超高层建筑电气设计

超高层建筑电气设计超高层建筑，指建筑高度大于100m的民用建筑，由于其建筑高度高、建筑规模大，功能繁多（办公，商业，会所等）、人员众多，其火灾危险性、疏散和扑救难度均高于普通高层建筑，有着不同于普通高层建筑的诸多特性。为此，电气专业要着重考虑、特别重视超高层建筑的以下问题：供电电源的高可靠性；配电系统主接线的安全可靠性；分区设置变配电所的合理性；自备应急电源（发电机、UPS、EPS）的合理选取与配置；防雷接地的特殊重要性；电气火灾防范与智能疏散的极端重要性；避难层的供电、火灾应急广播及消防通信的特殊要求；航空障碍灯设置的特殊要求；电气节能与环保技术应用、绿色建筑创建的必要性；智能化系统的复杂性与功能完备性；消防性能化评估、可再生能源利用等专项研究内容等。1超高层建筑电气设计特殊要求针对超高层建筑的特点，现对超高层建筑电气设计要点和注意事项解析如下。1.1供电电源的高可靠性《供配电系统设计规范》GB50052-2009第3.0.2要求：“一级负荷应由双重电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。”这一规定是基于城市电网完好，两个电源不致同时发生故障的情况，没有考虑到城市电网发生重大故障导致全面瘫痪的可能。虽然规范3.0.3明确：一级负荷中的特别重要负荷（如计算机信息系统用电、安防系统用电、消防用电等）除应由双重电源供电外，尚应增设应急电源，但对非消防一级负荷（如走道照明、客梯用电、生活水泵、排污泵用电等）未明确是否增设第三电源。超高层建筑通常为地标式建筑，为提高上述非消防一级负荷的供电水平，亦应为其设置自备应急发电机组作为第三电源，以确保城市电网瘫痪时大厦的基本运营，将经济损失减少到最低程度。同时设置不间断电源装置UPS、应急电源装置EPS，为智能化信息系统、应急照明系统等提供第四电源。1.2配电系统主接线的安全可靠性变压器总容量为15000kVA及以上，宜采用20kV及以上电压等级供电；变压器总容量在15000kVA及以下，宜采用10kV及以上电压等级供电。具体情况需与当地供电部门协商。两回10（20）kV中压电源应采用同时工作、互为备用、单母线分段运行方式。消防负荷、非消防负荷在0.4kV低压母线段处严格分开，彼此独立、互不干扰，并分别设置消防负荷、非消防一级负荷（保证负荷）专用应急母线段，以确保消防负荷供电的安全可靠性。低压配电系统采用单母线分段运行方式，干线系统采用放射式、树干式或二者兼用的混合式。垂直干线电缆配电，按每条电力电缆干线供电负荷不超过8层设置（一般每隔15层45m设一避难层，即两个避难层之间同类别负荷干线为2条及以上，对提高供电可靠性有利）。1.3分区设置变配电所的合理性应根据不同性质用电负荷分布密度，将变配电所设置于各功能区段，如冷冻站与泵站地下区、低中区、中高区、超高区的负荷中心（如地下层、避难层、中间设备转换层、顶层）。低压出线柜至末端配电箱线路的最大供电半径控制在（200-50）x0.8=120m以下（末端配电箱至用电设备的线路长度控制在50m以下）。低压供电线路的总长度具体应按照总电压降不超过5%的要求确定。为了设备运输和检修方便，变压器最大单台容量地下层控制在2500kVA及以下，电抗率8%；地上避难层、设备层、顶层控制在1000kVA及以下，电抗率6%。当专用运输梯的载重量达4.9（5.0）t时，地上设备层可放宽到2000kVA及以下。从节省设备用房占地面积、节省线材造价的角度考虑，10kV高压开关柜与变压器相距不宜过远，尽量靠近，0.4kV低压开关柜与变压器尽量靠近，间隔0.8~1.0m为宜，必要的时候亦可选用紧凑型组合式变配电站。1.4自备应急电源（发电机、UPS、EPS）的合理选取与配置200m及以下区段宜选用0.4kV发电机组，400m以上区段应选用10kV发电机组，将应急电源直接馈送至各功能区段的负荷中心，降低能耗和节省线材。亦可通过技术与经济合理性比较，均选用10kV或0.4kV发电机组。同时分区设置专用的UPS、EPS机房（需考虑结构荷重），为智能化信息系统、应急照明系统等提供不间断电源。1.5防雷接地的特殊重要性现代超高层建筑大量采用钢结构、钢筋混凝土结构，本身引雷能力强，遭受雷击的概率增大，且外立面多采用带金属构件的玻璃幕墙，设计时应综合考虑外部防雷和内部防雷，兼顾各种用途的接地需要，把防雷接地的各要素与结构钢筋、金属构件等有机结合，构成统一协调、安全可靠的防雷接地体系。1.6电气火灾防范与智能疏散的极端重要性根据超高层建筑内部的不同功能分区，分别设置消防控制分控中心，各功能分区自成系统，独立运行，以实现风险分担。