探析高层建筑电气设计

王博　王苗苗

【摘要】本文结合自身工作经验，针对高层建筑的电气设计进行阐述，介绍了电气设计中的一些问题以及改善措施。

【关键词】高层建筑；电气设计；安全；配电系统；节能

1.当代高层建筑电气设计存在的主要安全隐患

1.1 消防设备没有采用专用回路供电

现代高层建筑施工过程中，存在设计施工人员将负荷较小的消防设备直接接引在非消防供电回路的情况。一旦发生火灾，消防人员会切断与消防设备无关的电源，消防设备电源也会同时被切断，这就导致消防设备无法发挥作用，将会给人民群众生命、财产安全造成无可挽回的严重损失。

1.2 公共建筑非消防电源切断区域设置不合理

在现代高层建筑具体的设计施工过程中，设计施工人员往往对“有关部位”概念理解不深入、不全面，导致直接将切断非消防电源的消防控制模块设在低压配电室的配电干线回路上，这种情况的出现势必会在突发性灾难发生时造成消防时断电范围过大，给高层建筑中的住户及使用方造成不必要的恐慌。

2.当代高层建筑电气设计问题的主要改善对策

2.1 针对消防设备供电系统没有合理地采用专用回路供电问题，根据国家《高层民用建筑设计规范》GB50045-95（2005年版）9.1.3条规定“消防用电设施应采用专用的供电回路”。因此，现代高层建筑的消防用电设备的供电应严格按照规范要求，从本建筑的低压配电间开始就设置专用的供电回路。供给消防用电设备的两路低压电源，应根据不用负荷分级的要求，由建筑物低压配电柜的两路不同电源直接接引来，从而避免突发灾难的情况下，切断非消防配电电源的同时导致消防设备的无法使用。

2.2 针对公共建筑非消防电源切断区域设置不合理问题，根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-98）6.3.1条规定，“消防控制室在确认火灾发生后，应能切断有关部位的非消防电源”。该条文的条文解释中明确，切断非消防电源应控制在一定范围之内。所谓“有关部位”，是指着火的那个防火分区或楼层。所以，在火灾发生时，为扑救方便，消防人员首先在第一时间切断与消防设备无关的非消防电源，但是切断非消防电源应控制在一定的范围内，即切断本防火分区或楼层的非消防电源。因此，切断非消防电源的消防控制模设置在各楼层配电箱处，不应设置在低压配电室配电干线上。

3.高层建筑的供配电系统

随着建筑物的规模不断扩大，其内各种电气设备的使用日趋增多，尤其是计算机网络信息技术的普及，建筑物越来越多地采用各种信息化的电气设备。这对供配电系统的安全性、可靠性提出了更高的要求。对高层建筑进行供配电设计时，在考虑建筑物本身性质和规模的前提下，结合当地供电网的实际情况，才能确定高层建筑供电的电压等级、电源情况等。

3.1 负荷的计算

科学、合理的负荷计算是供配电设计的前提，正确的供配电设计不仅能够提高高层建筑供电系统的可靠性，还能提高经济性。根据高层建筑的主要用途不同，负荷计算的方法也不同，负荷计算方法主要有需要系数法、利用系数法、二项式法、单位面积功率法、单位指标法等。现行建筑电气设计一般采用单位指标法与需要系数法相结合的计算方式。

3.2 供配电技术方案的选擇

高层建筑中的电气设备较多，自动化水平一般也都较高，如空调、电梯、弱电设备、消防设备等现代化的电气设备，对电能质量及可靠性要求都比较高，这就需要一个合理的配电系统的支持。

在现代高层建筑中，高压电源一般采用两路独立的10kV及以上的电源同时进行供电，并采用单母线分段的供电方式，设置自动或手动切换开关，两路电源互为备用。对于高层建筑密集的地区，对可靠性的要求更高时，所有的配电设施应该满足N-1的安全准则，使线路在发生故障或者检修时保证非故障段或非检修段能够可靠送电，在进行供配电系统的设计时应结合建筑物形式和当地供电条件综合考虑变配电所的设置。

