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摘 要：高层建筑得到了显著的发展，对现代城市高层建筑电气设计提出了新的要求，高层建筑电气设计中既要满足基本的使用要求，又要保证人们的生命财产安全。城市高层建筑电气设计具有自身的特点，本文主要对超高层建筑电气方面的设计要点进行了探讨，希望对相关工作人员提供参考和支持。
关键词：现代城市；高层建筑；电气设计
引 言
高层建筑的出现和发展有效地缓和了人地矛盾，同时也为城市的建筑和发展提供了更多的空间。为了进一步促进高层建筑的发展，要做好高层建筑电气设计工作，掌握电气设计的基本要点，设计出安全、可靠的电气。电气设计的整个过程从初始阶段到后面的深入阶段，每一个阶段思维的宽度、深入程度都不同，才能更加符合实际的需要。
1 现代城市高层建筑电气设计的基本要求
1.1 安全性
供电系统设计需要格外注意的地方就是保证超高层建筑安全首要条件之一，其次就是超高层建筑物供电可靠性。在进行配电系统设计时，要对多回路供电及备用发电机组的配置进行详细的考虑。并且由于超高建筑的高度，其变配电房应该安装在塔楼中部的地方，为了可以降低低压配电的能耗。一般情况下，地库层里应设置备用柴油发电机，而且为了保证楼顶也可以得到配电，供电电压应使用10kV输出，再经变压器降压至低压配电。在进行超高层建筑的配电系统施工时，必须对供电距离、电缆的长度、电缆大小进行严格的设置。此外，还需要特别注意的是，当超高层建筑遇到强风时，一般会出现左右晃动情况，并且这种情况人们用肉眼很难去发现。并且超高层建筑物会有一定的摇摆度，在上升主干线的设计上将以电缆连接铜母线槽配电，为了降低超高层建筑物发生摇摆时的拉扯压力，预防和避免事故以及故障的发生，同时也延长了主干系统的使用周期。由于超高层建筑物的楼层多，相对于其他建筑物，其机电设备也会增多，但是对于业主来说，其希望能够拥有更多的使用空间，这种现象也是很多超高层建筑物面临的问题。
1.2 节能性
目前我国建筑物发展方向已趋向于节能建筑的发展，节能建筑表面上是可以减少电压，但实际上是为了降低用电损耗，因此在进行设计时，采用高效能的T5节能荧光管是比较合理的，其具有把电能转化为光能的优点，与T8、T10的荧光管相比，T5荧光管在使用过程中能够发挥节能效果；目前我国水泵和空调风机马达大部分采用变频控制设计，其具有可根据实际系统需求来调节马达的用电量的优点，这种设计防止以前普通马达长时间持续地工作而导致的不必要的用电浪费，从而可以达到节能的目的。
1.3 抗震性
当发生地震时，建筑物会遭到前所未有的重大的灾难，这就应该优先考虑到供电系统会不会给建筑物带来更进一步的灾害，如爆炸、火灾等。即使在无法避免的情况下，也应尽量把灾害降低在一定范围内，防止大范围大面积的损害。其次是系统本身的安全性和可靠性。
抗震规范规定，根据场地土层的等效剪切波速和场地覆盖层厚度，将建筑场地划分为ⅠⅡⅢⅣ类，见下表：
由于超高楼的楼层高，面积大，电缆布经区域也很大。一旦发生地震时，大楼晃动，电缆也随之晃动，在这种情况下，要注意适当的电缆长度及固定方法，让电缆系统有一定的富余量，不至于造成损坏进而影响到供电系统。相对电缆而言，母线槽在高楼遭遇地震的时候出现损坏的几率就大得多。另外，一些电气设备的固定，如桥架方面，可考虑多使用弹簧支架，这样一旦出现地震情况，这些电气设备虽然会随着建筑物本身震动，但是因为用了弹簧支架，就会有一个缓冲过程，减少地震及松脱而引至下坠的机会，也不至于造成严重的损坏，以致破坏整个大楼的配电功能。如果大楼突然遭遇地震或者强风，大楼的电梯系统会自动停止运行，所有的电梯会立即自动回降到最近的一层，开门，以便里面的乘客跑出来逃生。
墙体抗震承载力验算：
1.4 自动化
1.4.1 中央控制系统
