超高層民用建筑電氣設(shè)計要點探討

陳華堅

摘要：隨著我國社會經(jīng)濟快速增長、建筑業(yè)技術(shù)日益強大，越來越多的超高層民用建筑涌現(xiàn)在我國各大城市。在供電安全可靠性、經(jīng)濟合理性、雷電防護等方面相應提出了更高的要求。其內(nèi)部電氣系統(tǒng)設(shè)計合理與否，密切關(guān)系到用戶用電的安全性、可靠性、經(jīng)濟性。筆者根據(jù)設(shè)計規(guī)范并結(jié)合工程設(shè)計經(jīng)驗，從供配電系統(tǒng)、變配電所、核心筒電氣豎井、防雷接地等方面闡述了電氣設(shè)計要點內(nèi)容，對設(shè)計中普高存在的一些問題、矛盾進行探討。

關(guān)鍵詞：超高層民用建筑;供配電系統(tǒng);變配電所;電氣豎井;防雷接地

規(guī)范對超高層民用建筑定義：大于100m的民用建筑物。相對而言，超高層民用建筑體量大、用電負荷種類多、用電容量大、對供電可靠性的要求高。本文以超高層商業(yè)綜合體為例，詳細闡述了電氣設(shè)計要點，針對存在的一些矛盾、問題提出相應建議、對策。

一、設(shè)計原則

首先，遵循安全可靠性原則。安全、可靠，是電氣系統(tǒng)設(shè)計的最基本要求。在超高層民用建筑電氣設(shè)計時，首先應保證用戶用電正常，確保用戶正常生活工作、設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。

其次，遵循經(jīng)濟性原則。經(jīng)濟性是業(yè)主最關(guān)心的要素之一。在進行電氣設(shè)計時，要合理配置各電氣系統(tǒng)，優(yōu)先采用先進的節(jié)能新技術(shù)，降低能耗和運行管理費用，提升經(jīng)濟效益。

再次，遵循功能性原則。超高層民用建筑功能種類繁多，一個優(yōu)秀的電氣設(shè)計作品，應當與其建筑功能相匹配。滿足建筑、業(yè)主功能需求，配合建筑將其功能發(fā)揮到極致，將建筑空間功能襯托到最優(yōu)。

二、建筑電氣設(shè)計內(nèi)容

（一）供配電系統(tǒng)設(shè)計

供配電系統(tǒng)，作為電氣設(shè)計的核心，其系統(tǒng)的合理性影響到供電安全可靠性、經(jīng)濟性，直接影響業(yè)主的切身利益。因此，在超高層建筑設(shè)計中，應按照負荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件，統(tǒng)籌兼顧，合理確定供配電系統(tǒng)設(shè)計方案。主要包括：負荷等級、負荷計算及供電電源的確定。

1、 負荷等級

負荷等級的確定，應結(jié)合建筑類型、建筑體量、負荷種類、對供電可靠性的要求及中斷供電在對人身安全、經(jīng)濟損失上所造成的影響程度進行分級。相對而言，超高層建筑體量大，負荷種類多、對供電可靠性的要求高。負荷分級如下：

1） 一級負荷：消防設(shè)備、走道照明、公共照明、大型商場備用照明、航空障礙照明、客梯、排污泵、生活水泵、安防系統(tǒng)、智能化系統(tǒng)、地下車庫照明等用電;

2） 二級負荷：商場照明用電、自動扶梯、商場空調(diào)用電;

3） 三級負荷： 塔樓普通照明及小動力、開水器、普通風機、廣告照明、景觀照明、泛光照明等用電。

2、 負荷計算

對水泵、風機、電梯等動力用電設(shè)備按其設(shè)備容量進行統(tǒng)計，對照明、辦公用電等負荷按負荷密度法進行統(tǒng)計。采用需要系數(shù)法進行負荷計算，從而確定變壓器總安裝容量。