3.3 供电电源

在供配电设计中，根据负荷等级的不同采取的供电措施也是不同的。根据《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）以及《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008的规定，用电负荷分为一、二、三级及一级负荷中特别重要负荷。当高层建筑内同时有一、二级负荷且容量较大时，可采用两路独立的高压电源供电；若一、二级负荷容量较小时，可以采用一路高压电源加自备电源的供电方式。自备电源一般采用柴油发电机组，柴油发电机组作为自备应急电源时，其额定容量不宜超过1500kVA，在电网电源中断后，柴油发电机组应立即启动，并在15s内使一、二级负荷恢复用电，以减少停电造成的损失。

3.4 变配电所及变压器的设置

变压器是高层建筑供配电系统的核心。高层建筑的用电量非常大，为了使配电系统简化，增强配电系统的稳定性和安全性，结合经济性的角度出发，变配电所的位置应尽可能深入负荷中心，变配电所一般设置在地下层，但不宜设置在最底层，变配电所应具有防渗水、排水、隔热、通风设施及独立的消防、检修通道等。变压器的容量受环境温度、变压器台数等的影响，在设计高层建筑的变压器时也要考虑到当变压器的负荷率。一般变压器的负荷率设置在0.75～0.85时，才能达到最高的性价比。

4.高层建筑的节能研究

在充分满足高层建筑内照明、空调以及一些特殊工艺用电的前提下，在进行建筑电气设计时也应充分考虑节能措施。首先，应该确认哪些设备与能耗有关，与建筑物的功能有关，再确定具体的节能措施。始终坚持技术先进、安全适用、节约能源和经济合理的原则，合理设计建筑电气设备。

4.1 供配电系统的节能

4.1.1 变压器及发电机组的选择

根据负荷计算的结果确定变压器以及发电机组的容量，选择其型号、台数。为了响应国家建立节约型社会的口号，也从经济角度出发，变压器应选择节能型变压器。节能型变压器能够损耗掉铁心的涡流，高导磁的优质冷轧晶粒取向硅钢片和先进工艺制造使硅钢片有良好的接缝密合，可以减少漏磁损耗。与老产品比，节能型变压器空载损耗和短路损耗降低，10kV系列分别降低约41.5%和13.9%。高层建筑中自备发电机组应选择应急自起动型柴油发电机组或全自动型柴油发电机组，并且要起动性能好、运行可靠、高速小体型机组，宜选用高速柴油发电机组和无刷型自动励磁装置，高速柴油发电机具有体积小、重量轻、起动运行可靠等优点。

4.1.2 配电线路的节能

线路损耗在电能损耗中所占比例较高，从功率损耗的计算公式可知，线路的电阻与导线长度、导线截面面积以及电阻率有关，减小线路的电阻，可以采取减小导线长度的方式。高层建筑内的供电配线应尽量简单，选用电阻率低的导线，现在多使用铜芯导线，铝芯导线使用的较少。由于建筑的规模越来越大，变配电所应深入负荷中心，以减少线路过多而且过长带来的附加线路损耗。

结语

我国的高层建筑设计水平与欧美发达国家相比还是存在着较大的差距，建筑电气节能设计环节也比较薄弱。高层建筑电气设计包括的范围很广，本文就其中的供配电系统设计以及节能设计两个主要的方面进行了研究和分析。提高供配电系统的可靠性和安全性是保证高层建筑内电气能够稳定运行的保证。随着能源供求矛盾的不断加深，建筑业消耗能源多，如何解决节能的问题已经成为了在设计中要考虑的一个重要环节。在进行高层建筑电气设计时，应细心全面地考虑各方面因素，综合技术性和经济性两方面，反复斟酌设计方案，力求达到可行又节能的方案。