同时，大厦首层（或地下一层）设置消防控制主中心，可实现监控各分控中心的状态，全面提高电气火灾防范的安全可靠性。除了常规火灾自动报警及消防联动控制系统外，超高层建筑还应设置电气火灾监控系统（多级防火剩余电流动作报警、过电流超温报警系统）、气体灭火控制系统、固定消防炮灭火控制系统、消防水泵定期自动巡检系统、空气采样早期烟雾探测系统等多种特殊且必需的系统。同时，需设置应急照明智能疏散逃生系统，这是因为超高层建筑内人员流动大、密集度高、疏散通道复杂。为了做到“安全、准确、迅速”逃生，须引入智能化动态疏散的理念，以火灾现场即时的、真实的信息为依据，根据预设的疏散方案进行局部疏散路径的动态调整、优化，从而有效解决安全、准确快速疏散问题。1.7避难层的供电、火灾应急广播及消防通信的特殊要求避难层内除空调机房外，其他动力、照明等配电干线须单独设置，不应与其他层公用，且均应采用消防双电源供电并在末端自投，以确保避难层电气消防的独立性和可靠性。1.8航空障碍灯设置的特殊要求应标志出超高层建筑的最高点和最边缘（即视高和视宽），并应在中间层加设障碍灯，中间层的距离必须大于45m并尽可能相等，水平距离亦不大于45m；按规范在不同高度选用不同光强、不同类型的障碍灯，确保在不同高度的障碍灯数目及排列，应能从各个方位都能看到超高层建筑的轮廓，并且考虑障碍灯的同步闪烁，以达到明显的警示作用。1.9电气节能与环保技术应用、绿色建筑创建的必要性超高层建筑的使用功能非常复杂、用电量负荷极大，电气节能与环保技术应用的潜力巨大，效果明显。首先应深入研究、全面优化其高、低压变配电系统和应急电源系统的设计方案，并设置综合能耗计量与运营管理系统，从系统配置和管理上为节省电能创造有利条件。同时，应充分开发与利用可再生能源，积极采用绿色照明、太阳能光伏发电技术、风力发电和风光互补发电技术及其他各种有效的电气节能技术；积极采用环保型发电机、无烟无卤清洁型电缆及其他各种有效的电气环保技术；设置智能照明控制系统、各种机电设备的自动监控系统（BAS）、综合能耗独立分项计量与运营管理系统等。从设备选型、系统配置和运营管理等各个环节多管齐下，最大限度地节约能源、保护环境、减少污染，力争达到国家标准《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2006中的“三星”或“二星”等级。“绿色建筑”指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。绿色建筑对住宅建筑而言，要求公共场所和部位的照明采用高效光源、高效灯具和低损耗镇流器等附件，并采取其他节能控制措施，在有自然采光的区域设定定时或光电控制。智能化系统定位正确，采用的技术先进、实用、可靠，达到安全防范子系统、管理与设备监控子系统与信息网络子系统的基本配置要求。绿色建筑对公共建筑而言，要求各房间或场所的照明功率密度值不高于现行国家标准《建筑照明设计标准》GB50034规定的现行值。新建的公共建筑，冷热源、输配系统和照明等各部分能耗进行独立分项计量。建筑室内照度、统一眩光值、一般显色指数等指标满足《建筑照明设计标准》GB50034中的有关要求，建筑智能化系统定位合理，信息网络系统功能完善。建筑通风、空调、照明等设备自动监控系统技术合理，系统高效运营。1.10智能化系统的复杂性与功能完备性超高层建筑智能化系统极其复杂，功能要求非常完备，主要系统有：火灾自动报警系统与消防联动系统（含众多子系统）；通信网络系统；计算机网络系统；办公自动化系统（含入侵报警系统、视频安防监控系统、出入口控制系统、电子巡更系统、停车库管理系统等子系统）；有线电视与卫星电视接收系统；VSAT卫星通信系统；无线信号增强系统（无线对讲系统）；IC卡一卡通综合业务管理系统；广播、扩声与同声传译系统；多媒体数字会议系统；电子信息显示系统；建筑设备监控系统（BA）（能耗远传自动计费系统等）；智能化系统集成；信息机房工程。1.11需专项研究内容城市电网（外部供电电源）供电电压等级的调查研究；自备应急发电机组的电压等级选择研究；发电机冷却方式比较研究；电气消防性能化评估；太阳能光伏发电、风力发电与风光互补发电技术研究；智能化系统集成技术研究等。2结语超高层建筑的性质与一般建筑有较大的区别，电气设计要求更高，电气设计性能与建筑物的质量、功能、舒适度、使用寿命等有着密切的联系，需予以高度重视。本文分析了超高层建筑电气设计特殊要求的要点和内容，在实际设计中，还需要设计人员全面考虑各项要素，合理制定电气设计方案，使超高层建筑达到良好的使用性能。超高层建筑电气设计