【摘要】通過探討超高層建筑的高低壓供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、防雷及保護(hù)接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)、消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)，弱電系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題，使設(shè)計(jì)人員了解和掌握超高層建筑電氣設(shè)計(jì)的方法。
【關(guān)鍵詞】超高層建筑；供配電；防雷及保護(hù)接地；弱電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1、應(yīng)注意的問題
1.1負(fù)荷等級(jí)及供電電源
超高層建筑按現(xiàn)行的國家規(guī)范要求，消防用電設(shè)備如消防水泵、消火栓轉(zhuǎn)輸水泵、自噴接力泵、消防電梯、防排煙風(fēng)機(jī)、消控控制中心，應(yīng)急照明和疏散指示燈；客梯電力，生活水泵用電、排污水泵，電話機(jī)房和保安，航空障礙燈等用電設(shè)備均應(yīng)按一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷要求供電。其余用電負(fù)荷分別為二級(jí)或三級(jí)。
超高層建筑的供電電源，應(yīng)采用10KV雙回路供電。10KV雙回路供電電源分別來自不同的變電站；也可以是來自雙回路超高壓供電的城市變電站的兩段獨(dú)立母線。
1.210KV供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
超高層建筑供電變電所10KV結(jié)線，宜采用單母線分段形式，當(dāng)有多臺(tái)變壓器組供電時(shí)可以分多段，一般為兩臺(tái)變壓器為一組。10KV外部接線宜考慮環(huán)網(wǎng)供電結(jié)線形式，可以完善10KV系統(tǒng)的環(huán)網(wǎng)結(jié)線，提高10kV配電網(wǎng)的安全可靠性。如選用SM6環(huán)網(wǎng)配電柜，既能改進(jìn)用戶變電所的高壓開關(guān)柜的整體質(zhì)量，提高用戶變電所的安全可靠性，又能適當(dāng)降低電氣設(shè)備的投資及變配電所的土建面積，同時(shí)也為推廣用戶變電所無人值班創(chuàng)造條件。
10kV用戶變電所主結(jié)線方案采用中置式開關(guān)柜，電源進(jìn)線柜可以設(shè)置保護(hù)，變壓器出線開關(guān)采用斷路器柜。選用斷路器柜時(shí)主要是針對(duì)單臺(tái)變壓器容量大于或等于1000kVA時(shí)采用、斷路器作為變壓器的主保護(hù)。10KV結(jié)線系統(tǒng)采用微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)主機(jī)裝于值班室內(nèi)。
1.3供電配電所設(shè)置
超高層建筑供電變電所的設(shè)置，應(yīng)按照（JGJ16―2008）《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》4.2.1；4.2.2；4.2.3條所確定的原則設(shè)置。
一般超高層建筑主要用電負(fù)荷如中央空調(diào)機(jī)房、水泵房等均設(shè)存地下層，其他較大的用電負(fù)荷主要沒置存一層及以上的裙樓，而且地L建筑高度不超過200m，由變配電所引至屋頂用電設(shè)備的供電距離也還存比較經(jīng)濟(jì)合理的范圍內(nèi)，為使變壓器盡盡量靠近負(fù)荷中心，因此一般在設(shè)計(jì)中將變配電所設(shè)在地下一層，而將柴油發(fā)電機(jī)房設(shè)在變配電所附近。
超高層建筑在樓層較高（如超過200m），供電負(fù)荷較大，供電半徑較長(zhǎng)，負(fù)荷也相對(duì)比較集中的鏤層，可分散設(shè)置區(qū)域配電中心。區(qū)域配電中心可分設(shè)避難層、設(shè)備層及屋頂層等處。
對(duì)于超過200m的超高層建筑，一般在建筑的上部避難層及屋頂也設(shè)置了較多的用電設(shè)備，當(dāng)由單個(gè)變配電所直接供電不是很經(jīng)濟(jì)時(shí)，可號(hào)慮在上部的避難層再設(shè)置一個(gè)變配電所，以減少該部位用電設(shè)備的供電半徑，但設(shè)置該變電所應(yīng)考慮變壓器的垂直運(yùn)輸通道以及設(shè)備對(duì)樓板荷重的影響，單臺(tái)變壓器的容量不宜超過800kVA。
各區(qū)域配電中心變壓器的設(shè)置，可根據(jù)所供電的服務(wù)范同負(fù)荷容量來確定。超高層建筑中設(shè)備層負(fù)荷相對(duì)集中，在條件允許的情況下，也可以考慮設(shè)置箱式變電站供電。
