某超高层住宅电气设计要点分析

庞灵章， 汪 海

(北京维拓时代建筑设计股份有限公司，北京100025)

0 引言

随着我国经济快速发展，人口不断增长，城市住宅规模需求量扩大，城市中心地段的土地资源越来越稀缺，资源越来越珍贵，同时随着建造技术的提高，住宅形态向高层发展，建造超高层的趋势成了必然结果，超高层住宅在城市中心拔地而起。

根据GB 50352-2005《民用建筑设计通则》第3.1.2.3条规定:“建筑高度超过100m的民用建筑为超高层建筑。”超高层住宅较普通高层住宅，其供电系统的可靠性、安全性及消防设计等要求要高出很多，设计中有许多不同之处，现以某超高层住宅工程实例电气系统设计进行分析，对以后超高层住宅电气设计提供参考。

1 工程概况

本工程总用地面积1.38万 m2，总建筑面积9.35万m2，其中地上建筑面积为7.04万m2，地下建筑面积为 2.31 万 m2。 本项目包括 1＃、2＃、3＃楼和地下车库4个子项。其中2＃楼为超高层，地下3层，地上43层，共2个单元，每个单元1梯4户。地下为设备机房和戊类储藏，首层、二层为配套商业，3～43层为住宅(除15层、30层为避难层外)，建筑面积3万m2，建筑高度130m，1＃、3＃楼均为一类高层住宅。

2 变配电系统

2.1 负荷分级

现行规范及图集《建筑设计防火规范》、《住宅建筑电气设计规范》、《超高层建筑电气设计与安装》规定，超高层住宅的消防负荷用电、应急照明、走道照明、航空障碍照明、安防系统、客梯、污水泵等为一级负荷，但是超高层由于建筑高度高、建筑规模较大、人员众多，发生火灾后危险性、消防疏散和扑救难度要高于普通的高层住宅，鉴于此，结合项目特点，将火灾自动报警系统、应急照明按高一级的负荷要求供电。

2.2 负荷计算

根据北京市地方标准DB11/T 1147-2015《10kV及以下配电网建设技术规范》规定，住宅需单独设置变电所及变压器，配套商业及车库设置独立变电所及变压器，供电负荷计算指标如下。

(1)建筑面积80 m2(不含)以下为6kW/户。

(2)建筑面积 80～120 m2(不含)以下为8kW/户。

(3)建筑面积 120～150 m2(不含)以下为10kW/户。

(4)建筑面积150 m2以上的住宅，超过150 m2面积部分按照50W/m2的标准进行计算。

(5)附属设施按实际需求配置(如地下储藏室按20W/m2、电梯用电等)。

住宅部分负荷计算见表1。

负荷计算表 表1

根据以上计算，住宅部分选用两台800kVA变压器，负载率70%，满足当地供电局标准要求。

超高层住宅与以往普通高层住宅负荷密度无太大的区别，如不采用集中制冷空调系统，普通住宅单位面积变压器装机容量在25～35VA/m2，根据项目经验考虑每座小区配电室供电的建筑面积不宜超过4万(500kVA×2)、5万(630kVA×2)或6万m2(800kVA×2)。

2.3 供电电源

超高层住宅至少需要双重电源供电，当一路电源发生故障时，另一路电源不应同时受到损坏，同时根据《超高层建筑电气设计与安装》图集，超过250m的住宅建筑应设置应急电源或备用电源。本项目坐落在一线城市中心地段，供电电源可靠，建筑高度不超过250m，未考虑设置柴油发电机应急电源，最终采用两路10kV供电，两路10kV电源引自两个区域110kV变电站，满足GB 50052-2009《供配电系统设计规范》及GB 50016-2014《建筑设计防火规范》(以下简称“《建规》”)一级负荷供电的要求。

同时为应急照明、火灾自动报警系统考虑第三电源，用以下方式解决。

(1)火灾自动报警系统等需要不间断电源供电的负荷采用设备自带UPS供电。

(2)应急照明设置铬镍电池供电，蓄电池较普通高层连续供电时间加大，≥1.5h。

2.4 电气用房

变电所位置选择应满足GB 50053-2013《20kV及以下变电所设计规范》、JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》及当地供电局的有关规定，结合10kV市政进线方向，确定变电所位置。设计人员在设计变电所时，应及时结合当地供电局及政府相关文件要求，是否区分居民用电变电所和其他用电变电所，避免设计的失误及反复工作。

超高层住宅最大的特点就是“高”，这点引申到供配电设计上就是要考虑供电半径的问题，不同容量的变压器，其远距离带负荷能力不同，且供电距离与负荷密度大小成反比关系，住宅中占负荷比重最大的是居民用电，经常占到整个负荷的80%甚至以上，用电较分散，变电所设计位置的关键原则是靠近用电负荷中心，既保证经济合理性，又最大化地发挥变压器的带负荷能力。

