淺談超高層建筑的電氣設計技術

曲國峰

摘 要：超高層建筑用電負荷大、長距離的輸配電、高要求的供電安全性和復雜的配電系統(tǒng)。本位主要圍繞超高層建筑電氣設計基本特征，重點分析了電氣設計的特點及關鍵技術，希望能夠給今后的超高層建筑的電氣設計提供技術參考。

關鍵詞：超高層建筑；電氣設計；關鍵技術

在超高層建筑建設的過程中應用到了很多的現(xiàn)代科學技術，一般情況下城市之所以要建造超高層建筑，主要就是為了豎立一個完美的城市形象并展現(xiàn)城市實力。我國已經(jīng)針對包括電氣設計在內(nèi)的超高層建筑各項設計作出了明確規(guī)定，并制定了相關的技術標準，因此，在對電氣系統(tǒng)進行設計的時候，必須要嚴格執(zhí)行國家標準，只有這樣才可以確保整個超高層建筑的電力安全。

1 超高層建筑的電氣設計

1.1超高層建筑電氣設計特點

（1）超高層建筑規(guī)模大，建筑高度高，具有用電負荷大、輸配電距離長、變配電系統(tǒng)結構復雜、供電安全性要求高的電氣特點。

（2））超高層建筑內(nèi)人員密集，疏散距離長，事故發(fā)生時人員疏散困難，因此，對防災用電設備及應急照明等的供電安全性、可靠性要求很高。另外，低壓配電線路的長度一般不宜超過250m。當不能滿足供電半徑要求時，在超高層建筑的避難層應設置樓層變電所。

1.2超高層建筑應急電源與備用電源

超高層建筑建筑規(guī)模大，建筑高度高，若發(fā)生火災撲救困難、人員密集、疏散時間長，除設置可靠的市電電源以外，還應設置柴油發(fā)電機組作為其應急電源。

超高層建筑的應急電源與備用電源設計時應注意以下幾個問題：

（1）超高層公共建筑的一級負荷中特別重要的負荷的負荷量較大，正常電源斷電后要求持續(xù)供電時間長，所以應配備柴油發(fā)電機組作為其應急電源；超高層公寓建筑的消防用電負荷、應急照明、航空障礙照明、生活水泵宜設自備電源供電，自備電源宜采用柴油發(fā)電機組。

（2）超高層建筑的A級電子信息系統(tǒng)機房應配置自備柴油發(fā)電機電源，容量應包括不間斷電源系統(tǒng)、空調(diào)和制冷設備的基本容量及應急照明和關系到生命安全等需要的負荷容量。

應急電源采用柴油發(fā)電機組時，其電壓等級選擇應考慮如下因素：

（1）建筑物高度在100～300m時（除數(shù)據(jù)中心大樓外），應采用低壓柴油發(fā)電機組；建筑物高度大于300～400m時，需進行經(jīng)濟技術比較后確定采用0.4kV低壓柴油發(fā)電機組或10kV柴油發(fā)電機組；建筑物高度大于400m時，宜選用10kV柴油發(fā)電機組。需要注意的是，以上結論是基于低壓傳輸干線采用電力電纜+密集型母線槽組合的配電方式考慮的，在相同電壓降的前提下，還考慮了加大電纜截面或降低電纜載流量來加大傳輸距離。

（2）選用中壓柴油發(fā)電機組時，中壓柴油發(fā)電機組的接地形式宜與市電系統(tǒng)一致；當發(fā)電機中性點需接地時，宜通過真空接觸器與接地電阻相連接，接地電阻應裝在接地電阻柜內(nèi)。當有多臺中壓柴油發(fā)電機組并機運行時，為減少中性導體產(chǎn)生的三次諧波環(huán)流，可將其中一臺發(fā)電機的中性點接地。

1.3超高層建筑配電方式

超高層低壓配電系統(tǒng)配電方式分為放射式和樹干式，放射式配電系統(tǒng)的供電可靠性高，超高層建筑中消防負荷及一級負荷中特別重要的負荷宜采用放射式方式供電；樹干式供電時，每根電纜干線配電層數(shù)不宜超過8層；各避難層的交直流電源，應按避難層分別供給，并在末端互投；配電干線應按避難層劃分供電區(qū)域，同一干線不應同時帶兩個區(qū)域單元的用電負荷。

1.4超高層建筑導體的選擇及敷設

超高層建筑導體選擇時應考慮建筑物的擾動，雖然采用密集型母線槽作為供電載體，可承載數(shù)千安的負荷電流，但由于母線槽是剛性結構，使用時應慎重。如在地震烈度較高的地區(qū)建設的超高層建筑宜采用電纜供電，電纜在抗震方面的安全性遠高于密集型母線槽，性價比也高于密集型母線槽。

