超高层建筑电气设计分析

超高层建筑电气设计分析

作者名：曹岳军

单位：长沙市规划设计院有限责任公司省市：湖南省长沙市邮编： 410000

摘要：随着我国经济的发展，我国的高楼大厦日益增多，大型写字楼、商业大厦、商场等复杂的工程，电力设备、电气设备、照明设备复杂，火灾、安防等都需要很高的电气设备。文章论述了现代高层建筑的电气设计要点，并就其在设计过程中需要考虑的一些问题进行了讨论。

关键词：超高层建筑；电气设计；供配电；电力负荷

引言

近几年，随着建筑业的迅速发展，工程的设计水平和施工水平得到了极大的提升，一栋栋的超高层大楼不断出现。而超高层的建筑往往反映着一个国家的经济和社会的发展程度。

一、超高层建筑电气设计概述

随着我国城镇化进程的加快，人们对住宅的要求日益提高，超高层住宅的重要性日益凸显。按照《民用建筑设计通则》中的有关要求，住宅的高度超过100米以上的住宅属于超高层。这种结构既是现代技术与建筑物的结合，又是电力、排水和智能监控的结合。所以，在某些大、中型的城市，这些超高层已经是一个标志性的存在，也是一个城市的重要组成部分。

二、高层建筑电气设计要点

（一）电力负荷的确定

电力负荷是供电设计的主要依据。150m及以上的超高层公共建筑消防用电设备（如消防水泵，消防电梯，自喷接力泵，排烟风机，消防控制中心，应急照明）、重要电信机房等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一级或三级负载，详按《民用建筑电气设计标准》附录A选定。在用电的预算中，必须单独核算功率和光照功率。电网的负载是否合理、是否合理、合理地选择和配置电器设备，保证系统的安全高效运行，对于整个项目的经济性和设计都具有一定的参考价值。在高层建筑物中，一般都是按荷载强度和需求因子来进行的。

（二）电源及电压的选择

10 kV双电源，10 kV标准电压。10 kV电力系统是从多个变电所提供的。鉴于目前我国高层建筑物的一阶负载较多，同时也要考虑到后备型柴油机，因此必须保证15秒之内能够进行电源的自动回复，以应对突发事件。

（三）配电系统的设计

普通的高压线路均为单母线段。母线的数量与供电线路的数量有关，如果有多个变压器，可以将其分成几个部分，并进行自动的开关。为了改善配电网络的可靠度，10 kV的外接线应采用环网型。供电线路为进线型。在低压配电网中，所有的开关都使用了自动的气动控制，设置了瞬时、短时和长延时三种过电流的安全防护。在各个级别的自动气门的保护调整中，要有选择地协调，避免过流跳。

（四）主要设备的选型

（1）高压开关柜。一般情况下，在高层建筑物中，将变配电箱设置在地下一层，使用油压切换是不合适的。按照高层建筑的规范，选择了采用“五防”的手动开关箱^[1]。

（2）电力变压器。按照《民用建筑电气设计标准》的规定，在主体结构中不得设置有油浸式的变压器。由于高层建筑物具有较大的单位面积和较大的负荷，因此可以选用多种大容量的变压器进行联合工作。为了在过渡期间关掉对应的变压器，对季节负荷进行集中布置，减少能源消耗。

（3）低压配电屏。多为大容量出线， 建议采用手车式。

（五）电气照明设计

（1）灯光的选用。该系统采用高效T5型高效的发光二极管，可有效地将能量转换成光能。T5荧光管比T8和T10荧光管具有更好的节电效果。

（2）照明控制。超高层建筑物的公用照明面积较大，灯光种类较多，仅靠人力来进行控制是不可能的。公共场所（例如大型会议厅、室外泛光照明、室外 LED显示屏、公共走道、大堂等）照明系统均使用了汇流排控技术，可按时间和管理需要，实现对各照明设备的自动（或就地）控制，以防止长光的产生，节省能量。

（3）能源管理系统。超高层建筑的能源消耗也很大，传统的计费方式是按水、电、气、热量分别计算，无法达到超高层建筑的节能目标。在超高层建筑中安装能量监控，为用户提供后期的数据管理和维护，并对其进行数据的统计和分析，从而掌握施工单位的工作状况。该系统不但可以采集大量的资料，还具有判断、评估能耗、智能辨识等作用，还可以为企业的节能决策和各类报告。

