供配电系统中电线电缆的选择及敷设设计

专业综合设计说明书

计 题供配电系统中电线电缆的选择 及敷设设计

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设 目：

综合设计任务书

系（部）： 专业： 学生姓名 课题名称 一、设计内容： 1、课题内容简介：该课题是以电气控制、工厂供配电技术、电力系统为题的综合设计，来源于实际生产部门。主要是在生活中找一具体实例,针对供配电系统中电线电缆的选择及敷设进行设计。 2、主要技术与思路：高压进出线电缆的选择及敷设；变电所硬母线的选择；低压内出线电缆的选择及敷设；电气竖井设计；最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。 容二、设计任务： 及1、熟悉设计的基本流程和方法； 任2、完成高压进出线电缆的选择及敷设方案的设计； 务 3、完成变电所硬母线选择的各项计算； 4、完成低压出线电缆的选择及敷设方案的设计； 5、根据实际设计内容按要求写出设计说明书，画出设计图纸，提交一篇合乎规范的设计说明书。 指导教师 供配电系统中电线电缆的选择及敷设设计 一、技术要求 拟1） 高压进出线电缆的选择及敷设方案设计。 达2） 变电所硬母线的配置方案设计。 到3） 低压出线电缆的选择及敷设的配置方案设计。 的4） 电气竖井设计。 要 求二、应提交的材料 或技1、长沙学院综合设计成绩鉴定表（夹入综合设计说明书内，与其一起装订）； 术2、综合设计任务书1份（夹入综合设计说明书内，与其一起装订）； 指3、综合设计说明书1份； 标 2

起止日期 工作内容 备注 2015.11.23 --- 2015.11.24 资料、信息收集 2015.11.25 --- 方案论证、总体设计。 2015.11.27 进 度2015.11.28--- 各环节电线电缆的选择计算、论证 安2015.12.1 各环节电线电缆的敷设设计 排 2015.12.2--- 撰写说明书,设计答辩 2015.1.3 2015.12.4--- 文档整理、提交（电子文档、纸质文稿） 2015.12.4 说明书、评阅成绩 [1] 刘介才. 工厂供电. [M]. 4版.机械工业出版社, 2004 [2] 刘介才. 工厂供电设计指导. [M]. 机械工业出版社,1998 主[3] 刘介才. 工厂供电简明设计手册. [M]. 机械工业出版社,1993 要[4] 苏文成. 工厂供电. [M]. 机械工业出版社,1990 参 [5] 苏文成. 工厂供电. [M]. 机械工业出版社,1990 考[6] 翁双安. 供配电工程设计指导. [M]. 机械工业出版社,2004年 资[7] 任元会.工业与民用配电设计手册[M]. 北京中国电力出版社,2005 料 [8] 电气标准规范汇编[S].北京:中国计划出版社,2006. [9] 翁双安.供电工程. [M]. 北京: 机械工业出版社,2004年 系（部）主教研室 管领导意意见 见 年 月 日 年 月 日 3

目录

摘要................................................................................................................................ 5 1 供配电概述.............................................................................................................. 6

1.1供配电意义...................................................................................................... 6 1.2设计内容.......................................................................................................... 7 1.3供电系统主接线的设计.................................................................................. 8 2 负荷和短路电流的计算.......................................................................................... 9

2.1供电负荷的计算.............................................................................................. 9 2.2短路电流的计算............................................................................................ 11 3 变压器和变电硬母线的选择................................................................................ 14

3.1变压器的选择原则........................................................................................ 14 3.2变压器容量的选择........................................................................................ 14 3.3变电所高压开关柜母线选择........................................................................ 15 3.4变电所低压开关柜主母线选择.................................................................... 16 4 电线电缆选择计算................................................................................................ 17

4.1选择原则........................................................................................................ 17 4.2按发热条件（负荷电流）选择.................................................................... 17 4.3按允许电压损失选择.................................................................................... 18 5 进出线电缆选择及敷设........................................................................................ 20

5.1高压电源进线电缆选择及敷设.................................................................... 20 5.2高压电源出线电缆选择及敷设.................................................................... 21 5.3低压出线电缆选择级敷设............................................................................ 21 6 电气竖井设计........................................................................................................ 22 心得体会...................................................................................................................... 23 参考文献...................................................................................................................... 23

