高層建筑電氣設(shè)計探析

方 淦 林

(浙江崇德建設(shè)有限公司，浙江 桐鄉(xiāng) 314500)

高層建筑電氣設(shè)計探析

方 淦 林

(浙江崇德建設(shè)有限公司，浙江 桐鄉(xiāng) 314500)

就高層建筑的負(fù)荷分級以及高、低壓配電系統(tǒng)的框架設(shè)計進行分析，討論了自發(fā)電以及應(yīng)急電源的設(shè)計思路，重點論述了消防和照明的實施，并對新能源接入、防過電壓侵襲等進行了探析，以提升高層建筑電氣設(shè)計水平。

高層建筑，電氣設(shè)計，供電系統(tǒng)，防雷設(shè)計

0 引言

高層建筑的特點是樓層多、面積廣、功能復(fù)雜、人員密集，因此其在用電方面的需求必然是大負(fù)荷、高供電可靠性、“苛刻”的用電安全性。鑒于此，一定要從各個方面來規(guī)范高層建筑的電氣設(shè)計。筆者結(jié)合多年工作實踐，就該課題進行全方位探析，以期為提升高層建筑的電氣設(shè)計水平而拋磚引玉。

1 負(fù)荷分級及配電系統(tǒng)設(shè)計

1.1 負(fù)荷分級

將高層建筑的用電負(fù)荷按不同重要性進行分級，既是經(jīng)濟設(shè)計的需要，也是出于安全管理的考量。負(fù)荷分級主要要確定一級負(fù)荷。雖然不同的高層建筑用途不一，但其一級負(fù)荷的范圍大致一致：即指消防用電、大樓管理中心計算機系統(tǒng)、安防及智能控制系統(tǒng)、應(yīng)急照明、生活給水系統(tǒng)、客梯、排污泵、航空障礙照明等。一級負(fù)荷級要求有兩個獨立電源供電，且每個電源能承擔(dān)全部負(fù)荷。這樣就能確定高層建筑的中低壓配電系統(tǒng)的大致框架。

1.2 中壓供電方式的確立

主要指供電電壓等級的選擇、主接線形式的選擇等。一般來說，高層建筑的電源構(gòu)建應(yīng)遵循以下原則：

1)進線至少兩路，且相互獨立，最好是來自不同區(qū)域(如不同220 kV變電所下轄的110 kV變電所)。

2)電源電壓等級宜選擇10 kV，周圍有20 kV電源點也可考慮20 kV，但前提是兩個20 kV電源分屬不同變電所。進線最好為專線。

3)需要配設(shè)柴油發(fā)電機作為應(yīng)急電源，柴油發(fā)電機的類型與建筑高度相匹配。

4)兩路進線電源應(yīng)同時使用，并互為備用。當(dāng)其中一路故障或檢修，另一路應(yīng)能保證所有二級及以上負(fù)荷的用電。

5)供配電系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)宜采用主配電所—分配電所結(jié)構(gòu)，保護設(shè)在主站，分站進線配負(fù)荷開關(guān)。主配電所的主接線用單母線分段，并以放射式引至各分配電所。配電級數(shù)不能多于兩級。

6)主配電所可設(shè)在地下1層或首層，分配電所應(yīng)靠近負(fù)荷中心，可設(shè)在避難層、頂層等處。所有配電所不應(yīng)設(shè)在有伸縮縫、沉降縫以及漏水危險的地方。分配電所變壓器容量不宜超1 000 kVA。

7)條件允許，應(yīng)當(dāng)設(shè)電纜夾層(高度在1.8 m～3.2 m)。低壓無功補償要求功率因數(shù)達到0.90。

8)除了配置常規(guī)的電流保護之外，還應(yīng)根據(jù)變電所側(cè)中性點接地方式情況考慮是否需要零序保護。如浙江某地全境推進20 kV改造，其電網(wǎng)接地采用經(jīng)小電阻接地，這樣，該境內(nèi)的高層建筑主配電所應(yīng)設(shè)置零序速斷保護，信號接入事故信號回路。

