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1、基于超高层建筑的电气设计技术分析【摘要】本文根据以往超高层建筑电气设计项目的设计经验，剖析超高层建筑电气设计的特点，并对超高层建筑电气设计的特点及技术进行分析，以供同僚参考。【关键词】超高层建筑电气设计要点技术超高层建筑具有建筑规模大，建筑高度高的特点，这使其具有用电负荷大、输配电距离长、变配电系统复杂、供电安全性要求高、雷击风险大、若发生火灾扑救困难、人员密集疏散时间长等特点。由于其对建筑安全性、可靠性的特殊要求，给电气设计带来的变化是十分巨大的。一、超高层建筑的电气设计1 .超高层建筑电气设计特点1.1 超高层建筑规模大，建筑高度高，具有用电负荷大、输配电距离长、变配电系统结构复杂、供电安
2、全性要求高的电气特点。1.2 超高层建筑内人员密集，疏散距离长，事故发生时人员疏散困难，因此,对防灾用电设备及应急照明等的供电安全性、可靠性要求很高。另外，低压配电线路的长度一般不宜超过250m。当不能满足供电半径要求时，在超高层建筑的避难层应设置楼层变电所。2 .超高层建筑应急电源与备用电源超高层建筑建筑规模大，建筑高度高，若发生火灾扑救困难、人员密集、疏散时间长，除设置可靠的市电电源以外,还应设置柴油发电机组作为其应急电源。超高层建筑的应急电源与备用电源设计时应注意以下几个问题：（1）超高层公共建筑的一级负荷中特别重要的负荷的负荷量较大，正常电源断电后要求持续供电时间长，所以应配备柴油发电
3、机组作为其应急电源；超高层公寓建筑的消防用电负荷、应急照明、航空障碍照明、生活水泵宜设自备电源供电，自备电源宜采用柴油发电机组。（2）超高层建筑的A级电子信息系统机房应配置自备柴油发电机电源，容量应包括不间断电源系统、空调和制冷设备的基本容量及应急照明和关系到生命安全等需要的负荷容量。应急电源采用柴油发电机组时，其电压等级选择应考虑如下因素：（1）建筑物高度在100300m时（除数据中心大楼外），应采用低压柴油发电机组；建筑物高度大于300400m时，需进行经济技术比较后确定采用0.4kV低压柴油发电机组或IOkV柴油发电机组；建筑物高度大于40Om时，宜选用IOkV柴油发电机组。需要注意的是
4、，以上结论是基于低压传输干线采用电力电缆+密集型母线槽组合的配电方式考虑的，在相同电压降的前提下，还考虑了加大电缆截面或降低电缆载流量来加大传输距离。（2）选用中压柴油发电机组时，中压柴油发电机组的接地形式宜与市电系统一致；当发电机中性点需接地时，宜通过真空接触器与接地电阻相连接，接地电阻应装在接地电阻柜内。当有多台中压柴油发电机组并机运行时，为减少中性导体产生的三次谐波环流，可将其中一台发电机的中性点接地。3 .超高层建筑配电方式超高层低压配电系统配电方式分为放射式和树干式，放射式配电系统的供电可靠性高，超高层建筑中消防负荷及一级负荷中特别重要的负荷宜采用放射式方式供电；树干式供电时，每根电
5、缆干线配电层数不宜超过8层；各避难层的交直流电源，应按避难层分别供给，并在末端互投；配电干线应按避难层划分供电区域，同一干线不应同时带两个区域单元的用电负荷。4 .超高层建筑导体的选择及敷设超高层建筑导体选择时应考虑建筑物的扰动，虽然采用密集型母线槽作为供电载体，可承载数千安的负荷电流，但由于母线槽是刚性结构，使用时应慎重。如在地震烈度较高的地区建设的超高层建筑宜采用电缆供电，电缆在抗震方面的安全性远高于密集型母线槽，性价比也高于密集型母线槽。超高层建筑的线缆选型，应为阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆、电线,或无烟无卤电力电缆、电线；消防设备的配电干线和分支干线（应急照明和疏散指示标志除外）
6、应采用矿物绝缘电缆。火灾自动报警系统的供电线路、消防联动控制线路应采用耐火铜芯电线电缆；报警总线、消防应急广播和消防专用电话等传输线路应采用阻燃或阻燃耐火电线电缆。5 .超高层建筑应急照明超高层建筑的避难层（间）疏散照明的地面平均水平照度值不应低于31x,垂直疏散区域、避难走道不应低于51xo在北京市建设的超高层建筑还应采取加强措施,疏散走道、疏散楼梯间和避难区内的地面最低应急照度值不应低于IOlx,其他区域不应低于5以。建筑高度大于IOOm的民用建筑，疏散照明的备用电源的连续供电时间不应小于1.5ho值得注意的是：超高层建筑中大型商业的备用照明应按一级负荷供电，而大型商业的营业厅照明也需要按