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摘要

本次专业综合设计的课题是供配电系统中电线电缆的选择及敷设设计，根据设计的基本要求，运用所学的相关知识，查阅相关的资料，进行供电系统的初步设计。本次设计的基本流程是：进行负荷计算，根据负荷计算结果进行变压器的选择并确定供电方案，之后依次进行短路电流的计算，高、低压电器设备的选择和校验等，结合小区实际情况完成设计。本次设计考虑到了供电系统的安全、可靠、灵活、经济四项基本要求，在选择供电方案和电器设备时，优先选择低能耗并且满足设计要求的方案和设备，除此以外，还考虑到了小区未来的负荷发展情况，留有扩建的可能性。

关键词：负荷计算；变压器选择；短路电流计算；电线电缆选择

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1 供配电概述

1.1供配电意义

步入21世纪后，我国城市化正处于又一新的发展阶段，城市地区的住宅建筑林立，建筑标准越来越现代化，不同种类的小区对用电负荷的要求也不尽相同，但总体的趋势是用电负荷有较大增高，在夏冬季节或用电高峰时段时，用电负荷有较大的波动，造成供电的不稳定或是停电时有发生，为居民用电带来了诸多不便，因此要求小区供电系统要具备更高的可靠性与安全性。随着城市化进程的逐年加快，城市用地更加紧张、用电负荷更加集中，城市的电力电网也逐步由架空向电缆过渡，老旧的配电方案以及变压器、配电室等电力设备在安全性、经济性、环保性等方面都难以满足时下的住宅用电负荷要求，由此对于小区的供电方案也有了新的要求。

小区供电设计要考虑下列基本要求：

安全性 需要达到相关技术规范与国家标准，且能够保证人身和设备的安全。 可靠性 需要满足小区正常用电的电力负荷。

灵活性 需要适用于多种运行方式，以便于电气设备的维修及切换，并适当考虑未来的负荷发展情况。

经济性 在符合上述要求的前提下，尽可能简化设计方案，降低投资及设备运行、维修的费用，并减少线路有色金属的消耗和电能的节约。

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1.2设计内容

一般而言高层的计算负荷可参考每户6~8kW标准，小高层及多层可参考每户4~6kW，除上述方法外还可参考50W/m的建筑面积标准，本次设计是针对普通住宅小区的设计，根据以上标准，计算负荷取值6kW每户。

本次设计的小区有16栋楼，每栋高12层，则每单元为24户，每栋3个单元，每栋72户，每栋设置一个户外配电箱，共计16个配电箱。

由两个变压器供配电，然后由变电所引出线路通向配电箱，再由配电箱引出线路通向楼栋单元，之后各单元在引出线路到各户。

每单元有一部电梯，还有公用照明，应急照明，水泵，消防设施等。 小区变电所配电箱划分如表1-1所示

表1-1 供配电系统配电箱划分表

变压器 1# 变压器 配电箱 1#配电箱 2#配电箱 3配电箱 4#配电箱 5#配电箱 6#配电箱 7#配电箱 8#配电箱 2# 变压器 9#配电箱 10#配电箱 11#配电箱 12#配电箱 13#配电箱 14#配电箱 15#配电箱 16#配电箱

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2楼栋 1栋 2栋 3栋 4栋 5栋 6栋 7栋 8栋 9栋 10栋 11栋 12栋 13栋 14栋 15栋 16栋 1.3供电系统主接线的设计

在设计小区供电主接线方案时，要符合国家规范，合理布局，经济节约等，为适应日益变化的新形势还要有一定的超前意识，从而避免造成重复建设，资金浪费，维护不便，还影响居民的正常用电。

本次设计小区采用两路电源供电，由0.5KM处城市10kV电网供电，由两个变压器供配电，然后由变电所引出线路通向配电箱，再由配电箱引出线路通向楼栋单元，之后各单元在引出线路到各户

