高层建筑电气设备消防安全管理研究

2023-10-07任泽旭张井文

中国设备工程 2023年18期

任泽旭，张井文

（中检集团公信安全科技有限公司，山东枣庄 277100）

在一些高层或超高层建筑的设计过程中，一方面，电气的使用和设计逐步趋于重要地位，高层建筑由于其远高于原来建筑所达到的高度，其他的一些建筑属性也会随之发生变化，其体量以及内部的设计会变得更加的复杂，反之，也就对于高建筑中的电气设计提出来更高的要求，否则，依旧按照原来的技术要求使用到高层建筑上，会变相的导致新建高层建筑的用电安全的危险系数的提高。再加之人员密集，一旦发生火灾，则后果十分严重，所以高层建筑的消防安全设计极为重要。另一方面，高层建筑用电设备多，用电需求大。本文进行某大厦的电气工程设计，主要介绍其供配电系统接线方式的选择、照明系统的设计、消防系统的设计以及防雷和接地系统的设计。

1 供配电系统设计

1.1 负荷计算

（1）负荷分级及供电要求。依照中断供电对社会的影响程度及用电负荷对供电可靠性的要求可将负荷分为三个等级。①一级负荷。一级负荷要求有两个独立的电源，主保护失灵导致两电源都出现问题，也能被值班人员发现进行修复。②二级负荷。二级负荷要求不中断供电后能快速恢复供电或发生常见故障时中断供电，宜一路工作，两路供电，一路备用。③三级负荷。三级负荷无特殊供电要求，只需一路电源对其进行供电。

（2）计算负荷。负荷计算一般采用需要系数法：

表1 一般设备的、、取值表

设备名称images/BZ_224_1551_1106_1589_1151.pngimages/BZ_224_1789_1112_1873_1148.pngimages/BZ_224_2028_1109_2112_1148.png照明及插座 0.75 0.8 0.75生活水泵 0.5 0.8 0.75热水系统 0.6 0.8 0.75电梯 0.6 0.6 1.33空调 0.7 0.8 0.75

（3）无功补偿。对于民用高层建筑的高压侧的功率因素国内要求达到0.9 以上，而实际情况大多数只能达到0.8 左右，所以必须采取人工干预补偿方能满足功率因素要求。

1.2 高压主接线

本工程电源引自10kV 变电站，采用YJV22-10kV 电缆引入本楼变电所。两路进线，单母线不分段，一用一备，一旦工作电源发生故障，备用电源立即自动投入。此接线方式有着线路简单、所需设备少、操作方便、经济性高等优点。

1.3 低压配电设计

大厦属于高层建筑，负荷种类较多，低压配电尤为重要，因为这将直接影响大厦的用电安全和经济管理。树干式配电是多个负荷并联在一条配电干线上，此方式耗材少，但一旦干线发生故障，停电范围大，因此供电可靠性低。而放射式配电是各用电负荷均有一单独配电线路供电，此方式供电可靠性高，但耗材多，经济性低。该大厦17 层，本设计从总配电箱引出五条干线构成放射式系统，其中三根干线采用树干式向各楼层配电间配电，各楼层配电间再配出若干条支线向各房间配电。另外两根干线专门向电梯间和水泵房供电。

1.4 电缆、导线的选择

（1）电力电缆用于10kV 变电站至本建筑物变电所。（2）采用VLV42 铝芯电力电缆为配电线路。（3）ZR-BV 阻燃铜芯线应用于应急照明电路，所有的电线均用热镀锌钢管，火灾保护设备除外，PVC 型阻燃塑料管应用于分支线路保护管，沿着天花板敷设。

2 照明系统的设计与管理

照明是生产工作中不可或缺的，充足合适的照明设计要做到安全、实用、经济便于维修和安装，在达到此要求的基础上达到协调、美观的要求。

2.1 照明灯具的选择及布置

（1）照明灯具的作用。调增光源辐射的光通量在空间的分布，从而得到舒适的照明环境的器具称为照明灯具。其作用主要为合理配光、防止眩光、固定光源、为光源供电和装饰美化环境。

（2）照明灯具的分类。可分为五种：①直接型；②半直接型；③漫射型；④间接型；⑤半间接型。

（3）照明灯具的选择。电光源、配光曲线、环境条件、灯具风格与建筑风格、建筑结构和建筑功能等因素。灯具的选择应遵循以下原则：①技术特性。如一般工业厂房采用效率高的直接配光灯具，高度在4 ～6m 的厂房应该用广照型灯具；办公大楼、商场以及百货大楼等公共建筑可采用漫射型或间接性型灯具。②经济性。即获得同一照度值时，应选择消耗功率少，利用系数和效率高的灯具。③安全性。应根据所处的环境条件选择合适的灯具。如有爆炸危险的场所，应选择防爆型灯具；潮湿场所选择防潮型灯具；有腐蚀性气体的场所宜选择耐腐蚀材料制作的密闭型灯具等。④协调性。应考虑灯具与建筑物相协调以及灯具安装的美观性。

