大学教学楼电气改造设计方案探讨

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1工程概况

某教学楼始建于上世纪80年代，建筑面积约1.8万m2，地上10层，高度38m。楼内主要为教室，办公室、实验室、微机室等。电源进线采用VLV22－3X240+1X120双塑料绝缘铝芯电力电缆由室外变电所引至本楼一层配电间。垂直干线及分支线路采用BV－450铜芯导线配电。接地系统采用TN－C系统。电气线路随着使用经过几次调整，建筑内各种线路错综复杂，孔洞较多，配电箱安装不规则，并且本建筑电气线路使用时间较长以及原设计容量不满足目前使用要求，线路出现老化过热等情况，具有较大安全隐患，故需进行电气线路改造。因为原有设计规范及设计标准已经过时且目前对教育设计要求比较严格，使用质量要求较高，故原设计的配电系统及电气线路已经不能加以利用，需全部重新设计给出一套完整的设计方案。

2配电系统方案的分析

2.1系统形式及系统接地方案

原设计系统采用树干式供电，从配电室配出垂直干线接每层配电箱，再由每层配电箱配出各回路导线接各用电设备。因为目前各教室及办公室内比原设计增设不少用电设备，如投影仪、电视机、电脑、饮水机、空调等，使得各层用电计算负荷数倍增加，采用原有树干式配电系统将产生干线截面过大比较不经济，一但发生过载短路等情况电路故障面大系统不可靠，线缆截面大施工难度加大，不适应未来可能出现的容量增加等情况。所以新设计的系统方案决定采用放射式供电，由低压配电柜给每层配电箱单独回路供电，这样干线截面偏小，容易改造施工，电路故障面小，系统可靠，可适应未来容量小幅增加等情况，同时方便局部线路再改造而不影响其他部分线路正常使用。每间普通教室、阶梯教室、实验室、微机室采用独立配电箱，由每层总配电箱以放射式给独立配电箱供电，其系统见图1。系统接地原设计为TN－C系统，从用电安全角度出发，此系统目前已经淘汰，本建筑接地系统方案采用TN－C－S系统，满足用电安全的同时节约了一定的材料成本。是目前比较广泛应用的接地系统。

2.2配电系统计算

普通教室由于用电设备少所以普通教室配电箱采用单相配电，阶梯教室灯具多所以阶梯教室配电箱采用三相配电，实验室、微机室由于用电设备多，容量大，独立配电箱采用三相配电，教师办公室由于用电量不大所以不设独立配电箱，由本层配电箱配出照明、插座回路直接供电。走廊正常照明采用独立回路供电，走廊应急照明、疏散指示灯具采用独立回路供电，应急照明、疏散指示灯具采用自带蓄电池型。通过以上思路我们首先确定各独立配电箱的固定容量以及教师教室照明、插座容量，公共照明容量等，通过计算得出计算负荷，以此选择相应的保护开关，配电导线以及计量设备等。这里需要特别注意的是本设计灯具主要采用高效节能荧光灯，系统cosΦ取0.9，教学楼总需要系数不小于0.8。

2.3导线选择

进户电缆原设计采用VLV22铝芯双塑料绝缘电力电缆，由于铝芯材质导线抗氧化能力差，电阻率高，导线连接处处理不当容易产生隐患等因素目前规范已经不建议使用，所以此次改造设计进户电缆采用YJV22铠装交联绝缘铜芯电缆，此电缆的好处在于绝缘材料可靠，价格经济，铜芯导体载流量较高且比较稳定可靠。低压柜至各层配电箱采取YJV交联绝缘铜芯电缆，理由同上。各层配电箱至各独立配电箱及公共照明、插座导线采用BV－450/750塑料绝缘铜芯导线，应急照明、疏散指示配电采用NH－BV－450/750耐火阻燃型塑料绝缘铜芯导线。通过相应回路的负荷计算选择导线截面时应满足规范允许的电压降要求，干线导线在选择时其载流量考虑留有一定余量。

3各科室电气设计方案分析

3.1普通教室、阶梯教室电气设计方案

每个普通、阶梯教室单设独立配电箱，分支回路为照明、插座、投影仪回路。首先照明灯具的选择、布置、照度、功率密度值应满足目前设计规范要求。照明灯具采用节能型T8蝠翼配光荧光灯，此类型灯具可提高照度的均匀度以及减少光幕反射。灯具布置时考虑课桌面及讲桌面要有水平照度，黑板面要有垂直照度，并且布置时要防止出现直射眩光。主照明布置时将荧光灯纵轴与教室窗平行，黑板照明布置时将荧光灯纵轴与黑板面平行。灯具与桌面的垂直距离要大于1.7m。教室的平均水平照度值为300Lx，功率密度值为11W/m2。黑板的垂直照度值不低于平均水平照度值，教室内的照度均匀度要大于0.7。灯具布置完成后根据JGJ16－2008《民用建筑电气设计规范》10.7.8条规定来划分照明回路，要注意的是黑板照明灯具要单独设开关控制。教室内考虑在黑板下设置两个插座，高度为0.5m，讲台内部设置电脑专用插座给在讲台内部设置的教学电脑供电，电脑连接棚顶投影仪，以便教师课件演示以及平时工作用。教室内部插座数量一般不超过5个所以插座设一个回路配电。教室顶棚设吊顶式投影仪，投影仪采用单独回路供电，以便平时控制与维护。

