论几点现代高层建筑的电气设计

摘要：高层建筑越来越普及，逐渐被人们所认可，同时也给设计人员带来了许多问题。高层建筑电气设计质量保证是比较复杂的一个问题，其供配电设计与一般低层建筑的供配电有很大不同，因此研究高层建筑供配电设计问题，对高层建筑电气是否可靠运行是有必要的。
关键词：高层建筑供配电设计配电要求应急使用
1、高层建筑对配电系统的要求
1.1必须保证供配电的可靠性。由于当前高层建筑多为商务、酒店的用途，其人员集中、建筑造价高,内部装饰复杂，易燃材料多，因而供电的可靠性将直接关系到企业的运作和人员设备的安全。当高层建筑发生火灾时，主要是利用建筑物自身的消防设施进行灭火、疏散人员和物资，但大部分的消防设施都离不开配电，所以如果没有可靠的电源就不能及时地进行报警、灭火，更不能有效地疏散人员、物资和控制火势的蔓延，必定造成严重的损失。因此合理的确定电力负荷等级，保障高层建筑消防用电设备的供电可靠性是十分重要的。
1.2供电电源转换的时间性和方式，对电网能够提供两个独立电源的高层建筑，按设计规定已经满足一，二级负荷的要求，但是对于特别重要的高层建筑(如超高层建筑)其内部含有特别重要的负载，应考虑到当电源系统检修或故障时，另一电源系统又发生故障时的突发情况，此时一般配置柴油发电机组作为应急电源。对于电网只能提供一路电源的高层建筑，则应设置柴油发电机组作为第二电源，此时的发电机组是作为备用电源来使用的，而不仅仅是为了应急之用。为了保证发生火灾时的各项救援工作能顺利进行，消防用电设施的两个电源的自动切换，应急发电设备的启用方式也是消防供电系统应予以考虑的问题。其中两个电源切换时间是否满足消防设施的要求很重要。
1.3电气设备选择的一般原则要遵从供电的可靠性、系统容量来选择。高压系统一般选择高压配电成套装置，成套装置的高压开关适宜采用真空断路器，选用时应检验其断电容量能否满足需要。低压配电装置一般选择在离变压器出线端较近处，假如在各反馈电路处发生短路，其短路电流应与低压开关处电流相差不多，如果低压断路器分断能力不够，产生越级跳闸，将会严重影响电网的安全运行。
2、常见的高层建筑配电系统
2.1双电源各自独立的系统这种系统适用于一类高层建筑物，要求外部两个电源各自是独立的，以满足一类高层建筑对消防负荷的要求。该系统自变压器低压端出线后，应将消防负荷通过自动开关断开，消防及非消防负载由各自的母线分开供电，一旦发生火灾时，自动切断非消防电源，保证对消防负荷可靠供电。
2.2配有应急发电机组的系统
在高层建筑采用具有应急发电机组的供电系统，是具有较高的可靠性的，同时可选择应急电源作为辅助，下列电源可作为应急电源：(1)独立于正常电源的发电机组。(2)供电网络中有效地独立于正常电源的专用的馈电线路。(3)不间断电源UPS或EPS。根据允许中断供电的时间可分别选择下列应急电源：(1)快速自动起动的应急发电机组，适用于允许中断供电时间为15s以内的供电。(2)带有自动投入装置的独立于正常电源的专用馈电线路，适用于允许中断时间为1．5s以内的供电。
3、高层建筑供配电系统的设计
高层配电系统的设计很大程度上关系到楼层电力分布与能源的合理有效利用，高层建筑配电要考虑到负荷及电网接入的式样，在此基础上再选择合适的电力设备。