（4）照明灯具的布置。布置需满足合理、光照均匀、无炫光，同时要维修方便快捷、安全。本设计部分场所照度标准及灯具选择如表2 所示。

表2 大厦部分场所照度及灯具选择

2.2 应急照明

应急照明是指在出现特殊状态下仍能维持工作的照明装置。在重要出入口上方布置安全出口灯，走廊及转角处设置疏散指示灯，间距不大于20m，高度小于1m，各楼层设置楼层指示灯。

3 火灾自动报警系统的设计和管理

首先，大厦体量大、功能复杂、管道竖井多，建筑中集成了各种潜在的火灾隐患，一旦发生火灾，由于其建筑高、层数多、人员密集，导致疏散救援难度增大。其次，由于其内部设备多，线路多且长，装修量大，会助长火势的蔓延加大灭火难度。又由于其内部竖井多，导致火势蔓延快，烟气流窜迅速，亦给消防抢救工作带来极大困难。因此大厦需设立火灾自动报警系统。

3.1 火灾自动报警系统的组成

火灾自动报警系统一般由火灾探测器、火灾报警按钮、火灾报警控制器、消防联动控制组成。

3.2 火灾探测器的安装和选择

（1）火灾探测器的选择。火灾探测器根据其监测的火灾特性不同，可分为烟感、温感、光感、复合和可燃气体探测器五种。（2）火灾探测器的设置和布局。探测器的数量按下式计算：

式中，N 为一个探测区域内应设置的探测器数量，若为小数，则取不小于它的最小整数；S 为一个探测区域的面积（m2）；A 为单个探测器的保护面积m2；K 为安全系数，按房间的使用性质和火灾的危险程度在0.5～1.2 选取，火灾危险程度越大的区域取值越小。

通常火灾探测区域的划分是以墙体作为分界线，一般一个独立房间为一个探测区域，而对于开放区域如电梯、楼道、走廊。

3.3 手动火灾报警器的设置

应设置在明显和易操作的部位并设置醒目的标志。主要出入口也需设置一个手动报警器。

3.4 消防联动系统

在发出火灾报警信号后，应进行手动或自动的消防联动控制。（1）自动灭火系统。自动灭火系统包括自动喷水灭火、泡沫灭火、管网气体灭火、干粉灭火和阻止火势蔓延的设施，包括防火门、防火卷帘。（2）火灾应急广播系统。火灾应急广播一般是和业务广播共用一套设备。（3）消防电话系统。消防电话系统是在火灾发生时，为消防而设置的独立的电话系统。

3.5 火灾自动报警系统的导线选择和布线

火灾自动报警系统采用双路交流电源供电。（1）导线选择。火灾自动报警系统的电源线选用截面2.5 以上的聚氯乙烯绝缘阻燃（ZR-BV）铜芯线。信号线选用截面1.0 以上，耐热105℃以上聚氯乙烯绝缘铜芯线（BV105）。电气控制线则选用截面1.5 以上的铜芯控制电缆，消防水泵等重要设备宜选用阻燃型电缆。对讲语音线采用屏蔽线。（2）导线布置。火灾自动报警系统传输线路采取穿金属管、硬质塑料管、半硬质塑料管或封闭式线槽保护方式布线。

4 防雷和接地系统的设计和管理

4.1 雷电的危害

直击雷的雷电流通过放电流过建筑或设备，其峰值为几十至几百千安，峰值时间极短，只有几个至十几个微秒，其威力巨大，可损坏建筑和设备、中断通信、伤害人畜。

4.2 建筑防雷分类

雷击次数与建筑物高度和所在地区雷暴日有关，一般来说，建筑物越高，遭受雷击的次数越多。

4.3 建筑防雷措施

对于直击雷，在建筑物上设避雷带和避雷针组成的接闪器来预防。

4.4 接地系统

（1）低压配电系统接地形式分类。根据IEC 标准，低压配电系统接地形式分为TN、TT 和IT 三种。（2）接地系统的选择。由于本设计以10kV 电压给大厦供电，且10/0.4kV 变电所在大厦地下一层，所以接地系统采用TN-S 系统，TN-S 系统原理图如图1 所示，工作零线N 和保护零线PE 从电源端中性点开始完全分开，PE 线平时不通过电流，只在发生接地故障时通过故障电流，比较安全，但需要增加一根导线。