某超高层建筑电气设计实例

苑海兵

(北京市建筑设计研究院有限公司，北京 100045)

0 引言

随着我国城市化进程的快速发展，超高层建筑越来越多地出现在大众的视野内。在现代社会中，超高层建筑也逐渐成为一个城市或区域的地标。本文就北京某超高层工程电气设计中的一些心得体会谈一下个人经验，仅供同行参考。

本项目坐落于北京市丽泽金融商务区，总建筑面积为172 800m2。本工程地下4层、地上45层，建筑高度控制在199.9m。地上一层至四十五层为办公，其中在十三层、二十四层、三十五层设避难层；地下一层和地下二层设商业，地下二层、地下三层和地下四层设车库和机房。

1 供电电源

1.1 负荷分级

本工程为超高层建筑，建筑负荷分级为特别重要用户，用电设备负荷分级参照《超高层建筑电气设计与安装》中“超高层建筑负荷分级表”，分级如下。

(1)一级负荷中特别重要负荷：消防控制室内的消防报警及控制设备、应急照明。

(2)一级负荷：消防系统(消火栓泵、喷淋泵、消防电梯及其排水泵、防排烟风机、加压风机、电动防火卷帘等)；航空障碍灯；擦窗机；安防监控系统用电；电子信息系统机房(运营机房、网络机房、弱电机房、安防控制室)用电；客用电梯；生活水泵；排污泵等。

(3)二级负荷：主要通道照明、空调负荷、采暖热交换泵、中水泵、扶梯用电等。

(4)三级负荷：办公租户用电、地下层普通照明、室外照明及一般电力负荷。

1.2 各级负荷供电措施

特别重要负荷：由双重电源供电(其中备用电源为自备柴油发电机提供)，并在末端进行互投。

一级负荷：由双重电源的两个低压回路在负荷端配电箱处自动切换供电。当两路市电同时失电时，柴油发电机提供备用电源。

二级负荷：由两台变压器的两个低压回路在变电所内切换供电。当无特别要求时，负荷端配电箱采用单回路供电，或在负荷端配电箱处自动切换供电。

三级负荷：采用常规供电。

1.3 供电电源

本工程由上级110/10kV变电站馈出的双重10kV电源供电，双重高压电源采用互备方式运行，任一路高压电源可以承担楼内全部一、二级负荷。

1.4 应急电源

为了保证特别重要负荷及消防负荷的供电可靠性，本工程还设置柴油发电机，既作为应急电源使用，同时也作为备用电源使用。当市电全部中断时，柴油发电机能在15～30s内启动达到供电要求；当市电恢复时，机组能够自动退出。

1.5 变配电室位置及变压器容量设置

由于供电负荷较大，供电半径较长，本工程变配电室分散设置，分别设置于地下2层、地下3层及13层避难层和35层避难层，考虑到楼上变配电室内的设备运输、维护的便利性及负荷、荷载等因素的影响，设置于楼上的分变配电室中变压器不宜选择体积大、重量重的变压器，宜选用紧凑型的配电装置。本工程楼上的分变配电室中变压器容量不超过1 250kVA。

变配电室设置参见表1，变配电室位置设置示意图参见图1。

变配电室设置表 表1

图1 变配电室位置设置示意图

1.6 低压配电系统

本工程低压配电系统采用“单母线分段+二段应急母线”，两路市电为分段的单母线供电，中间设置联络断路器；应急母线段由柴油发电机供电，市电与发电机之间采用机械、电气连锁，设置两段应急母线，一段用于应急负荷供电，一段用于备用负荷供电。

1.7 线缆选用及敷设

本工程发电机应急母线采用耐火型密集母线，冷冻机组等大型设备采用密集型母线。消防设备所用主干电缆采用矿物绝缘电缆，消防配电分支线采用交联聚乙烯绝缘无卤低烟阻燃耐火型A级铜芯电力电缆。矿物绝缘电缆中间连接附件的耐火等级不应低于电缆本体的耐火等级，电缆的固定卡环须为铜卡2环。非消防配电主干电缆采用交联聚乙烯绝缘、聚烯烃护套无卤低烟阻燃B级铜芯电力电缆；分支线的导线采用交联聚乙烯绝缘无卤低烟阻燃型铜芯导线。

本工程高压与低压合用管井，做内墙分隔。应急桥架与普通桥架分开设置。

2 照明设计要点

作为地标建筑，应能提供更优越的使用环境以及更高的使用功效。楼控系统作为智能化设计的一个有机组成部分是不可或缺的。

在照明设计中，首先需要选择节能高效的光源，荧光灯光源优选T5型荧光灯管，商业入口、大堂、走廊、电梯间、中庭采用金卤灯及LED光源。在不同区域的照明设计中采用不同的控制要求。

