高层建筑电气设计探析

随着地面用地越来越紧张，高层建筑越来越多，对其供电可靠性和消防等有了更高的要求，因此，应进一步加强高层建筑电气设计。本工程地上两座34层，其中裙楼有4层，1到3层为商用，4-34层位写字楼，地下有2层，建筑总高度为129.95m，总面积为16.2万平方米。以下是以本工程为例，对高层建筑电气设计进行了分析。

1.供配电系统设计

1.1供电需求

高层建筑供配电系统设计应从整体来进行，至少需要两路独立市电电源，另外，还需应急电源或备用电源的设置。

1.2电源

高层建筑正常电源数量应至少两个，采用专线由上级变电站或开关站放射式供电。电源电压等级可以是10kV、20kV、35kV或110kV。如果某路电源断电时，必须保证剩余电源供电需在二级以上负荷。应急电源和备用电源是高层建筑必不可少的一部分，其可以设柴油发电机来进行，此柴油发电机确定柴油发电机的额定输出电压需根据负荷大小、单台电动机最大启动容量、供电半径等因素来进行。当建筑物高度比200m低时，采用低压柴油发电机;如果建筑物高度在100m~400m时，应进行技术分析、比较，对柴油发电机的额定电压进行确定;当建筑物高度比400m大时，采用高压柴油发电机。

1.3高压供配电系统

主配变电所-分配变电所结构是高层建筑的高压供配电系统。主配变电所应采用单母线分段的主接线形式放射式引至分配变电所。高压系统配电级数根据当地供电部门的规定，35kV电压等级可直降到0.4kV;也可先将35kV降压到10kV，再将10kV降到0.4kV。

1.4配变电所

配变电所地址的选择严格根据《10kV及以下变电所设计规范》GB50053、《民用建筑电气设计规范》JGJ 16、《35~110kV变电所设计规范》GB 50059中的有关规定。也就是说，配变电所地址应设在离人们远的地方，变电所、主要的配电间不应设在伸缩缝、沉降缝及存在漏水危险的地方，在出入口处不宜放置发电机和变压器。配电变压器的长期工作负载率不宜超过60%。在负荷中心设置配变电所，在地下一层和首层设置主配变所，也可设独立的变电站。在避难层、顶层设置分配变电所，其变压容器容量应小于1000kVA。针对高层建筑而言，在主配变电所中应设置值班室，值班室可以独立存在，也可以与高压配电装置室和相应的配电装置室相通。根据高层建筑的具体情况，配变电所的高低压开关柜可以选择从多种形式中选择。对于大截面电缆或电缆数量较多时，应设电缆夹层，其高度要控制在1.8m和3.2m之间。配变电所内应设置低压集中自动电容补偿装置。补偿要求按当地供电部门的规定执行，当没有明确规定时，补偿后低压侧进线处的功率因数应达到0.90以上。电容补偿装置的选择应考虑配电系统中高次谐波的影响。继电保护按《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB50062、《电力装置的电测量仪表装置设计规范》GB/T 50063、《民用建筑电气设计规范》JGJ 16的要求执行。并符合下列规定：(1)当高压系统采用中性点经小电阻接地方式时，应设置零序速断保护，零序保护装置动作于跳闸，其信号接入事故信号回路。(2)当分变电所离总配变电所距离较远且上级保护不能满足分变电所进线处保护灵敏度要求时，分变电所进线处应设一级保护。如果必要，分变电所的变压器可设差动保护。(3)高层建筑宜采用综合继保单元，分散布置在高压配电装置上;低压系统宜采用多功能仪表。高压、低压、柴油发电机组成统一的电气控制系统并接入BMS系统。

高层建筑高压宜采用集中控制方式，对变压器主断路器、分段断路器、主要馈出回路断路器宜采用集中监视方式。主配变电所应采用直流操作电源，分配变电所视具体情况采用直流操作电源或交流操作电源。所用电源宜引自配电变压器。

高层建筑对备用、应急电源有一定的要求，具体要求如下：(1)按照相关规定设置应急电源。(2)采用独立于正常电源的电机组设备备用电源。 (3)柴油发电机房宜设在地下一层，也可设置独立的柴油发电机房，不宜在避难层和顶层设置柴油发电机组。