本项目3栋住宅楼设置一处变电所(见图1)，10kV市政进线方向为地块南侧，最终确定住宅变配电所设置2＃楼南侧车库地下一层，变电所位置至1＃楼最高层表箱185m，至2＃楼最高层表箱170m，至3＃楼最高层表箱175m，基本设置在负荷中心，同时满足供电半径要求。

2.5 电压损失

一般住宅项目电压损失均能满足规范要求，本项目针对超高层住宅部分进行了电压损失校验，按最不利点屋顶末端表箱进项校验，共分为两段(见图2)，变电所至配电间、配电间至43层电表箱。从变电所至配电柜(见图3)路由30m，计算负荷Pjs＝192kW，计算电流 324A，电缆采用 4×240＋1×120mm2。配电柜至末端表箱距离140m，计算负荷108kW，计算电流182A， 电缆采用4×95＋1×50mm2。配电柜系统图见图2，距离示意图见图3，计算如下。

△u%＝△ua%Il＝0.053%/A·km×324A×0.03km＋0.109%/A·km×182A×0.14km＝3.28%，符合规范要求一般场所电压偏差±5%。

图1 变电所位置

图2 供电电缆分段示意图

3 低压配电系统

3.1 电缆选择

根据JGJ 242-2011《住宅建筑电气设计规范》中6.4.4条规定，超高层住宅消防干线电缆应采用矿物绝缘电缆。普通一类高层住宅根据《建规》中10.1.10.3条规定，如消防电缆与普通电缆分开电井敷设，可不采用矿物绝缘电缆，但工程实际中普通一类高层住宅也很难分开普通与消防负荷强电井，也不能把消防电缆敷设于弱电井中，故一般一类高层住宅消防电缆也会采用矿物绝缘电缆。

超高层住宅与普通一类高层住宅普通干线电缆选用无太大差距，根据规范规定一般选用低烟无卤阻燃电缆。

3.2 低压配电

根据使用情况和负荷种类，分为以下4种配电干线。

超高层住宅设置有避难层，电气配电干线也应按避难层划分，同一干线不宜同时带两个供电区域。

图3 配电柜系统图

(1)居民用电干线:居民用电与非居民用电分别从变电所引入专线电源，同层住户不超过9户时，同层住户可采用单相电源供电，同时干线考虑三相平衡，宜为3层的整数倍，且供电局要求干线供电户数不宜过多，避免大面积停电造成不便。最终本项目干线未选用母线，选用了电缆，考虑6层住户设置一路干线，树干式配电。

(2)避难层干线:避难层是用于人员暂时躲避火灾及烟气危害而设置的楼层，火灾发生时，要保障避难层内的用电设备可靠工作而不受其他用电设备干扰影响，因此避难层配电需要单专线干线配电，避难层主要是消防风机房、避难走道和避难区域，故单独设置应急照明箱、消防风机配电箱。

(3)消防负荷干线:消防负荷必须末端切换，均为单独干线，包含消防风机、消防电梯、消防排水泵等负荷。应急照明设置按避难层设置干线，每个单元共设置地下、1～14层、15层、16～29层、30层、31～43层6段干线，每6层设置一处应急照明箱，照明箱提供各上下三层电源。

(4)普通负荷干线:地下弱电间、客梯设置双电源切换箱，分别单独干线；地下储藏室、屋顶泛光照明设置电源箱，分别单独干线，泛光照明在各避难层预留配电箱。整个建筑航空障碍灯设置一组干线，分别在各避难层及屋顶设置双电源切换箱。

4 火灾自动报警系统

超高层除按低于100m以下一类高层进行火灾自动报警设计外，部分做法与普通高层建筑会有些许不同。

4.1 报警控制器设置

GB 50116-2016《火灾自动报警系统设计规范》中3.1.7条规定:“建筑高度超过100m的建筑中，除消防控制室内设置的控制器外，每台控制器直接控制的火灾探测器、手动报警按钮和模块等设备不应跨越避难层”。并根据《火灾自动报警系统设计规范》图示14X505-1P13中所示(见图4)，本项目参照图4中“图A”的做法，在消防控制室设置集中报警控制器，未在避难层设置区域报警控制器，报警总线使用耐火线缆。

图4 报警控制器位置设置

4.2 探测器设置

《建规》中8.4.2条规定:“建筑高度大于100m的住宅建筑，应设置火灾自动报警系统”，超高层住户内除卫生间不设置探测器外，厨房设置感温探测器，卧室、书房、客厅、餐厅等区域设置点型感烟探测器。

4.3 避难层电话及广播要求

避难层每隔20m设置一个消防专用电话或电话插口。各避难层内应设独立的火灾应急广播系统，宜能接收消防控制中心的有线和无线两种广播信号。

5 结束语

超高层住宅由于建筑高度高，对电气设计提出了新的要求。本文介绍了某超高层住宅的电气供配电系统设计，同时阐述了超高层住宅电气设计关注的要点，能为同类型超高层住宅设计中提供一定参考，文中不足之处望各位专家及同行批评指正。