7、一级负荷供电，所以备用照明不需单独设置；设置停机坪的超高层建筑，应在停机坪四周设置应急照明。6 .超高层建筑航空障碍灯应在建筑物的最高层构造物的最高部位装设障碍标志灯，当制高点的平面面积较大时，除在最高端装设外，还应在其外侧转角的顶端分别设置。障碍标志灯的水平、垂直距离不宜大于45m。建筑物的顶部高出其周围地面45m以上，必须在其中间层加设障碍灯，中间层的距离必须不大于45m并尽可能相等，超高建筑物尤其要考虑中间层加设障碍灯。设置停机坪的超高层建筑，应在停机坪四周设置航空障碍灯。二、超高层建筑防雷及接地依据规范，超高层建筑物应划为第二类防雷建筑物，由于超高层建筑物的用户多为重要企业办公或特级、
8、一级金融机构、五星级酒店等，根据电子信息系统的重要性、使用性质和价值角度考虑，系统的雷电防护等级宜按A级设计。设计时应计算建筑物年预计雷击次数、防雷装置拦截效率，超高层建筑各项雷击风险指数均很高。由于超高层建筑的建筑高度均超过滚球半径，因此有侧击雷击中建筑物中上层表面的几率。具体实施应采用防直击雷、侧击雷、闪电感应、电磁脉冲等措施，并做好总等电位连接。此外强电机房、智能化电子信息机房接地宜采取接地干线方式，各层强、弱电机房分别接至强、弱电竖井内的接地干线;当超高层屋顶设有直升机停机坪时，不应在安全区内设避雷针，设在安全区以外的避雷针上应装设航空障碍标志灯。三、超高层建筑防灾设计建筑高度大于IO
9、Om的公共建筑，应设置避难层（间）。第一个避难层（间）的楼面至灭火救援场地地面的高度不应大于50m,两个避难层（间）之间的高度不宜大于50m。各避难层的交直流电源，应按避难层分别供给，并在末端互投；建筑物中的电缆竖井，宜按避难层上下错位设置。超高层建筑，除游泳池、溜冰场外，均应设火灾自动报警系统。各避难层内应设独立的火灾应急广播系统，应能接收消防控制中心的有线无线两种播音信号；各避难层与消防控制中心之间应设置独立的有线和无线呼救通信；除消防控制室内设置的控制器外，每台控制器直接控制的火灾探测器、手动报警按钮和模块等设备不应跨越避难层；各避难层应设置消防专线电话和应急广播；在避难层（间）进入楼梯
10、间的入口处和疏散楼梯通向避难层（间）的出口处，设置明显的指示标志。四、结语以上章只是针对超高层建筑的特点归纳的关键性技术，具体设计还应结合不同建筑类型的电气设计要求进行，并注重对系统的安全性、可靠性、节能方案做充分的论证，才能迎接和不惧这种独特的建筑形式给电气设计带来的挑战。超高层建筑电气技术浅析摘要：通过探讨超高层建筑的高低压供配电系统设计、防雷及保护接地系统设计、消防系统设计，弱电系统设计以及设计中应注意的问题，使设计人员了解和掌握超高层建筑电气设计的方法。关键词：超高层建筑供配电防雷及保护接地弱电系统设计一、应注意的问题1.1负荷等级及供电电源超高层建筑按现行的国家规范要求，消防用电设备
11、如消防水泵、消火栓转输水泵、自喷接力泵、消防电梯、防排烟风机、消控控制中心，应急照明和疏散指示灯；客梯电力，生活水泵用电、排污水泵，电话机房和保安，航空障碍灯等用电设备均应按一级负荷中特别重要的负荷要求供电。其余用电负荷分别为二级或三级。超高层建筑的供电电源，应采用IoKV双回路供电。IOKV双回路供电电源分别来自不同的变电站；也可以是来自双回路超高压供电的城市变电站的两段独立母线。1.210KV供电系统设计超高层建筑供电变电所IOKV结线，宜采用单母线分段形式，当有多台变压器组供电时可以分多段，一般为两台变压器为一组。IOKV外部接线宜考虑环网供电结线形式，可以完善IOKV系统的环网结线，提
12、高IOkV配电网的安全可靠性。如选用SM6环网配电柜，既能改进用户变电所的高压开关柜的整体质量，提高用户变电所的安全可靠性，又能适当降低电气设备的投资及变配电所的土建面积，同时也为推广用户变电所无人值班创造条件。IOkV用户变电所主结线方案采用中置式开关柜，电源进线柜可以设置保护,变压器出线开关采用断路器柜。选用断路器柜时主要是针对单台变压器容量大于或等于IOOOkVA时采用、断路器作为变压器的主保护。IOKV结线系统采用微机保护系统，微机保护系统主机装于值班室内。二、超高层建筑电气线路防火设计超高层建筑火灾危险性大、人员密集，防止电气线路火灾特显重要。（GB5004595）高层民用建筑设计防