3、 供電電源

供電電源主要確定供電容量和供電回路數(shù)。應根據(jù)當?shù)厥姓娋W(wǎng)現(xiàn)狀、用戶用電負荷重要程度及需求、各級負荷計算結(jié)果等進行綜合考慮。基本上，每路高壓線路最多能負擔約10000kVA的容量。如市政電網(wǎng)能滿足嚴格意義上的雙重或多重電源，可考慮雙電源供電，互為備用，也可考慮三路電源，兩用一備，具體視變壓器總安裝容量而定。可滿足一、二級負荷供電要求。

（二）變配電所設(shè)計

變配電所設(shè)計應根據(jù)工程特點、負荷性質(zhì)、用電容量、所址環(huán)境、供電條件和節(jié)約電能等因素，合理確定設(shè)計方案，并適當考慮發(fā)展的可能性。

1、所址選擇

變配電所位置選擇應以深入負荷中心、方便進出線、方便設(shè)備運輸?shù)纫蛩貫樵瓌t，同時，需滿足國家或地區(qū)相關(guān)規(guī)范要求。

1）當建筑物高度小于250m時，優(yōu)先考慮在建筑物首層設(shè)置變配電所（當首層無條件設(shè)置時，可考慮設(shè)置在地下一層，但不能為最底層），為地下室、裙樓及塔樓供電;

2）當建筑物高度大于250m時，除在建筑物首層設(shè)置變配電所為地下室、裙樓及低區(qū)中區(qū)塔樓供電外，建議在避難層設(shè)置變配電所為高區(qū)塔樓供電，此舉主要考慮電壓降以確保電能質(zhì)量。

3）空調(diào)制冷主機房變配電所盡可能與其貼鄰設(shè)置。

2、主接線型式

變壓器每兩臺為一組，低壓側(cè)采用單母線分段結(jié)線型式，兩變壓器低壓側(cè)設(shè)聯(lián)絡(luò)斷路器柜。平時分列運行，當一臺變壓器發(fā)生故障時，自動或手動切除其三級負荷，由另一臺負擔其全部一、二級負荷，故障排除后恢復常態(tài)。各組兩低壓進線斷路器與聯(lián)絡(luò)斷路器設(shè)電氣及機械聯(lián)鎖。

（三）核心筒電氣豎井設(shè)計

核心筒電氣豎井主要包括：低壓電纜井、高壓電纜井、消防電纜井等。電氣豎井主要以方便設(shè)備安裝與操作、方便進出線等為原則，合理確定其位置及面積。

1）各層核心筒內(nèi)設(shè)置低壓電纜井，上下對齊，一般面積約6～9平方，主要與變配電所設(shè)置所分布情況有關(guān)。如變配電所集中設(shè)置在首層或地下一層，由于有大量的母線、電纜供電至塔樓各層，核心筒內(nèi)低壓電纜井需要占用的面積較大;如變配電所分散設(shè)置在首層及各避難層，低壓電纜井占用的面積較小。

2）如塔樓避難層設(shè)置有變配電所，需在核心筒設(shè)置高壓電纜井，由高壓配電房所在樓層通至塔樓變配電所所在樓層，上下對齊，面積一般約為1平方米。

3）為滿足《建筑高度大于250 米民用建筑防火設(shè)計加強性技術(shù)要求（試行）》公消〔2018〕57號要求，如建筑物高度大于250m時，核心筒內(nèi)除設(shè)置低壓電纜井、高壓電纜井外，另需設(shè)置消防電纜井，此井專門敷設(shè)消防用電雙回路中其中一回路。

（四）防雷接地系統(tǒng)設(shè)計

為防止或減少雷擊建筑物造成人身傷亡和文物、財產(chǎn)損失，以及雷擊電磁脈沖引發(fā)的電氣和電子系統(tǒng)損壞或錯誤運行，設(shè)置防雷接地系統(tǒng)。

1、防雷等級

防雷等級分為一類、二類、三類防雷。應根據(jù)項目所在地區(qū)年平均雷暴日、建筑物幾何尺寸計算出年預計雷擊次數(shù)，從而確定建筑物防雷等級。絕大部分超高層民用建筑按二類防雷設(shè)計。