设计主接线方案如图1-1所示

图1-1主接线设计图

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2 负荷和短路电流的计算

2.1供电负荷的计算 负荷计算公式：

有功计算负荷 无功计算负荷 视在计算负荷

P30KdPe （2-1） （2-2）

Q30P30tanS30P30cos （2-3）

I30计算电流

S303Un （2-4）

KdKd

查阅资料得知：住宅用电负荷需要系数12户时户时

Kd

取值0.6；

Kd在25~100

取值0.45；100~200户时

Kd取值0.35；大于260户时取值0.3；生活

用电功率因数取值cos0.85，则tan0.62。 （1）每个单元的负荷计算

小区每单元24户，计算负荷取值6kW每户，

cos0.85，则tan0.62。 Pe246144kW

P30KdPe0.614486.4kW Q30P30tan86.40.6253.6kW

Kd取值0.6，功率因数取值

S30P3086.4101.6kVA cos0.85I30S303Un101.630.4146.6A

Kd小区每单元有一部电梯，计算负荷取值 10kW，公用照明计算负荷取值2KW，取值0.8，功率因数取值cos0.85，则tan0.62。

Pe(102)12kW P30KdPe0.8129.6kW Q30P30tan9.60.626.0kvar

S30P309.611.3kVA cos0.859

I30S303Un11.330.416.3A

每单元的负荷

总负荷Pe11412126kW 有功负荷P3086.49.696kW 无功负荷Q3053.66.059.6kvar 视在负荷S30101.611.3112.9kVA 计算电流I30146.616.3162.9A （2）每栋的配电箱负荷计算

由于每栋单元数相同，配电箱负荷相同。每栋24户，计算负荷取值6kW每户，

Kd取值0.45，功率因数取值cos0.85，则tan0.62

Pe2436432kW

P30KdPe0.45432194.4kW Q30P30tan194.40.62120.5kvar

S30P30194.4228.7kVA cos0.85I30S303Un228.730.4330.5A

Kd小区每栋有3部电梯，计算负荷取值 10kW，公用照明计算负荷取值2KW，值0.8，功率因数取值cos0.85，则tan0.62。

Pe3(102)36kW P30KdPe0.83628.8kW Q30P30tan28.80.6217.9kvar

取

S30P3028.833.9kVA cos0.85I30S303Un33.930.449A

配电箱的负荷

总负荷Pe43236468kW 有功负荷P30194.428.8223.2kW 无功负荷Q30120.517.9138.4kvar 视在负荷S30228.733.9262.6kVA 计算电流I30330.549379.5A

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（3）小区总的负荷计算

小区有16栋，每栋72户，计算负荷取值6kW每户，

cos0.85，则tan0.62。 Pe(1672)66912kW P30KdPe0.369122073.6kW Q30P30tan2073.60.621285.6kvar

Kd取值0.6，功率因数取值

S30P302073.62439.5kVA cos0.85I30S303Un2439.530.41688.2A

小区有16栋，每栋3个单元，每单元有一部电梯，计算负荷取值 10kW，公用照明计算负荷取值2KW，

Kd取值0.8，功率因数取值cos0.85，则tan0.62。

Pe163(102)576kW P30KdPe0.8576460.8kW Q30P30tan460.80.62283.7kvar

S30P30460.8542.1kVA cos0.85I30S303Un542.130.4783.4A

小区总的负荷

总负荷Pe691257647484kW 有功负荷P302073.6460.82534.4kW 无功负荷Q301285.6283.71569.3kvar 视在负荷S302439.5542.12981.6kVA 计算电流I301688.2783.42471.6A

2.2短路电流的计算

三相系统的短路主要分为单相、两相及三相短路三大类。一般情况下，三相短路电流要大于单相与两相短路电流，尤其对于电源距离供电系统较远时，三相

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短路电流最大，此时因系统短路而产生的危害也最为严重。为了保证电力系统中电气设备在处于最严重的短路情况下能够可靠的工作，在选择和校验电气设备时，也都按照三相短路时的数值来校验。

