現(xiàn)代高層建筑電氣設(shè)計(jì)技術(shù)見解

曹金立

摘要 ：伴隨著改革開放，城市規(guī)模日益壯大，高層建筑越來越多，如大型寫字樓、商業(yè)大廈、購物中心等結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其中包括大量的動(dòng)力設(shè)備、電氣設(shè)備、復(fù)雜的照明系統(tǒng)以及完善的消防安全系統(tǒng)，隨之而來的高層建筑電氣設(shè)計(jì)也越來越被世人所關(guān)注。本文結(jié)合規(guī)范及現(xiàn)場工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)代高層建筑電氣設(shè)計(jì)提出一些見解，供大家分享。

關(guān)鍵詞 ：高層建筑 電氣 設(shè)計(jì)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛躍發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，高層建筑越來越多，在節(jié)能減排受到普遍關(guān)注的今天，其第一特點(diǎn)是要注重節(jié)能的設(shè)計(jì)。 其應(yīng)堅(jiān)持以下三個(gè)原則：首先滿足建筑物的功能，即滿足照明的照度、色溫、顯色指數(shù)等；其次考慮實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益，不能因?yàn)樽⒅毓?jié)能而過高地消耗投資，增加運(yùn)行費(fèi)用。再次節(jié)省無謂消耗的能量。其第二個(gè)特點(diǎn)就是高度大，使得其電氣設(shè)計(jì)要求不同于普通的一般建筑。特點(diǎn)主要有：首先是高層建筑由于照明及空調(diào)負(fù)荷多，電梯等運(yùn)輸設(shè)備多，給排水設(shè)備多，且供電的可靠性要求很高。其次是在高層建筑中，照明與動(dòng)力基本上不共用干線。再次在結(jié)構(gòu)上多采用大柱距，形成大空間，使墻面安裝的設(shè)備增多，必然使地面管道增多。

一、高層建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 電力負(fù)荷的確定

設(shè)計(jì)要求：高層建筑的電力負(fù)荷計(jì)算，基本上采用負(fù)荷密度法和需要系數(shù)法。

設(shè)計(jì)原則：高層建筑由于照明、空調(diào)、電梯、給排水等諸多設(shè)備，因此負(fù)荷多，用電量特別大，且供電的可靠性要求很高。

電力負(fù)荷是供電設(shè)計(jì)的依據(jù)參數(shù)。高層建筑的電力負(fù)荷計(jì)算，基本上采用負(fù)荷密度法和需要系數(shù)法。電力負(fù)荷預(yù)算時(shí)應(yīng)分別計(jì)算動(dòng)力電和照明電。其 計(jì)算準(zhǔn)確與否，對(duì)合理選擇設(shè)備，安全可靠與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，均起決定性作用。作為設(shè)計(jì)師，在建筑電氣負(fù)荷計(jì)算前要做大量的調(diào)查工作。這些調(diào)查工作包括當(dāng)?shù)鼐用竦慕?jīng)濟(jì)狀況、消費(fèi)水平、生活習(xí)慣等。選擇合適的計(jì)算參數(shù)。一般高層建筑均要求有兩路獨(dú)立電源供電。設(shè)汁中，通常采用l0kV環(huán)網(wǎng)作為高壓供電的形式，輔以自備柴油發(fā)電作為應(yīng)急電源。在具備可靠的兩路獨(dú)立電源（或用于不同的區(qū)域變電站）時(shí)，可考慮采用兩路進(jìn)線的高壓供電方式，此時(shí)，可省去柴油發(fā)電機(jī)組。

1.2 供電電源及電壓的選擇

為了保證高層建筑供電的可靠性，現(xiàn)代高層建筑至少應(yīng)有兩個(gè)獨(dú)立電源，具體數(shù)量應(yīng)視負(fù)荷大小及當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)條件而定。一般采用10KV標(biāo)準(zhǔn)電壓雙回路供電，兩路各帶一半負(fù)荷同時(shí)供電、互為備用。10KV雙回路供電電源分別來自不同的變電站，或來自雙回路超高壓變電站的兩段獨(dú)立母線。另外，還須裝設(shè)應(yīng)急備用柴油發(fā)電機(jī)組，要求在15秒鐘內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)供電，保證事故照明、電腦設(shè)備、消防設(shè)備、電梯等設(shè)備的事故用電。