本工程按《民用机场飞行区技术标准》设置航空障碍灯。45m～100m采用中光强障碍灯，150m以上采用高光强障碍灯，航空障碍灯在建筑物四角外轮廓向上设置，障碍灯层间距约45m。航空障碍灯应急电源就近楼层提供，状态由系统结合室外光照度及时间统一控制。

3 防雷及接地安全系统

超高层建筑均按第二类防雷建筑物要求设置防雷装置。建筑物的防雷主要包括建筑物外部防雷措施和建筑物的内部防雷措施。

(1)建筑物的外部防雷

主要防止直击雷和侧击雷直接击在建筑物上产生的破坏作用，外部防雷保护装置主要由接闪器、引下线和接地装置组成。

接闪器：本工程采用金属钢网架作为接闪器。屋面采用钢化玻璃，内设钢网架。南塔设有停机坪，停机坪处采用结构内的钢筋或者暗敷φ10热镀锌圆钢形成10m×10m防雷网格。

引下线：本工程地下利用主体建筑物所有钢筋混凝土柱子内两根φ16以上主筋通长焊接作为引下线，地上采用结构钢柱作为引下线，其各部件之间均应连成电气贯通。引下线上端与屋顶金属钢网架焊接，下端与建筑物基础底梁及基础底板轴线上的上、下两层钢筋内的两根主筋焊接。

防侧击雷：本工程其上部超过45m的部位应防侧击雷，利用布置在建筑物外侧的幕墙金属支架作为接闪器。外墙内、外竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端应与防雷装置等电位联结。

接地装置：本工程采用共用接地装置,以建筑物的基础钢筋作为接地体，要求接地电阻小于0.5Ω，当接地电阻达不到要求时，可补打人工接地极。

当结构基础有被塑料、橡胶等绝缘材料包裹的防水层时，应在高出地下水位0.5m处，将引下线引出防水层，与建筑物周圈接地体连接。

人工接地体距建筑物出入口或人行通道不应小于3m。当小于3m时，为减少跨步电压，应采取下列措施之一：1)水平接地体局部埋深不应小于1m；2)水平接地体局部应包绝缘物，可采用50～80mm的沥青层，其宽度应超过接地装置2m；3)采用沥青碎石地面或在接地体上面敷设50～80mm的沥青层，其宽度应超过接地装置2m。

(2)建筑物的内部防雷

主要防止雷电感应及防雷电波侵入。内部防雷主要采取等电位联结、屏蔽等措施。

1)本工程采用联合接地系统，接地电阻≤0.5Ω。

2)利用基础底板内大于φ16主筋连通形成接地网，每组4根(上下两层主筋)，从1-A轴交点起，基础钢筋网纵横交叉点沿建筑物纵向每10m、 横向每5m可靠绑扎或焊接，每根防雷引下线(本工程利用结构柱内两根直径不小于φ16mm主筋做引下线)与建筑物基础底板主筋连成一体。

3)在本建筑物四周共四处防雷引下线室外地坪上设接地电阻测试井，用于测试接地电阻并预留外补人工接地极条件，在地坪下1.0m处引出钢筋至散水外，当接地电阻达不到设计要求时，应补打人工接地体。

4)建筑物做等总电位连接，在变配电所设总等电位端子板并与室外防雷接地装置联结。直接接地的变压器的中性点与接地装置或接地干线连接，应采用单独的接地线。

5)等电位联结系统通过等电位连接带与下列可导电部分联结：保护线(PE)干线；接地干线；进出建筑物及建筑内各类设备管道(包括给水管、下水管、污水管、热水管、采暖水管等)及金属件；建筑结构钢筋网及建筑物外露金属门窗、栏杆；竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端与防雷装置连接；电梯导轨等。

6)保护接地和功能接地共用接地装置时，如果从装置的任何一点起，保护中性线导体分开为中性导体和保护导体，则从该点起不允许将这些导线互相连接。在分开点，必须分别配置供中性导体和保护导体接线用的端子或母线。电气设备的外露可导电部分应单独与保护导体相连接，不得串联连接。

7)保护线上不应设置保护电器及隔离电器，但允许设置供测试用的只有用工具才能断开的接点。

8)不允许使用蛇皮管、保温管的金属网、薄壁钢管或外皮作接地线或保护线。在低压电力网中，严禁利用大地作相线或中性线。

9)高压三芯电力电缆金属护套或屏蔽层应在线路两终端直接接地。线路中有中间接头时，接头处也应直接接地。

10)在配变电所内安装等电位连接端子箱，将所有进出配变电所的金属管道、金属构件、接地干线等与等电位端子箱有效连接。等电位盘由紫铜板制成。等电位联结均采用各种型号的等电位卡子，绝对不允许在金属管道上焊接。B4层和B1层在主要设备进出管路处从40×4热镀锌扁钢作为等电位带，所有进出建筑物的金属管道均应与之联接，等电位带利用结构墙、柱内主筋与接地极可靠联接。

4 结束语