高層建筑電氣工程供配電系統設計分析

王玉林

成都宏圖基業工程建設有限公司

高層建筑電氣工程供配電系統設計分析

王玉林

成都宏圖基業工程建設有限公司

城市化和現代化進程在社會經濟飛速發展的基礎上進一步加快，人們的用電需求進一步增加，對供電系統提出來更大的考驗與挑戰。高層建筑中電氣設備的增加對建筑供配電的需求也在持續增長，供配電系統作為保障建筑內部電力系統正常使用和運行的基礎性條件，為了保障高層建筑功能的發揮，促進建筑行業的發展，其具體的設計需要引起人們的重視。本文重點分析高層建筑電氣工程供配電系統設計的要求，在此基礎上探析具體的設計要點。

高層建筑；電氣工程；供配電；系統設計

1 、高層建筑電氣工程供配電系統概述

1.1 高層建筑的概述

中國《民用建筑設計通則》(GB 50352—2005)將住宅建筑依層數劃分為：一層至三層為低層住宅，四層至六層為多層住宅，七層至九層為中高層住宅，十層及十層以上為高層住宅。大于24m者為高層建筑(不包括建筑高度大于24m的單層公共建筑)；建筑高度大于100m的民用建筑為超高層建筑。

1.1.1 一類居住建筑包括高級住宅和十九層及十九層以上的普通住宅。

1.1.2 一類公共建筑包括醫院；高級旅館；建筑高度超過50m或每層建筑面積超過1000m2的商業樓、展覽樓、綜合樓、電信樓；建筑高度超過50m或每層建筑面積超過1500m2的商住樓，建筑高度超過50m的教學樓和普通的旅館、辦公樓、科研樓、檔案樓等。

1.1.3 二類居住包括建筑十層至十八層的普通住宅。

1.1.4 二類公共建筑包括除一類建筑以外的商業樓、展覽樓、綜合樓、電信樓、財貿金融樓、商住樓、圖書館、書庫；建筑高度不超過50m的教學樓和普通的旅館、辦公樓、科研樓、檔案樓等。

1.2 高層建筑的重要性

在現代社會中，隨著現代化和城市化進程的加快，城市人口密度不斷增加，而城市的面積是有限的，這就導致了用地緊張現象的出現，加劇了土地的供需矛盾，而人們在社會經濟高度發展的推動下，對生活質量和水平的要求越來越高，建筑的規模和數量都在不斷增加，對著科技生產力的提升，高層建筑應運而生。在現代社會中，高層建筑可以有效保證人們的居住要求，作為人們生活生產的載體，對維護社會的穩定，促進社會的進一步發展有重要的意義.還能節省一定的土地資源。

2 、高層建筑相關供配電系統設計要求分析

2.1 安全性

首先，要確保其具有安全性，這是供配電系統最為首要的要求。在對供配電系統進行設計時，必須嚴格的按照相關的要求和規范，力爭把設備以及人身發生的事故的幾率限制在最小。

2.2 可靠性

電力能源在現代社會中占據重要地位，針對不同用途的高層建筑，如其供配電系統可靠性不足，在實際運營中出現系統停滯等問題，可能導致多種損失，因此設計人員應重點把握設計的可靠性指標。

2.3 靈活性

供配電系統的設計應該具有方便和靈活的特征。在對供配電系統進行接線時應該盡量的做到簡單，同時還可以使其可以滿足負荷的變化，可以迅速的從一種運行狀態直接轉換至另一種運行狀態，并在轉換的過程中不會輕易的出現錯誤的操作，可以確保能夠正常、方便的進行檢修與維護。

2.4 經濟節能

高層建筑因為整體結構巨大，供配電線路長度很長，而長距離供電增加了產生線路損耗及電壓損失的可能性，不利于電能的有效利用，出于節約能源考慮，需要優化設置配電壓器，減少不必要的能源損耗。

3 、高層建筑供配電系統設計要點分析

3.1 變壓器的選擇與設計

大容量變壓器在當今大部分高層建筑中的普及率較低。大容量變壓器卻有著高效率的特點，但是在實際投入過程中所涉及到的負荷面也寬。故而，這就需要高層建筑供配電的系統設計中要結合建筑實際和供電需求等相關因素和實際用電需求，選擇和設計變壓器的單機容量以及變壓器的數量。

