顾继明

摘要：随着高层建筑越来越多，高层建筑的电气设计质量问题已成为社会普遍关注的话题，再加上高层建筑的能耗浪费现象较严重，所以有效提高高层建筑电气设计水平，对高层建筑的合理应用具有重要意义。本文介绍了高层建筑电气的特点与设计原则，分析了高层建筑设计的主要内容，同时提出了高层建筑电气设计中常遇到的一些问题和具体处理方法。

关键词：高层建筑；电气设计

Abstract: with the high building more and more, high-rise buildings of the electrical design quality problem has become a topic of general interest, plus the energy consumption of the high-rise building waste phenomenon more serious, so effectively improve the high-rise building electrical design level, the reasonable application of high-rise building has important significance. This paper introduces the electrical characteristics of high building and design principles, analyzed the main content of the high-rise building design, and put forward the high-rise buildings in the electrical design some of the problems and specific treatment method.

Keywords: high building; Electrical design

中圖分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：

一 高层建筑电气设计的原则要求

(1)经济性。建筑电气设计的经济性就是电气设备的初期投资与运行费用达到经济合理。(2)可靠性。根据用电负荷的等级,保证在各种运行方式下提高供电的连续性,力求可靠供电。(3)灵活性。主结线力求简单、明显、没有多余的电气设备；投入或切除某些设备或线路的操作方便。这样就可以避免误操作,又能提高运行的可靠性,处理事故也能简单迅速。灵活性还表现在具有适应发展的可能性。(4)安全性。保证在进行一切操作切换时工作人员和设备的安全,以及能在安全条件下进行维护检修工作。

在高层建筑电气设计的过程中,必须综合考虑上述的四个方面,才能真正起到改善高层建筑电气设计质量的目的。以配电系统为例,大部分设备由变配电所低压母线放射式供电,势必造成设备增多,投资增大,导致不必要的浪费,使经济性下降；如果过分强调经济性,减少设备,简化结线,就必然会影响可靠性,当发生事故时会造成较大面积的停电,从而又会带来损失,可见这样的结果是不但降低了可靠性,同时经济性也降低。因此,在具体的操作中,一定要综合考虑,力争做到设计的最优化。

二 高层建筑电气设计的主要内容

1负荷的计算

电力负荷是供电设计的依据参数。计算准确与否，对合理选择设备，安全可靠与经济运行，均起决定性作用。高层建筑的电力负荷计算，基本上采用负荷密度法和需要系数法。

2变压器的选择

确定一台变压器的容量时，应先确定变压器的负荷率p值。变压器的效率一般可用下式表示：

（1）

式中：ηp———变压器的效率：

Pz———变压器的输出功卒（kW）；

Po———变压器的空载损耗（kW）；

Pk———变压器在额定电流时的负载损耗（kW）；

β———变压器的负荷率。

从公式（1）可知，变压器的效率ηp是负荷率β的函数。欲最大效率ηmax，可对公式（1）求导数，并令dηp/β＝0，则ηp＝ηmax条件是Po＝β2Pk，即当空载损耗等于负荷率平方乘以负载损耗效率最高，则在效率最高点变压器的负荷率，令Pk/Po=α（变压器损失比），则：（2）

α值与变压器的规格有关，据公式（2）计算不同变压器（500~1600kV·A）在运行效率最高点的负荷率，所对应的负荷率约在63~67％之间。有关资料提出变压器的最佳负荷率并不一致，多数推荐65~75%，个别推荐70~85％，但这些数字都是基于变压器在最高效率状态下运行为前提的。

3供电电源及电压的选择

为了保证供电可靠性，现代高层建筑至少应有两个独立电源，具体数量应视负荷大小及当地电网条件而定。两路独立电源运行方式，原则上是两路同时供电，互为备用。另外，还须装设应急备用柴油发电机组，要求在15秒钟内自动恢复供电，保证事故照明、电脑设备、消防设备、电梯等设备的事故用电。国内高层建筑的供电电压，都采用10kV标准电压等级。

4高低压配电系统的设计

(1)高压配电系统。一类高层建筑是采用两路独立的10 kV市电电源同时供电;二类高层建筑可采用一路10 kV市电电源供电。一般高压采用单母线分段，自动切换，互为备用。母线分段数目，与电源进线回路数相适应。只有当供电电源为一主一备时，才考虑采用单母线不分段的结线。电源进线几乎全部采用电缆进线。

