浅谈高层建筑电气设计

摘要：高层建筑的不断增多，其电气设计任务也逐渐加大。本文主要介绍了现代建筑电气设计的原则及主要内容，并对其中存在的问题进行探讨。

关键词：建筑电气;设计原则;供配电系统;防雷设计

1、建筑电气设计的原则

建筑电气设计既不能以牺牲建筑功能，损害使用需求为代价，也不能盲目增加投资，为节能而节能，要符合国家规范，满足建设方要求。建筑供电的设计一般原则归纳起来有：

(1)建筑电气设计必须严格依据国家规范。建筑电气设计和施工必须贯彻执行国家有关政策和法令，设计文件的编制符合国家现行的标准、设计规范和制图标准，遵守设计工作程序。

(2)近期为主兼顾远期的原则。以近期为主，适当考虑远期扩建的衔接，以利于宏观节约投资。

(3)根据用电负荷的等级和用电量确定配电室电力变压器的数量，配电方式及变压器的额定容量等。

(4)设计过程中要与有关建筑、结构、给排水、暖通、动力和工艺等工种密切协调配合。

(5)建筑电气设计必须考虑其经济效益、成本核算、用户满意程度、商品流通环节是否通畅、扩大再生产的能力等。

(6)设计时对于电气安全、节约能源、环境保护等重要问题要采取切实有效的措施;设备布置要便于施工和维护管理;设备及材料的选择要综合考虑。

(7)必须根据可靠的投资数额确定适当的设计标准。如灯光设计标准，规范只给了最低的标准。而设备档次(如灯具豪华程度、装修标准)等取决于投资数额。

2、建筑电气设计的主要内容

2.1电力负荷的计算方法

电力负荷是供电设计的依据参数。计算准确与否，对合理选择设备，安全可靠与经济运行，均起决定性作用。高层建筑的电力负荷计算，基本上采用负荷密度法和需要系数法。

2.2供电电源及电压的选择

为了保证供电可靠性，现代高层建筑至少应有两个独立电源，具体数量应视负荷大小及当地电网条件而定。原则上是两路同时供电，互为备用。另外，根据需要，还须装设应急备用柴油发电两路独立电源运行方式机组，要求在15s钟内自动恢复供电，保证事故照明、电脑设备、消防设备、电梯等设备的事故用电。国内高层建筑的供电电压，都采用10kV标准电压等级。

2.3高低配电系统的设计

(1)高压配电系统。现代高层建筑均是采用两路独立的10kV电源同时供电。一般高压采用单母线分段，自动切换，互为备用。母线分段数目，与电源进线回路数相适应。只有当供电电源为一主一备时，才考虑采用单母线不分段的结线。电源进线几乎全部采用电缆进线。

(2)高压系统及低压干线的配电方式基本上都采用放射式系统。楼层配电则为混合式系统。配电设备中的主要部分是干线。现代高层建筑的竖井多采用插接式母线槽。水平干线因走线困难，多采用全塑电缆与竖井母干线联接。每层楼竖井设层间配电小间。层间配电箱经插接自动空气开关从竖井母干线取得电源。

(3)低压配电系统各级开关均采用自动空气开关(断路器)，设置瞬时、短延时、长延时三级过流保护装置。各级自动空气开关的保护整定，应注意选择性配合，防止越级跳闸。

(4)为减少变压器台数，单台变压器的容量选择一般都大于1000kVA。为限制低压侧的短路电流，正常时变压器解列运行，中间设联络开关。照明和动力分开设变压器，当动力用电容量大小时，动力变压器可不分开装设，而在低压侧应对动力负荷分类计费。

(5)功率因数按规定应补偿到0.9～0.95。无功补偿都采用集中补偿方式。为降低变压器容量，多集中装设在低压侧，与配电屏放在一起，但必须采用于式移相电容器。

(6)所有电梯均要求采用两路不同变压器引出的专用电缆进线。在电梯机房的末端配电箱，设两路电源的自动切换装置，互为备用。

2.4主要设备的选型

(1)高压开关柜。国外用于高层建筑的开关有三种类型可供选用：高压空气断路器，SF6开关和真空断路器。其中高压空气断路器因技术陈旧，SF6开关尺寸数大，气体具有毒性，故目前10kV真空断路器应用的较为普遍。

(2)低压配电屏。国内许多生产厂家的低压配电屏也有引进技术做成抽屉式结构的，其中有的(如多米诺组合式开关柜等)主要技术指标已达国际先进水平。低压配电屏多采用自动空气开关出线。当配电变压器的容量为1600kVA时，低压母线上的短路容量已超过40kA，目前国内已能提供这样大容量的产品(如多米诺组合式开关柜和YDS型抽出南混合式低压开关柜等)。

(3)应急备用发电机组。过去大多是采用柴油发电机组做应急备用电源的。近年国外高层建筑已开始采用燃汽轮发电机。这种发电机具有体积小、重量轻、反应速度快，故障率低等优点。