2、防雷措施

二類防雷建筑應設(shè)置防直擊雷、防側(cè)擊雷、防閃電電涌侵入等措施，并設(shè)置等電位聯(lián)接。

2.1防直擊雷：

接閃器：沿屋頂女兒墻四周設(shè)明敷接閃帶，在屋頂外突角等部位設(shè)接閃桿，在屋面設(shè)接閃網(wǎng)，網(wǎng)格不大于10m×10m或12m×8m，敷于屋面隔熱層下。

引下線：利用建筑外圍鋼管柱金屬體或砼柱子豎向主筋（φ≥16者2根，或16>φ≥12者4根）作防雷引下線，引下線間距不大于18m。

接地裝置：利用基礎(chǔ)樁及承臺鋼筋作接地極，利用底板及地下層外圍砼墻主筋連成接地網(wǎng)，接地極與接地網(wǎng)相連形成接地裝置。電氣接地、防雷接地、各弱電系統(tǒng)接地共用該接地裝置。系統(tǒng)接地電阻不得大于1Ω。

2.2防側(cè)擊雷：

超高層民用建筑，其上部占總高度20%并超過60m的部位應防側(cè)擊雷。

利用幕墻金屬龍軟骨作接閃網(wǎng)，網(wǎng)格橫向每層連接成環(huán)，豎向為幕墻立柱引下線。塔樓每層均設(shè)樓層等電位聯(lián)接。利用樓層外圍圈梁、框架梁或樓板主筋連接成網(wǎng)格，形成樓層等電位聯(lián)接網(wǎng)，并與引下線連接。

2.3防閃電電涌侵入：

進出本建筑的金屬管道，電纜金屬外皮均在入戶處與接地系統(tǒng)連接。中壓進線設(shè)避雷器。屋面金屬物體均與接閃帶、網(wǎng)連接。屋面其它金屬物體均與接閃網(wǎng)焊連。

三、存在問題及對策

1、我國絕大部分地區(qū)市政電網(wǎng)現(xiàn)狀條件難以為用戶提供嚴格意義上的雙重或多重電源，基本上僅由同一變電站為用戶提供多路電源，一路電源發(fā)生故障時，無法確保其余回路正常。

2、大部分超高層民用建筑中，首層、地下一層的功能往往是商業(yè)，在業(yè)主心目中屬黃金樓層，商業(yè)價值高，業(yè)主強烈反對將變配電所設(shè)置在首層，而地下一層設(shè)備區(qū)域又無法滿足所有變配電所的布置。這種情況下，建議在建筑物地下一層（不能是最底層）設(shè)置變配電所，為地下室、裙樓供電，在避難層設(shè)置變配電所為塔樓供電，滿足規(guī)范的同時又可滿足業(yè)主的需求。

3、大部分業(yè)主追求商業(yè)利益最大化，那就意味著塔樓核心筒面積最小，這一矛盾就成為設(shè)計師一大難題。核心筒中除了電氣豎井外，還有大量的空調(diào)、水專業(yè)的管井，面積緊張。面對這一問題，建議將變配電所分散設(shè)置在地下室及塔樓各避難層。此舉不僅可減少電氣豎井面積，還可使變配電所深入負荷中心，減少電壓降，提高電能質(zhì)量。

4、由于土壤不同，部分地區(qū)項目在接地電阻測試時，電阻值無法滿足規(guī)范要求。設(shè)計師可提供一些應對措施如：通過加降阻劑等方式使其達到要求。

四、結(jié)束語

總而言之，在超高層民用建筑電氣設(shè)計中，需遵循一定的設(shè)計原則，滿足建筑物的功能需求與安全性能。合理配置供配電系統(tǒng)，使電氣系統(tǒng)簡單、安全、可靠。

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（作者單位：華南理工大學建筑設(shè)計研究院有限公司）