李成刚
新疆锦龙电力集团有限责任公司 新疆奎屯市 833200
摘要：本文浅要介绍了某办公楼项目强电部分设计的内容和方法，通过笔者设计实例，步步引申，突出设计计算重点，总结提高，为以后做配电设计而准备.
关键词：供电；负荷；电缆分界室；变电所；断路器；导线；照明；防雷接地
一，前言：
随着建筑行业的飞速发展，建筑电气专业的设计工作越来越不可或缺，尤其是近些年来，智能化建筑的引入，提升了建筑电气的设计难度；为了和国际同频率，同电压等级的规范接轨，且新材料，新技术，新设备的使用，都给电气设计师带来了许多课题去研究。
强电设计是民用建筑电气设计最重要部分之一，它是相对民用建筑电气弱电设计而言，主要包括：供电系统，配变电所，低压配电，电气照明，建筑物防雷，接地安全等六大主要部分；其中部分复杂工程还包括，人防工程，室外照明等组成部分。
二，工程概况：
结合工程实例，更充分，详尽的阐述强电设计具体内容，笔者通过某办公楼建筑，来说明电气强电各部分的设计,计算。
工程是华北某工业园办公楼三期项目，总建筑面积一,二,三期及附属楼，共计2万多平米，地下一层，地上五层,共三栋,附属楼内有10KV高压室及高压变电所。地上办公楼部分:首层为车间，大堂和接待室，其余各层均为办公和厂房。
本建筑各层均设弱电间，强电间；上下贯通，通过强弱电竖井分别走线。我单位2007年3月开始初步设计，2007年09月完成了施工图设计。
三，供电设计：
3.1 三期办公楼的供电系统非常重要，它直接影响整个项目以至整个园区的供电使用。三期办公楼的供电又相当复杂，有几种不同的供电要求：
A,建筑负荷分级主要依据JGJ16-2008规范中各类多层建筑负荷分级标准。
本三期办公建筑中的客梯电力，应急照明，弱电及安防系统用电，为二级负荷。 二级负荷设备由双电源或双回路供电，在最末一级配电装置内自动切换；较远二级负荷，可由变电所单独引一专用回路供电；应急照明也可采用一路市电加EPS设备自带蓄电池组自动切换。
B, 其它电力负荷和一般照明为三级负荷。三级负荷：对供电无特殊要求，采用单回路供电，但应减少配电级数，低压配电不应超过四级。
3.2 负荷计算：在电气设计的方案阶段，我们采用单位指标法确定变压器台数和容量；办公楼用电指标40-80W/㎡,其中三期工程建筑面积6468㎡,所以估算负荷388KVA,选用500KVA变压器。
而在施工图设计阶段，我们采用需要系数法计算用电负荷，来确定变
压器台数。以下就施工图设计时，用需要系数法来说明计算：
本工程总设备安装容量为：527.7KW；其中：照明用电201.1KW,照明用电需要系数取0.75, 动力用电143.7KW,动力用电需要系数取0.8, 空调用电104kw,空调用电需要系数取0.6,所以本工程用电总计算容量为328.2kw，
因此 本工程选择两台 10kv, 500 KVA干式变压器，其中一台用于三期和
附属楼改造工程；另一台用于一，二期工程供电，变压器负荷率约为70%
左右。
四． 配变电所
10KV配变电所设计根据JGJ16-2008，全国民用工程设计技术措施—电气部分，以及当地供电公司的具体要求，合理有效的进行设计：10KV电缆分界小室，及10KV配变电所。
4.1 10KV电缆分界小室设计:
10KV电缆分界小室，宜在地面上单独建设，也可以在用电单位建筑物内设置，电缆分界小室设置在用电单位建筑物内时，一般应建在首层或地下一层。本三期建筑电源全部由附属用房引来，而且考虑外线10KV电缆的进户，将电缆小室设置在附属用房一层，西北角靠外墙部位，紧邻10KV高压变电所。
分界小室内分别放置：10KV电缆进线柜，10KV电缆出线柜，自动化设备专用柜等，设备由供电部门提供管理。
4.2 10KV变配电所设计：
建筑物的供电核心就在变电所内。位置设置在附属用房一层西北角，紧贴外墙，邻10KV电缆分界小室。变电所面积为139.3M2，设置两台500KVA干式变压器，并考虑远期的预留容量。变电所设两个通向公共走廊的出口，外开启的甲级防火门。考虑500KVA变压器尺寸：1740X1395X1580(长X宽x高)，故尽量加宽大门宽度，使变压器从室外顺利运输至10kv变电所。高,低压开关柜尺寸较小，故不特殊考虑运输问题。
五． 低压开关的选择：