1.3 配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)要求：為了保證供電可靠性，現(xiàn)代高層建筑至少應(yīng)有兩個(gè)獨(dú)立電源，還須裝設(shè)應(yīng)急備用柴油發(fā)電機(jī)組。

設(shè)計(jì)原則：在高層建筑中，照明與動(dòng)力基本上不共用干線。動(dòng)力負(fù)荷多采用放射式供電，照明負(fù)荷則多采用母線槽配電，與動(dòng)力分開。

現(xiàn)代高層建筑均是采用兩路獨(dú)立的10kV電源同時(shí)供電。一般高壓采用單母線分段，自動(dòng)切換，互為備用。母線分段數(shù)目，與電源進(jìn)線回路數(shù)相適應(yīng)。只有當(dāng)供電電源為一主一備時(shí)，才考慮采用單母線不分段的結(jié)線。電源進(jìn)線幾乎全部采用電纜進(jìn)線。當(dāng)供電電源分為主電源和副電源時(shí)，也可選用單母線不分段的結(jié)線。高壓供電系統(tǒng)及低壓干線基本采用放射式供電，樓層配電則適合采用混合式系統(tǒng)。配電設(shè)備中的主要部分是干線。高層建筑的豎井多采用插接式母線槽，各樓層豎井設(shè)有配電間。水平干線較難走線，可采用全塑電纜與豎井母干線聯(lián)接。層間配電箱經(jīng)插接自動(dòng)空氣開關(guān)從豎井母干線取得電源。如果高層建筑需要較大供電負(fù)荷，應(yīng)分散設(shè)立區(qū)域配電中心（可考慮設(shè)備層、中間層或最頂層）。低壓配電系統(tǒng)各級(jí)開關(guān)均采用自動(dòng)空氣開關(guān)，設(shè)置瞬時(shí)、短延時(shí)、長延時(shí)三級(jí)過流保護(hù)裝置。各級(jí)自動(dòng)空氣開關(guān)的保護(hù)整定，應(yīng)注意選擇性配合，防止越級(jí)跳閘。功率因數(shù)按規(guī)定應(yīng)補(bǔ)償?shù)?.9～0.95，無功補(bǔ)償都采用集中補(bǔ)償方式。為降低變壓器容量，多集中裝設(shè)在低壓側(cè)，與配電屏放在一起，但必須采用于式移相電容器。單臺(tái)變壓器的容量選擇一般都大于1000KVA以便控制變壓器數(shù)量。為限制低壓側(cè)的短路電流，正常時(shí)變壓器解列運(yùn)行，中間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。照明和動(dòng)力分開設(shè)變壓器，當(dāng)動(dòng)力用電容量太小時(shí)，動(dòng)力變壓器可不分開裝設(shè)，而在低壓側(cè)應(yīng)對(duì)動(dòng)力負(fù)荷分類計(jì)費(fèi)。

1.4 高層建筑的變配電設(shè)備的選型

（1）高壓開關(guān)柜。高層建筑的變配電室設(shè)在主樓地下層，按規(guī)定不宜采用油開關(guān)。目前10kV真空斷路器應(yīng)用的較為普遍。因此，應(yīng)根據(jù)高層建筑地下室的標(biāo)準(zhǔn)，選用具有“五防”功能的真空開關(guān)手車式高壓開關(guān)柜。（2）電力變壓器。根據(jù)防火要求，主樓內(nèi)是不允許裝設(shè)大容量的油浸電力變壓器的。（3）低壓配電屏。多采用自動(dòng)空氣開關(guān)出線。（4）應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)組。應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)組必須是快速自起動(dòng)的，按要求應(yīng)能在15s內(nèi)恢復(fù)供電。從可靠性考慮最好選用兩臺(tái)，自動(dòng)并車。容量較小時(shí)也可選用一臺(tái)。（5）母線槽和電纜。絕緣母線槽有銅的和鋁的兩種，具有容量大、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