在超高層建筑群中還應(yīng)考慮1OkV中心開閉所，要確保每個(gè)lOkV區(qū)域配電中心有10kV雙回路供電電源。從1OkV中心開閉所饋出的供電干線可采用放射式供電至各區(qū)域配電中心，各區(qū)域配電中心又采用環(huán)網(wǎng)式連接作為備用供電聯(lián)絡(luò)線，在其供電斷路器選擇時(shí)要考慮穿越功率的影響。
1.4供電電壓等級(jí)選擇
超高層建筑一般采用10KV作為供電電壓等級(jí)。在確定超高層建筑供電電壓等級(jí)時(shí)，還應(yīng)考慮當(dāng)建筑面積較大、供電負(fù)荷容量較大，并且超過10kV電壓等級(jí)的經(jīng)濟(jì)輸送容量時(shí)，要采用35kV的電壓等級(jí)供電，但不宜采用三個(gè)及以上的電壓等級(jí)供電。
1.5供電變壓器選擇
超高層建筑供電變壓器的選擇，應(yīng)根據(jù)（JGJ16―2008）《民用建筑電氣沒計(jì)規(guī)范》4.3條的規(guī)定選擇。單體建筑比較大，供電負(fù)荷較大時(shí)，有可能選擇多臺(tái)大容量供電變壓器，多臺(tái)變壓器宜組成每?jī)膳_(tái)成一組的組合低壓供電母線為“兩進(jìn)線一一母聯(lián)”的接線形式變壓器低壓側(cè)不得并聯(lián)運(yùn)行，以限制低壓側(cè)短路容量，降低低壓開關(guān)備的造價(jià)。
10kV電源采用雙回路供電，主結(jié)線采用單母線分段，每段1OkV母線上裝接的變壓器容量控制在5000kVA，二段母線合計(jì)裝接的變壓器容量控制存l0000kVA。
對(duì)于空調(diào)等季節(jié)性負(fù)荷，根據(jù)實(shí)際的設(shè)備容量，設(shè)計(jì)中將該部分負(fù)荷集中設(shè)置，在過渡季節(jié)，可以根據(jù)需要切除部分負(fù)荷，停用相應(yīng)的變壓器，以降低變損耗，達(dá)到節(jié)能的目的。
超高層建筑單臺(tái)供電變壓器容最的選擇，應(yīng)根據(jù)（JGJ16―2008）《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》4.3.6條的規(guī)定選擇。單臺(tái)供電變壓器容量不宜大于I250KVA。單臺(tái)變壓器容量較大，會(huì)由于其供電容量和供電半徑太大，電能損耗大，低壓側(cè)短路容量火，對(duì)斷路器等設(shè)備要求嚴(yán)格。變壓器事故檢修所引起的停電范圍較大。國內(nèi)也有部分超高層公共建筑單臺(tái)供電變壓器容量超過1250KVA的，選擇1600
KVA或者2000KVA的變壓器供電。有的省市制定的地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定超高層住宅建筑，供電變壓器容量不宜大于1250KVA。
1.6應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)置
超高層建筑有大量的一級(jí)負(fù)荷和一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)茼，需設(shè)置應(yīng)急電源柴油發(fā)電機(jī)組。急電源柴油發(fā)電機(jī)組，宜靠近各區(qū)域配電中心相應(yīng)置。當(dāng)單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組容量較大時(shí)，應(yīng)設(shè)置二臺(tái)及以上柴油發(fā)電機(jī)組，確保一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷的供電可靠性，避免因單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組容量較大，所帶一級(jí)特別重要的負(fù)荷集中，柴油發(fā)電機(jī)組一旦發(fā)生故障，難以確保一級(jí)負(fù)荷中特刖重要的負(fù)荷的供電可靠性。應(yīng)急供電系統(tǒng)應(yīng)自成系統(tǒng)，嚴(yán)禁將其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)，必要時(shí)可以考慮設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組一備一用運(yùn)行方式。
2、超高層建筑電氣線路防火設(shè)計(jì)