超高層建筑的線纜選型，應為阻燃低煙無鹵交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜、電線，或無煙無鹵電力電纜、電線；消防設備的配電干線和分支干線（應急照明和疏散指示標志除外）應采用礦物絕緣電纜?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)的供電線路、消防聯(lián)動控制線路應采用耐火銅芯電線電纜；報警總線、消防應急廣播和消防專用電話等傳輸線路應采用阻燃或阻燃耐火電線電纜。

1.5超高層建筑應急照明

超高層建筑的避難層（間）疏散照明的地面平均水平照度值不應低于3lx，垂直疏散區(qū)域、避難走道不應低于5lx。在北京市建設的超高層建筑還應采取加強措施，疏散走道、疏散樓梯間和避難區(qū)內(nèi)的地面最低應急照度值不應低于10lx，其他區(qū)域不應低于5lx。建筑高度大于100m的民用建筑，疏散照明的備用電源的連續(xù)供電時間不應小于1.5h。

值得注意的是：超高層建筑中大型商業(yè)的備用照明應按一級負荷供電，而大型商業(yè)的營業(yè)廳照明也需要按一級負荷供電，所以備用照明不需單獨設置；設置停機坪的超高層建筑，應在停機坪四周設置應急照明。

1.6超高層建筑航空障礙燈

應在建筑物的最高層構造物的最高部位裝設障礙標志燈，當制高點的平面面積較大時，除在最高端裝設外，還應在其外側(cè)轉(zhuǎn)角的頂端分別設置。障礙標志燈的水平、垂直距離不宜大于45m。建筑物的頂部高出其周圍地面45m以上，必須在其中間層加設障礙燈中，間層的距離必須不大于45m并盡可能相等，超高建筑物尤其要考慮中間層加設障礙燈。

設置停機坪的超高層建筑，應在停機坪四周設置航空障礙燈。

2 超高層建筑防雷及接地

依據(jù)規(guī)范，超高層建筑物應劃為第二類防雷建筑物，由于超高層建筑物的用戶多為重要企業(yè)辦公或特級、一級金融機構、五星級酒店等，根據(jù)電子信息系統(tǒng)的重要性、使用性質(zhì)和價值角度考慮，系統(tǒng)的雷電防護等級宜按A級設計。

設計時應計算建筑物年預計雷擊次數(shù)、防雷裝置攔截效率，超高層建筑各項雷擊風險指數(shù)均很高。由于超高層建筑的建筑高度均超過滾球半徑，因此有側(cè)擊雷擊中建筑物中上層表面的幾率。具體實施應采用防直擊雷、側(cè)擊雷、閃電感應、電磁脈沖等措施，并做好總等電位連接。此外強電機房、智能化電子信息機房接地宜采取接地干線方式，各層強、弱電機房分別接至強、弱電豎井內(nèi)的接地干線上；當超高層屋頂設有直升機停機坪時，不應在安全區(qū)內(nèi)設避雷針，設在安全區(qū)以外的避雷針上應裝設航空障礙標志燈。

3 超高層建筑防災設計

建筑高度大于100m的公共建筑，應設置避難層（間）。第一個避難層（間）的樓面至滅火救援場地地面的高度不應大于50m，兩個避難層（間）之間的高度不宜大于50m。各避難層的交直流電源，應按避難層分別供給，并在末端互投；建筑物中的電纜豎井宜按避難層上下錯位設置。

超高層建筑，除游泳池、溜冰場外，均應設火災自動報警系統(tǒng)。各避難層內(nèi)應設獨立的火災應急廣播系統(tǒng)，應能接收消防控制中心的有線無線兩種播音信號；各避難層與消防控制中心之間應設置獨立的有線和無線呼救通信；除消防控制室內(nèi)設置的控制器外，每臺控制器直接控制的火災探測器、手動報警按鈕和模塊等設備不應跨越避難層；各避難層應設置消防專線電話和應急廣播；在避難層（間）進入樓梯間的入口處和疏散樓梯通向避難層（間）的出口處，設置明顯的指示標志。

4 結束語

超高層建筑具有高度高、規(guī)模大、用電量大、負荷等級高等特點，我國明確規(guī)定了包括電力設計在內(nèi)的超高層建筑各項設計，同時將相關的技術標準制定完善。所以，在設計電氣系統(tǒng)的過程中，需要對國家標準嚴格執(zhí)行，從而保障整個超高層建筑的電力安全。

參考文獻：

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