5.1 低压开关根据需要可在首级干线使用选择性断路器，中间级使
用非选择性断路器和熔断器，而在末端，使用非选择性断路器，同时
当丛变电所低压配电盘直接给单台用电设备配电的线路，选用非选择型
断路器或使用专用断路器 , 热继电器等。
其中低压塑壳断路器，用于低压配电线路，其额定电流不宜大于 1000A，特殊情况下不宜超过1600A;末端选用微型断路器，其上级选用同型号高分段能力的微型断路器或塑壳开关。
5.2保护电器的选用原则：
1，要求末级保护电器以最快速度切断故障电路，不影响工艺要求时，最好是瞬时切断。
2，上一级保护采用断路器时，宜设有短延时脱扣，整定电流和延长时间可调，保证下级保护先动作。
3，自变压器低压配出回路至用电设备之间，配电级数不宜超过三级，
第一级宜采用选择型保护电器。
5.3 变压器低压侧主保护开关的选择：
变压器低压侧主保护开关一般选择用：框架式断路器。
其中按照低压侧额定电流选择断路器后，还应计算断路器的长延时电流脱扣值，短延时电流脱扣值和瞬动电流脱扣值。
本工程选择两台500KVA干式变压器，低压侧主断路器选择按照：
I=S/√3U=500/√3X400=721.7(A)
I短=Kd*ST=100ST/√3UeUk%=100X0.005/√3X0.4*0.04=18.04kA,
其中：Kd 短路系数，ST：变压器额定容量（MVA）
U% 为阻抗电压。
则选择主断路器的额定电流为：1000A ＞ 721.7A
主断路器的分段能力选：25KA ＞ 18.04 KA
长延时电流脱扣值：I长=K Ieb
其中K: 为可靠系数，取1.1
Ieb: 变压器低压侧额定电流。
I长 = 1.1 X 721.7 =793.9 A
取 I长 = 1000A （即熔断器熔体额定电流或断路器长延时脱扣器整定电流）
短延时电流脱扣器值：I短 =M*K1*Ieb
其中K1: 为可靠系数，取1.3
Ieb: 变压器低压侧额定电流
M: 为过电流被数，一般取3~5
I短 = 1.3 X 4 X 721.7 =3752.8 A
取 I短 = 5000A.
瞬动电流脱扣值：
I瞬 10 I长 10 X 793.9=7939 A
取I瞬 = 12000 A.
5.4 配电型断路器的选择： 即框架式和塑壳式断路器的选择。
A,断路器的分断能力：
塑壳断路器：一般有25KA,35KA,50KA,70KA,150KA等几个级别
微型断路器：一般有4.5KA,6KA, 10KA,15KA
（参考施耐得产品等级）
选用时，可查建筑电气常用数据手册，低压电缆和封闭母线的
短路电流值部分，根据断路器距离变压器长度，下级保护电缆的
截面，来选择断路器的分断电流。
例如：变电所内低压柜一级配电出现开关的分段能力：
本工程主变压器为500KVA,低压侧出线铜母线为1000A计算，按照《建筑电气常用数据手册》查得铜母线一定长度内最大短路电流为：Ik=18KA
其 中：Ik 为对称稳态电流有效值。
故一级配电出线开关的分断能力选25KA18KA.
B. 照明用低压断路器：
照明用低压断路器瞬时过流脱扣器整定电流，应大于线路计算
电流的4~7倍。
C. 断路器的额定电流：原则
1.配电断路器选择应按：Ie ≥ Ib
其中Ie : 断路器的额定电流。
Ib : 回路计算电流。
2.断路器长延时整定电流应小于导体的允许载流量
即断路器额定电流 < I2
I2 --- 为导体允许载流量。
以上为断路器分断时间为大于0.02S;没有使用动作时间0.04S
的高速断路器。
六. 导线的选择 ：
6.1，工程设计导线的选择应按：
A.电线电缆的允许温升值； B.电压损失的允许值
C.按短路热稳定选择； D．按机械强度选择。
本工程为三类建筑，干线电缆选择为交联聚氯乙烯电缆。
1.按电线电缆允许温升值选择：
电线电缆的温升不应超过其允许值，按发热条件，线缆允许持续工作电流应大于线缆的工作电流。这在设计图纸中体现，施工严格按照图纸要求施工。
2.电压损失允许值校验。
线缆供电应满足电压损失不超过规范允许值：一般 ΔU=±5%以内
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式中：三相四线制中C=77,单相中C=12.8
一般：低压电缆的供电不宜超过200M.