二、高层建筑电气设计的特点与对策

①高层建筑物中，因灯光、空调负荷较大，电梯等运输设备较多，给排水设备也较多，因此对电力供应的稳定性有较大的需求。②在高层建筑中，电力和电力是独立的，它们是独立的。电力负载大多为辐射型，而照明负载为母线槽型。③由于高层建筑物内部空间大，柱距大，而且由于其电器装置多，所以墙体上埋线多，地面管线多。④高层建筑物由于构件的预制组装，使得工程建设的时间大大减少，对电力设施的科学、有效的操作提出了更高的要求。⑤有较高的防火需求。由于高楼高度高，设备多，人员密集，装修豪华，火灾隐患多，救援困难，所以对火灾的管理有很高的标准。在设计时，应在材料选择上具有一定的针对性。⑥电力设施分布较广，难以进行有效的管理，对计算机进行了监测和管理。⑦抗震：对配电屏、灯具等电气装置进行抗震加固；对管道进行分层穿墙，对建筑物的伸缩和沉降接缝进行抗震加固。

三、超高层建筑电气设计关键技术

（一）变配电站设计

由于建筑高度高、密度大、用电量大、低压电缆供电范围有限等因素，因此，在超高建筑中往往会设立专门的变电站。在通常的条件下，为了确保将电压控制在5%以下，根据《湖南省居民住宅小区供配电设施建设技术标准》，由变电站到供电装置的低压电缆的长度宜150~400m。所以，超高层其设计与传统的设计有很大的区别。在传统的工程中，变电站通常都是在大楼的一楼或负一楼，但是如果是300米以上的高楼，考虑低压电缆敷设的水平长度，则可以在大楼的中层，比如150米、200米，这样，变电站就被布置在大楼的电力负载的中央，并且在大楼的下面布置有高压电力分配房间。在高压变电站中，通常使用体积轻、质量轻的变压器，减少了设计、搬运和施工的困难。绿地梅溪湖B52项目由于工程总高不到200米，满足低压电缆供电半径要求，所以只在GF层安装了该工程的高压房和10 kV变电站。

在节约能源方面，应该考虑到高楼大厦的电力负荷要求，将电力分配给分配的变压器的功率比分配给变压器的最优负载速率要稍高一些，通常情况下，分配给变压器的负荷比为70%要低，而这个工程使用的变压器基本在75%左右。在变压器选用方面，选用了一种非晶合金铁芯（低损耗、节电），这种变压器使用的是一种无定形的铁金属，因为它没有长程排列，所以比普通的磁体更易于进行磁化和消磁。因而，与常规的常规变压器相比，无负载损失（即无负载损失）要低70~80%，并能减少无负载电流，提高整体使用寿命。

（二）疏散照明设计

在超高层建筑物的灯光设计中，除各层灯光的设置外，还应着重于疏散灯光的设置。根据国家有关法规，疏散通道的设计必须满足下列规范：疏散通道的地板最小照度值不得小于1.0 lx；人员密集场所、避难层（间）不得小于3 lx；疏散通道、楼梯间、前室等垂直疏散区域不得小于5 lx。另外，在人流较多的地方，疏散通道、楼梯间等区域的横向照度不能少于10 lx等，疏散灯光的持续供电时间不少于1.5小时。

该工程采用了集中供电的集中式应急照明控制系统。本系统由集中式应急照明控制器、应急照明集中电源、应急照明分配电源、集中电源疏散指示灯、应急照明分配装置、应急疏散指示灯、照明指示灯等组成。本系统使用24 V的安全电力供应方式，能有效防止人体触电，而且各照明装置均设有独立的位址代码，能够对照明设备进行即时监测，对系统的控制命令进行接受与处理，及时报告各种报警及设备的工作状况。《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》 GB 51309-2018在2019年03月01月开始实施，该工程所使用的应急灯光设备在技术规范中处于领先地位，处于业内先进的设计水准。

结论

超高层建筑的电气设计必须把握设计原则，其重点是安全性，可靠性，节能性和稳定性。在电力系统设计中，要掌握配电系统设计、照明设计、应急备用电源设计、电力系统设计、照明设计、防雷设计、报警系统设计、智能化设计等方面的设计，以全面提升超高层建筑的实用性，提升其设计品质，真正满足业主及社会对超高层建筑的需求和期望。

参考文献（请增加几篇）

[1]殷伟. 分析超高层建筑电气设计要点[J]. 2020.

[2]韩风明.超高层办公建筑电气设计[J].现代建筑电气，2011，2（1）：37-41.

[3]王云坡，何康.浅析超高层建筑电气设计关键技术分析[J].建筑工程技术与设计，2016（18）：2504.