发布时间：2022-04-14 来源：
浅谈超高层建筑电气设计技术要点
滕昭阳
（昆明市建筑设计研究院股份有限公司 云南昆明650238）
摘 要：本文以超高层建筑的电气设计为研究重点,通过分析超高层建筑电气设计特点，对超高层建筑供电系统设计、配电系统设计、照明设计、防雷及接地保护设计等多个系统的设计策略进行了论述提出了一些解决方案,为超高层建筑工程电气设计提供参考。
关键词：超高层建筑 电气设计 技术要点
1引 言
随着我国经济实力的提升，科学技术水平不断发展进步，在实现国家现代化发展的进程中，超高层建筑的数量也越来越多。超高层建筑由于建筑高度较高，发生紧急情况时，疏散难度较大，消防救援时间较长，确保内部自有供配电系统、消防设施的运行可靠性显得尤为重要,其供电系统要比普通的高层建筑供电系统更为复杂。这就对超高层建筑电气设计提出了更高的要求，设计中需严格按照国家规范并结合项目业态的特点，合理确定负荷等级、划分供电分区，严格按照负荷等级供电要求供电，并采取有效的防火措施，才能满足项目各个电气系统供电的可靠性，本文就超高层建筑电气设计技术要求总结出几点看法和体会供大家参考。
2供电系统设计
2.1 负荷等级划分
超高层建筑负荷等级划分需参照《民用建筑电气设计标准》GB51348-2019附录A进行确定。此外超高层建筑的消防控制室、火灾自动报警及联动控制装置、火灾应急照明及疏散指示标志、防烟及排烟设施、自动灭火系统、消防水泵、消防电梯及其排水泵、电动的防火卷帘及门窗以及阀门等消防用电建议按照该建筑物中最高负荷等级要求供电。
建筑高度大于150米的超高层公共建筑，其消防用电应按照一级负荷中特别重要负荷供电。
建筑高度大于250米的公寓中负荷等级按高一级的要求供电。
2.2 负荷密度
超高层建筑负荷密度与建筑功能、面积、高度、附属功能、所处地区环境气候条件等因素有关。通过对诸多已建的超高层建筑一年实际运行中的平均负荷密度进行统计分析，约为45W/m2，由此可见实际运行中的负荷密度值不大，但设计一般取值在90——140VA/m2较为合理。
2.3 供电电源及供电电压选择
超高层建筑负荷等级都较高，一般均为一级负荷或者一级负荷中特别重要负荷，根据地区配网及供电容量情况，供电电源一般选择市电10KV双重电源供电。若项目供电容量较大，可以采用两路以上的10KV供电电源或者根据配网情况选择更高电压等级电源供电。10KV供电系统接线方式一般采用单母线分段的接线方式。两路10KV市电供电电源可采用一用一备、互为备用的运行方式，设置母线联络开关及备用电源自动转换装置，确保当一路电源停电后另一路电源能够承担停止工作电源所带的全部一、二级重要负荷。10KV市电供电电源线路设置自动重合闸装置，当线路发生间歇性短路时动作切除故障再自动重合闸，确保供电的连续性。
2.4 变配电室设计
项目在方案设计阶段需向建设方及当地供电部门，充分了解变配电室是否需要独立产权以及采用什么样等级的供电电压。按超高层的业态分布，并满足节能设计的要求，合理确定变配电室的数量及设置位置。
在超高层变配电室设计中，需要考虑建筑高度，一般以200米作为分界线。根据建筑高度可以计算出供电半径和线路的电压降，供电半径在250米以内的建筑可在地下室主体附近考虑设置变配电室，供电半径超过250米的建筑则需要在避难层设置分变配电室让变压器深入负荷中心，来提高供电质量和可靠性，供电干线不应同时为跨越避难层的两个分区供电。
设置在避难层的变配电室考虑到楼层荷载及运输通道的限制，单台变压器的容量一般不大于1250KVA，高压供电电源应设置专门竖向通道，确保供电的可靠性，高压供电系统可以选择紧凑型高压开关柜，以节约布置空间。
设有多个变配电室的工程项目，应设置中心变配电室其作用为中心开闭所。实现市电供电电源的转换、高压计量功能。也可以结合一个分配电室共同设置。
大型的超高层建筑多为用电大户，其供电变压器选择应符合《电力变压器能效限定值及能效等级》（GB20052-2020）的规定，应选择能效等级不低于2级的干式节能电力变压器。
变配电室高压开关柜选择，应充分考虑其使用安装地区的气候和环境条件，如使用在高海拔地区应选择全工况铠装式的高压开关柜，并满足高海拔地区爬电距离的要求。
2.5 应急备用电源设计
超高层建筑中柴油发电机组可作为应急电源，也可作为备用电源。当采用柴油发电机组既作为应急电源又作为备用电源时，应按应急负荷或备用负荷中较大者来选择柴油发电机组的容量。
柴油发电机组额定电压可以按照下列情况进行选择：
当符合下列情况之一时，宜选择低压柴油发电机组：
（1）建筑高度低于200米；
（2）机组不需并机运行，或并机后总容量不大于3200KW；
（3）经计算电压降能满足规范要求，只需要向低压用电设备供电。
当符合下列情况之一时，宜选择高压柴油发电机组：
（1）建筑高度大于400米的超高层建筑的高区；
（2）需向高压设备供电时；
（3）多台大容量机组需并联运行时；
（4）经低压供电不满足电压降要求时。
当建筑高度在200——400米时，需进行经济技术方案比较后确定柴油发电机组的额定电压。
3 配电系统设计
超高层建筑低压配电系统电压等级一般采用380/220V，配电系统接地保护形式采用三相五线制的TN-S系统。
