研究現代城市高層建筑電氣設計的要點

摘 要：高層建筑得到了顯著的發(fā)展，對現代城市高層建筑電氣設計提出了新的要求，高層建筑電氣設計中既要滿足基本的使用要求，又要保證人們的生命財產安全。城市高層建筑電氣設計具有自身的特點，本文主要對超高層建筑電氣方面的設計要點進行了探討，希望對相關工作人員提供參考和支持。

關鍵詞：現代城市；高層建筑；電氣設計

引 言

高層建筑的出現和發(fā)展有效地緩和了人地矛盾，同時也為城市的建筑和發(fā)展提供了更多的空間。為了進一步促進高層建筑的發(fā)展，要做好高層建筑電氣設計工作，掌握電氣設計的基本要點，設計出安全、可靠的電氣。電氣設計的整個過程從初始階段到后面的深入階段，每一個階段思維的寬度、深入程度都不同，才能更加符合實際的需要。

1 現代城市高層建筑電氣設計的基本要求

1.1 安全性

供電系統(tǒng)設計需要格外注意的地方就是保證超高層建筑安全首要條件之一，其次就是超高層建筑物供電可靠性。在進行配電系統(tǒng)設計時，要對多回路供電及備用發(fā)電機組的配置進行詳細的考慮。并且由于超高建筑的高度，其變配電房應該安裝在塔樓中部的地方，為了可以降低低壓配電的能耗。一般情況下，地庫層里應設置備用柴油發(fā)電機，而且為了保證樓頂也可以得到配電，供電電壓應使用10kV輸出，再經變壓器降壓至低壓配電。在進行超高層建筑的配電系統(tǒng)施工時，必須對供電距離、電纜的長度、電纜大小進行嚴格的設置。此外，還需要特別注意的是，當超高層建筑遇到強風時，一般會出現左右晃動情況，并且這種情況人們用肉眼很難去發(fā)現。并且超高層建筑物會有一定的搖擺度，在上升主干線的設計上將以電纜連接銅母線槽配電，為了降低超高層建筑物發(fā)生搖擺時的拉扯壓力，預防和避免事故以及故障的發(fā)生，同時也延長了主干系統(tǒng)的使用周期。由于超高層建筑物的樓層多，相對于其他建筑物，其機電設備也會增多，但是對于業(yè)主來說，其希望能夠擁有更多的使用空間，這種現象也是很多超高層建筑物面臨的問題。

1.2 節(jié)能性

目前我國建筑物發(fā)展方向已趨向于節(jié)能建筑的發(fā)展，節(jié)能建筑表面上是可以減少電壓，但實際上是為了降低用電損耗，因此在進行設計時，采用高效能的T5節(jié)能熒光管是比較合理的，其具有把電能轉化為光能的優(yōu)點，與T8、T10的熒光管相比，T5熒光管在使用過程中能夠發(fā)揮節(jié)能效果；目前我國水泵和空調風機馬達大部分采用變頻控制設計，其具有可根據實際系統(tǒng)需求來調節(jié)馬達的用電量的優(yōu)點，這種設計防止以前普通馬達長時間持續(xù)地工作而導致的不必要的用電浪費，從而可以達到節(jié)能的目的。

1.3 抗震性

當發(fā)生地震時，建筑物會遭到前所未有的重大的災難，這就應該優(yōu)先考慮到供電系統(tǒng)會不會給建筑物帶來更進一步的災害，如爆炸、火災等。即使在無法避免的情況下，也應盡量把災害降低在一定范圍內，防止大范圍大面積的損害。其次是系統(tǒng)本身的安全性和可靠性。

抗震規(guī)范規(guī)定，根據場地土層的等效剪切波速和場地覆蓋層厚度，將建筑場地劃分為ⅠⅡⅢⅣ類，見下表：

由于超高樓的樓層高，面積大，電纜布經區(qū)域也很大。一旦發(fā)生地震時，大樓晃動，電纜也隨之晃動，在這種情況下，要注意適當的電纜長度及固定方法，讓電纜系統(tǒng)有一定的富余量，不至于造成損壞進而影響到供電系統(tǒng)。相對電纜而言，母線槽在高樓遭遇地震的時候出現損壞的幾率就大得多。另外，一些電氣設備的固定，如橋架方面，可考慮多使用彈簧支架，這樣一旦出現地震情況，這些電氣設備雖然會隨著建筑物本身震動，但是因為用了彈簧支架，就會有一個緩沖過程，減少地震及松脫而引至下墜的機會，也不至于造成嚴重的損壞，以致破壞整個大樓的配電功能。如果大樓突然遭遇地震或者強風，大樓的電梯系統(tǒng)會自動停止運行，所有的電梯會立即自動回降到最近的一層，開門，以便里面的乘客跑出來逃生。

墻體抗震承載力驗算：

1.4 自動化

1.4.1 中央控制系統(tǒng)

中央控制室主要通過變配電，直接實現回路供電的應用。在高層建筑的中央控制室中，需要配備專用配電盤，且負荷等級在高層建筑最高級別以上。一般情況下，系統(tǒng)的供電電源電壓上下浮動不超過10%，頻率變化在1Hz之內。在中央管理計算機中，配有不間斷的UPS供電設備，其容量需滿足高層建筑中的用電設備總和。另外，應盡量保持中央控制室與控制負荷中心接近，并和變電所、電梯機房、水泵房等保持一定距離。

1.4.2 運行監(jiān)控系統(tǒng)

