小议高层建筑电气设计的要点

洪祖华

摘要：城市高层建筑的增多，让高层建筑电气设计成为一个人们不得不面对的技术课题。高层建筑的结构复杂、用电需求不均匀、能耗不易控制等都成为了高层建筑电气设计中的难题，因此应当在充分了解高层用电特征的同时，尽量合理地设计主要系统，并合理选择基础设备。这样才能打造出一个高效率、低能耗的高层建筑供电网络。

关键词：高层建筑供电；设计内容；设备选取；节能

前言

高层建筑电气设计工作是一项复杂的工程，在设计过程中应充分考虑其特点并注重节能的功效，才能满足现代高层建筑的各项需求。本文将对高层建筑电气设计的特点及节能设计方案等进行分析与阐述，以提高电气设计工作的应用率。

1高层建筑电气系统设计

1.1供电系统电源的选择

在高层建筑电气设计中，电力供应的基础就是电源，因此电气设计的首要内容就是电源的选取。高层建筑供电系统均与市政电源条件有关，高层建筑应有两路高压电源，国内高层建筑所采用的电压都是10kV标准，并且两路高压电源需独立运行，采用两路同时供电互为备用的方式，并要求其中一个电源发生故障（或检修）时另一个电源不致同时受到损坏（或检修）。另外，依据高层建筑的定位及供电方案要求，有时需要配备发电机组作为备用电源，保证高层建筑中特别重要的一级负荷、二级负荷、消防负荷等的设备用电。

1.2建筑的电力负荷估算

电气设计的下一步就是确定整个建筑的用电负荷容量，高层建筑电气设计也不例外。在这里，对电力负荷的估算是否准确将关系到整个系统的设备、安全和经济性，因此高层建筑的电气设计离不开负荷计算，普遍采用的方法是负荷密度和需要系数这两种计算方法。

1.3高压变配电系统

高压变配电系统是设计中的重点环节，因为建筑中的电气设备用电大部分为低压设备（220～380V），所以需要将高压电（10kV）经过变压器进行电压转换才能正常使用。这些任务就由建筑中的高压变配电系统来完成。

1.3.1高压配电系统的实现

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。

1.3.2电路的计费方式

电路的计费方式普遍采用高供高计形式（或依据当地供电部门的要求进行设置），但是在低压侧仍需要安装电表进行计费，以便将动力和照明系统分开进行计费。这主要是为了适应供电部门的计费差异，有的地方将空调设备也划入到照明用电计价中，因此在电气设计中应安装总电表和动力电表合理管理电能，了解电能的使用情况。

1.3.3变压器的选择

变压器应当按照前面的估算负荷来进行选用，包括容量和台数的确定。这里应注意对变压器经济运行和节能需求着重进行考虑，尽量让变压器能在经济运行的条件下工作，以达到节能的目的。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，当动力用电容量太小时，动力變压器可不分开装设，而在低压侧应对动力负荷分类计费。

1.4配电系统的线路设计

在建筑电气设计中还应对整个电路的分布和敷设形式进行设计。在原则上，高压和低压干线的配电都是以放射式来进行设计的，楼层配电则以树干式或放射式进行配电。配电设备中的主要部分就是“干线”，对高层建筑来说，配电竖井一般优先采用插接式的母线槽，布线方便。而水平的干线铺设较为困难，多采用全塑电缆和竖井中的母线相连。每个楼层都需要配置小型的配电间，以保证配电和用电安全。层间的配电箱经过空气开关从母线上取电，并经过预埋线路管进入到室内。这时如果建筑的层数较多，应合理设计实现分区供电，或者将变压器进行分散设置。

1.5其他配电系统设计

1.5.1低压配电系统的控制

在低压配电系统中应当注意对断路器的应用和设计，这主要是对分路系统进行必要的安全保护，防止一些人为或者意外事故造成大面积的停电或短路事故，而且在设计中应当合理分级，合理选择断路器的过流标准，防止随意配置造成隐患。