本次设计小区采用两路电源供电，由0.5KM处城市电网供电，断流容量

Soc300MVA，一般基准容量Sd数值为100MVA，下面是采用标幺制法对供电系

统进行短路电流的计算过程： （1）确定供电系统的基本值

取基准容量Sd100MVA ，基准电压Uc110.5kV，Uc20.4kV 则：

ISdd13U100c1310.55.5kA ISd100d23Uc230.4144kA

（2）相关元件在短路电路中的电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值X*

s

查资料得知

Soc300MVA，因此

X*XSsXSd1000.33dSoc300

*架空线路的电抗标幺值XWL 查表得知电缆的

X00.092/km，因此

X*WLWLXXXSd0.51000l20.09220.042dUc10.5

*变压器的电抗标幺值Xt

查表可知Uk%6，因此

*XTUk%Sd6100103XtX16003.75d100SN100

由此可绘制出短路等效电路图，如图2-1所示

图2-1 短路等效电路图

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（3）k1点的短路电路总电抗标幺值以及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值

***X(k1)XsXWL0.330.0420.372

三相短路电流周期分量有效值

)Ik(31Id1*X(k1)5.514.8kA 0.372其他三相短路电流

(3))I''(3)IIk(3114.8kA (3)ish2.5514.837.7kA

(3)Ish1.5114.822.3kA

)三相短路容量 Sk(31Sd*X(k1)100268.8MVA 0.372（4）k2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值

****X(k2)XsXWLXt0.330.0423.754.12

三相短路电流周期分量有效值

)Ik(32Id2*X(k2)14435kA 4.12其他三相短路电流

(3))I''(3)IIk(3235kA (3)ish1.843564.4kA (3)Ish1.093538.2kA

)三相短路容量 Sk(32Sd*X(k2)10024.3MVA 4.12各计算结果如表2-1所示

表2-1 短路计算结果表

I''(3) kA 14.8 35 (3)ish kA (3)Ish kA Sk(3) MVA k1点 k2点

37.7 64.4 22.3 38.2 268.8 24.3 13

3 变压器和变电硬母线的选择

3.1变压器的选择原则

在变电所中最关键的一次设备是电力变压器，它的主要任务是提升或降低电力系统的电压，以便于合理分配、使用和输送电能。 选择主变压器台数时应考虑以下原则：

（1）供电系统对正常的用电负荷要有足够的可靠性。

（2）当变电所的负荷因昼夜、季节而幅度较大时，且适宜以经济方式运行时，可考虑接入两台变压器。

（3）一般情况下，变电所适宜选用一台变压器，但对于负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可采用两台或更多的变压器。

（4）在选择变电所主变压器台数时，还应考虑负荷未来的发展情况，预留出一定的容量。

就本次设计而言：适宜选用两台主变压器，分别供电，若某台变压器停止运行时，另一台则须承担其负荷。 3.2变压器容量的选择

（1）对于只装有一台主变压器的供电系统，主变压器的容量SN.T应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，即SN.TS30

（2）装有两台主变压器时每台变压器的容量SN.T应同时满足下列两个条件： ①当任意一台变压器单独承担负荷时，须满足约60%~70%的总计算负荷，即

SN.T(0.6~0.7)S30

②当任意一台变压器单独承担负荷时，须满足所有的Ⅰ、Ⅱ级负荷，即

SN.TS30()

就本次设计而言，小区负荷等级为三级，只要考虑条件①：小区的

S30=2439.5+542.1=2981.6kVA，选用两个主变压器的容量SN.T(0.6~0.7)S30，

经计算得SN.T1789~2087kVA，取SN.T2000kVA 。

根据以上对变压器的分析，查询资料可知，变压器型号选择为SC9-2000/10，参数如表3-1所示

表3-1 SC9-2000/10变压器参数表

型号 SC9-2000/10 额定电阻抗电压压(kV) （%） 10.5/0.4 6 空载损耗（kW） 2.7 负载损耗（kW） 13.3 空载电联结组型号 流（%） 0.8 Dyn11

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3.3变电所高压开关柜母线选择

本次采用KYN44A-12型号高压开关柜，选用硬裸铜母线，每相1片。母线截面先按允许温升条件选择，然后校验其短路热稳定和动稳定。由于母线长度较短，电压损失较小，不需要校验。开关柜有主母线和分支母线，以主母线截面选择为例，如表3-2所示，主母线型号规格 TMY-3(80x8)。