超高層建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性大、人員密集，防止電氣線路火災(zāi)特顯重要。（GB50045～95）《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2005年版）9.5.1條：高層建筑內(nèi)火災(zāi)危險(xiǎn)性大、人員密集等場(chǎng)所宜設(shè)置漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。在重要消防設(shè)備供電回路上設(shè)置用于報(bào)警不切斷電源的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器。超高層建筑消防設(shè)備供電線路的供電可靠性要求相當(dāng)高，要確�；馂�(zāi)情況下的正常供電。
3、超高層建筑消防設(shè)備用的電源配電箱的安裝
超高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，引起的損失和影響是巨大的。超高層建筑緊急疏散需要的時(shí)間也大于其他建筑，各個(gè)樓層供消防設(shè)備用的電源配電箱，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)仍然需要正常持續(xù)供電，所以這類配電設(shè)施就要安裝在有一定耐火等級(jí)保護(hù)的場(chǎng)所里。超高層建筑避難層、樓層電氣配電間、電氣管道井耐火等級(jí)要求為一級(jí)�？梢詫⒐┫涝O(shè)備用的電源配電箱安裝在上述場(chǎng)所里。
4、超高層建筑消防供水配電設(shè)計(jì)
超高層的水專業(yè)消防設(shè)計(jì)與一般的高層建筑有較大的不同，由于超高層建筑的高度高，消火栓泵和自噴泵已經(jīng)不能從消防水泵房直接供水至頂層的消防滅火設(shè)備，消防部門要求在大樓中間的設(shè)備層（避難層）增設(shè)消防系統(tǒng)的加壓設(shè)備，以保證自動(dòng)滅火設(shè)備的正常運(yùn)行。對(duì)消防水泵，應(yīng)根據(jù)水專業(yè)的要求，利用消防控制設(shè)備進(jìn)行可靠的控制，滿足在不同的區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時(shí)都能準(zhǔn)確啟動(dòng)相應(yīng)的消防水泵，供水滅火。
對(duì)于消火栓系統(tǒng)，當(dāng)消火栓動(dòng)作或經(jīng)火災(zāi)確認(rèn)后，消防系統(tǒng)能直接或經(jīng)消控中心聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)消火栓泵供水滅火，當(dāng)?shù)蛥^(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，直接啟動(dòng)地下室消防水泵房的低區(qū)消火栓泵，當(dāng)高區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，直接啟動(dòng)避難層
消防加壓水泵房的高區(qū)消火栓泵，并同時(shí)啟動(dòng)地下室消防水泵房的消火栓轉(zhuǎn)輸水泵。
對(duì)于水噴淋系統(tǒng)，當(dāng)各層的水流指示器及設(shè)在消防水泵房的報(bào)警壓力開關(guān)同時(shí)動(dòng)作時(shí)，消防系統(tǒng)能直接或經(jīng)消控中心聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)自噴泵供水滅火，當(dāng)?shù)蛥^(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，直接啟動(dòng)地下室消防水泵房的低區(qū)自噴泵。當(dāng)高區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，直接啟動(dòng)避難層消防加壓水泵房的高區(qū)自噴泵，并同時(shí)啟動(dòng)地下室消防水泵房的自噴轉(zhuǎn)輸水泵。在火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)，當(dāng)由消防車通過水泵結(jié)合器供水的情況下，對(duì)高區(qū)發(fā)生的火災(zāi)，可通過消防加壓水泵房的自噴接力泵向高區(qū)的消防滅火設(shè)備供水。
5、超高層建筑防雷及接地保護(hù)設(shè)計(jì)中的問題
超高層建筑防雷等級(jí)的定性，按照（GB50057―94）《建筑物防雷沒計(jì)規(guī)范》2.0.2第八，九條復(fù)核計(jì)算。在計(jì)算建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)時(shí)，其每邊的擴(kuò)大寬度應(yīng)按等于建筑物的高度H計(jì)算。建筑物的等效面積應(yīng)按下式確定：Ae=[LW+2H（L+W）+丌H2]Xl0由于現(xiàn)有專業(yè)電氣設(shè)計(jì)軟件，有的計(jì)算建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)是按建筑物高度為100m以下來編制的，在做超高層建筑防雷計(jì)算時(shí)應(yīng)注意。
