某超高層住宅電氣設計要點分析

龐靈章， 汪 海

(北京維拓時代建筑設計股份有限公司，北京100025)

0 引言

隨著我國經濟快速發展，人口不斷增長，城市住宅規模需求量擴大，城市中心地段的土地資源越來越稀缺，資源越來越珍貴，同時隨著建造技術的提高，住宅形態向高層發展，建造超高層的趨勢成了必然結果，超高層住宅在城市中心拔地而起。

根據GB 50352-2005《民用建筑設計通則》第3.1.2.3條規定:“建筑高度超過100m的民用建筑為超高層建筑。”超高層住宅較普通高層住宅，其供電系統的可靠性、安全性及消防設計等要求要高出很多，設計中有許多不同之處，現以某超高層住宅工程實例電氣系統設計進行分析，對以后超高層住宅電氣設計提供參考。

1 工程概況

本工程總用地面積1.38萬 m2，總建筑面積9.35萬m2，其中地上建筑面積為7.04萬m2，地下建筑面積為 2.31 萬 m2。 本項目包括 1＃、2＃、3＃樓和地下車庫4個子項。其中2＃樓為超高層，地下3層，地上43層，共2個單元，每個單元1梯4戶。地下為設備機房和戊類儲藏，首層、二層為配套商業，3～43層為住宅(除15層、30層為避難層外)，建筑面積3萬m2，建筑高度130m，1＃、3＃樓均為一類高層住宅。

2 變配電系統

2.1 負荷分級

現行規范及圖集《建筑設計防火規范》、《住宅建筑電氣設計規范》、《超高層建筑電氣設計與安裝》規定，超高層住宅的消防負荷用電、應急照明、走道照明、航空障礙照明、安防系統、客梯、污水泵等為一級負荷，但是超高層由于建筑高度高、建筑規模較大、人員眾多，發生火災后危險性、消防疏散和撲救難度要高于普通的高層住宅，鑒于此，結合項目特點，將火災自動報警系統、應急照明按高一級的負荷要求供電。

2.2 負荷計算

根據北京市地方標準DB11/T 1147-2015《10kV及以下配電網建設技術規范》規定，住宅需單獨設置變電所及變壓器，配套商業及車庫設置獨立變電所及變壓器，供電負荷計算指標如下。

(1)建筑面積80 m2(不含)以下為6kW/戶。

(2)建筑面積 80～120 m2(不含)以下為8kW/戶。

(3)建筑面積 120～150 m2(不含)以下為10kW/戶。

(4)建筑面積150 m2以上的住宅，超過150 m2面積部分按照50W/m2的標準進行計算。

(5)附屬設施按實際需求配置(如地下儲藏室按20W/m2、電梯用電等)。

住宅部分負荷計算見表1。

負荷計算表 表1

根據以上計算，住宅部分選用兩臺800kVA變壓器，負載率70%，滿足當地供電局標準要求。

超高層住宅與以往普通高層住宅負荷密度無太大的區別，如不采用集中制冷空調系統，普通住宅單位面積變壓器裝機容量在25～35VA/m2，根據項目經驗考慮每座小區配電室供電的建筑面積不宜超過4萬(500kVA×2)、5萬(630kVA×2)或6萬m2(800kVA×2)。

2.3 供電電源

超高層住宅至少需要雙重電源供電，當一路電源發生故障時，另一路電源不應同時受到損壞，同時根據《超高層建筑電氣設計與安裝》圖集，超過250m的住宅建筑應設置應急電源或備用電源。本項目坐落在一線城市中心地段，供電電源可靠，建筑高度不超過250m，未考慮設置柴油發電機應急電源，最終采用兩路10kV供電，兩路10kV電源引自兩個區域110kV變電站，滿足GB 50052-2009《供配電系統設計規范》及GB 50016-2014《建筑設計防火規范》(以下簡稱“《建規》”)一級負荷供電的要求。

同時為應急照明、火災自動報警系統考慮第三電源，用以下方式解決。

(1)火災自動報警系統等需要不間斷電源供電的負荷采用設備自帶UPS供電。

(2)應急照明設置鉻鎳電池供電，蓄電池較普通高層連續供電時間加大，≥1.5h。

2.4 電氣用房

變電所位置選擇應滿足GB 50053-2013《20kV及以下變電所設計規范》、JGJ 16-2008《民用建筑電氣設計規范》及當地供電局的有關規定，結合10kV市政進線方向，確定變電所位置。設計人員在設計變電所時，應及時結合當地供電局及政府相關文件要求，是否區分居民用電變電所和其他用電變電所，避免設計的失誤及反復工作。

超高層住宅最大的特點就是“高”，這點引申到供配電設計上就是要考慮供電半徑的問題，不同容量的變壓器，其遠距離帶負荷能力不同，且供電距離與負荷密度大小成反比關系，住宅中占負荷比重最大的是居民用電，經常占到整個負荷的80%甚至以上，用電較分散，變電所設計位置的關鍵原則是靠近用電負荷中心，既保證經濟合理性，又最大化地發揮變壓器的帶負荷能力。

