高层建筑电气设计分析

张璐琪

（安徽省阜阳市水利规划设计院，安徽 阜阳 236000）

1 高层建筑电气专业的特点

用电设备种类繁多。高层建筑中用电设备包括电气照明设备、电梯设备、给排水设备、生活水泵、制冷设备、锅炉房用设备、空调系统用电设备和消防设备等。

耗电量大。由于用途不同,高层建筑用电量也有一些差别,但总体而言,耗电量非常巨大。

供电可靠性要求高。根据《高层民用建筑设计防火规范》和《建筑电气设计规范》的要求,消防用电、应急照明、主要通道照明、客梯电力、变频调速生活水泵等设备在设计时都需要由两个独立的电源供电。

2 高层建筑电气设计的主要内容

2.1 负荷的计算

电力负荷是供电设计的依据参数。计算准确与否，对合理选择设备，安全可靠与经济运行，均起决定性作用。高层建筑的电力负荷计算，基本上采用负荷密度法和需要系数法。

2.2 供电电源及电压的选择

为了保证供电可靠性，现代高层建筑至少应有两个独立电源，具体数量应视负荷大小及当地电网条件而定。两路独立电源运行方式，原则上是两路同时供电，互为备用。另外，还须装设应急备用柴油发电机组，要求在15秒钟内自动恢复供电，保证事故照明、电脑设备、消防设备、电梯等设备的事故用电。国内高层建筑的供电电压，都采用10kV标准电压等级。

2.3 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。

2.3.1 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。

2.3.2 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l0kV。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。

2.3.3 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。

2.4 照明设计

2.4.1 光源

地下室、住宅客厅以荧光为主，设备用房、楼梯、走道和住宅(除客厅外)以白炽灯为主}商场照明仅设置总电源箱，具体灯具布置由二次装修设计。

2.4.2 事故照明

地下室、商场、楼梯间的照明系统有两个电源(备用电源由发电机供给)，另外在电梯前室、楼梯间、配电室、发电机房、水泵房及消防中心等重要场所设应急照明。电梯前室、楼梯间及走道等人员密集通道设诱导灯。

2.4.3 导线选择及线路敷设

住宅、商场及地下室照明线路，采用ZRBVV阻燃型塑料铜心导线。所有由照明配电箱配出的线路均采用金属线槽明敷。

2.5 防雷与接地

现代高层建筑的防雷设计，除采用避雷针和避雷带的传统做法外，近年还出现有消雷器和放射性避雷针。这两种防雷技术虽然在工程上得到不少实际应用，但在理论上一直是有争议的。现代高层建筑都是采用钢筋混凝土剪力墙，与楼板的连接是十分可靠的。关键是做好金属管线的接地。

现代高层建筑的防雷接地、电气设备的保护接地和工作接地，都是合在一起的，组成混合接地系统。接地电阻按最小的要求而定，通常是在4欧以下。利用建筑物的钢筋混凝土基础作接地板。尽管基础钢筋等自然接地体已能满足接地电阻的要求，仍需要装设水平的人工接地体，将主要的建筑物基础连接成接地网，这对均衡电位，提高安全性都有好处。

2.6 电梯

电梯按使用功能分，有高级客梯、普通客梯、观景梯、服务梯、消防梯、货梯、自动扶梯等许多种；按速度又分为低速梯、快速梯、高速梯和超高速梯等；按电流分则有交流和直流两大类。设计人员的任务是要确定电梯台数和决定电梯功能。电梯的配置和造型，不是电气设计人员单方面所能决定的，必须与总建筑师或总体交通设计人员共同研究才能确定。

2.7 防火和报警系统

由于高层建筑面积大、人员复杂，引起火灾的可能性很大，加之竖向孔洞多、现代化的塑料贴面材料、全部窗户密封、设备庞杂、人员和物质等都很集中，发生火灾时火势容易蔓延，疏散人员和扑灭火灾也很困难，所以现代化的高层建筑除了在建筑设计方面采取很多措施 (如合理布局、采用耐火材料、划分若干防火区等)外，还应设置完善的自动消防系统和防火报警系统。自动消防和防火报警系统一般由检测、报警、确认判断和初期灭火设备、疏散诱导系统、排烟灭火系统组成。

3 高层建筑电气设计需要注意的问题

由于社会人口膨胀和用地紧张,高层建筑越来越多,其高容积率也逐渐被大家认可。然而,高层建筑电气设计的质量保证却是非常重要而复杂的一个问题,需要从安全性、适用性、可靠性、经济性等多方面进行考虑。

首先,高层建筑电气设计必须在正常情况和停电火灾等特殊情况下,保证人员和建筑物安全。其次,电气设计在满足使用要求和规范的前提下,要减化供配电系统的结构,从而减少设备的数量和容量,便于操作和维修。最后,设计时确定合理的负荷等级,缩短停电的时间及次数,减少故障。

另外,由于工业发展和能耗浪费严重等原因,节能原则成为近来高层建筑电气设计最为关注的一个新问题。节能应从节省无谓消耗能量着手,减少与发挥建筑物功能无关的能源消耗,同时必须满足建筑物的照明正常、舒适卫生、运输通道畅通无阻及某些建筑的特殊要求。

4 结语

随着经济的发展，高层建筑对于电气设计的要求也越来越高。在工程设计中，既要符合国家规范，又要满足建设方要求，这就使设计人员在设计中，必须做到准确、细致、周全地把握工程电气设计的基本设计要点。

[1]徐文根.工业与民用配电设计手册[M].北京:水力水电出版社,1996.

[2]陈一才.高层建筑电气设计手册[M].北京:建筑工业出版社,1992.