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

　　1、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10KV双回路供电。10KV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10KV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。10KV外部接线宜考虑环网供电结线形式，可以完善10KV系统的环网结线，提高10kV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。

　　10kV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1000kVA时采用、断路器作为变压器的主保护。10KV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。

　　1.3供电配电所设置

　　超高层建筑供电变电所的设置，应按照（JGJ16―2008）《民用建筑电气设计规范》4.2.1；4.2.2；4.2.3条所确定的原则设置。

　　一般超高层建筑主要用电负荷如中央空调机房、水泵房等均设存地下层，其他较大的用电负荷主要没置存一层及以上的裙楼，而且地L建筑高度不超过200m，由变配电所引至屋顶用电设备的供电距离也还存比较经济合理的范围内，为使变压器尽尽量靠近负荷中心，因此一般在设计中将变配电所设在地下一层，而将柴油发电机房设在变配电所附近。

　　超高层建筑在楼层较高（如超过200m），供电负荷较大，供电半径较长，负荷也相对比较集中的镂层，可分散设置区域配电中心。区域配电中心可分设避难层、设备层及屋顶层等处。

　　对于超过200m的超高层建筑，一般在建筑的上部避难层及屋顶也设置了较多的用电设备，当由单个变配电所直接供电不是很经济时，可号虑在上部的避难层再设置一个变配电所，以减少该部位用电设备的供电半径，但设置该变电所应考虑变压器的垂直运输通道以及设备对楼板荷重的影响，单台变压器的容量不宜超过800kVA。

　　各区域配电中心变压器的设置，可根据所供电的服务范同负荷容量来确定。超高层建筑中设备层负荷相对集中，在条件允许的情况下，也可以考虑设置箱式变电站供电。

　　在超高层建筑群中还应考虑1OkV中心开闭所，要确保每个lOkV区域配电中心有10kV双回路供电电源。从1OkV中心开闭所馈出的供电干线可采用放射式供电至各区域配电中心，各区域配电中心又采用环网式连接作为备用供电联络线，在其供电断路器选择时要考虑穿越功率的影响。

　　1.4供电电压等级选择

　　超高层建筑一般采用10KV作为供电电压等级。在确定超高层建筑供电电压等级时，还应考虑当建筑面积较大、供电负荷容量较大，并且超过10kV电压等级的经济输送容量时，要采用35kV的电压等级供电，但不宜采用三个及以上的电压等级供电。

　　1.5供电变压器选择

　　超高层建筑供电变压器的选择，应根据（JGJ16―2008）《民用建筑电气没计规范》4.3条的规定选择。单体建筑比较大，供电负荷较大时，有可能选择多台大容量供电变压器，多台变压器宜组成每两台成一组的组合低压供电母线为“两进线一一母联”的接线形式变压器低压侧不得并联运行，以限制低压侧短路容量，降低低压开关备的造价。

　　10kV电源采用双回路供电，主结线采用单母线分段，每段1OkV母线上装接的变压器容量控制在5000kVA，二段母线合计装接的变压器容量控制存l0000kVA。

　　对于空调等季节性负荷，根据实际的设备容量，设计中将该部分负荷集中设置，在过渡季节，可以根据需要切除部分负荷，停用相应的变压器，以降低变损耗，达到节能的目的。

　　超高层建筑单台供电变压器容最的选择，应根据（JGJ16―2008）《民用建筑电气设计规范》4.3.6条的规定选择。单台供电变压器容量不宜大于I250KVA。单台变压器容量较大，会由于其供电容量和供电半径太大，电能损耗大，低压侧短路容量火，对断路器等设备要求严格。变压器事故检修所引起的停电范围较大。国内也有部分超高层公共建筑单台供电变压器容量超过1250KVA的，选择1600

　　KVA或者2000KVA的变压器供电。有的省市制定的地方标准规定超高层住宅建筑，供电变压器容量不宜大于1250KVA。

　　1.6应急柴油发电机组设置

　　超高层建筑有大量的一级负荷和一级负荷中特别重要的负茼，需设置应急电源柴油发电机组。急电源柴油发电机组，宜靠近各区域配电中心相应置。当单台柴油发电机组容量较大时，应设置二台及以上柴油发电机组，确保一级负荷中特别重要的负荷的供电可靠性，避免因单台柴油发电机组容量较大，所带一级特别重要的负荷集中，柴油发电机组一旦发生故障，难以确保一级负荷中特刖重要的负荷的供电可靠性。应急供电系统应自成系统，严禁将其他负荷接入应急供电系统，必要时可以考虑设置柴油发电机组一备一用运行方式。2、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。（GB50045～95）《高层民用建筑设计防火规范》（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。

　　3、超高层建筑消防设备用的电源配电箱的安装

　　超高层建筑一旦发生火灾，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在上述场所里。

　　4、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。

　　5、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（GB50057―94）《建筑物防雷没计规范》2.0.2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）+丌H2]Xl0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100m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。

　　6、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/T50314―2006）《智能建筑设计标准》附录A～J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l0/l00/1000Mbit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/T50314―2006）《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。

　　7、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。本文来自《上海电气技术》杂志