本項目3棟住宅樓設置一處變電所(見圖1)，10kV市政進線方向為地塊南側，最終確定住宅變配電所設置2＃樓南側車庫地下一層，變電所位置至1＃樓最高層表箱185m，至2＃樓最高層表箱170m，至3＃樓最高層表箱175m，基本設置在負荷中心，同時滿足供電半徑要求。

2.5 電壓損失

一般住宅項目電壓損失均能滿足規范要求，本項目針對超高層住宅部分進行了電壓損失校驗，按最不利點屋頂末端表箱進項校驗，共分為兩段(見圖2)，變電所至配電間、配電間至43層電表箱。從變電所至配電柜(見圖3)路由30m，計算負荷Pjs＝192kW，計算電流 324A，電纜采用 4×240＋1×120mm2。配電柜至末端表箱距離140m，計算負荷108kW，計算電流182A， 電纜采用4×95＋1×50mm2。配電柜系統圖見圖2，距離示意圖見圖3，計算如下。

△u%＝△ua%Il＝0.053%/A·km×324A×0.03km＋0.109%/A·km×182A×0.14km＝3.28%，符合規范要求一般場所電壓偏差±5%。

圖1 變電所位置

圖2 供電電纜分段示意圖

3 低壓配電系統

3.1 電纜選擇

根據JGJ 242-2011《住宅建筑電氣設計規范》中6.4.4條規定，超高層住宅消防干線電纜應采用礦物絕緣電纜。普通一類高層住宅根據《建規》中10.1.10.3條規定，如消防電纜與普通電纜分開電井敷設，可不采用礦物絕緣電纜，但工程實際中普通一類高層住宅也很難分開普通與消防負荷強電井，也不能把消防電纜敷設于弱電井中，故一般一類高層住宅消防電纜也會采用礦物絕緣電纜。

超高層住宅與普通一類高層住宅普通干線電纜選用無太大差距，根據規范規定一般選用低煙無鹵阻燃電纜。

3.2 低壓配電

根據使用情況和負荷種類，分為以下4種配電干線。

超高層住宅設置有避難層，電氣配電干線也應按避難層劃分，同一干線不宜同時帶兩個供電區域。

圖3 配電柜系統圖

(1)居民用電干線:居民用電與非居民用電分別從變電所引入專線電源，同層住戶不超過9戶時，同層住戶可采用單相電源供電，同時干線考慮三相平衡，宜為3層的整數倍，且供電局要求干線供電戶數不宜過多，避免大面積停電造成不便。最終本項目干線未選用母線，選用了電纜，考慮6層住戶設置一路干線，樹干式配電。

(2)避難層干線:避難層是用于人員暫時躲避火災及煙氣危害而設置的樓層，火災發生時，要保障避難層內的用電設備可靠工作而不受其他用電設備干擾影響，因此避難層配電需要單專線干線配電，避難層主要是消防風機房、避難走道和避難區域，故單獨設置應急照明箱、消防風機配電箱。

(3)消防負荷干線:消防負荷必須末端切換，均為單獨干線，包含消防風機、消防電梯、消防排水泵等負荷。應急照明設置按避難層設置干線，每個單元共設置地下、1～14層、15層、16～29層、30層、31～43層6段干線，每6層設置一處應急照明箱，照明箱提供各上下三層電源。

(4)普通負荷干線:地下弱電間、客梯設置雙電源切換箱，分別單獨干線；地下儲藏室、屋頂泛光照明設置電源箱，分別單獨干線，泛光照明在各避難層預留配電箱。整個建筑航空障礙燈設置一組干線，分別在各避難層及屋頂設置雙電源切換箱。

4 火災自動報警系統

超高層除按低于100m以下一類高層進行火災自動報警設計外，部分做法與普通高層建筑會有些許不同。

4.1 報警控制器設置

GB 50116-2016《火災自動報警系統設計規范》中3.1.7條規定:“建筑高度超過100m的建筑中，除消防控制室內設置的控制器外，每臺控制器直接控制的火災探測器、手動報警按鈕和模塊等設備不應跨越避難層”。并根據《火災自動報警系統設計規范》圖示14X505-1P13中所示(見圖4)，本項目參照圖4中“圖A”的做法，在消防控制室設置集中報警控制器，未在避難層設置區域報警控制器，報警總線使用耐火線纜。

圖4 報警控制器位置設置

4.2 探測器設置

《建規》中8.4.2條規定:“建筑高度大于100m的住宅建筑，應設置火災自動報警系統”，超高層住戶內除衛生間不設置探測器外，廚房設置感溫探測器，臥室、書房、客廳、餐廳等區域設置點型感煙探測器。

4.3 避難層電話及廣播要求

避難層每隔20m設置一個消防專用電話或電話插口。各避難層內應設獨立的火災應急廣播系統，宜能接收消防控制中心的有線和無線兩種廣播信號。

5 結束語

超高層住宅由于建筑高度高，對電氣設計提出了新的要求。本文介紹了某超高層住宅的電氣供配電系統設計，同時闡述了超高層住宅電氣設計關注的要點，能為同類型超高層住宅設計中提供一定參考，文中不足之處望各位專家及同行批評指正。