經(jīng)過計(jì)算超高層建筑大多為二級(jí)以上防雷建筑，防直擊雷措施應(yīng)按GB50057―94）《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求設(shè)置。屋頂應(yīng)設(shè)置防直擊雷的避雷針和避雷帶相結(jié)合防雷網(wǎng)，屋頂所有金屬管道設(shè)備外殼均應(yīng)可靠接地。在做接地時(shí)不應(yīng)該忘記航空障礙燈等設(shè)施。
防側(cè)擊雷措施，每三層的均壓環(huán)要確保與建筑物主體鋼筋的連通性，在預(yù)計(jì)雷擊活動(dòng)頻繁的地區(qū)，還應(yīng)考慮在樓層區(qū)域均壓環(huán)處設(shè)置浪涌保護(hù)器，以解決局部泄放雷電流引起的過電壓?jiǎn)栴}超高層建筑的接地保護(hù)應(yīng)該采用防雷接地與弱電系統(tǒng)共用接地極的共用接地方式。電源系統(tǒng)應(yīng)該考慮設(shè)置三級(jí)浪涌保護(hù)裝置，弱電信號(hào)線纜系統(tǒng)在引入建筑處設(shè)置浪涌保護(hù)器。
6、超高層建筑弱電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是超高層建筑的神經(jīng)系統(tǒng)，其規(guī)模大、節(jié)點(diǎn)多，各類建筑智能化系統(tǒng)配置應(yīng)按照（GB/T50314―2006）《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》附錄A～J的要求配置。
智能建筑的智能化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)主要由智能化集成系統(tǒng)、信息設(shè)施系統(tǒng)、信息化應(yīng)用系統(tǒng)、建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)、機(jī)房工程和建筑環(huán)境等設(shè)計(jì)要素構(gòu)成。信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要滿足各類網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)信息傳輸與交換的高速、穩(wěn)定、實(shí)用和安全為原則，來設(shè)計(jì)。采用以太網(wǎng)等交換技術(shù)和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)方式，設(shè)計(jì)可采用二層或三層的網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)桌面用戶接人可根據(jù)需要選擇配置l0/l00/1000Mbit信息端口。主干網(wǎng)絡(luò)根據(jù)需要采用樹干光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)工作業(yè)務(wù)需求配置服務(wù)器和信息端口。
超高層建筑機(jī)房工程在設(shè)計(jì)中應(yīng)滿足（GB/T50314―2006）《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》3.7.3條的要求。有大量引出電纜的通信接入設(shè)備機(jī)房應(yīng)設(shè)在建筑物底層或地下一層。對(duì)于群體建筑，通信系統(tǒng)總配線設(shè)備機(jī)房宜設(shè)置在中心位置。樓層弱電間應(yīng)獨(dú)立設(shè)置，上下位置宜垂直對(duì)齊，弱電管道井在穿越樓板的位置應(yīng)做防火封堵，樓層弱電間和弱電管道井均應(yīng)按耐火等級(jí)為一級(jí)考慮，各工作區(qū)的凈高不低于2.5m。
7、結(jié)束語
超高層建筑高度高，人員密集，對(duì)供電的可靠性以及消防等的要求必須安全可靠，一旦發(fā)生火災(zāi)，消防及重要設(shè)備供電應(yīng)能正常工作，確保有足夠的時(shí)間滿足人員安全疏散。對(duì)高低壓配電系統(tǒng)應(yīng)能靈活控制。變壓器供電負(fù)荷容量較大，應(yīng)合理劃分供電區(qū)域，根據(jù)季性負(fù)荷的變化適時(shí)切除相關(guān)供電變壓器的運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能的目的。對(duì)消防水泵，應(yīng)根據(jù)水專業(yè)的要求，利用消防控制設(shè)備進(jìn)行可靠的控制，滿足在不同的區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時(shí)都能準(zhǔn)確啟動(dòng)相應(yīng)的消防水泵，供水滅火。