3.2 負荷等級的設計

首先，一級負荷要求供電主要應用在一類高層建筑物的消防用電中。其次，二類的高層建筑中消防設施和設備用電應當根據二級負荷要求進行。針對一些超高層建筑來說，應當在一級負荷要求之上進行供電負荷設計。超高層建筑中的消防用電設備如消防水泵、消防電梯、防排煙風機等用電均應按一級負荷中的特別重要負荷要求供電；客梯電力，排污水泵，電話機房和保安，航空障礙燈等用電設備均應按一級負荷的要求供電。其消防負荷等級為一級負荷，為滿足規范中對應急照明切換時間的要求，因此應急照明電源除正常兩路電源外，另在消防控制室設置集中EPS應急電源.超高層建筑應設柴油發電機作為應急電源或者備用電源，一般低于200米的超高層建筑宜采用低壓柴油發電機。

3.2.1 做好高壓配電系統的設計工作

高層建筑中使用的電源都是兩路獨立的10kV電源，通常情況下，高壓配電系統采用的是單母線進行分段的方式，線路在正常使用中能夠進行自動切換，相互之間還能夠作為彼此的備用設備進行供電工作，超高層建筑也一樣，進線柜及母聯柜三個真空斷路器采用電氣加機械聯鎖，保證最多只能同時合兩個，確保兩路10kV不并列。

3.2.2 低壓配電系統的設計

漏電斷路器是高層建筑中配電系統用來防止漏電損害的重要措施。超高層建筑的低壓配電系統采用三級配電方式，即總配電(變配電所)、區域配電(配電間)、終端配電。三級配電系統相互之間保護開關要求具有選擇性。低壓系統一般采用單母線分段+一段應急母線的形式，即二路市電為分段的母線供電，中間設聯絡開關，設置一段應急母線，為應急負荷及備用負荷供電。

3.3 變配電所的設計

超高層建筑物中居民人數較多，電器設備較多，空調機房、換熱站、電梯井以及水泵房等的機電設備耗電量都相當大。通常情況下，一、二級負載電量的是較常見的。變配電所的設計需要滿足進出線方便、與電源側最為接近或者深入負荷中心。高、低壓配電柜出線方式宜為上進上出，考慮變壓器的垂直運輸通道以及設備對樓板荷重的影響。變配電所附近設置柴油發電機組，分變配電所附近考慮EPS或者容量不超過200KW柴油發電機。同時，變配電所不能設計在易爆炸、易腐蝕、多水霧和多塵埃的環境下，盡量滿足相關設備的運輸和調運方便。

3.4 配電箱設計要點分析

一般來說，配電箱應滿足測量儀表、開關、保護電器及其他輔助設備的組裝需求，從而形成完整的低壓配電裝置。該裝置需滿足自動和手動控制要求，如系統發生故障，可通過該裝置完成電路切斷、故障報警等操作。

3.5 供配電系統照明負荷設計要點分析

供配電系統照明負荷主要由配電屏、饋電線、分配電箱等構件組成。照明供電電源通常由配電屏引出，經過饋電線干線進入照明負荷總配電箱，再由照明負荷總配電箱分配至個支路分配電箱，最終與用戶端相連完成建筑整體照明負荷供電。

3.6 電源的設置

一類高層建筑中的走道照明、安防系統用電、客梯用電等電力負荷為一級負荷，二類高層建筑中的主要通道及樓梯間照明用電、客梯用電、排污泵、生活水泵用電等電力負荷為二級負荷。超高層建筑的正常電源數量不應少于二個，要求二個電源應為不同路由的電源線路。電源的電壓等級一般為10KV，當然負荷容量大的可以為35KV。應設柴油發電機作為應急電源或者備用電源，一般低于200米的超高層建筑宜采用低壓柴油發電機。

3.7 電線電纜選擇

在超高層建筑中消防設備線路選用礦物絕緣的防火電纜，避免因供電線路的損壞而影響消防設備的正常功能。在超高層建筑中應選用阻燃型的電纜和電線。連接用礦物絕緣防火電纜的配電箱的防護等級不宜低于IP55。超高層建筑高壓宜設置單獨的豎井，如與低壓電井共用，電井面積要加大。低壓電井內由于電纜數量較多，可分設普通橋架和應急橋架。

3.8 防火系統的設計

超高層建筑應按特級保護對象設置火災自動報警系統。火災自動報警系統采用控制中心報警系統方式。除按國家規范的一類高層建筑標準設置消防廣播、手動報警按鈕、消防報警電話外，各避難層應設獨立的消防廣播，且能接收消防控制中心的有線和無線兩種廣播信號。建筑各層的消防疏散樓梯口部和消防電梯前室內宜設置帶光閃爍的樓層火警指示燈。

總而言之，供配電系統作為建筑機電工程的基礎，承擔著建筑整體的供配電電功能。因此，設計人員在進行供配電系統設計時，需從系統的安全性、經濟性等方面進行中分全面的考慮，以滿足現代高層建筑的綜合需求。

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