3.按短路热稳定进行校验：
S≥ik/K*√tX10
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式中：Ik—短路电流有效值（均方根值KA）
K—热稳定系数，见下表1。
t—短路电流持续时间见下表2。
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例如：变压器低压侧电缆校验。
本工程选择500KVA变压器两台，则
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即变压器低压侧配电柜的出现电缆 均不小于25MM2.
4.按机械强度选择线缆：设计中常用数据如下
生活用移动用电设备软线截面不小于0.75MM2,
生产用移动用电设备软线截面不小于1.0MM2.
室内敷设绝缘电线最小截面：（MM2）
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6．2．特别注意：电梯设备供电导线截面的选择
计算电流可按下式：I=S/√3U X 103
I--- 直流电梯为满载上行电流（A）
交流电梯为满载电流，当额定电流为50A以下时，为
额定电流的1.25倍；当额定电流大于50A时，为
额定电流的1.1~1.25倍。
S--- 电源容量（KVA）
U--- 电源电压（V）
工程客梯容量为26KW,电源电压为380V，需用系数0.9，功率因数0.6
则计算电流：I=26000X0.9/*380*0.6=59.1＞ 50 A
满载电流为：I1=1.25X59.1=73.8A
电梯上口断路器额定电流选择：80A/100A,
考虑金属线槽敷设电缆，且在电气竖井内，电缆载流量增加20%，
则电梯设备电源电缆选择：ZRYJV-3X25+2X16MM2.
七．电气照明：
7.1 照明方式和照明种类
根据《建筑照明设计标准》GB50034-2004,相关内容，照明分室内照明和室外景观照明。本工程只要求室内照明设计。
室内工作场所照明分为：一般照明，和应急照明两种。应急照明分为：
疏散安全照明和备用照明两种。
定义：1.由于正常照明因故熄灭，为确保人员安全和疏散场所需用
设置的照明称之为安全疏散照明。
比如：在走道，楼梯间及其前室，消防电梯间及其前室，主要出口处设置，
其地面水平照度不小于0.5LX。
2.正常照明应故熄灭后，需保持正常工作或活动继续进行的场所需设置
备用照明。比如：在商业营业厅，餐厅，超市，剧场，会议室等公共场所
设置，其照度不低于正常照明的10%
而消防安防控制室，消防水泵房，防排烟机房，电梯机房，配电室，通讯
网络机房的照明为100%的应急照明。
7.2 照明光源和灯具的选择：
1.办公室，会议室采用：直管荧光灯
多年来，直管荧光灯，从T12 管径38MM;到T8 管径26MM;到T5管径16MM;更细小，轻便。 另一个发展方向是使用稀土三基色荧光粉，虽然价格高，但带来了显色性Ra更高（85），光效提高,用汞量少，寿命更长，更节能环保。
2，在大厅，大堂等高大空间，选用花灯，筒灯混合照明
花灯预留埋件吊杆安装，光源均为：紧凑型节能灯
以下是白炽灯和紧凑型节能灯对照表：
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3.在潮湿，高温有尘埃的场所应采取有相应保护的灯具。
如各水泵房，空调机房，采用防水防尘灯，吊杆安装，管吊，距地3.8M；卫生间采用防水防尘灯，吸顶安装，瓷灯口。弱电机房，安装格珊双管荧光灯。
4.图例设计中，应标注灯具配高频电子镇流器或节能型电感镇流器。
功率因数不低于 0.9.
7.3 照明节能：
由于建筑物的节能的需要，主要办公场所照明功率密度值不应大于下表：
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设计中，功率密度值=灯具光源功率+镇流器功率/房间面积
其中镇流器功率数考率在4~10W中，一般取7W计算
主要设备用房的功率密度值不应大于下列值：
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7.4 照明配电及控制：
1.一般照明光源电压采用220V,变电所夹层 照明电压采用安全电压 36V
主要计算方法与办公功率密度值计算方法同。
移动或手提灯具采用III类灯具，灯具在干燥场所安全供电不大于50V,
潮湿场所不大于25V.