建筑高度大于250米的公共建筑如下负荷：通道照明、值班照明、警卫照明、障碍照明用电、主要业务和计算机用电、安防系统用电、电子信息设备机房用电、客梯用电等除采用双重市电电源供电外，还需设置应急柴油发电机组为其供电。
柴油发电机组远置散热器的循环水泵、散热器风机、冷却塔、油泵电源等除市电供电外，还需柴油发电机组为其供电。高等级星级酒店中的重要负荷还需按酒店管理公司要求供电。
超高层低压供电系统设计应该考虑对重要负荷供电的可靠性，还要考虑检修和运行方式的灵活性。负荷容量较为集中的大容量负荷可采用插接母线供电的供电方式；走道照明、疏散应急照明、空调负载一般采用树干式供电，这种供电方式既经济又相对可靠。
每个避难层避难场所使用的用电设备，均应从变配电室采用放射式专用线路配电，确保避难层供电的可靠性。
消防电梯、消防泵、消防转输水泵、消防控制中心的两个供电回路，应由变电所或总配电室采用放射式供电。
大型超高层建筑人员聚集场所的照明、插座回路宜按照《民用建筑电气设计标准》（GB51348-2019）的规定设置电弧故障保护器。
超高层建筑消防配电线路的选择与敷设，应满足消防用电设备火灾时持续运行时间的要求。消防控制室、消防泵、消防电梯、防排烟风机、疏散应急照明系统等的供电干线均需在火灾时持续工作3小时，应选择耐火电缆，目前国内能够满足这个要求的耐火电缆，基本为矿物绝缘电缆，其耐火性能满足950度、3小时的火灾持续工作要求。
超高层公共建筑的非消防负荷线缆应选择燃烧性能B1级及以上、产烟毒性为t0级、燃烧滴落物/微粒等级为d0级的电线电缆。
超高层避难层（间）明敷的电线电缆应选择燃烧性能不低于B1级、产烟毒性为t0级、燃烧滴落物/微粒等级为d0级的电线和A级电缆。
超高层建筑应按建筑节能设计的要求，动力、照明均单独系统供电并独立设置电能计量装置。
4 航空障碍灯设计
航空障碍标志灯应装设在建筑物或构筑物的最高部位；当制高点平面面积较大或为建筑群时，除在最高端装设障碍标志灯外，还应在其外侧转角的顶端分别设置航空障碍灯。航空障碍灯的水平安装间距不大于52米，垂直安装自地面45米起，以不大于52米等间距布置。对于不超过150米高的建筑物，应在其顶端设置中光强A型障碍灯，并为白色闪光，其下部分层设置中光强B型障碍灯，并为红色闪光。高于150米的超高层建筑物应在其顶部设置高光强障碍灯，并应与中光强配合使用。其配电装置、频闪控制器、线路应设置防雷保护措施。
5 防雷与保护接地设计
按照《建筑物防雷设计规范》(GB50057-2010)的规定，超高层建筑多数为二类防雷建筑，按二类防雷建筑进行设防。超高层由于建筑高度较高，屋面复杂，受雷击的几率较大，可采用多种防雷措施，最常见的在建筑物屋面设置接闪带与避雷针组合成接闪器。多数超高层建筑其结构屋面层上设置有金属装饰构架，其构架基础与建筑屋面相连接，按照规范要求在金属构架屋面设置不超过10mx10m的均压网格难以实现，可在建筑屋面结构层内部设置10mx10m的均压网格，而在最高处的金属构架层设置避雷带，通过引下线与建筑屋面结构层设置的避雷网格连接形成总等电位。特别注意的是超高层建筑由于外立面复杂，需要接地的幕墙、窗比较多建议每层设置均压环保证接地的可靠性，提升建筑物防侧击雷的实际效果。
超高层建筑在强、弱电管道井中，应按照《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）4.3.3、5.3.8条的规定，设置不少于两根贯通全楼的专设接地引下线。
超高层建筑防雷击电磁脉冲保护等级较高，按照《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343-2012)的规定定性为A级。接地保护采用总等电位联结的接地保护形式，所有进出建筑物的金属管道、强弱电线缆的金属保护管外壳均应与总等电位接地装置实现电气联结。
6 结束语
超高层建筑供配电系统比较复杂，线路和各类电气设备数量繁多，供电可靠性、连续性要求较高，消防救援困难，人员疏散时间长。及时掌握了解超高层的特点，确定安全、可靠、合理的供电接线方案，简化供配电系统，合理设置供电回路，确保超高层建筑供电的安全性、可靠性、连续性。完善超高层建筑配电系统安全接地保护系统设计，防止发生人员电击事故，为超高层建筑安全用电打下坚实的硬件基础。以上是本人的一些初步见解，不足之处请多指教。
主要参考文献：
【1】李炳华.《超高层建筑电气设计要点》.电气应用，2020,39（8）：
【2】14D801，超高层建筑电气设计与安装.
【3】GB 50052-2009，供配电系统设计规范.
【4】GB 50054-2011，低压配电设计规范.
【5】GB 50034-2013，建筑照明设计标准.
【6】GB 51348-2019，民用建筑电气设计标准.
【7】GB 50057-2010，建筑物防雷设计规范.
【8】GB 50343-2012，建筑物电子信息系统防雷技术规范.
作者信息：
滕昭阳 高级工程师 昆明市建筑设计研究院股份有限公司
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