表3-2 高压开关柜母线选择表

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3.4变电所低压开关柜主母线选择

本次采用MNS(BWL3)-04型号低压开关柜，柜内主母线选用每相2片硬裸铜母线。界面选择先按允许温升条件选择，然后检验短路热稳定和动稳定。由于主母线长度较短，电压损失较小，不需要校验。开关柜有主母线和分支母线，以主母线截面选择为例，如表3-3所示，母线型号规格 TMY-3[2(100x10)]+2(100x8)。

表3-3 低压开关柜主母线选择表

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4 电线电缆选择计算

4.1选择原则

电线电缆的型号应根据它们所处的电压等级和使用场所来选择。电线电缆的截面应按下列原则选择：

1.按发热条件（负荷电流）选：在最大允许连续负荷电流下，导线发热不超过线芯所允许的温度，不会因过热而引起导线绝缘损坏或老化加快。

2.按机械强度条件选：在正常的工作状态下，导线应有足够的机械强度，以防断线保证安全可靠运行。

3.按允许电压损失选择：导线上的电压损失应低于允许值（5％），以保证电质量。

4.按经济电流密度选择：应保证最低的电能损耗，并尽量减少有色金属的损耗。

5.按热稳定最小截面来校验：在短路情况下，导线必须保证在一定的时间内，安全承受短路电流通过导线时所产生的热的作用，以保证供电安全。 4.2按发热条件（负荷电流）选择

电源进线由10kV城市电网引出两路架空线路进入变电所，在选择三相系统中导线的相线截面时可依照导线发热条件来选，须使其允许载流量Ia 不小于相线上的计算电流I30 ，即IalI30

在计算导线的允许载流量时，还要考虑温度条件的影响，计算时要乘以温度校正系数，其公式如下：

al0'K (4-1)

al0（1）变电所进线电缆的选择

al0'60181.45 经算得温度校正系数为Kal060401.45IalI30，即IalI3092.363.7A 1.451.45查表4-1得知：可选用标称截面为35mm2的油浸纸绝缘电缆。 校验发热条件

油浸纸绝缘电缆的Ial68I3063.7A，发热条件满足。

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校验机械强度

对于电缆，不必校验其机械强度。 （2）配电箱电缆的选择 配电箱的计算电流I30379.5A

al0'90181.1 经算得温度校正系数为Kal090301.1IalI30，即IalI30 1.1IalI30379.5345A 1.11.1查表4-1得知：配电箱可选用标称截面为150mm2的YJV型电缆 校验发热条件

YJV型电缆的Ial371I30345A，发热条件满足。 校验机械强度

对于电缆，不必校验其机械强度。 （3）单元电缆的选择

al0'90181.1 经算得温度校正系数为Kal090301.1IalI30，即IalI30162.9148A 1.11.1查表4-1得知：可选用标称截面为35mm2的YJV型电缆。 校验发热条件

油浸纸绝缘电缆的Ial153I30148A，发热条件满足。 校验机械强度

对于电缆，不必校验其机械强度。

4.3按允许电压损失选择

供电线路的允许压损一般是5％，根据导线材料因素可以推导出按电压损失选择导线截面的计算公式为

S

kxPLCU (4-2)

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式中 kx—需要系数；

P—设备容量，对于长期工作制的设备就是铭牌功率值（KW）； L—从电源到负荷点的距离（m）；

△U—设备所在线路的允许电压损失百分比，公共电网允许电压损失为±5％，单位自用电源允许电压损失为6％；临时供电线路允许电压损失为8％。

C— 计算系数，在三相四线制供电系统中，铜线的计算系数C=77，铝

线的计算系数为C=46.3；在单相220V供电系统中，铜线的计算系数C=12.8；铝线的计算系数为C=7.75。

经过允许电压损失的校验，上述各段的电缆的选择符合应用条件。

表4-1 电缆载流量对应截面参数表

电缆持续载流量（A） 电缆型号 额定电压kV YJV 油浸纸 绝缘电缆 oo（油浸纸绝缘电缆工作温度60C,环境温度40C YJV铜芯交联聚乙烯绝缘聚

标称截面（mm2） 10 16 25 35 71 94 125 - 50 70 95 120 150 185 <1 10 153 185 234 283 327 371 425 81 106 126 146 171 195 42 56 68 oo90C30C） 氯乙烯护套电缆工作温度,环境温度