1.5.2电梯系统的设计

在对电梯供电系统的设计中，电梯配电应当采用两路专用电缆，且两路电缆应引自不同变压器的低压柜馈线回路，并在电梯机房末端配备自动切换装置。

2高层建筑电气设计中的关键设备选取

2.1高压开关柜的选用

目前现代化高层建筑的配电室一般都在地下，应根据高层建筑地下室的标准选用适合建筑负荷的真空高压开关柜，以保证整个供电系统的安全。

2.2变压器的选择

变压器在选择中除了根据负荷需求进行选用外，还需要考虑防火要求，在主楼内不允许装设大容量的油浸电力变压器。

2.3低压配电屏和发电机组

配电屏一般的形式都是采用抽屉式结构，大容量的出线则采用车式结构。在发电机组的选择中，应当采用较为先进的燃气轮机发电机组，其优势为体积小、反应快、故障率低，采用这一类型的机组可以延长机组寿命，提高备用供电的能力。

2.4对变电所的位置设计

高层建筑的用电特点就是需求的电量较大，在确定变电所位置时应当考虑负荷的中心位置，尽量使之靠近负荷中心。这主要是为了降低大负荷供电造成的线损，也提高了供电的质量。

2.5照明电器设备的选择

照明系统是高层建筑的重要基础设备，在设计和选取过程中应注意对光源、照度、美观、位置等的合理配合，并且尽量采用可以实现智能控制的灯具，以便于节能。

2.6系统的防雷和接地系统

电气系统防雷和接地是十分重要的保障措施，其处理除采用避雷针和避雷带等传统措施外，还可采用消雷器、放射性避雷针，这两项技术在实际应用中得到了推广，也取得了较好的效果。目前的设计方向是将防雷、接地、电气设备接地保护、工作性接地等系统有机结合起来，形成一个接地系统。接地电阻应当按照要求进行设计，保障在1以下。可以采用建筑物本身的钢筋混凝土基础作为接地极，但同时也要额外敷设接地扁钢，负责将小区内其他临近的建筑物基础连接形成一个接地网络，以提高安全性能。

2.7消防系统的构建

目前高层建筑都需要配备火灾自动报警和自动灭火系统，具体包括：火灾探测器、分区消防报警控制器、消防中心和气体自动喷射灭火及自动洒水灭火系统等，以此形成报警、灭火的自动化。在电气设计中，应当保证必要的专用线路来维持这些系统的日常伺服性能，使其在火灾中能够发挥作用。探测器探测到火灾信号后转换成电信号，进入分区报警器和消防中心，发出声光报警信号。消防中心负责整座大楼火灾的监控和消防指挥。

3高层建筑电气的节能设计

随着我国人口的加剧、工业的不断发展，对能源的消耗也不断增加。我国正面临能源危机问题，为此各行各业都已提出节能的需求，这也是高层建筑电气设计中的重要特点之一。

3.1满足建筑物的使用功能

高层建筑电气设计在使用功能方面要满足照明在色温、照度、显色指数这几方面的要求，空调温度和风量也要得到满足，使用的舒适度和卫生状况应得到保障，运输通道上下和左右都要畅通无阻。在一些特殊技术方面的使用要求要满足，如在娱乐场的用电、展厅的工艺照明以及电力用电等。

3.2经济效益需要充分考虑

节能的同时也要充分考虑到经济因素，建立在过分增加成本和投入基础上的节能是不被提倡的。节能的焦点应该在电气设计当中体现，能在较短时间内通过节能得到费用的回报。

3.3减少无谓的耗能

应明确哪些电量消耗是与建筑物的功能无关，再考虑采取具体的措施。在设计过程中，节能措施应遵循“经济合理、价值实用、技术先进”等原则。由于高层建筑耗电量大，节能空间也相对较大，应在设计过程中予以充分考虑，因此在选择电气节能设备时，应对其性能、原理、效果等多方面因素给予考虑。无论是从技术上还是经济上，都要反复进行比較，再最后选定节能设备，实现真正的节能功效。

4结语

虽然电气设计是建筑工程的一项重要内容，但在我国目前还没有制定出有关建筑电气设计的相关标准，仍然没有引起行业的重视。比如高层住宅电气设计不规范、考虑不够周全，同时电气设计人员的整体经验还不足、知识掌握不够丰富等，以上这些问题都有待于我们去解决。