某文化艺术中心电气设计探讨

宋大伟(中国建筑设计院有限公司，北京 100044)

某文化艺术中心电气设计探讨

宋大伟
(中国建筑设计院有限公司，北京 100044)

以某文化艺术中心为例，简要介绍了该项目的供配电系统、照明系统、接地保护系统设计，并对项目电气设计特点进行了总结，为一些文化类建筑电气设计提供了思路。

供配电系统 照明系统 变电所

0 引言

随着生活水平的不断提高，人们对精神文化生活的要求也越来越高，文化类建筑作为人们学习知识和文化活动的主要场所也越来越受到重视。作为对供电可靠性要求较高，且人员长期聚集活动的场所，其供电系统设置的合理性、节能化及照明舒适度等格外重要。

1 工程介绍

本工程由科技馆、音乐厅、群众艺术馆及美术馆、图书馆、青少年活动中心5部分组成。总建筑面积100 000m2，地上建筑面积约70 000m2，地下建筑面积约30 000m2；建筑利用了原有的旧建筑面积约20 000m2，新建建筑面积约80 000m2。高层部分建筑高度55m。其中，青少年活动中心局部及文化艺术中心办公为二类高层公共建筑及其裙房；其他均为多层公共建筑。人防为甲类、核六级二等人员掩蔽所，共1个防护单元。

2 供配电系统

2.1电源情况

本工程电源进线位于该地块西侧(见图1)，根据本工程的负荷等级要求及前期与甲方沟通的结果，采用两路独立的10kV高压供电电源(当一路电源发生故障时，另一路电源应不致同时受到损坏)进行供电。

图1 高压进线路由示意图

图2 高压供电关系图

2.2 10kV供电系统

2.2.1 高压供电关系

高压配电为单母线分段运行方式，中间设联络开关，平时两路电源同时分列运行，互为热备用，当一路电源故障时，通过手/自动操作联络开关，由另一路电源负担全部负荷。各分变配电室变压器容量均<1 250kVA，因此各分变配电室高压进线柜为高压环网柜，节约成本且节省了一定空间。高压供电关系图如图2所示。

2.3 10/0.4kV变配电系统

2.3.1 变配电室设置

本工程在地下一层设置总高压配电室，两路高压电源接入后进行分配，总高压配电室(面积为271m2)附设2台变压器及低压配电设备为制冷机房设备供电。图3所示为变电所位置及高压路由图。其中，A音乐厅变配电室面积为88m2，B科技馆、群艺馆及美术馆变配电室面积为130m2，C图书馆变配电室面积为144m2，D青少年活动中心变配电室面积为94m2。

变配电室设置除满足GB 50053-2013《20kV及以下变电所设计规范》、GB 50016-2014《建筑设计防火规范》要求外，还应考虑不同功能建筑的具体要求(如音乐厅变电所不应设置在演奏台下方等)。

目前很多地区文化类建筑都是几个馆在一起规划建设，有些是连为一个整体，有些是独立的几个小建筑。这要求设计师在设计时要结合建筑布局、高压进线情况等，综合考虑主变配电室和分变配电室的位置，既要满足各建筑低压供电半径的要求，又要满足分变配电室高压进线路由最优。

如图3所示，本工程总变配电室设置在整个建筑的中间位置，便于向各分变配电室配电，且靠近高压进线处可减少室外高压电缆敷设。各分变配电室均在各独立建筑地下且深入近负荷中心。通过总、分变配电室位置的合理设置，可适当减少高低压线缆敷设，降低部分成本。

2.3.2 负荷计算

1)A区配电室

AT1,AT2变压器供电范围为音乐厅所有用电负荷以及按防火分区划分的部分B区地下车库用电。

视在功率：Sj=1 217.2kVA，选2台800kVA变压器，负荷率约为76%，所带区域单位面积容量约为106VA/m2。

图3 变电所位置及高压路由图

图4 电缆沟示意图(箭头所示为检修井位置)

2)B变配电室

BT1，BT2变压器供电范围为科技馆、群艺馆及美术馆所有用电负荷。

视在功率：Sj=1 576kVA，选2台1 000kVA变压器，负荷率约为78.8%，所带区域单位面积容量约为82.3VA/m2。

3)C变配电室

CT1,CT2变压器供电范围为图书馆所有用电负荷。

视在功率：Sj=1 576kVA，选2台800kVA变压器，负荷率约为75.5%，所带区域单位面积容量约为57.2VA/m2。

4)D变配电室

DT1，DT2变压器供电范围为青少年活动中心所有用电负荷。

视在功率：Sj=1 576kVA，选2台500kVA变压器，负荷率约为71.5%，所带区域单位面积容量约为66.7VA/m2。

因为本项目冷冻机由2 台专用变压器供电，所以各分变配电室所带区域单位面积容量指标较其对应建筑功能参考值略低。

2.4电力配电系统

根据变电所所处位置情况不同，低压出线采用上出线或经电缆沟下出线。其中图书馆变电所在首层，且被两层通高中庭分开。又因该馆由旧建筑改建而成，改建加层后的层高较低不宜走大量管线。

