電氣工程師必備！電氣工程設計-四大系統解析

現代建筑趨于多元化的風格，高度大、面積大、功能復雜，電氣設計內容也日趨復雜，項目繁多。建筑電氣設計從狹義上僅指民用建筑中的電氣設計，從廣義上講應該包括工業(yè)建筑、構筑物和道路、廣場等戶外工程。

傳統建筑電氣設計只包括供電和照明，而今天一般將其設計的內容形容為強電和弱電。將供電、照明、防雷歸類在強電，而其余部分，如電話、電視、消防和樓宇自控等內容統統歸于弱電。這種分類以電壓的高低為依據，強調了電氣設計中所增加的消防、電訊和自控內容與傳統電氣設計內容完全不同，容易理解，所以很快被人們所接受。

但是，這種按電壓高低進行分類的方法并不嚴謹，如：動力設備的二次控制回路，其電壓可能很低;而消防回路中的聯動也不宜與配電箱完全分割開。又如人防設計、防雷設計、保安設計等功能性設計，其內容不僅僅是弱電信號的報警，也包含有動力、照明的聯鎖反應。又如防雷接地，強弱電都要求，而且有向等電位聯結發(fā)展的趨勢，實際上又很難分開。如果電氣設計僅僅以電壓高低進行分工，勢必造成強弱兩個子工種之間交叉過多，界限不清楚。

一、電氣設計的分類

本文中將嘗試一種新的分類方法，就是按功能分類。既然建筑設計是為業(yè)主的功能需要服務的，將滿足某一類需要的相關設計內容放在一起考慮應該是合情合理的。為此，小編對建筑電氣的要求進行了總結，提出本帖的分類方法，愿意以一孔之見與各位同行做進一步的交流?？紤]到防雷、消防等內容都是出于對減少建筑物災害的功能設計，特增加了電氣減災一篇，并將保安監(jiān)控、防空襲、防爆炸等內容歸并其中。而電訊和樓宇自控的出現不僅僅是減災的需要，也是人們對理想生活環(huán)境的追求。出于對信息時代不斷發(fā)展的新技術考慮，建筑電氣的設計內容應能擴展，而信息正是其核心詞。減災篇和信息篇中的內容多是建筑電氣設計新增加的內容，而傳統的供電篇和照明篇原本就有所界定。

這樣分類還有另外一個原因是出于工作量的考慮。對于大型復雜建筑物，以平面圖而言，傳統強弱電都不只一張。由于消防、電視、廣播、保安、綜合布線(網絡和電話)的要求并不相同，出于方便施工和報批的角度，往往要分別出圖。將傳統弱電改為減災和信息，與傳統強電的供電和照明并列，可以更加真實地反映出變化后的工作量，也使建筑電氣的四個子專業(yè)能夠大體平衡。下面將進一步敘述建筑電氣四個子專業(yè)的具體設計內容。

二、供電系統

建筑供電主要是解決建筑物內用電設備的電源問題。包括變配電所的設置，線路計算，設備選擇等。

1、供電電源及電壓的選擇

供電設計：包括供電電源的電壓、來源、距離和可靠程度，如今供電系統和遠景發(fā)展情況;用電負荷的性質、總設備容量和計算負荷;變配電所的數量、容量、位置和主接線;無功功率的補償容量和補償前后的功率因數;備用容量和備用電源供電的方式;繼電保護的配置、整定和計量儀表的配置。

為了保證供電可靠性，現代高層建筑至少應有兩個獨立電源。具體數量應視當地電網條件而定。兩路獨立電源運行方式，原則上是兩路同時使用，互為備用。此外，還必須裝設應急柴油發(fā)電機組，并要求在15s內走道恢復供電，保證應急照明、消防設備、電腦電源等用電。國內高層建筑大都采用10kV等級，對用電量大而且有條件的，建議采用35kV深入負荷中心供電。

2、電力負荷的計算

電力負荷是供電設計的依據參數。計算準確與否，對合理選擇設備、安全可靠與經濟運行，均起著決定性的作用。負荷計算的基本方法有：利用系數法、單位負荷法等。

3、短路電流計算

計算各種故障情況，以確定各類開關電器的整定值、延時時間。

4、高壓接線

好的設計能夠產生巨大的效益，這是工程師設計的主要目的。如何因地制宜，保證高低壓接線的安全、合理、經濟、方便，是我們的一個重要課題。

現代高層建筑一般要求采用兩路獨立電源同時供電，高壓采用單母線分段、自動切換、互為備用。母線分段數目，應與電源進線回路數相適應。只有供電電源為一主一備時，才考慮采用單母線不分段的型式。若出線回路較多時，通?？紤]分段。電源進線方式多采用電纜埋地或架空引入。