(2)计费方式，采用高供高计。居民负荷与其他负荷(商业、非居、动力)分开设置。居民负荷的高供高计为参考计量。居民的表计为IC卡智能电表。其他负荷在高压部分的高供高计一般为商业计量。在低压侧，装设非居与动力计费电度表，分开计费。商业总计量扣减非居和动力后，再按商业电价计费。

(3)变压器宜选用干式变压器，加金属屏蔽罩，采取减振、防潮措施。应采用节能环保、低损耗、低噪声(如非晶合金变压器、三维立体卷铁芯变压器)，接线组别一般采用D·yn11。单台变压器的容量一般都不大于1 250 kV·A。相同容量和相同接线组别的两台变压器可以并列运行。为限制低压侧的短路电流，正常时，变压器解列运行，中间设联络开关。严禁三台及以上变压器并列运行。

(4)高压系统及低压干线的配电方式基本上都采用放射式系统和树干式系统相结合。配电设备中的主要部分是干线。现代高层建筑的竖井多采用插接式母线槽。水平干线因走线困难，多采用全塑电缆与竖井母干线联接。每层楼竖井设层间配电小间。层间配电箱经插接自动空气开关从竖井母干线取得电源。当层数较多负荷数较大时，一般按层数分区供电，或将变压器分散设在地下层、中间层或最顶层。

(5)低压配电系统的总进线断路器，设置瞬时、短延时、长延时三级过流保护装置。其余各级断路器的保护整定，应注意选择性配合，防止越级跳闸。

(6)所有电梯均要求采用两路由不同变压器引出的专用电缆进线。在电梯机房的末端配电箱，设两路电源的自动切换装置，互为备用。

(7)功率因数按规定应补偿到0.9～0.95。为降低变压器容量，多集中装设在低压侧，与配电屏放在一起。采用智能型免维护无功补偿装置，配备自愈式干式电容，具备自动过零投切、分相补偿等功能。无功补偿大于180 kvar及以上时应使用发热量小的电容器，接触器应采用无接点接触器，过零投切，无合闸涌流。

5高层住宅走道、楼梯间应急照明的控制

（1）根据《住宅建筑设计规范》GB50096-1999第6．5．3条规定“住宅的公共部位应设人工照明，除高层住宅的电梯厅和应急照明外，均应采用节能自熄开关”。此条规范的用意是指在紧急情况（包括火灾）时必须保证楼梯间内的应急照明不能间断，而用节能自熄开关就不能做到这一点，如果按常规设置双控开关控制，又无法达到节能的效果。那么，能不能做到既不违反规范的用意，又能保证平时的节能需求呢﹖有两种方法可以实现这个目的：

（1）可以通过采用带有消防触点的延时节能开关。采用的延时开关其原理要求开关内部带一小型继电器，带有两对触点，一常开一常闭，要求互锁。平时利用常闭触点（带延时功能）点亮灯具，火灾时利用其常开触点点亮灯具。

（2）可以采用双光源（双接线端子）的楼梯间灯具。这种方案其实就是将两套光源安装于同一外壳当中，实施起来很简单，又兼顾了建筑上的美观要求。其具体控制原理如下图：

注：当灯具安装高度低于2.4米时,须引接PE线

以上两种方法通过不同途径都可以实现应急照明在平时节能自熄，在紧急情况（火灾）下连续点亮的目的。以往，能实现上述控制要求的产品不多，所以在工程中实施有一定难度，目前已经有厂家进行了这方面的研制，并出了相应的配套产品，设计中可以考虑按上述方案实施

6 电气节能设计

电气节能是一个当前比较热门的话题，有不少技术措施可以实现节能目的，比如：通过设置合理的供配电系统，选用高效供用电设备，提高系统的功率因数，抑制谐波等等措施，都可以有效降低能耗，提高能源的使用效率。在现代高层建筑中，普遍采取传感器、定时器或者光敏元件来实现照明的自动控制作用，并通过各种建筑物的自动化系统来实现照明电路与接触器;另外，采取高光效的电光源，也是节能照明的重要手段。除此以外，有几点需引起大家的重视：（1）电气节能要考虑实际性，要充分考虑实际经济效益,合理选用节能设备及材料,使节能增加的投资能在较短的时间内用节能减少下来的运行费用收回。（2）电气节能需要其他专业配合实现的，比如我们可以建议通风专业和水专业选择高效节能型的风机和水泵，以达到节能的目的。（3）照明设计中充分利用太阳光通过外窗利用天然光;部位采用太阳能灯;利用太阳光采光技术。（4）重视计量和管理，有好的设备如果管理不善同样无法节能。（5）新一代建筑電气技术正在试图采用各种先进的控制方式对传统建筑电气设备进行有效的控制，设计人员平时应多了解这方面的信息，并根据实际情况将新技术、新产品运用于实际工程中。

