高层办公楼电气设计实践分析

陈文

【摘要】笔者近年参与了众多高层建筑电气设计工程，其中包括伟业国际大厦28层办公楼、翔海国际金融贸易中心33层及莱福花园一期15-22层等，现总结设计实践，就高层办公楼电气设计方面浅谈体会。

【关键词】电气设计；高层；高压系统；低压系统；分项计量；绿色建筑

前言

高层商业建筑中的电气设计，它要求设计人员能熟练掌握各种建筑物及其各种设备、技术规格与空间尺寸等内容。现代建筑的风格趋向于多元化，楼层高、面积广且功能齐全。相应地，电气设计内容和项目也变得更为复杂。进行高层商业建筑电气设计时，还要考虑到其用电量大、使用电气设备量多、容易引发火灾隐患等特点，应把节能、防震和消防等因素融入到设计方案中。

一、 高层商业建筑电气设计的主要内容

1. 准确计算出电力负荷

电力负荷是供电设计中必不可少的组分。正确计算出负荷，挑选相应的设备，对整个设备的顺利、稳定运行有着非常重要的作用。针对高层建筑而言，其电力负荷的计算，通常有两种计算方法，它们分别为负荷密度法与需要系数法。

2. 认真选择供电电源及电压

为促进供电可靠性的进一步提升，现代高层建筑中一般会安装大于两个的独立电源，具体的数量会按照建筑的负荷大小及建筑物周边的电网条件来分析。虽然两路电源有着不同的运行方式，不过它们却可以同时进行供电，成为彼此的备用电源。此外，我们还应配置柴油发电机组，以备应急使用，且应确保其能自动恢复供电。

3. 合理设计高低压配电系统

（1）高压配电系统

现代高层建筑的供电方式，一般会采用两路电源，且它们彼此是独立存在的。高压往往使用单母线分段，可实现自动切换，两路电源还可互为备用。母线分段数目实际上要与电源进线回路数相同，电源进线大多会使用电缆进线。

（2）选择高供高计的计费方式

在低压处，应加增计费电度表。通过两部电价法的方式，使照明和动力间彼此隔开和分离。有些地方供电部门还会将空调设备用电归类在建筑物的照明计价系统中，并铺设总表与动力表。动力表中的部分被扣除后，总表中的其余均算作照明电费。

（3）采用高压系统与低压干线相结合的配电方式

通常，我们在设计高层商业建筑物的高压系统和低压干线的配电方式时，通常会用到放射式系统，而设计楼层配电则会使用与低压干线相关的混合式系统。现代很多高层建筑物中，竖井通常都会用到插接式的母线槽。

4. 选择相应的设备

（1）高压开关柜

对现代高层商业建筑而言，其变配电室一般是安装在主楼地下层。按照高层建筑地下室的设计要求，我们应优先选用那些具有“五防”功能的真空开关手车式高压开关柜。

（2）电力变压器

根据国家规定的防火等级及標准，主楼内不允许安装大容量的油浸电力变压器。

（3）低压配电屏

国内低压配电屏，多以抽屉式的结构出现。

（4）应急备用发电柜

以往我们的备用电源是柴油发电机组，以备应急之需。

5. 明确变电所的位置

现代高层商业建筑需要较大的用电量，在找准了变电所的具体位置后，我们应让高压入驻到负荷中心。这种方法能更好的节省电能，同时也能有效提升供电水平。

6. 电气照明设计

电气照明设计，通常包含下列几方面内容，即光源的选择、灯具造型的设计，找准灯具的具体位置，对眩光和调光进行控制，敷设照明配电线路等。现代高层商业建筑中，应优先选用光效较高的电光源，以达到更好的节能效果。

7. 防雷与接地

对于现代高层商业建筑而言，防雷设计中通常会沿用过去的简单、经济性较高的避雷方法。如使用钢筋混凝土剪力墙，能与楼板形成可靠的连接。接地电阻应选取其最小值，一般低于4Ω。虽然基础钢筋等也符合接地电阻的基本要求，不过我们在必要时也应设立人工接地体（水平方向），把重要的建筑物基础连结成接地网，以此来提高建筑的安全系数。

8. 消防自动报警与自动灭火系统

现代高层商业建筑中，火灾自动报警灭火系统大体分为火灾探测器、自动洒水灭火系统等多项内容。各个部分间相互配合，才能最终实现报警灭火自动化。

二、高层建筑电气设计实例分析

1、项目介绍

佛山某高层办公楼，地上28层，地下3层。工程总用地面积为10804.48 m2，总高度为129.8 m，建筑类别为一类超高层公共建筑。我们就该工程地上部分的电力系统、照明系统、防雷与接地系统，火灾自动报警系统等项目进行分析。