3.1高层建筑的电力负荷主要有消防设施，包括消防水泵，消防电梯，防烟排烟设施，火灾自动报警系统，自动灭火装置，火灾事故照明，疏散指示标志，电动防火门窗，卷帘和闸门等，照明装置包括正常照明、事故照明、应急照明、荧光灯广告、航标灯等；动力负荷包括升降电梯(载人电梯，货运电梯。人货混用电梯)、自动扶梯、传送带、供水、排水、供气等，以及空调制冷设备和其他电气设备(如保安监视、中央集控、微机管理中心等)。上述负荷中就用电量而言，动力和照明大约各占30％，其他占40％，就其重要性而言，消防用电是第一位的，因为高层建筑人员密集，内部装饰复杂，易燃材料多，发生火灾的可能性大。若一旦发生火灾，由于人员和物资的疏散极为困难，往往会造成重大经济损失和人员伤亡事故，有时甚至会造成不良政治影响。因此，有关规范规定，高层楼消防用电均属一级负荷。
3.2供电电源电压及主接线
高层建筑由于用电负荷较大，它一般采用高压供电，供电电压国内多为lOkV。高压供电系统主结线一般多采用单母线制。单母线制主要特点是结构简单，所需设备和投资少，经济性好，因而一般高层建筑及工矿企业较多采用。高层建筑电力负荷性质为一级和二级负荷，按国家供用电规划规定，一级负荷应由两个独立电源供电，特别重要的一级负荷应由两个独立电源供电，二级负荷一般也由双回路线供电，但当取得双回路线很困难时，允许由一回路专线供电。高层供电的可靠性和连续性主要依赖供电方式的优化设计，其特点是：高压双回路或三回路进线，均采用内桥接法；低压采用单母线分段，设母线开关，负荷分布在各段母线上，有的互为备用；特别重要负荷由自启动(或手动启动)备用柴油机供电。需要指出的是，这些高压双回路或三回路进线来自不同的独立电源是十分必要的。上述供电接线可靠性较高，但是由于使用断路器数量多，变压器备用容量大，其经济性值要进一步计算。另外，供配电装置用了一些充油设备，会给变电所的布置及防火带来隐患。
3.3变压器的选择
现在高层建筑中使用大容量变压器(单机容量超过l600KVA)并不少见，相对而言，大容量变压器效率较高，但投入时涉及的负荷面也宽。因此，科学地综合各种因素，再根据各相关专业的用电要求，适当地确定变压器单机容量及其台数。一般来说，根据空调设备的分组来设置专用变压器是比较合适的，这样就可以随着空调机组的投切来投切相应的变压器，从而取得良好的经济效益。
4、配电线路
目前智能型建筑主要采用垂直方向的多层配电干线系统。
(1)插接式母线：其封闭在金属外壳中，垂直分布于电气竖并中，每层有一或两个插接分箱，内带断路器，当进行停电检修时，不会影响其他层用电。插接式母线容量大，电压降低，安全可靠，灵活方便，在智能建筑中使用最广。
(2)预制式分支电缆：把主电缆到各分层的分支电缆预先加工好，其优点是可靠性高，不用各层分设接箱，可以明显降低供电负荷，对安装环境要求低，但最大缺点是缺乏灵活性，当所供负荷大小、位置和数量变化时，预制式不能做出相应的改变。
(3)穿刺式线夹的分支电缆：这是一种很灵活的电缆分支方式，线夹处是绝缘的，中间有两个带金属穿刺的孔，一大一小，将大孔夹在干线电缆上，小孔夹在分支线路上，上紧线夹螺栓，孔内金属线的绝缘层紧压线孔，分支电缆就连接到干线电路上了。
5、结束语
高层建筑供配电系统是有许多特点的，我们只要在设计、安装工作中注意这些特点并采取有效的对策，对于高层建筑的整体质量必将起到有益的作用。总之，在满足相应设计规范，实现预定功能的前提下，电气设计师对同一或同类建筑能做出许多配电方案，其各方案的特点也会有所不同。在很多具体工程中，因受多方面因素的限制，配电方案的合理性，灵活性、经济性、实用性等优点不可能同时兼备，但是我们可以在设计工作中认真总结，广泛交流，统筹兼顾，扬长避短，力求做到最优，从而实现建筑的安全，保证人民群众及国家集体的利益。
参考文献
【1】《民用建筑电气设计规范》（JGJ／T16-92）
【2】《住宅设计规范》（GB50096.1999）
【3】戴延年.《建筑电气设计与应用》，北京，水力电力出版社1998年
【4】刘明亮．高层建筑消防供配电设计探讨【J】．科技创新导报．2008(2)．