高壓配電系統及低壓干線配電方式常采用放射式，樓層配電則為混合式。現代高層建筑的豎井多采用插接母線槽。水平干線因走線困難，多采用動力與豎井母線通過插接箱連接。每層樓豎井設層配電小間，經過插接箱從豎井母線取得電源。當層數較多或負荷巨大時，可按樓層分區(qū)供電或將變壓器分散布置，但要進行經濟分析。

5、低壓配電線路設計

首先確定進戶線的方位，然后確定各區(qū)域總配電箱、分箱的位置，根據線路允許電壓降等因素確定干線的走向，管材型號和規(guī)格，導線截面等，繪制平面圖。

低壓配電系統的各級開關，一般采用低壓斷路器。設計時注意選擇性，保護等級不宜超過三級。重要負荷要求兩路供電、末端切換，如消防電梯，要求在電梯機房設置切換裝置、互為備用。配電設計包括配電系統的接線、主要設備選擇、導線及敷設方式的選擇、低壓系統接地方式選擇等。

6、電氣設備選擇

現代建筑要求電氣設備防火、防潮、防爆、防污染、節(jié)能及小型化。電氣設備有的需要引進。設備引進是一項技術性、政策性很強的工作，對國際市場的產品動態(tài)及發(fā)展趨勢都應有一定了解，具備必要的國際貿易常識。

電氣設備的選擇是涉及多種因素，首先要考慮并堅持的是產品性能質量。電氣產品的選用必須符合國家有關規(guī)范。其次才是經濟性，要根據業(yè)主功能要求、經濟情況做出選擇。隨著人們環(huán)境保護意識的日益增加，選擇環(huán)保產品、節(jié)能產品也是新的時尚，這就不僅僅是錢的問題了。

電氣工程師所要選擇的產品包含在每個設計子項之中，主要有電源設備、高低壓開關柜、電力變壓器、電纜電線、母線槽、開關電器、照明燈具、電訊產品、消防安防產品、樓宇自控產品等。

繼電控制與保護

沒有十全十美的系統，沒有100%可靠的設備，對于各種突發(fā)的意外情況，對關鍵點進行保護，是電力系統工程師的職責之一。

電力管理

功率因數要求補償到0.9～0.95，可采用集中補償或分散補償方式。為降低變壓器容量，集中補償裝置通常采用干式移相電容器，設置在低壓配電柜一起。

“管理出效益”已經成為商品經濟時代的共識，對電力系統進行卓有成效的管理往往能夠在現有的物質條件基礎上，產生出令人驚訝的潛能。

7、變配電所設計

根據建筑特點，確定變電所設計是建筑供電的重點，其設計的內容主要有：變配電所的負荷計算;無功功率補償計算;變配電室的位置選擇;確定電力變壓器的臺數和額定容量的計算;選擇主接線方案;開關容量的選擇和短路電流的計算;二次回路方案的確定和繼電保護的選擇與整定;防雷保護及接地裝置的設計;變配電所內的照明設計;編制供電設計說明書;編寫電氣設備和材料清單;繪制配電室供電平面圖;二次回路圖及其他施工圖。

8、電梯

電梯按使用功能分類有：高級客梯、普通客梯、觀景梯、服務梯、消防梯、貨梯、自動扶梯等;按速度劃分有：低速梯、快速梯、高速梯和超高速梯;按電流分為直流和交流梯。設計人員的任務是確定電梯臺數和決定電梯功能。電梯的配置和選型，往往是建筑師根據建筑需要作出決定，電氣設計人員與建筑師共同研究確定。為縮短候梯時間、提高運輸能力，采用高速電梯、分區(qū)控制和電腦群控已經是常見的。

三、照明系統

電氣照明設計包括設計說明、光源選擇、照度計算、燈具造型、燈具布置、安裝方式、眩光控制、調光控制、線路截面、敷設方法和設備材料表等。照明設計和建筑裝修有著非常密切的關系，應與建筑師密切配合，以期達到使用功能和建筑效果的統一。綠色照明是指在設計中廣泛采用新的材料、技術、方法，達到節(jié)能、高效及環(huán)保的要求。

1、電光源

選擇人工光源是照明設計的第一步。從愛迪生發(fā)明白熾燈以來，電光源也幾經改朝換代。了解各類電光源的特點是我們電氣設計工程師的職責。

2、照明計算

照度計算是設計的理論根據，一絲不茍地進行照度計算、三相平衡計算、燈具配光曲線選擇，是照明設計的基本功。有人認為，照明設計是比較容易的一部分，那是僅僅看到照明設計人員在一個又一個畫燈泡的現象，而不了解照明設計所涉及的復雜理論和在實際選型中所涉及的多種因素。

3、燈具選型

根據不同的場合選擇不同的燈具，以達到預期的效果，往往需要電氣工程師與建筑師協商。電氣工程師需要更多的考慮技術規(guī)格方面的因素，如燈具效率、照度值、功率消耗等，而某些涉及美學的問題，屬于仁者見仁、智者見智，建筑師和業(yè)主往往有不同的見解。實際工作中，電氣工程師有責任對建筑物的基本照明做出安排，對燈具進行選型。