结合以上情况，将图书馆变电所低压出线改为下出线，在变电所内设低压电缆沟(见图4)，并将电缆沟延至建筑各强电井。因改建时需将首层地面挖至基础梁深度，所以不必为电缆沟建造单独开挖地面，可减少一定施工量。

3 照明系统

3.1光源选择

在办公阅览等场所选用LED支架，在高大空间选用LED悬挂灯，在走廊、卫生间等有吊顶的区域选用LED筒灯。以上灯具参数均满足GB 50034-2013 《建筑照明设计标准》中4.4.3、4.4.4条的要求，对于长期工作或停留的房间或场所(办公室、阅览区等)，色温控制在4 000K，特殊显色指数R9应大于0。

3.2照度计算

对于LED支架，由于光源与灯具做成一体，因此光源的效率比传统荧光灯高很多，利用系数也高于传统荧光灯。计算时利用系数U可取0.9(由厂家提供数据)，一般T5荧光灯的利用系数为0.5～0.6。因此，在一般的功能房间内(如办公、阅览区等)可以用一只LED支架(16～20W，80～100lm/W)替换一只传统T5荧光灯(28W，90～100lm/W)，从而达到节能的效果。

3.3照明控制

在照明控制要求较高的场所(如各入口门厅、音乐厅、影厅的观众厅、多功能厅、科学展览序厅、图书馆的阅览室及公共休息区等)采用智能控制系统；在美术馆的大、小展厅，动态展示区，馆藏精品陈列区、展览区，图书馆的陈列展廊区、楼梯、部分走廊等处设置移动及存在感应探测器，达到“人来灯亮、人走灯灭”的效果。

目前虽然LED灯具已较为成熟，并在各类建筑中普遍应用，但对于LED灯具使用仍有一定争议。笔者认为，只要严格控制LED灯具的各项技术参数，满足国家现行规范要求，且合理布置灯具使照度达到各场所照度标准值，LED灯具还是可以满足各场所使用要求的。目前一只LED支架灯具与普通T5荧光灯价钱相近，可以与荧光灯进行一对一替换，在使用中可节约比较可观的电费。

4 防雷接地及安全

4.1接地

本工程包括新建建筑与既有建筑，前者利用基础底板上、下两层钢筋焊接为一个整体接地网；而对于后者，原基础接地网已不确定是否可靠，需利用新增的基础拉梁、基础钢桶重新构建一基础接地网，钢梁未连通处用50mm×5mm镀锌扁钢在地面下暗敷将各钢梁连通，构成一新接地网。最后，再将新建建筑接地网与既有建筑接地网多点可靠焊接为一个整体接地网。

4.2等电位

既有建筑变配电室的总等电位端子箱以及强/弱电间的局部等电位端子箱均从新增基础钢梁上焊接扁钢引上，如图5所示。对于相邻两建筑或新、旧建筑之间的接地网，建议将其连接为一个整体接地网，这样有利于降低整体接地电阻，增加安全性。

图5 等电位联结示意图

4.3防雷

本建筑为二类防雷建筑，建筑顶端、周边轮廓为金属格栅幕墙，金属格栅安装在玻璃幕墙及各实体墙之外，与玻璃幕墙共用龙骨。根据GB 50057-2010 《建筑物防雷设计规范》表5.2.1中对接闪器材质截面的要求，将屋面铝合金格栅作为接闪器，单根铝合金厚度>2.5mm；再与屋面明敷接闪带、暗敷接闪网格多点可靠焊接，焊接间距≥10m。发生雷击时，通过铝合金格栅、屋面接闪网将雷电流引至接地网，再由引下线导入大地。

对既有建筑的防雷系统做专用引下线，两根专用引下线间的外墙沿周长≤18m。专用引下线明敷引下后在地下1.0m用40mm×4mm镀锌扁钢围建筑做一圈接地网，再与临近地下车库接地网多点可靠焊接。发生雷击时，将雷电流通过专用引下线导入总接地网入地。

5 结束语

综上所述，变配电室数量及位置的合理选择、供配电系统的可靠性、防雷、接地及安全措施等内容在电气设计中十分重要，这也是每个设计人员需要不断研究、不断优化的地方。笔者结合自己的工程实践，对工程设计中的一些体会做了简要介绍，如有不当之处，还请各位同仁、前辈批评指正。

[1] GB/T 50065-2011交流电气装置的接地设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2011.

[2] GB 50034-2013建筑照明设计标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2013.

[3] GB 50057-2010建筑物防雷设计规范[S].北京:中国计划出版社,2011.

DiscussionontheElectricalDesignofaCulturalandArtCenter

Song Dawei

Through introducing the design of power supply system, lighting system and grounding protection system about one cultural building, and making conclusion on the electrical design characteristics of this project, so that providing some ideas about the electrical design of cultural buildings.

power supply system, lighting system, grounding protection system