Research on the Key Points of Electrical Design for High-rise Residential Buildings

張紅麗

(山東同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

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Research on the Key Points of Electrical Design for High-rise Residential Buildings

超高層住宅建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究

張紅麗

(山東同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

The key points in the design of high-rise residential research are analyzed, the initial contacts project locate in line direction and electrical properties, the design of cable selection, distribution main classification, refuge floor design, calculation and verification of short-circuit current and voltage loss are researched, which achieves the goal of reasonable safety design, and

to the similar design.

electrical properties， inlet wire， refuge floor， short circuit current， fire control

0 引言

超高層住宅是現(xiàn)代化城市發(fā)展的主流，安全、舒適、便捷、節(jié)能的高層建筑越來越受到大家的青睞。其中，建筑電氣的合理設(shè)計(jì)是重中之重，不僅能保證各用電設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，還可以通過高效配置達(dá)到節(jié)能和減少安全隱患的目的。現(xiàn)以某住宅建筑為例分項(xiàng)介紹設(shè)計(jì)中需要注意的問題，通過對(duì)各設(shè)計(jì)要點(diǎn)的研究，對(duì)以后超高層住宅的建筑電氣設(shè)計(jì)起到一定的參考作用。

1 工程概況

本工程為地上38層，地下4層的一類高層單元式住宅，共1個(gè)單元。地下1～4層為儲(chǔ)藏室、自行車庫、電氣用房、設(shè)備間等，地上1～38層中除14、27層為避難層外，其余樓層均為住宅，地上總建筑面積17 703.98m2(不含避難層)、地下總建筑面積2 469.39m2、總建筑面積20 173.37m2(不含避難層)、避難層總建筑面積976.03m2，建筑高度114.90m。每層設(shè)置兩個(gè)電井，從地下4層至機(jī)房層上下貫通，地上每層有連廊貫通。根據(jù)當(dāng)?shù)匾竺繉釉O(shè)置電表箱，戶內(nèi)配電箱為8kW。

2 強(qiáng)電設(shè)計(jì)

強(qiáng)電設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括220/380V配電系統(tǒng)、電氣照明系統(tǒng)、接地及安全防護(hù)系統(tǒng)、建筑防雷系統(tǒng)，下面介紹強(qiáng)電設(shè)計(jì)中的幾個(gè)要點(diǎn)。

2.1 地下層電氣用房的確定

2.1.1 確定進(jìn)線方向

車庫內(nèi)變配電室位于本樓南側(cè)，為盡量縮短供電距離，初步確定由建筑物南側(cè)進(jìn)線，電氣用房盡量靠近樓梯南側(cè)設(shè)置。

2.1.2 確定電氣用房位置

本例中地下共4層，其中，地下車庫共3層，確定地下電氣用房時(shí)需考慮車庫的標(biāo)高。首先確定變配電室的位置，本工程變配電室位于地下車庫1層，需考慮變配電室是否能由橋架直接進(jìn)入主樓電氣用房，標(biāo)高關(guān)系如圖1所示。

圖1 地下車庫標(biāo)高示意圖

從圖1中“南側(cè)”與“儲(chǔ)藏”的標(biāo)高關(guān)系中不難看出，電氣用房應(yīng)設(shè)置在地下2層，進(jìn)線線路如圖1中虛線所示。

2.1.3 電氣用房個(gè)數(shù)

不同省份和地區(qū)對(duì)電表間和電氣間的設(shè)置要求不同，目前大部分工程按照單獨(dú)設(shè)置電表間的方法設(shè)計(jì)，以便供電局對(duì)電表計(jì)量進(jìn)行管理，本工程按照地下每單元設(shè)置一個(gè)電氣間和一個(gè)電表間的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。電氣間用來放置除戶表進(jìn)線總箱及戶表箱之外的住宅公共用電總箱、弱電箱及消防接線箱。

2.1.4 電信間

根據(jù)GB 50846-2012《住宅區(qū)和住宅建筑內(nèi)光纖到戶通信設(shè)施工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中第3.2.7.2條規(guī)定：電信間宜設(shè)置在地下1層或者首層。本工程中電信間設(shè)置在地下1層，又考慮到車庫弱電進(jìn)線間在本樓北側(cè)，因此將電信間設(shè)置在地下1層靠近北墻的位置。

2.2 電纜選擇及配電干線分類

2.2.1 電纜選擇

普通電纜：根據(jù)JGJ 16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第7.4.1.2中第3條：對(duì)一類高層建筑應(yīng)采用阻燃低煙無鹵交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜、電線或無煙無鹵電力電纜、電線。另根據(jù)JGJ 242-2011《住宅建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.4.3條：高層住宅建筑中明敷的線纜應(yīng)選用低煙、低毒的阻燃類線纜。綜上，普通電纜應(yīng)選用低煙無鹵交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜。