(4)母线槽和电缆。插接式绝缘母线槽，具有容量大、结构紧凑、可靠性高、使用维护方便等优点。国外的现代高层建筑，插接式绝缘母线槽已完全取代了电缆竖井。

2.5变电所位置的确定

现代高层建筑的用电量相当大，在确定变电所位置时，应尽可能使高压深入负荷中心。这对节约电能，提高供电质量都有重要意义。国外高层建筑的变电所都设在主楼内。建筑高度在30层左右的，大都集中在底层;60层左右的，则分散在地下层、中间层和顶层。也有仅在中间层或仅在地下层、顶层设变电所的。变电所的数量及其位置的分布，应通过技术经济比较决定。

2.6微电脑在变电中的应用

现代高层建筑规模很大，所以其变电所的规模也较大。如大厦的初步设计时，中心变电所设在地下三层，内设手车式高压开关柜14台，抽屉式低压配电屏近40台，电容补偿柜12台，40Ah镐镍电池柜一套及中央信号屏，1600kVA变压器二台，1250kVA变压器二台，其建筑面积150+400m2左右;在第26层(主楼)设有变电所一个。在地下一层，设600kW自起动柴油发电机组二台。整个供电系统很复杂，对这样一个供电系统，要求供电可靠，各种供电参数及开关状态、变压器运行状态和各机房运行状态，若用人工值班，通过电话联系或人工巡视，工作量大，速度也很慢。设计人员在预留的控制室内使用微电脑进行监测、管理，能迅速发现故障，使设备作最佳工况运行，实现遥控遥测，达到节约能源，减少人力，安全、合理运行。

2.7防雷与接地

现代高层建筑的防雷设计，除采用避雷针和避雷带的传统做法外，近年还出现有消雷器和放射性避雷针。这两种防雷技术虽然在工程上得到不少实际应用，但在理论上一直是有争议的。从国外引进的这种放射性避雷针，维护复杂，价格又不便宜，还是采用传统的避雷方法简单可靠，更加经济合算。但必须保证各层楼面钢筋、金属管道与该层用作引下线的柱筋有可靠的连接，形成等电位层。现代高层建筑都是采用钢筋混凝土剪力墙，与楼板的连接是十分可靠的。

2.8电气照明设计

电气照明设计，包括光源选择、照度计算、灯具造型，灯具布置，眩光控制和调光控制和照明配电线路敷设等。照明设计与建筑装饰有着非常密切的关系，应该相互配合，在使用功能及艺术意境方面求得统一。选用高光效电光源，比如日光灯目前更加节能的T5灯管已成为主流，同时LED灯的设计将会成为今后照明发展的趋势。

2.9设备自动化监控电脑系统

设备自动化监控电脑系统，能使所有设备在最佳状态下运行，迅速发现故障，达到减少人力，节约能源，提高经济效益的目的。现代化旅游旅馆的设备管理电脑，可以对整座大楼的空调、供热、供排水、变配电、照明、电梯、消防、闭路电视、通信、防盗、巡更等进行全面监控。

3、建筑电气设计中应特别注意的几个问题

3.1防雷装置设置问题

《民规》第12.1.4条中明确指出：新建工程应尽可能利用建筑物金属导体作为防雷装置。但在实际设计中，仍有一些设计人员采用传统设计方法，在建筑物上专设防雷装置。显而易见，与传统设计方法相比，利用建筑物内钢筋作为防雷装置更安全、可靠、美观。需要注意的一点是，当利用建筑物的柱子钢筋作为引下线时，应按规范规定：

(1)当钢筋直径为16mm及以上时，应利用两根钢筋作为一组引下线;

(2)当钢筋直径为10mm及以上时，应利用四根钢筋作为一组引下线。被利用的柱子和基础内的钢筋均应可靠焊接，使其在电气上成为一个整体。

3.2防雷引下线预留外接线问题

《民规》第12.8.6条中规定：利用建筑物柱子钢筋作为引下线时，下部在室外地坪下0.8～1m处焊出一根D12mm或40×4(mm)镀锌导体，此导体伸向室外距外墙皮的距离不小于1m。

3.3防止雷电波侵入问题

据调查资料，雷电波沿低压架空线路侵入高电位而造成的事故占总雷害事故的70%以上，它引起人身伤亡和设备损坏的损失也是最大的，因此防止雷电波侵入是防雷措施的重要一环。在实际设计中，设计人员对于防直击雷普遍重视，但对防雷电波侵入的措施又常常重视不够。为了防止雷电波侵入，设计人员应按照《民规》第12.5.6条的规定进行设计。对电缆进出线，应在进出端将电缆的金属外皮、钢管等与电气设备接地相连。应在进出处装设避雷器并与绝缘子的铁脚连在一起接到电气设备的接地装置上。这是因为绝缘子铁脚与导线之间形成一个放电电压约为40kV的放电保护间隙，这一数值对保护人身安全是可靠的，但要保护低压电气设备和线路就不行了。

结语：

随着经济的发展，高层建筑对于电气设计的要求也越来越高。在工程设计中，既要符合国家规范，又要满足建设方要求，这就使设计人员在设计中，必须做到准确、细致、周全地把握工程电气设计的基本设计要点。

转载请注明来自：http://www.uuqikan.com/guangdianjishulw/2386.html