7电气消防设计

（1）对于采用柴油发电机作备用电源的工程，柴油发电机的容量一般是根据最大消防负荷容量或其他重要的一二级负荷容量选择。在设计过程中，应注意一个问题，如果外电源突然中断供电，全自动应急柴油发电机组将带着所有正在使用的消防用电设备自动起动。而发电机的功率特性一般不允许满载启动。如果不采取措施，发电机组很可能会熄火，发不出电来，解决方法是使消防设备分批起动。但如果应急发电机组容量是按平时重要的一、二极负荷选用，容量往往比消防负荷大，也可不分批延时起动。

（2）根据“高层建筑防火规范”和“火灾自动报警规范”的要求，在消火栓处应能直接启动消火栓泵，在消防控制室处也应能手动控制消火栓泵的启、停。此外，在水泵房消火栓泵附近有一个控制箱直接控制水泵电机启停，这样消火栓泵的启动就有三处地方可控制，那么，这三处启动控制的主从控制关系是怎么样呢？一般来讲应以消防控制室为主。在实际设计中，消防控制室的手动起停按钮可不经过泵房设置的转换开关，而直接启动消防泵，既能解决直接起动问题，又便于消防中心统一监控。

出于安全考虑，消火栓启动按钮的电压要求是24V安全电压。现阶段很多工程规模都较大，当消防泵房与部分消火栓启动按钮距离较远的时候，这部分启动按钮若通过24V电压驱动远在消防泵房的消火栓控制回路会受电压损失的影响，消火栓泵无法顺利启动。为了解决这个问题，可以考虑通过中间继电器常开触点将24V电压升至220V电压后再接入消火栓泵控制回路以保证消火栓泵顺利启动。其原理如图所示：

消火栓按钮中继控制

（4）在火灾报警平面设计中，火灾报警探测器的设置不仅要考虑探测器的保护面积、保护半径和梁的影响，同时，依据《火灾自动报警系统设计规范》中探测器安装极限曲线达到探

测器之间安装间距的要求，在满足以上几个条件后火灾报警探测器才能达到比较好的探测效果。

（5）根据相关规范，高层建筑的变配电房，柴油发电机房属重要房间，需要设置全体灭火系统。气体灭火有两个基本特点:其一，设置场所特别重要；其二，气体灭火的实质是通过

隔绝氧气而达到灭火效果，且部分灭火剂在灭火过程中对人体尚有一定的毒性。因此，气体灭火的启动，必须在人员已经疏散的条件下才能进行。在工程设计中，常常出现两种错误。

其一、采用多线制远距离启动气体灭火系统。既从安装于设防区内的气体灭火控制盘中，用导线把启动和停止按钮引至控制室。这种做法是存在安全隐患的。气体灭火控制盘的启动是最高级的启动操作，其操作结果是无延时喷洒，一旦出现人员未疏散的情况，后果极其严重。因此不主张远距离手动或自动控制，而提倡现场手动操作。如果实在要自动控制，应在接到两个不同的火灾探测器报警信号后才能启动，并且气体灭火控制盘应具有手动优先的功能。其二、灭火控制盘设于防护区内。这种做法比较常见，在GB50163-92《卤代烷1301灭火系统设计规范》和GBJ 110-87《卤代烷1211灭火系统设计规范》中第6.0.2条同时规定“:手动控制装置应设在防护区外便于操作的地方”。灭火控制盘是最重要的手动控制装置，把它设于防护区内，违反了上述规范的规定。为了避免上述错误的发生，设计人员应该在设计说明中对气体联动关系予以明确。同时，气体灭火系统各防护区灭火控制系统的动作信息，应传至系统消防控制中心

三 结语

总之，随着我国社会经济的发展，人们对电气设计的要求越来越高，高层建筑电气设计也呈现复杂化。因此，设计人员应遵从国家相关规范，从技术先进、安全适用、经济合理、节约能源和保护环境的设计原则出发，使建筑电气设计更加合理，满足功能完备、适用安全的目的。

参考文献

[1]徐文根.工业与民用配电设计手册[M].北京:水力水电出版社,1996.

[2]陈一才.高层建筑电气设计手册[M].北京:建筑工业出版社,1992.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。