消防電纜：根據(jù)JGJ 16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第13.10.4.2條：火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警保護(hù)對(duì)象分級(jí)為一級(jí)的建筑物，其消防設(shè)備供電干線及分支干線宜采用礦物絕緣電纜。另根據(jù)JGJ 242-2011《住宅建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.4.4條：建筑高度為100m或者35層及以上的住宅建筑，用于消防設(shè)施的供電干線應(yīng)采用礦物絕緣電纜。另外根據(jù)GB 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第10.1.10中3規(guī)定：消防配電線路宜與其他配電線路分開敷設(shè)在不同的電纜井、溝內(nèi)；確有困難需敷設(shè)在同一電纜井溝內(nèi)時(shí)，應(yīng)分別布置在電纜井、溝的兩側(cè)，且消防配電線路應(yīng)采用礦物絕緣類不燃性電纜。綜上，消防電纜必須選用礦物絕緣電纜。

2.2.2 配電干線分類

根據(jù)負(fù)荷類型和使用情況，分為以下幾組配電干線：

1)地上消防負(fù)荷干線：消防電梯、屋頂消防風(fēng)機(jī)、應(yīng)急照明及航空障礙燈、避難層應(yīng)急照明、避難層消防風(fēng)機(jī)。

2)地上普通負(fù)荷干線：普通電梯、公共照明、屋頂泛光照明。

3)地下消防負(fù)荷干線：地下消防風(fēng)機(jī)、電信間、消防排污泵。

4)住戶用電：干線按不跨越避難層的原則分段，本例中14、27層為避難層，住戶配電干線分為以下幾段：1～7層、8～13層、15～20層、21～26層、28～33層、34～38層。

5)關(guān)于避難層配電設(shè)計(jì)，詳見本文2.4條。

2.3 電井內(nèi)電纜敷設(shè)

一般住宅建筑電纜在電井內(nèi)的敷設(shè)分為強(qiáng)電公共橋架、戶表橋架和弱電橋架，消防線路則穿管敷設(shè)。根據(jù)GB 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第10.1.10中第1條規(guī)定：消防配電線路采用礦物絕緣類不燃性電纜時(shí)可直接明敷；第3條規(guī)定：消防配電線路宜與其他配電線路分開敷設(shè)在不同的電纜井、溝內(nèi)；確有困難需敷設(shè)在同一電纜井、溝內(nèi)時(shí)，應(yīng)分別布置在電纜井、溝的兩側(cè)，且消防配電線路應(yīng)采用礦物絕緣類不燃性電纜。考慮本工程中每單元設(shè)有2個(gè)電井，則電纜在電井內(nèi)敷設(shè)分配如圖2所示。

圖2 電井布置圖

圖2中左側(cè)電井設(shè)置強(qiáng)電公共橋架和戶表橋架，右側(cè)電井設(shè)置弱電橋架和明敷消防電纜。

2.4 避難層配電

避難層主要是避難區(qū)域、避難走道和設(shè)備機(jī)房，其中，避難層單獨(dú)設(shè)置應(yīng)急照明箱、單獨(dú)干線，設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)消防風(fēng)機(jī)電源單獨(dú)設(shè)置配電箱并配單獨(dú)干線。

2.5 航空障礙燈設(shè)計(jì)各避難層及機(jī)房層設(shè)置航空障礙燈配電箱，共用一對(duì)干線。

2.6 應(yīng)急照明設(shè)計(jì)

應(yīng)急照明按避難層分段，分別在地下2層(為地下1～4層公共區(qū)域提供電源)、1層(為1～13層公共區(qū)域提供電源)、15層(為15～26層公共區(qū)域提供電源)、28層(為28～機(jī)房層公共區(qū)域提供電源)設(shè)置應(yīng)急照明箱，應(yīng)急照明箱和航空障礙燈配電箱合用一對(duì)干線。

2.7 電壓損失計(jì)算

因建筑高度較高，需進(jìn)行電壓損失校驗(yàn)，選最末端住戶用電負(fù)荷進(jìn)行電壓損失計(jì)算。分三段(見圖3)進(jìn)行計(jì)算。

圖3 距離示意圖

1)由變壓器至住宅戶表總配電箱本例中某戶表進(jìn)線總箱如圖4所示。

計(jì)算負(fù)荷Pjs=172.8kW，電纜為4×185mm2，電表間距車庫變配電室的距離為110m，利用天正軟件計(jì)算電壓損失的結(jié)果見表1。