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5 进出线电缆选择及敷设

5.1高压电源进线电缆选择及敷设

10KV专线电源引入电缆选用YJV22-8.7/10型3芯电缆，在变电所外采用直埋/穿管埋地、在变电所内采用梯架/电缆沟相结合的敷设方式。

高压电源进线电缆截面先按允许温升条件选择，然后校验其电压损失和短路热稳定，如表5-1所示，电缆型号规格 YJV22-8.7/10-3x120。

表5-1 高压电源进线电缆选择表

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5.2高压电源出线电缆选择及敷设

高压柜至变压器一次侧的电缆选用ZB-YJV-8.7/10型3芯电缆，在变电所内采用电缆沟敷设，考虑防火要求，选用B级阻燃电缆。

高压电源出线电缆截面先按短路热稳定选择，然后校验其允许温升条件。由于该段电缆长度较短，电压损失极小，不需要校验，如表5-2所示，电缆型号规格 ZB-YJV-8.7/10-3x95。

表5-2 高压电源出线电缆选择表

5.3低压出线电缆选择级敷设

为满足居民住宅负荷十年自然增长而不更换电缆的要求，单根电缆截面按要求配置，在计算供电容量的基础上乘以1.5，作为选择电缆截面的供电容量；由以上供电容量计算出电流值，再根据电流值选择电缆截面。

配电室低压出线，按630A选择，留有十年负荷自然增长裕度，除以1.5 按420A控制。根据新建居住区供配电设施规划设计导则，由于电缆分接箱单根电缆供电容量小于75kVA，配置铝芯4x50mm2。在室外采用直埋/穿管埋地、在室内采用梯架/电缆沟相结合的敷设方式。

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6 电气竖井设计

电气竖井的大小

根据建筑电气设计的情况，多层住宅中楼梯间歇台处的垂直管线的管径，采用阻燃塑料管或钢管一般不会超过Φ100mm，采用金属线槽其厚度一般也不会超过150mm。因此电气竖井的布置

必须设置在楼梯间歇台处的公共部分，既不能破坏建筑平面的平面组合，又能使用方便，施工简单，易于安装和改造。使用强、弱电分开设置，考虑利用公共部位作检修空间的情况。具体安排如图6-1所示

我们把多层住宅中电气竖井的净深确定为200mm，宽度则根据

建筑平面图的平面组合来确定，一般不小于1000mm。

图6-1 电气竖井设计图

电气竖井的施工方法

电气竖井的内墙采用240mm厚的墙体，因为240mm厚的墙体整体性和强度要好、要大，住户的防盗安全性好，也有利于电气安装和今后的改造中电锤的冲击。外墙采用120mm厚墙体，仅起隔断、美观的作用。外墙设置600mm～1000mm宽的检修门（门宽应根据电气井的尺寸灵活确定），如果某层有尺寸很大的电气箱体，则该层可不设检修门。

在施工中一定要注意施工顺序，待电气竖井内管线全部安装完毕，并检查无误后，方能砌筑电气竖井的外墙。同时安装检修门和各种电气箱体，并在各层用阻燃材料把管道之间的水平空隙填满、隔断，以免在发生火灾时，起烟囱抽风的作用。

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心得体会

本次专业综合设计的课题是供配电系统中电线电缆的选择及敷设设计，我选择的是住宅小区供电系统方面的设计，在满足小区供电经济、可靠、优质、安全的前提下，完成对小区供电系统的设计等，加深了我对工厂供电这一方面的认识。在设计的过程中，遇到了很多不懂的地方，通过查阅相关资料，询问指导老师，与同学讨论等方式，设计的思路慢慢明朗起来。设计中有大量的计算，需要我认真仔细的处理。

通过这次专业综合设计，使我对大学期间所学到的知识有了新的认识，更加系统的把书本中的理论知识运用到实际中去，较好的提高了我认识问题、分析问题并解决问题的能力，使我把在校期间所学做到的知识学以致用。另外，还使我认识到遇到任何困难时，不能畏惧，要通过合理的方法积极应对，没有克服不了的困难，应当全力以赴，永不言弃！以后走入工作岗位，我将会利用大学期间的所学，竭尽全力的服务于社会，服务于他人。

参考文献

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