1.5 高層建筑的配變電所的設(shè)計(jì)

高層建筑的配變電所的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)，用電容量，工程特點(diǎn)，所址環(huán)境，地區(qū)供電條件和節(jié)約電能等因素制定設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。變配電所的組成一般可包括：高壓配電室、電容器室、變壓器室、低壓配電室、控制室、工具材料室、檢修場地、夜班休息室等，具體工程中可按需要組合。在采用了不帶可燃油的高、低壓配電裝置和非油浸電力變壓器及非可燃性油浸電容器時(shí)，規(guī)范允許將其設(shè)在同一房間內(nèi)，變配電室的組成將更趨簡化。？

1.6 電氣照明設(shè)計(jì)

高層建筑按不同的工作場所，選擇相適應(yīng)的高效光源，可以降低電能消耗，節(jié)約能源。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)嚴(yán)格控制使用白熾燈，盡量減少高壓汞燈的使用量，推廣使用細(xì)管徑熒光燈和緊湊型熒光燈，大力推廣高效、壽命長的高壓鈉燈和金屬鹵化物燈。二是充分利用天然光源建筑物盡量利用自然采光，靠近室外部分的建筑面積，應(yīng)將門窗開大，采用透光率較好的玻璃門窗，以達(dá)到充分利用自然光的目的。三是充分利用間接光源。采用提高室內(nèi)反射面的反射光量來提高照度，可以利用墻面、頂棚、地面的反射來增加照度，如設(shè)置全反射的鏡面，采用反射系數(shù)高的墻面裝飾材料，使用這些反射面成為間接光源，提高電能的利用率。四是采用合理的控制方式。對(duì)于手動(dòng)控制，可適當(dāng)增加照明開關(guān)點(diǎn)，以達(dá)到分區(qū)控制燈光的目的，同時(shí)可采用各種類型的節(jié)電開關(guān)，如調(diào)光開關(guān)、定時(shí)開關(guān)、節(jié)電控制器等。自動(dòng)控制包括紅外遙控開關(guān)、光電照明控制、中央控制系統(tǒng)及智能照明控制系統(tǒng)等方式，可結(jié)合具體的工程實(shí)際，選用以節(jié)約用電。

1.7 防雷與接地

防雷設(shè)計(jì)是建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)之一，防雷設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素：1）接閃功能；在防雷設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)只考慮接閃部分的功能，應(yīng)根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)形式及內(nèi)部設(shè)計(jì)和建筑物方雷的各種相關(guān)因素及其規(guī)律，全面考慮防雷方式和應(yīng)采取的措施。2）分流影響。設(shè)置防雷引下線的數(shù)量，是關(guān)系到建筑物被雷擊后是否產(chǎn)生擴(kuò)大事故的重要因素。3）屏蔽作用。對(duì)建筑物的屏蔽，不僅使室內(nèi)的各種電子設(shè)備、精密儀器、電子計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備等受到可幕保護(hù)，而且是防護(hù)球雷和側(cè)擊雷的有效方式。4）均衡電位。為保證建筑物內(nèi)部不產(chǎn)生反擊，不產(chǎn)生接觸電壓和跨步電壓，應(yīng)當(dāng)使建筑物的地面、墻面和人們能接觸到的部位的金屬設(shè)備及管、線路能達(dá)到同一個(gè)電位。5）接地效果。接地效果的好壞也是防雷安全的重要保證，對(duì)每個(gè)建、構(gòu)筑物都要考慮采用哪些接地方式最好及電位分布的陡度最小；并應(yīng)盡可能達(dá)到均衡電位的條件。

二、結(jié)語

總之，高層建筑一般建筑面積大，使用功能復(fù)雜，供電容量大，能耗高。由于智能化的需要而變得復(fù)雜，用電設(shè)備越來越多，對(duì)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和線路安裝提出了許多新的要求，電氣設(shè)計(jì)者都應(yīng)本做到準(zhǔn)確、細(xì)致、周全地把握工程電氣設(shè)計(jì)的基本設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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