2.照明配电系统：
本工程一般照明为三类负荷，采用一路电源供电,树干式和放射式相结合，
照明配电箱置于负荷中心，宜操作维护处。每一照明分支回路电流不宜超过16A,所接电源数不宜超过25个，采用组合灯具时，光源数不超过60个
应急照明本工程为二级负荷，双电源末端互投供电，宜按层，防火分区布置应急照明配电箱。疏散指示灯具备用电源持续照明时间不小于30Min;
应急照明配电干线及分支线应采用NH型铜芯绝缘电缆。
3.照明控制：
工程按房间，区域分别单独控制设置开关。楼梯间，走道，除应急照明外采用自熄节能开关，每个开关所控制光源不宜太多，避免开关灯具时出现 “打火“现象。
例如：双联开关控制8个双管荧光灯，易出现“打火”现象。
计算 I=8X100W/220V=3.6A 当开关瞬时接通时有 5~10倍的冲击电流
则 I瞬动=3.6A X 8 =28.8 (A) 开关额定电流 10A
所以避免这种现象：I=1.3A---P灯具=1.3X220V=286 W
即一个开关宜带2~3个双管荧光灯。
八．建筑物防雷与接地
建筑物防雷接地是一个系统工程，按照《建筑物防雷设计规范》
GB50057-94相关内容，计算设计。
8.1建筑物防雷等级确定
建筑物年雷击次数计算:N=K*Ng*Ae (次/年)
其中：N: 为年雷击次数。单位为次/年
K: 为较正系数，取1.0
Ng: 建筑物雷击大地的年平均密度
Ae: 为建筑物的等效面积。
Ng=0.1Td (由于华北地区年平均雷暴日天数Td为36.3 d/a)
所以Ng= 3.63 次/年
本建筑物的等效面积为：Ae=0.0126 KM2
年预计雷击次数:N=3.63*0.0126=0.0457 次/年.
根据建筑物的防雷分类:本建筑为三类防雷建筑物.
8.2根据防雷等级确定 防雷措施：
本建筑物为三类防雷等级: 依据《建筑物防雷设计规范》避雷网格规格为:20X20米或24X16米，避雷线采用10镀锌圆钢，沿女儿墙闭环连接，屋面上所有凸出的金属构筑物或管道均与避雷线连接。
避雷引下线利用建筑物结构柱主筋(大于做引下线，引下线相互之间的水平间距不应大于25米；
建筑物外墙距室外地坪0.5米处设断接卡子测试孔,，大小为200X180X160MM,接地电阻不应大于10欧姆。具体做法参见建筑安装图籍92DQ系列。
8.3 依据规范合理选用 接地装置:
根据建筑物防雷设计规范,本建筑物防雷等级为三类,建筑物防雷装置满足防直击雷,侧击雷,防雷电感应,设置总等电位连接.
建筑物接地装置采用共用接地;接地极为建筑物桩基,基础底板上下两层主筋通长焊接,绑扎形成的基础接地网.接地电阻不应大于10欧姆,当施工后接地电阻达不到设计要求时,须增加辅助接地极.
本工程采用总等电位连接,在配电室做总等电位连接箱MEB，在电梯机房，弱电机房，各层强，弱电室内，设置辅助等电位箱 LEB.强弱电室内，各敷设一条40*4热镀锌扁钢，分别与MEB及基础接地网可靠连接。在弱电机房内设LEB箱，采用一根不小于35MM2电缆穿管SC40引至总配电室，与MEB箱可靠连接。所有进出建筑物的金属管（包括上下水管，暖气管等），及金属电缆外皮，均要与就近等电位端子箱可靠连接。具体做法参见 02D501-2<<等电位联结安装》 。
结束语：
综上所述，建筑电气的强电设计主要包括供电，配变电所，低压开关的选择，导线的选择，电气照明，建筑物防雷与接地等八个部分；当然本建筑为办公楼 与住宅，商业楼 等建筑物有区别，但方法与计算步骤可为工程设计或安装人员参考和交流。
参考文献：
《建筑电气专业设计技术措施》中国建筑工业出版社
《建筑照明设计规范》 GB50034-2004
<<建筑防雷设计规范》 GB50057-94
<<全国民用建筑工程设计技术措施——电气》 2003年版
《北京市建筑设计技术细则—电气专业》