超高層建筑電氣技術淺析

張紅元

摘 要：通過探討超高層建筑的高低壓供配電系統設計、防雷及保護接地系統設計、消防系統設計，弱電系統設計以及設計中應注意的問題，使設計人員了解和掌握超高層建筑電氣設計的方法。

關鍵詞：超高層建筑 供配電 防雷及保護接地 弱電系統設計

一、應注意的問題

1.1 負荷等級及供電電源

超高層建筑按現行的國家規范要求，消防用電設備如消防水泵、消火栓轉輸水泵、自噴接力泵、消防電梯、防排煙風機、消控控制中心，應急照明和疏散指示燈；客梯電力，生活水泵用電、排污水泵，電話機房和保安，航空障礙燈等用電設備均應按一級負荷中特別重要的負荷要求供電。其余用電負荷分別為二級或三級。

超高層建筑的供電電源，應采用10KV雙回路供電。10KV雙回路供電電源分別來自不同的變電站；也可以是來自雙回路超高壓供電的城市變電站的兩段獨立母線。

1.2 10KV供電系統設計

超高層建筑供電變電所10KV結線，宜采用單母線分段形式，當有多臺變壓器組供電時可以分多段，一般為兩臺變壓器為一組。10KV外部接線宜考慮環網供電結線形式，可以完善10KV系統的環網結線，提高10kV配電網的安全可靠性。如選用SM6環網配電柜，既能改進用戶變電所的高壓開關柜的整體質量，提高用戶變電所的安全可靠性，又能適當降低電氣設備的投資及變配電所的土建面積，同時也為推廣用戶變電所無人值班創造條件。

10kV用戶變電所主結線方案采用中置式開關柜，電源進線柜可以設置保護，變壓器出線開關采用斷路器柜。選用斷路器柜時主要是針對單臺變壓器容量大于或等于1000kVA時采用、斷路器作為變壓器的主保護。10KV結線系統采用微機保護系統，微機保護系統主機裝于值班室內。

二、超高層建筑電氣線路防火設計

超高層建筑火災危險性大、人員密集，防止電氣線路火災特顯重要。（GB50045～95）《高層民用建筑設計防火規范》（2005年版）9.5.1條：高層建筑內火災危險性大、人員密集等場所宜設置漏電火災報警系統。在重要消防設備供電回路上設置用于報警不切斷電源的電氣火災監控探測器。超高層建筑消防設備供電線路的供電可靠性要求相當高，要確保火災情況下的正常供電。

三、超高層建筑消防設備用的電源配電箱的安裝

超高層建筑一旦發生火災，引起的損失和影響是巨大的。超高層建筑緊急疏散需要的時間也大于其他建筑，各個樓層供消防設備用的電源配電箱，在火災發生時仍然需要正常持續供電，所以這類配電設施就要安裝在有一定耐火等級保護的場所里。超高層建筑避難層、樓層電氣配電間、電氣管道井耐火等級要求為一級。可以將供消防設備用的電源配電箱安裝在上述場所里。

四、超高層建筑消防供水配電設計

超高層的水專業消防設計與一般的高層建筑有較大的不同，由于超高層建筑的高度高，消火栓泵和自噴泵已經不能從消防水泵房直接供水至頂層的消防滅火設備，消防部門要求在大樓中間的設備層（避難層）增設消防系統的加壓設備，以保證自動滅火設備的正常運行。對消防水泵，應根據水專業的要求，利用消防控制設備進行可靠的控制，滿足在不同的區域發生火災時都能準確啟動相應的消防水泵，供水滅火。

對于消火栓系統，當消火栓動作或經火災確認后，消防系統能直接或經消控中心聯動啟動消火栓泵供水滅火，當低區發生火災時，直接啟動地下室消防水泵房的低區消火栓泵，當高區發生火災時，直接啟動避難層

