在同一方向上，同一部位上以便施工安装和维修管理。
③ 配电箱应设于方便操作，便于检修的地方，一般多设于门厅，楼梯间或走廊的墙壁内，最好设于专用房间内。
④ 配电箱应设在干燥、通风、采光良好，且不妨碍建筑物美观的地方。
⑤ 配电箱应设在进出线方便的地方。
(3) 配电箱的选择
① 根据负荷性质和用途，确定配电箱的种类。
② 根据控制对象的负荷电流的大小。电压等级以及保护要求，确定配电箱主回路和各支路的开关电器，保护电器的容量和电压等级。
③ 应从使用环境和场合的要求选择配电箱的结构形式。
4.3 设计结果
根据溜冰场计算负荷和计算电流，本设计选取常州太平洋电力设备公司和四川电器股份有限公司生产的CUBIC系列组合式低压配电柜[8]。
由于设计中的额定电压为380V，配电柜分照明和动力两种，照明部分配电箱设在，尺寸大小分别为4M×10M×3M和3M×10M×3M(1M=192mm)，动力部分配电箱设在，尺寸大小分别为4M×10M×3M和3M×10M×3M。在本次设计中采用了固定式配电柜，主要可选择科必可LK-CUBIC-05A型、科必可LK-CUBIC-20A型、科必可LK-CUBIC-28型三种型号，具体型号见附录图纸。
5. 布线和接地
5.1 接地的类型和作用
在日常生活中和工作中难免发生触电事故，用电时人体与用电设备的金属外壳相接触，如果电气装置的绝缘损坏，导致金属外壳带电，或者由于其他意外事故，使金属外壳带电，则会发生人身触电事故。为了保证人身安全和电气系统、电气设备的正常工作需要，采取保护措施，最常用的保护措施就是保护接地或保护接零。根据电气设备接地作用不同，接地类型可分为：
5.1.1 保护接地
防雷接地是受到雷电袭击（直击、感应或线路引入）时，为防止造成损害的接地系统。常有信号（弱电）防雷地和电源（强电）防雷地之分，区分的原因不仅仅是因为要求接地电阻不同，而且在工程实践中信号防雷地常附在信号独立地上，和电源防雷地分开建设。
机壳安全接地是将系统中平时不带电的金属部分（机柜外壳，操作台外壳等)与地之间形成良好的导电连接，以保护设备和人身安全。原因是系统的供电是强电供电（380、220或110V），通常情况下机壳等是不带电的，当故障发生（如主机电源故障或其它故障）造成电源的供电火线与外壳等导电金属部件短路时，这些金属部件或外壳就形成了带电体，如果没有很好的接地，那么这带电体和地之间就有很高的电位差，如果人不小心触到这些带电体，那么就会通过人身形成通路，产生危险。因此，必须将金属外壳和地之间作很好的连接，使机壳和地等电位。此外，保护接地还可以防止静电的积聚。
5.1.2 工作接地
工作接地是为了使系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。它分为机器逻辑地、信号回路接地、屏蔽接地，在石化和其它防爆系统中还有本安接地。
机器逻辑地，也叫主机电源地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是+5V等电源的输出地。
信号回路接地，如各变送器的负端接地，开关量信号的负端接地等。
屏蔽接地，模人信号的屏蔽层的接地。
本安接地，是本安仪表或安全栅的接地。这种接地除了抑制干扰外，还有使仪表和系统具有本质安全性质的措施之一。本安接地会因为采用的设备的本实措施不同而不同，下面以齐纳式安全栅为例，说明其接地内容。
安全栅的作用是保护危险现场端永远处于安全电源和安全电压范围之内。如果现场端短路，则由于负载电阻和安全栅电阻R的限流作用，会将导线上的电流限制在安全范围内，使现场端不至于产生很高的温度，引起燃烧。第二种情况，如果计算机一端产生故障，则高压电信号加入了信号回路，则由于齐纳二级的嵌位作用，也使电压位于安全范围。
值得提醒的是，由于齐纳安全栅的引入，使得信号回路上的电阻增大了许多，因此，在设计输出回路的负载能力时，除了要考虑真正的负载要求以外，还要充分考虑安全栅的电阻，留有余地。
除了上述几种接地外，在很多场合下容易引起混乱的还有一个供电系统地，也叫交流电源工作地，它是电力系统中为了运行需要设的接地(如中性点接地）。