9)高壓部分(即10 kV部分)宜采用集中控制方式并集中監(jiān)視，主配電所采用直流操作電源。

1.3 低壓供電方式框架

1)低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般為三級配電方式，即總配電、區(qū)域配電和終端配電。三級之間的動作次序通過保護選擇性來保證。

2)對于水泵、電梯等單臺容量較大的負(fù)載，應(yīng)采用放射式配電；對于辦公、商業(yè)等負(fù)載，采用樹干式配電；對于消防負(fù)載，應(yīng)采用雙回路末級自動切換或雙電源供電。

3)低壓配電系統(tǒng)主接線可選兩類，如表1所示。

表1 低壓系統(tǒng)主接線及適用范圍

4)關(guān)于布線系統(tǒng)：a.宜設(shè)置獨立豎井；b.盡量不用穿刺線夾接線方式；c.分設(shè)應(yīng)急橋架與普通橋架。

2 自發(fā)電和應(yīng)急電源設(shè)計

公用電網(wǎng)不可避免會有故障或檢修，因此高層建筑的自發(fā)電及應(yīng)急電源建設(shè)非常重要。

從安全角度出發(fā)，高層建筑的自發(fā)電和應(yīng)急電源應(yīng)采用柴油作動力。柴油發(fā)電機的額定輸出電壓(分400 V和10 kV)根據(jù)供電半徑、負(fù)荷大小、單臺電動機最大啟動容量等因素綜合考慮。柴油發(fā)電機可設(shè)置在地下1層或首層，不能設(shè)置在避難層和頂層，其單臺最大容量不得大于1 600 kW，機組負(fù)荷率宜為75%。

市電與發(fā)電機轉(zhuǎn)換用的ATSE要求：4極、PC級、三位式，ATSE與其之前的短路保護器有可靠配合。應(yīng)急電源容量按維持10 min考慮。

3 諧波治理

高層建筑的諧波主要為3次諧波和5次諧波。其中，3次諧波源是那些2脈沖裝置，如顯示器、UPS、節(jié)能燈等；5次諧波是帶變頻設(shè)備的電器(如電水泵、空調(diào)等)。關(guān)于諧波的抑制：a.按XL=14%XC的要求在低壓配電柜設(shè)置調(diào)諧濾波電容器組；b.在中心機房、電信機房等處設(shè)置專用源濾波器，以實現(xiàn)對諧波的動態(tài)補償。

4 照明設(shè)計

1)照明設(shè)計應(yīng)遵循節(jié)能原則。為此要做到：a.結(jié)合建筑物結(jié)構(gòu)進行燈光布置，要求盡量使用自然光；b.電線排布合理，導(dǎo)線截面選擇科學(xué)；c.公共部位的照明采用高效光源；d.景觀照明、樓梯間等場所采用時間開關(guān)通自動控制；e.夜間定時降低照度；f.按工況合理選擇水泵及風(fēng)機容量，并通過變頻、BA等手段實現(xiàn)節(jié)能運行。

2)關(guān)于航空障礙燈。a.應(yīng)在建筑物最高端和外側(cè)轉(zhuǎn)角的頂端分別裝設(shè)；b.障礙標(biāo)志燈負(fù)荷應(yīng)按主一級負(fù)荷中最重要負(fù)荷來考慮；c.障礙標(biāo)志燈應(yīng)采用自動通斷電源的控制裝置，并設(shè)變化光強的措施。

5 消防設(shè)計

1)消防系統(tǒng)應(yīng)選擇控制中心報警系統(tǒng)。火災(zāi)探測器設(shè)置部位符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。

2)針對高大空間感煙感溫探測器保護有死角的問題，可輔以配置紅外光束感煙探測器。

3)為了提升火災(zāi)早期探測能力，有條件可采用吸氣式煙霧探測火災(zāi)報警系統(tǒng)。

4)大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，高層建筑中因電氣短路引發(fā)的火災(zāi)趨于上升趨勢。因此有必要在電氣豎井、配電箱等處安裝纜式感溫探測器或電纜溫度傳感器，利用剩余電流動作報警系統(tǒng)來監(jiān)控電纜溫度。