電氣監(jiān)控系統(tǒng)的運行，主要包括以下要點：在系統(tǒng)的測量過程中，通過確保設備正常運行，將運行參數輸入到監(jiān)控系統(tǒng)中，謹慎處理測量參數，并進行顯示，將預設值與檢測參數進行對比分析，以此掌控系統(tǒng)運行狀況。應該注意的是，在電氣監(jiān)控系統(tǒng)中，需要監(jiān)控諸多物理量參數，自動化水平較高，需要設置單獨的保護裝置，以確保設備正常運行。

2 現代城市高層建筑電氣設計

2.1 供配電系統(tǒng)

2.1.1 負荷等級及供電電源

按現行的國家規(guī)范要求，消防用電設備均應按一級負荷的要求供電。國家根據現階段目前城市電網的實際情況，電源的電壓等級一般采用10kV。二路10kV分別引自不同區(qū)域的變電站或同一變電站的不同母線段。每路電源全都需要承擔工程中所有的電梯、消防、重要機房等的全部用電負荷，其中二路電源同時運轉供應電能，分開運作。超高層建筑對于供電的要求是非常高的，為了確保消防等重要用電設備的穩(wěn)定性，在供電項目上人們把柴油發(fā)電機用作工程中的后備電源，也就是第三方電源，用以保證消防等重要設備的供電可靠性、穩(wěn)定性。

2.1.2 變配電所的安裝設置

由于水泵房、中央空調控制房等全是建造于地表的下層，其余的一些比較大的用電設備主要建造在一樓至五樓，為了讓變壓器盡可能地接近負荷的中心地帶，因此設計的過程中，人們將變配電所設在地下，將柴油發(fā)電機房建造在變配電機房的周邊地帶。對于200m以上的超高層式建筑，通常在建筑的屋頂及避難層也設定了較多的設備，在單個變配電所直接供應電能不是很經濟的情況下，可以在避難層再設定一個變配電所，這樣可以相對地降低該部位用電設備的供應范圍，但在進行變電所設置時：①要對變壓器的垂直運輸通道進行全面的考慮；②還要對設備樓板荷重進行分析，單臺變壓器的容量不應該超過800kVA。

2.1.3 高低壓主結線設計

10kV用戶變電所簡化主結線方案一般采用SM6環(huán)網開關柜，其適用范圍是電源進行柜可以不設保護，變壓器出線開關采用熔斷器-負荷開關柜或斷路器柜。選用斷路器柜時主要是針對單臺變壓器容量大于或等于1600kVA時采用；單臺變壓器容量小于或等于1250kVA時，10kV側環(huán)網開關柜可以采用熔斷器-負荷開關柜，熔斷器作為變壓器的主保護。10kV電源采用雙路進行，主結線采用單母線分段，每段10kV母線上裝接的變壓器容量控制在5000kVA，二段母線合計裝接的變壓器容量控制在10000kVA。根據負荷計算，項目中設計選用六臺SG10低損耗干式變壓器，另設一臺1000kW高速柴油發(fā)動機組。變配電所中的干式變壓器采用SM6負荷開關柜保護，10kV高壓主結線采用單母線分段，中間不設母聯，二路10kV電源同時供電，分列運行。變壓器分組設置，低壓主結線采用單母線分段，二臺變壓器低壓側設母聯開關，平時變電所的變壓器均分列運行，當其中一臺變壓器故障或檢修時，則可以切除部分空調等非保證負荷，閉合低壓母聯開關，由另一臺變壓器負擔大樓的消防、照明等重要負荷的供電。所有消防設備、重要機房均采用雙回路放射供電，并按規(guī)范要求在末端設ATS自動切換裝置。對于空調等季節(jié)性負荷，根據實際的設備容量，設計中將該部分負荷集中設置，在過渡季節(jié)，可以根據需要切除部分負荷，停用相應的變壓器，以降低變壓器損耗，達到節(jié)能的目的。

2.2 火災自動報警及控制系統(tǒng)

根據超高層建筑特有的特點，在設置火災自動報警系統(tǒng)時應按特級保護對象設置，一般情況下都應該設置火災自動報警系統(tǒng)，但是游泳池、溜冰場、衛(wèi)生間外等地除外。在消防控制室設置火災報警控制器及必要的消防控制設備、火災事故廣播等。

當有火災發(fā)生時，報警控制器將按預置的程序發(fā)出指令，其發(fā)動命令的依據就是根據收到的報警信號來完成消防設備的啟動。在超高層建筑的消防設計中，按照相關的規(guī)范設置感溫探測器；而在主入口大堂、營業(yè)用房、各種用房（不包括衛(wèi)生間）及走廊等地安裝感煙探測器；同時也要設置一定數量的手動報警按鈕在各防火分區(qū)；同時也要安裝消防專用電話分機，如消防水泵房、備用發(fā)電機房、消防風機房、消防電梯機房等地，消防專用電話插口設置在手動報警按鈕和各避難層每隔20m處；消控控制中心要設置可直接報警的外線電話。另外在每一層都應該安裝供廣播事故的揚聲器，在確認火災發(fā)生時，保證著火層及上、下層的事故廣播揚聲器自動接通，方便所有指揮人員能夠有序地疏散。

3 結 語

隨著城市規(guī)模的不斷發(fā)展，高層建筑越來越多，因此，高層建筑電氣設計就成為設計者不得不面對的問題，同時，在能源緊張的今天，更要注重節(jié)能的設計。由于超高層建筑具有人口密集、高度高、樓層多等特點，一定要做好其供電系統(tǒng)以及消防系統(tǒng)安全與可靠性的設計，靈活控制高低壓配電系統(tǒng)，如過渡季節(jié)能根據負荷的變化適當減少變壓器的運行，以達到節(jié)能的目的。

參考文獻

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作者簡介：顧俊男（1980-），貴州人，苗族，本科，工程師，主要從事建筑電氣設計方向工作。