2.电缆电线选择和敷设

在电气设计中，比较复杂的问题就包括高层建筑干线电力线路的选型和敷设方式。针对大容量配电干线而言，由于封闭式母线具有载流量大的特点，因此，在本工程中普通电源、空调动力大容量用电干线都采用这种方法。根据《民用建筑电气设计规范》(JGJ16-2008)第7.4.3条导体敷设的环境温度要求，在封闭的强电间发热量大，会造成导体载流量下降，故暖通专业应予考虑适当排风。配电干线在变配电室内段的敷设用开敞式电缆托盘，变配电室到电气竖井间段采用封闭式防火电缆桥架敷设，在电气竖井内的敷设全部采用电缆明敷固定在阶梯式电缆梯架上。这样，就将安装施工及上述问题有效地解决了，为日后的维修也带来很大的便利。在楼层间的分支干线导线敷设根据所配设备的消防负荷等级选择防火类型，并尽可能地采用钢管暗敷在墙壁和楼板内，明敷防火线路在外套保护钢管上喷涂防火涂料。各层电气竖井内的楼板孔洞和各处墙壁上的电气安装孔洞，在设备安装施工的后期一定要用防火胶泥等防火材料严实封堵，这是相关设计规范明确要求需设计时留意的。

3.火灾自动报警系统

根据规范《建筑设计防火规范》GB50016-2006和《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95 2005年版)的有关要求，高层建筑应按特级保护对象设置火灾自动报警系统，除游泳池、溜冰场、卫生间外，均应设置火灾自动报警系统。本工程火灾自动报警系统采用控制中心报警系统方式。在消防控制室设置有火灾报警及联动控制器、消防联动控制设备、消防警报及通讯设备、彩色CRT、打印机等设备及可直拨城市“119”火警电话的外线电话。火灾自动报警系统除由消防电源作主要电源外，另设直流备用电源。CRT显示器、消防通讯设备等的电源，另设UPS装置供电。本工程报警设备按照全面保护方式进行设置，在《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95 2005年版)及《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》(GB50067-97)等规范规定的场所及根据火灾危险程度、消防功能要求需要的各有关场所设置火灾探测器。值得注意的是本工程1～3层商业的中庭高度超过12m，配置自动寻的消防炮系统。每个防火分区均设置手动火灾报警按钮，从一个防火分区内的任何位置到最邻近的一个手动按钮距离均不大于30m;系统还可接受水流指示器、压力开关、信号阀、消火栓启泵按钮、防火阀等设备的报警信号，并可监视防排烟阀、消防水泵、消防风机的状态信号、地下水池或屋面水箱消防水位状态信号、市电与自备电及消防水泵主备用电源的工作状态、消防电梯的故障状态和停用状态。消控室内彩色CRT应能显示保护对象的重点部位、疏散通道及消防设备所在位置的平面图等。在消防水泵房、备用发电机房、变配电所、消防风机房、消防电梯机房设置消防专用电话分机，在手动报警按钮和各避难层每隔20m设置消防专用电话插口。消控中心设置可直接报警的外线电话。根据规范要求，在各层均设置一定数量的事故广播扬声器，火灾事故确认后，将着火层及上、下层的事故广播扬声器自动接通，指挥人员有秩序地疏散。消防设备的控制与显示等功能应按《消防控制室通用技术要求》GA767-2008的规定进行设计。高层建筑一旦发生火灾现象，那么将会造成无可估计的损失，首先的楼层高，其次是人员密集，因此，电气线路火灾的防止必须提起重视。《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95 2005年版)9.5.1条规定：高层建筑内火灾危险性大、人员密集等场所宜设置漏电火灾报警系统。将用于报警切断的电气火灾监控探测器设置在重要消防设备供电回路上。总而言之，防止高层建筑发生火灾是高层建筑电气设计的一个重点环节，火灾自动报警系统设置需要根据相关规定来进行，使其能够最大限度发挥其功能和作用。

参考文献：

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