2 高、低压变配电系统

2.1 用电负荷统计

本工程为一类超高层建筑，所有消防用电为一级负荷（防火卷帘门，排烟风机，送风机，消防电梯，应急照明等）。商场的营业厅、门厅、公共楼梯和主要通道照明、客梯、生活水泵等用电负荷为一级负荷；商场的空调用电、手扶梯等用电负荷为二级负荷；其余均为三级负荷。

本建筑设有10KV高压进线及柴油发电机，可满足一、二级负荷的供电要求。

对水泵、风机、电梯等用电设备按其设备安装容量进行统计；对照明等设备的用电负荷按单位容量法进行统计；经负荷计算一级负荷总用电置为1934KW；二级负荷总用电量为5021kW。

2.2 供电电源及电压等级

本工程采用两路10kV电源供电。拟从不同的市政变电站各引一路10KV电缆至本工程地下一层变电所，采用电力电缆埋地入户，进户处采用镀锌钢管保护，保护管伸至室外电缆手孔井，室内引至高压开关柜。

为确保一、二级负荷供电的可靠性，设一台1000kW应急柴油发电机组一台。市电与发电机的自投切换开关加机械与电气联锁，防止倒供。市电失压后，2秒内自动启动应急发电机组，15秒内自动切换。

2.3 配电系统高压供电系统

10kV断路器采用真空断路器，额定短路分断能力为31.5kA，在10kV出线开关柜内装设氧化锌避雷器作为真空断路器的操作过电压保护。真空断路器选用弹簧储能操作机构，采用直流100V/65AH铅酸免维护电池柜作为操作、继电保护及信号的电源。变电所采用两路高压进线，高压母线为分段单母线。两段母线同设母联开关，平时分列运行。

2.4 低压配电系统

变压器低压侧采用单母线分段方式运行，平时两段母线分列运行，当其中一台变压器发生故障，进线开关分闸时，联络开关自动/手动合闸。主进开关与联络开关设电气联锁，任何情况下只能合其中的2个开关。正常工作电源和备用电源均由设于地下层的变配电所供给。380/220V系统采用TN-S制中性点固定接地系统，采用树干式与放射式相结合的配电方式。对消防设备等一类负荷配电的电力线路均采用取回路供电，在线路末端自动切换。

3 照明设计

3.1 光源

该工程设计的照明灯具全部采用高效节能灯具。

3.2 应急照明与疏散指示

变配电所、消防控制中心、弱电中心、（消防）水泵房、（消防）楼梯问、（合用）前室、大面积的办公场所、公共走道、大堂等场所设置应急照明，采用220V电源供电，应急时能迅速点亮的光源，采用现场控制开关。

在大空间用房、走廊、安全出口、楼梯间及其前室、电梯间及其前室、主要出入口等场所设置疏散指示。

3.3照明配电系统

办公照明采用母线由配电室以树干方式配电；应急照明、疏散指示照明等采用一路市电和一路发电机供电，采用NG-A（BTLY）-1kV电缆，并在末端互投。

3.4 导线选择及线路敷设

照明、插座分别由不同的支路供电。除注明外照明支路导线为WDZD-BYJ-3x2.5mm2穿SC20管敷设；插座支路导线为WDZD-BYJ-3x2.5mm2或WDZD-BYJ-3x4mm2穿SC20管敷设；所有插座支路（空调插座除外）均设剩余电流保护器；应急照明支路导线为WDZND-BYJ-4x2.5 mm2穿SC20管敷设。

4防雷措施

本工程按二类防雷建筑的要求设置避雷接地装置。建筑物电子信息系统雷电防护等级为D级。 建筑作总等电位电气接地，电气设备接地采用TN-S制。电气与防雷共用基础联合接地体，要求接地电阻小于1欧。30m高以上楼层，每二层利用建筑的圈梁的主筋（二条），通长焊接，并与引下线相连焊接，作均压环防侧面雷击。且30m高以上的金属门窗、金属栏杆等金属物体， 与就近的钧压环或引下线相连接， 以防雷电侧击。

5火灾自动报警系统

本工程为特级保护对象，按规范要求设置火灾自动报警系统，并设置消防水泵联动控制，消防控制中心设于地下一层，并能直通室外。

三、 结束语

高层办公楼建筑的多功能化和技术方面的复杂性，给做好电气设计工作带了一定困难。因此，电气设计工作者只有不断总结经验、深入研究，才能不断提高电气设计的技术水平。

参考文献

[1]《高层建筑防火设计规范》， GB50045-95（2005年版）

[2]《民用建筑電气设计规范》， JGJ 16-2008

[3]《建筑物防雷设计规范》， GB50057-2010

[4]《低压配电设计规范》， GB50054-2009

[5]《供配电系统设计规范》，GB50052-2011

[6]《民用建筑绿色设计规范》，JGJ-T2292010？

[7]《绿色建筑评价标准》， GB/T50378-2014

[8]《建筑照明设计标准》， GB50034-2013