消防加壓水泵房的高區消火栓泵，并同時啟動地下室消防水泵房的消火栓轉輸水泵。

對于水噴淋系統，當各層的水流指示器及設在消防水泵房的報警壓力開關同時動作時，消防系統能直接或經消控中心聯動啟動自噴泵供水滅火，當低區發生火災時，直接啟動地下室消防水泵房的低區自噴泵。當高區發生火災時，直接啟動避難層消防加壓水泵房的高區自噴泵，并同時啟動地下室消防水泵房的自噴轉輸水泵。在火災延續時間內，當由消防車通過水泵結合器供水的情況下，對高區發生的火災，可通過消防加壓水泵房的自噴接力泵向高區的消防滅火設備供水。

五、超高層建筑防雷及接地保護設計中的問題

超高層建筑防雷等級的定性，按照（GB50057―94）《建筑物防雷沒計規范》2.0.2第八，九條復核計算。在計算建筑物年預計雷擊次數時，其每邊的擴大寬度應按等于建筑物的高度H計算。建筑物的等效面積應按下式確定：Ae=[LW+2H（L+W）+丌H2]Xl0由于現有專業電氣設計軟件，有的計算建筑物年預計雷擊次數是按建筑物高度為100m以下來編制的，在做超高層建筑防雷計算時應注意。

經過計算超高層建筑大多為二級以上防雷建筑，防直擊雷措施應按GB50057―94）《建筑物防雷設計規范》的要求設置。屋頂應設置防直擊雷的避雷針和避雷帶相結合防雷網，屋頂所有金屬管道設備外殼均應可靠接地。在做接地時不應該忘記航空障礙燈等設施。

防側擊雷措施，每三層的均壓環要確保與建筑物主體鋼筋的連通性，在預計雷擊活動頻繁的地區，還應考慮在樓層區域均壓環處設置浪涌保護器，以解決局部泄放雷電流引起的過電壓問題超高層建筑的接地保護應該采用防雷接地與弱電系統共用接地極的共用接地方式。電源系統應該考慮設置三級浪涌保護裝置，弱電信號線纜系統在引入建筑處設置浪涌保護器。

六、超高層建筑弱電系統的設計

智能網絡系統是超高層建筑的神經系統，其規模大、節點多，各類建筑智能化系統配置應按照（GB/T50314―2006）《智能建筑設計標準》附錄A～J的要求配置。

智能建筑的智能化系統工程設計主要由智能化集成系統、信息設施系統、信息化應用系統、建筑設備管理系統、公共安全系統、機房工程和建筑環境等設計要素構成。信息網絡系統要滿足各類網絡業務信息傳輸與交換的高速、穩定、實用和安全為原則，來設計。采用以太網等交換技術和相應的網絡機構方式，設計可采用二層或三層的網絡機構。系統桌面用戶接人可根據需要選擇配置l0/l00/1000Mbit信息端口。主干網絡根據需要采用樹干光纖傳輸網絡，根據工作業務需求配置服務器和信息端口。

超高層建筑機房工程在設計中應滿足（GB/T50314―2006）《智能建筑設計標準》3.7.3條的要求。有大量引出電纜的通信接入設備機房應設在建筑物底層或地下一層。對于群體建筑，通信系統總配線設備機房宜設置在中心位置。樓層弱電間應獨立設置，上下位置宜垂直對齊，弱電管道井在穿越樓板的位置應做防火封堵，樓層弱電間和弱電管道井均應按耐火等級為一級考慮，各工作區的凈高不低于2.5m。

結束語

超高層建筑高度高，人員密集，對供電的可靠性以及消防等的要求必須安全可靠，一旦發生火災，消防及重要設備供電應能正常工作，確保有足夠的時間滿足人員安全疏散。對高低壓配電系統應能靈活控制。變壓器供電負荷容量較大，應合理劃分供電區域，根據季性負荷的變化適時切除相關供電變壓器的運行，以達到節能的目的。對消防水泵，應根據水專業的要求，利用消防控制設備進行可靠的控制，滿足在不同的區域發生火災時都能準確啟動相應的消防水泵，供水滅火。