3.2办公室电气设计方案

办公室内照明灯具同样采用节能型T8蝠翼配光荧光灯，办公室内照明按规则形式布置满足规范要求照度300Lx，功率密度值11W/m2即可。办公室照明回路从本层配电箱引来，根据JGJ16－2008《民用建筑电气设计规范》10.7.8条规定来划分照明回路。办公室内插座按办公桌的布置位置来进行设置，一个办公桌侧墙处设置一个插座，实际使用时可自行安装插排使用。如果有公共用电设备需设置专用插座，如饮水机等。考虑到每台办公桌上可能设置电脑，所以根据JGJ16－2008《民用建筑电气设计规范》10.7.9条规定办公室内一回路插座数量不超过5个。办公室插座回路从本层配电箱引来。普通插座安装高度0.5m。办公室内设置空调插座，办公室多为20m2左右，每个办公室内设置一台功率为2kW壁挂式空调即可，所以每个办公室单设一路空调插座回路，办公室空调插座回路从本层配电箱引来。空调插座安装高度2.2m。

3.3实验室电气设计方案

实验室单设配电箱，照明灯具选择、布置、照度要求、照明回路划分原则与教室一样，这里主要考虑实验室内试验设备插座的设计方案。实验室内要在每一个试验课桌上设置单独的单相/三相插座箱，插座箱内有两个三相四孔插座及两个单相二/三控插座，需要三相回路配电，这里面需要先把课桌位置布置出来，根据课桌位置布置插座箱，再根据每个插座箱2kW来考虑设计，一般4个插座箱为一回路，建议采用额定电流为25A/4P带漏电保护断路器保护，剩余动作电流为30mA，导线采用BV－5X6mm2。这里我要说明一下为什么带漏电保护断路器建议选择为4P而不是3P，因为以往很多工程在用3P漏电保护断路器的时候均出现频繁跳闸动作现象，而改用4P漏电保护断路器后就没再发生跳闸动作情况。经过分析带漏电保护断路器工作原理可知，三相线L1，L2，L3穿过内部零序电流互感器，零序电流互感器的副边线圈接中间环节以及脱扣器。正常情况下也就是无触电或漏电情况发生时，三个相线的电流向量之和等于零，各相线电流在零序电流互感器铁芯中产生的磁通向量和也是零，当出现漏电故障时，会出现漏电电流，此时通过零序电流互感器的一次电流向量和就会不等于零这时脱扣器就会动作跳闸，而在实验室的插座箱可能用作于各种用电设备，而且可能同时有单相、三相设备，如果采用3P带漏电保护断路器，三相上的不平衡负载电流流过零序电流互感器就会使脱扣器跳闸，这样的情况建议采用4P带漏电保护断路器由于可以测到中性线N的电流可避免频繁动作跳闸。

3.4微机室电气设计方案

微机室单独设置配电箱，照明灯具选择、布置、照度要求、照明回路划分原则也与教室一样，微机室内的插座全部是给电脑使用，所以要根据实际电脑的摆设位置来安装插座位置，再根据JGJ16－2008《民用建筑电气设计规范》10.7.9条规定一回路插座数量不超过5个来划分回路。插座线路敷设一般为走地面线槽安装地插，微机室地面装防静电地板，此部分可由专业部门来设计完成。某些微机室对电脑内重要数据处理及保存有要求的话微机室内还应装设UPS应急电源系统，由UPS给微机室内所有设备供电。UPS电池组应安装于微机室内适当位置，UPS电池组容量最好大于用电设备总容量并留有一定余量。

3.5公共场所电气设计方案

本建筑公共场所主要为走廊、楼梯间、前室等处，主要为普通照明，应急照明、疏散指示负荷。照明灯具选择高效节能型吸顶灯，灯具布置可使用原有灯位位置，保证照度为100Lx，功率密度值5W/m2即可。应急照明、疏散指示灯具采用自带蓄电池型，灯具平时处于充电状态，停电时自动投切至应急照明状态。应急照明照度不低于0.5Lx，疏散指示标志灯布置位置及距离均按规范要求设计，供电回路从本层照明配电箱引出，按规范要求配电。

3.6其他系统设计情况

上述为本建筑强电设计改造方案，本建筑弱电系统及消防系统改造设计由校方委托其他部门设计，在实际施工时要结合各专业图纸总体考虑线路走向及设备安装，不要各自为营，各干各的，避免出现设备安装位置重叠，管线过多排列不开等情况，从而延误工期甚至变成金玉其外败絮其中的工程。

4结语

目前大量的老旧教学楼建筑随着改革快速发展的时代来临需要重新改造，因为他们已经适应不了现在的教学环境要求及教学质量规定。我们通过对此教学楼电气改造的设计方案分析得出了一些在此类工程设计的一般做法，目的在于能在以后的工作中做到规范的、系统的完成任务。时刻为达到标准化，现代化的教学建筑电气设计而努力。

作者:路琦 单位:黑龙江省寒地建筑科学研究院