5.1.3 其他接地方式
现代化的电力系统其本身就是强烈的电磁干扰源，主要通过辐射方式干扰该频段内的通信设备。为抑制外部高压输电线路的干扰影响，采用接地措施，常用的接地方式有两种，现分别讨论如下：
(1) 分散接地方式
分散接地就是将建筑的防雷接地、电源系统接地、通讯设备的各类接地以及其他设备的接地分别接入相互分离的接地系统，由于地线系统不断增多，地线间潜在的耦合影响往往难以避免，分散接地反而容易引起干扰。同时主体建筑物的高度不断增加，其接地方式所带的不安全因素也越来越大。当某一设施被雷击中，容易形成地下反击，损坏其他设备。
(2) 联合接地方式
联合接地方式也称单点接地方式，即所有接地系统共用一个共同的“地”。联合接地有以下一些特点：
5.3 漏电保护
5.3.1 漏电保护器的安装的必要性
保护接零一般采用TN-C-S系统，也就是在电源进户之前将零线重复接地，且接地电阻小于10欧姆。而在进户之后，工作零线N与保护零线PE则须分开。此时，PE线与所有用电设备金属外壳通过三孔插座的接地孔连接起来。而零线在引入配电箱后，应当和相线一样对地绝缘。如果发生相线碰撞壳短路情况时，短路电流则经零线和接地极构成闭合回路。这时回路阻抗很小，短路电流很大，从而较大的短路电流致使保护开关跳闸，切断电源回路，达到安全保护的目的。但是，TN-C-S系统只能对用电设备的外壳在带电时起到保护作用，而对地短路的情况则不能起到保护作用。原因是：在对地短路时，短路电流要流经设备和地面的自然接触电阻，电阻流向电源中性点。由于自然接触电阻很大，而短路电流很小，不足使熔断器、断路器动作，切断电路，却使故障引发的电弧火花持续很长的时间，甚至着火。为克服上述问题，在建筑电气设计中采用漏电保护装置。
5.3.2 漏电保护器的工作原理
漏电保护器是一种自动电器，主要用来对有致生命危险的人身触电进行保护，以防止因电气设备或线路漏电而引起火灾，当低压线路或电器设备发生人身触电，漏电和单相接地故障时，漏电保护开关便快速地自动地切断电源，保护人身和电气设备的安全，避免事故扩大。
漏电保护器是由零序电流互感器、漏电脱扣器、脱扣机构、主开关、实验按钮等五部分组成。倘若发生被保护设备的接地故障电流作用于漏电保护器的漏电脱扣器上的情况，其电流超过预定值时，则会立即出现跳闸，从而切断故障电路。如图5-2所示：一般来说在正常情况下，各相电流的向量和等于零。由此，各相电流在零序电流互感器铁芯中感应的磁通量之和等于零。这时，由于零序电流互感器的二次侧绕组无信号输出，主开关仍处于闭合状态，电源继续向负荷方向供电。
当发生接地故障，或设备绝缘损坏、漏电，或人触及带电体时，主回路中各相电流的向量和不再为零。则会出现故障电流在零序电流互感器的环形铁芯中产生磁通，从而导致二次侧感应电压迫使脱扣线圈励磁，强令主开关跳闸，切断供电回路。
图5-2漏电保护器的工作原理
漏电断路器具有过载保护和漏电保护功能，它是在断路器上加装漏电保护器而构成的。在本次设计中，选用带有漏电保护装置的低压断路器，插座回路的漏电保护电流为30毫安，配电箱漏电保护电流为100毫安。
5.4 综合布线
综合布线是一种模块化的、灵活性极高的建筑物内或建筑群之间的信息传输通道。它既能使语音、数据、图像设备和交换设备与其它信息管理系统彼此相连,也能使这些设备与外部相连接。它还包括建筑物外部网络或电信线路的连接点与应用系统设备之间的所有线缆及相关的连接部件。综合布线由不同系列和规格的部件组成,其中包括：传输介质、相关连接硬件(如配线架、连接器、插座、插头、适配器)以及电气保护设备等。这些部件可用来构建各种子系统,它们都有各自的具体用途,不仅易于实施,而且能随需求的变化而平稳升级[9]。
5.4.1 一般规定
电线、电缆的敷设应根据建筑物的性质、要求、用电设备的分布及环境特征等因素确定，应避免因外部热源、灰尘聚集及腐蚀或污染物存在对布线系统带来的影响，
并防止在敷设及使用过程中因受冲击、振动和建筑物伸缩、沉降等各种外界应力作用而带来的损害。
敷设方式分明敷设和暗敷设两种。明敷设是导线由支持件或者在管子、线槽等保护体内，敷设于墙壁、顶棚的表面及支架等处；暗敷是导线在管子、线槽等保护体内，敷设于墙壁、顶棚、地坪及楼板等内部，或者在混凝土板孔内敷线等。