圖4 戶表進(jìn)線總箱系統(tǒng)圖

2)由總配電箱至樓層電表箱

最高一段干線為34～38層，負(fù)荷為198kW，根據(jù)住宅用電負(fù)荷需要系數(shù)選擇表，取系數(shù)0.5，計(jì)算負(fù)荷Pjs=99kW，電纜為4×95mm2+1×50 mm2，由電表間至最頂層距離約為130m，利用天正軟件計(jì)算電壓損失的結(jié)果見表2。

3)由層電表箱至戶內(nèi)配電箱

戶內(nèi)箱負(fù)荷Pjs=8kW，距離約為10m。利用天正軟件計(jì)算電壓損失的結(jié)果見表3。

4)總線路電壓損失Δu%=Δu%(變壓器)+Δu%(變壓器出口電壓)+Δu(線路)=-3+5-2.041-2.373-0.116=-2.53,符合規(guī)范要求(-5<Δu%<5)。

表1 電壓損失計(jì)算表

表2 電壓損失計(jì)算表

表3 電壓損失計(jì)算表

圖5 短路電流計(jì)算表

2.8 短路電流計(jì)算

取38層電表箱母線處為計(jì)算點(diǎn)進(jìn)行短路電流校驗(yàn)，變壓器容量630kVA。至戶表總箱電纜為4×185mm2，距離為110m；至層電表箱的電纜為4×70mm2，距離為130m。輸入圖5所示的表格中進(jìn)行計(jì)算，得出試驗(yàn)點(diǎn)的短路電流從表3中可見為1.56kA。

校驗(yàn)：線路末端單相短路電流周期量有數(shù)值Id1=1.87kA，至38層戶表箱的電纜前端斷路器整定電流In=160A，短路電流分?jǐn)嗄芰M足要求。斷路器短路電流整定值按10倍整定I3=10In，Id1=1.87kA<1.3I3=2.08kA，因此不滿足靈敏度校驗(yàn)要求。通過此驗(yàn)證可知，按常規(guī)10倍來整定短路電流時(shí)不滿足要求，改為5倍整定電流可滿足要求，因此在制圖時(shí)需注明短路電流按5倍整定。

3 消防設(shè)計(jì)

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)包括火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)、消防電話系統(tǒng)、消防廣播系統(tǒng)。因超高層住宅設(shè)有避難層，所以消防系統(tǒng)的做法與普通一、二類住宅會(huì)有所不同。

圖7 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)圖

圖6 區(qū)域報(bào)警控制器設(shè)置圖示

3.1 消防系統(tǒng)框架

根據(jù)GB 50116-2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.1.7強(qiáng)條規(guī)定：超過100m的建筑中，除消防控制室內(nèi)設(shè)置的控制器外，每臺(tái)控制器直接控制的火災(zāi)探測(cè)器、手動(dòng)報(bào)警按鈕和模塊等設(shè)備不應(yīng)跨越避難層。并根據(jù)14X505-1《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范圖示》第13頁圖示(見圖6)可知，本系統(tǒng)各避難層應(yīng)設(shè)置區(qū)域火災(zāi)報(bào)警控制器，負(fù)責(zé)本避難層及上一避難層以下的所有樓層。

3.2 避難層消防設(shè)計(jì)

根據(jù)GB 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第5.5.23第7條規(guī)定：避難層應(yīng)設(shè)置消防專線電話和消防廣播，JGJ 16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第13.3.4中第3條規(guī)定：各避難層內(nèi)應(yīng)設(shè)獨(dú)立的火災(zāi)應(yīng)急廣播系統(tǒng)，可知設(shè)計(jì)中避難層應(yīng)急廣播單獨(dú)回路應(yīng)由消防控制室引出。

其他消防按GB 50116-2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，超高層與普通一、二類高層設(shè)計(jì)基本相同。綜上幾點(diǎn)考慮，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)圖如圖7所示。

4 結(jié)束語

安全、合理的電氣設(shè)計(jì)是超高層住宅建筑電氣設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)，以上內(nèi)容對(duì)設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)進(jìn)行了剖析和研究，設(shè)計(jì)中應(yīng)著重注意，文中不到之處望同行及專家批評(píng)指正。

[1] JGJ 16-2008.民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2015.

[2] JGJ 242-2011.住宅建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[3] GB 50016-2014.建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2015.

Zhang Hongli

對(duì)超高層住宅設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)進(jìn)行分析研究，對(duì)初步設(shè)計(jì)中的進(jìn)線方向、電氣用房位置，后續(xù)設(shè)計(jì)中電纜選型、配電干線分類、避難層設(shè)計(jì)、短路電流及電壓損失計(jì)算和校驗(yàn)等進(jìn)行分項(xiàng)研究，達(dá)到合理、安全設(shè)計(jì)的目的，對(duì)同類設(shè)計(jì)起參考作用。

電氣用房 進(jìn)線 避難層 短路電流 消防