13、火规范（2005年版）9.5.1条：高层建筑内火灾危险性大、人员密集等场所宜设置漏电火灾报警系统。在重要消防设备供电回路上设置用于报警不切断电源的电气火灾监控探测器。超高层建筑消防设备供电线路的供电可靠性要求相当高，要确保火灾情况下的正常供电。三、超高层建筑消防设备用的电源配电箱的安装超高眉建筑一旦发生火灾，引起的损失和影响是巨大的。超高层建筑紧急疏散需要的时间也大于其他建筑，各个楼层供消防设备用的电源配电箱，在火灾发生时仍然需要正常持续供电，所以这类配电设施就要安装在有一定耐火等级保护的场所里。超高层建筑避难层、楼层电气配电间、电气管道井耐火等级要求为一级。可以将供消防设备用的电源配电箱安装
14、在上述场所里。四、超高层建筑消防供水配电设计超高层的水专业消防设计与一般的高层建筑有较大的不同，由于超高层建筑的高度高，消火栓泵和自喷泵已经不能从消防水泵房直接供水至顶层的消防灭火设备，消防部门要求在大楼中间的设备层(避难层)增设消防系统的加压设备，以保证自动灭火设备的正常运行。对消防水泵，应根据水专业的要求，利用消防控制设备进行可靠的控制，满足在不同的区域发生火灾时都能准确启动相应的消防水泵，供水灭火。对于消火栓系统，当消火栓动作或经火灾确认后，消防系统能直接或经消控中心联动启动消火栓泵供水灭火，当低区发生火灾时，直接启动地下室消防水泵房的低区消火栓泵，当高区发生火灾时，直接启动避难层消防加
15、压水泵房的高区消火栓泵，并同时启动地下室消防水泵房的消火栓转输水泵。对于水喷淋系统，当各层的水流指示器及设在消防水泵房的报警压力开关同时动作时，消防系统能直接或经消控中心联动启动自喷泵供水灭火，当低区发生火灾时，直接启动地下室消防水泵房的低区自喷泵。当高区发生火灾时，直接启动避难层消防加压水泵房的高区自喷泵，并同时启动地下室消防水泵房的自喷转输水泵。在火灾延续时间内，当由消防车通过水泵结合器供水的情况下，对高区发生的火灾，可通过消防加压水泵房的自喷接力泵向高区的消防灭火设备供水。五、超高层建筑防雷及接地保护设计中的问题超高层建筑防雷等级的定性，按照(GB5005794)建筑物防雷没计规范2.0
16、.2第八，九条复核计算。在计算建筑物年预计雷击次数时，其每边的扩大宽度应按等于建筑物的高度H计算。建筑物的等效面积应按下式确定:Ae=LW+2H(L+W)+7H2JX10由于现有专业电气设计软件，有的计算建筑物年预计雷击次数是按建筑物高度为IOOm以下来编制的,在做超高层建筑防雷计算时应注意。经过计算超高层建筑大多为二级以上防雷建筑，防直击雷措施应按GB50057-94)建筑物防雷设计规范的要求设置。屋顶应设置防直击雷的避雷针和避雷带相结合防雷网，屋顶所有金属管道设备外壳均应可靠接地。在做接地时不应该忘记航空障碍灯等设施。防侧击雷措施，每三层的均压环要确保与建筑物主体钢筋的连通性，在预计雷击活
17、动频繁的地区，还应考虑在楼层区域均压环处设置浪涌保护器，以解决局部泄放雷电流引起的过电压问题超高层建筑的接地保护应该采用防雷接地与弱电系统共用接地极的共用接地方式。电源系统应该考虑设置三级浪涌保护装置，弱电信号线缆系统在引入建筑处设置浪涌保护器。六、超高层建筑弱电系统的设计智能网络系统是超高层建筑的神经系统，其规模大、节点多，各类建筑智能化系统配置应按照(GB/T503142006)智能建筑设计标准附录AJ的要求配置。智能建筑的智能化系统工程设计主要由智能化集成系统、信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统、机房工程和建筑环境等设计要素构成。信息网络系统要满足各类网络业务信
18、息传输与交换的高速、稳定、实用和安全为原则，来设计。采用以太网等交换技术和相应的网络机构方式，设计可采用二层或三层的网络机构。系统桌面用户接人可根据需要选择配置10/100/1000Mbit信息端口。主干网络根据需要采用树干光纤传输网络，根据工作业务需求配置服务器和信息端口。超高层建筑机房工程在设计中应满足(GB/T503142006)智能建筑设计标准3.7.3条的要求。有大量引出电缆的通信接入设备机房应设在建筑物底层或地下一层。对于群体建筑，通信系统总配线设备机房宜设置在中心位置。楼层弱电间应独立设置，上下位置宜垂直对齐，弱电管道井在穿越楼板的位置应做防火封堵，楼层弱电间和弱电管道井均应按耐火等级为一级考虑，各工作区的净高不低于2.5m。结束语超高层建筑高度高，人员密集，对供电的可靠性以及消防等的要求必须安全可靠，一旦发生火灾，消防及重要设备供电应能正常工作，确保有足够的时间满足人员安全疏散。对高低压配电系统应能灵活控制。变压器供电负荷容量较大，应合理划分供电区域，根据季性负荷的变化适时切除相关供电变压器的运行，以达到节能的目的。对消防水泵，应根据水专业的要求，利用消防控制设备进行可靠的控制，满足在不同的区域发生火灾时都能准确启动相应的消防水泵，供水灭火。