5.4.2 导线敷设方式
(1) 瓷（塑料）线夹、鼓形绝缘子、针式绝缘子布线 适用于正常环境的室内外场所和挑檐下。
(2) 绝缘导线直敷 直敷布线应采用护套绝缘电线，其截面不宜大于6 mm2；布线的固定点间距不应大于0.30mm2；电线垂直至地面低于1.8m部分，应穿管保护；不得将绝缘电线直接埋入墙壁、顶棚的抹灰层内。
(3) 绝缘导线穿管敷设
① 明敷于潮湿场所或埋地敷设的金属管布线，应采用水、煤气钢管；明、暗敷于干燥场所的布线可采用电线管或半硬塑料管。
② 2根绝缘导线穿于同一根管时，管内径不应小于两根导线外径之和1.35倍（立管）；3根及以上绝缘导线穿于同一管时，导线的总截面积不应大于管内净面积的40%。
③ 穿管的交流回路，应将同一回路的所有相线和中性线穿于同一根管内。不同回路的线路不应穿于同一根管内。
④ 线槽布线：线槽布线分金属线槽、塑料线槽及地面内暗装金属线槽。金属线槽适用于正常环境明敷，但对金属有严重腐蚀的场所不应采用，若线槽加封闭槽盖，可在建筑顶棚内敷设；塑料线槽适用于正常环境的室内场所，但在高温和易受机械损伤的场所不易采用，弱电线路可采用难燃型带塑料线槽在建筑顶棚内敷设；地面内暗装金属线槽布线适用于正常环境下大空间且阻隔变化多、用电设备移动性大或敷有多种功能线路场所，暗敷于现浇混凝土地面、楼板或楼板垫层内。
⑤ 电缆布线：工业与民用建筑中采用的电缆敷设方式有直接埋地、电缆沟敷设、沿墙敷设和电缆桥架敷设几种。此外，在大型发电厂和变电所等电缆密集的场合，还采用电缆隧道、电缆排管和专用夹层等方式。
⑥ 母线槽布线：适用于干燥和无腐蚀气体的室内场所。
⑦ 电气竖井内布线：一般适用于多层和高层建筑内强弱电垂直干线的敷设。可采用金属管、金属线槽、电缆、电缆桥架及封闭式母线等布线方式。
5.4.3 设计结果
本次设计在配电箱D1—D8柜和D9—D10柜采取下设电缆沟进线，其中D1-D8柜电缆沟大小为400mm×600mm×5600mm，在D9—D10柜电缆沟大小为400mm×600mm×4000mm。D8柜出线4*VV—300导线，在墙上装一接线箱引线，接线箱大小为200mm×250mm×90mm，距地面0.4m，其余布线以图纸和实际施工为准。
结 论
随着经济建设的快速发展，建筑的电气工程设计正以惊人的速度增长并有广阔的的发展前景。将信息技术、自动化控制技术、计算机技术和现代机电技术相结合，更是给建筑电气带来了新的设计观念，并给我们的生活带来了巨大变化。
本次毕业设计完成了对兰州铁路局火车头游泳馆室内溜冰场的电气设计，包括对该建筑配电系统、照明系统、负荷系统、导线选择和接地系统的设计。
(1) 本着以人为本的理念，综合考虑照度，显色性等因素，主要选用高压钠灯和白炽吸顶灯为主要光源。这样既能为人们提供一个舒适的放松环境，同时也体现了节能照明。
(2) 利用单位容量法进行照度计算，确定所选灯具的套数。选择适当的照明方式，对灯具进行布置，实现照度的合理分配。
(3) 利用需要系数法进行负荷计算，确定计算电流。 (4) 根据计算电流选择相应导线，配电箱和断路器。
(5) 利用AUTOCAD和天正电气等软件，绘制设备材料表，配电箱系统图，电气系统图，照明平面图等。
致 谢
本论文在苏宏升老师的悉心指导下顺利完成，论文全过程都是在苏宏升老师督促下完成的。
毕业设计是检验和锻炼学生实际工程设计能力的一项教学环节。苏宏升老师渊博的学识，开阔的视野和丰富的实践经验为论文的每一步工作的进行都提供了很多指导和帮助。另外，苏宏升老师扎实的理论基础和严谨的治学态度将对我今后的学习和工作生活产生深渊的影响，在此，对着苏老师表示深深的谢意。
在撰写论文的过程中，李斌、雷芳和李琴等同学也给予了很多的帮助与鼓励，在这里向他们表示诚挚的谢意。
再次感谢诸位老师悉心的指导和同学们的热心帮助。此次设计是我初次设计，设计及论述过程中难免有错误和不妥之处，敬请各位老师和同学批评指正。
参 考 文 献
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