6 防過電壓設(shè)計

高層建筑的過電壓一般為兩類，一類為強電性質(zhì)的雷擊；一類為弱電性質(zhì)的浪涌。兩者互為聯(lián)系。

1)防雷擊。a.在用等效面積算法對高層建筑年雷擊次數(shù)進行預(yù)計時，應(yīng)注意每邊擴大寬度按建筑物高度計算，同時考慮其周邊兩倍本建筑物高度范圍內(nèi)的其他建筑物的影響；b.當(dāng)屋頂設(shè)有直升機停機坪，應(yīng)避免避雷針對直升機的影響；c.燃?xì)夥派⒐艿墓茼敾蚱涓浇鼞?yīng)設(shè)避雷針，其針尖高出管頂大于3 m；d.使用鋼筋混凝土中的鋼筋作為防雷引下線，若鋼筋直徑大于16，則一組引下線使用兩根鋼筋；若鋼筋直徑小于12，則引下線需包含四根鋼筋。聯(lián)合接地的接地電阻要求1 Ω以下。

2)防浪涌。對于雷電防護等級B級以上的高層建筑，應(yīng)在變壓器出線、各層總配電箱、交換機房、通信機房、計算機房等處設(shè)置浪涌保護器，并且布置為總線式智能化，以利于進行在線跟蹤和及時更換。

7 新能源接入

隨著傳統(tǒng)一次化石能源的日益緊張和環(huán)境狀況的逐步惡化，使用清潔新能源成為必然趨勢。高層建筑面積大、樓層高，是使用太陽能的理想場所。

1)應(yīng)用方式。因為經(jīng)光伏電池轉(zhuǎn)化的太陽能是直流形式，為減少逆變消耗和成本投入，可采用LED為應(yīng)用終端。相關(guān)應(yīng)用原理如圖1所示。

2)注意點。a.應(yīng)結(jié)合高層建筑的用電規(guī)律選擇光伏組件的最大功率點跟蹤算法和光伏電池的總裝機容量等等；b.注意光伏系統(tǒng)雙模式(即與市電并網(wǎng)運行和單獨運行兩種模式)切換的無縫進行。

8 結(jié)語

高層建筑的電氣設(shè)計可謂點多面廣，其包含供電系統(tǒng)設(shè)計、配電系統(tǒng)設(shè)計、消防設(shè)計、防過電壓設(shè)計、節(jié)能設(shè)計、照明設(shè)計等眾多專業(yè)，特別隨著新能源的加入，高層建筑電氣設(shè)計更是增添了許多想象空間。限于篇幅，文章未能就各個方面均做詳細(xì)闡述。

總而言之，要保證高層建筑的良性運轉(zhuǎn)，在電氣設(shè)計上一定要做到：節(jié)能、科學(xué)、安全、經(jīng)濟。

[1] 傅永平.超高層建筑電氣設(shè)計[J].上海:現(xiàn)代建筑電氣，2012，22(8)：221-222.

[2] 程祖本.對當(dāng)前我國高層民用建筑防火系統(tǒng)電氣設(shè)計的研討[J].消防科學(xué)與技術(shù),2009，11(2)：31-32.

[3] 曹金龍.對高層建筑電氣設(shè)計分析[J].民營科技,2013，11(6)：248-249.

The electrical design of high-rise building

Fang Ganlin

(ZhejiangChongdeConstructionCo.,Ltd,Tongxiang314500,China)

This paper firstly analyzes the load grade of high-rise buildings and the high and low voltage power distribution system design framework, and then discuss the design thought of self power and emergency power supply, and then focuses on the implementation of fire and lighting, the last of the new energy access, protection of overvoltage invasion. The purpose of this article is to hope to enhance the level of electrical design of high-rise buildings.

high-rise building, electrical design, power supply system, lightning protection design

2015-02-03

方淦林(1979- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)12-0117-02

TU972.8

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