4、應急照明

100%的電源遲早會出現中斷的情況，出于生理和心理的安全需要，設置應急照明是必須的。見本書第19章的內容。

5、環(huán)保和節(jié)能

(1)環(huán)保：環(huán)境保護的重要性不言而喻，我們只有一個地球，破壞環(huán)境無異于殺雞取卵。增強電氣工程師在設計中的環(huán)保意識，是我們應盡的責任。

(2)節(jié)電：節(jié)省能源是我國經濟建設中的一項重大政策，節(jié)約用電是節(jié)約能源中的一個重要方面，它直接關系到建筑物的運行效率和其中人們的生活、工作。節(jié)電方案的設計應根據技術先進、安全適用、經濟合理、節(jié)約能源和保護環(huán)境的原則確定。采用合理的配電方式，采用高效電氣設備，采用無功功率補償和電腦優(yōu)化控制等措施，節(jié)約用電。

四、電氣減災系統

1、安全用電

人的生命安全是我們在運行電力系統中所必須首先考慮的問題。電是雙刃劍，安全使用才能帶來方便和效益，我們應該牢記：安全第一。

2、防雷

雷擊是一個概率事件，設置接閃器等防雷裝置增大了落雷的概率，但可以有效地控制雷擊災害。傳統的防雷方法是采用避雷針、避雷帶等，近年來用過的有消雷器和放射式避雷針，但在國內理論界基本是否定的。而提前放電和抗雷器等避雷方法理論界還在爭論之中。本書22章有簡練的綜述。

3、防火

隨著建筑物的日趨復雜化，功能的多樣化，防火問題變得越來越重要。由于電氣原因引起的火災也在不斷上升之中。建筑防火設計包括所有的設備專業(yè)，水要有噴淋、消防泵，暖通要有防排煙，電氣的火災探測器、通信和聯動控制系統更是必不可少的。

4、防盜

現代社會科技的發(fā)展使我們擁有了更多的手段來保證自身和設備的安全。防盜設計包括：閉路監(jiān)視系統、巡更系統、傳呼系統、車庫管理系統等。

5、防空和防爆

戰(zhàn)爭和意外爆炸也是設計建筑物要考慮的問題。作為電氣設計工程師，在作設計繪圖中要根據需要研究和落實保安措施。

五、信息系統

1、電視

為了使用戶收看好電視節(jié)目，公共建筑一般都設置共用天線電視接收系統CATV和有線電視系統CCTV。它們都是有線分配網絡，除收看電視節(jié)目外，還可以在前端配合一定的設備，如攝像機、錄像機、調制器，自己制作節(jié)目形成閉路電視系統進線節(jié)目的播放。

進行分配系統設計時，應對電視機輸入端的電平范圍進行合理計算。視頻同軸電纜、高頻插接件、線路放大器、分配器、分支器的選擇，應注意系統的匹配及產品的質量。天線的位置十分重要的，應該選擇在沒有遮擋、沒有干擾、安裝方便的地方。

2、電話

電話設計包括電話設備的容量、站址的選定、供電方式、線路敷設方式、分配方式、主要設備的選擇、接地要求等。

3、廣播

旅游建筑的音響廣播設計包括公眾廣播、客房音響、高級宴會廳的獨立音響、舞廳音響等。公眾音響平時播放背景音樂，發(fā)生火災時，兼作應急廣播用?？头恳繇懙脑O置目的是為客人提供高級的音樂享受，建立舒適的休息環(huán)境。高級宴會廳多是多功能的，必須設置專用的音響室，配備高級組合音響設施，以適應各種不同會議要求。餐廳、多功能廳、酒吧間為滿足各類晚會的需要，宜配置可移動的音響設備。高級飯店前廳一般要設計音樂噴泉。

4、網絡

網絡設備的出現是隨著信息工業(yè)的發(fā)展而出現在建筑物中的新事物。信息時代的到來，使我們的生存成了比特的組合。

5、電腦管理系統

電腦管理系統是指對建筑物中人流、物流進行現代化的電腦管理，如車庫管理、飯店管理等子系統。

6、樓宇自控

自動控制與調節(jié)：包括根據工藝要求而采用的自動、手動、遠程控制、連鎖等要求;集中控制或分散控制的原則;信號裝置、各類儀表和控制設備的選擇等。樓宇自控是智能建筑的基本要求，也是建筑物功能發(fā)展的時代產物。樓房不僅僅是遮風避雨的居所，也是實現夢想的舞臺。

建筑供電設計是建筑工程設計的一部分，在不同的設計階段有不同的深度要求。那種超越設計階段的做法不是錦上添花，而是畫蛇添足。

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