中央控制室主要通过变配电，直接实现回路供电的应用。在高层建筑的中央控制室中，需要配备专用配电盘，且负荷等级在高层建筑最高级别以上。一般情况下，系统的供电电源电压上下浮动不超过10%，频率变化在1Hz之内。在中央管理计算机中，配有不间断的UPS供电设备，其容量需满足高层建筑中的用电设备总和。另外，应尽量保持中央控制室与控制负荷中心接近，并和变电所、电梯机房、水泵房等保持一定距离。
1.4.2 运行监控系统
电气监控系统的运行，主要包括以下要点：在系统的测量过程中，通过确保设备正常运行，将运行参数输入到监控系统中，谨慎处理测量参数，并进行显示，将预设值与检测参数进行对比分析，以此掌控系统运行状况。应该注意的是，在电气监控系统中，需要监控诸多物理量参数，自动化水平较高，需要设置单独的保护装置，以确保设备正常运行。
2 现代城市高层建筑电气设计
2.1 供配电系统
2.1.1 负荷等级及供电电源
按现行的国家规范要求，消防用电设备均应按一级负荷的要求供电。国家根据现阶段目前城市电网的实际情况，电源的电压等级一般采用10kV。二路10kV分别引自不同区域的变电站或同一变电站的不同母线段。每路电源全都需要承担工程中所有的电梯、消防、重要机房等的全部用电负荷，其中二路电源同时运转供应电能，分开运作。超高层建筑对于供电的要求是非常高的，为了确保消防等重要用电设备的稳定性，在供电项目上人们把柴油发电机用作工程中的后备电源，也就是第三方电源，用以保证消防等重要设备的供电可靠性、稳定性。
2.1.2 变配电所的安装设置
由于水泵房、中央空调控制房等全是建造于地表的下层，其余的一些比较大的用电设备主要建造在一楼至五楼，为了让变压器尽可能地接近负荷的中心地带，因此设计的过程中，人们将变配电所设在地下，将柴油发电机房建造在变配电机房的周边地带。对于200m以上的超高层式建筑，通常在建筑的屋顶及避难层也设定了较多的设备，在单个变配电所直接供应电能不是很经济的情况下，可以在避难层再设定一个变配电所，这样可以相对地降低该部位用电设备的供应范围，但在进行变电所设置时：①要对变压器的垂直运输通道进行全面的考虑；②还要对设备楼板荷重进行分析，单台变压器的容量不应该超过800kVA。 2.1.3 高低压主结线设计
10kV用户变电所简化主结线方案一般采用SM6环网开关柜，其适用范围是电源进行柜可以不设保护，变压器出线开关采用熔断器-负荷开关柜或断路器柜。选用断路器柜时主要是针对单台变压器容量大于或等于1600kVA时采用；单台变压器容量小于或等于1250kVA时，10kV侧环网开关柜可以采用熔断器-负荷开关柜，熔断器作为变压器的主保护。10kV电源采用双路进行，主结线采用单母线分段，每段10kV母线上装接的变压器容量控制在5000kVA，二段母线合计装接的变压器容量控制在10000kVA。根据负荷计算，项目中设计选用六台SG10低损耗干式变压器，另设一台1000kW高速柴油发动机组。变配电所中的干式变压器采用SM6负荷开关柜保护，10kV高压主结线采用单母线分段，中间不设母联，二路10kV电源同时供电，分列运行。变压器分组设置，低压主结线采用单母线分段，二台变压器低压侧设母联开关，平时变电所的变压器均分列运行，当其中一台变压器故障或检修时，则可以切除部分空调等非保证负荷，闭合低压母联开关，由另一台变压器负担大楼的消防、照明等重要负荷的供电。所有消防设备、重要机房均采用双回路放射供电，并按规范要求在末端设ATS自动切换装置。对于空调等季节性负荷，根据实际的设备容量，设计中将该部分负荷集中设置，在过渡季节，可以根据需要切除部分负荷，停用相应的变压器，以降低变压器损耗，达到节能的目的。
2.2 火灾自动报警及控制系统
根据超高层建筑特有的特点，在设置火灾自动报警系统时应按特级保护对象设置，一般情况下都应该设置火灾自动报警系统，但是游泳池、溜冰场、卫生间外等地除外。在消防控制室设置火灾报警控制器及必要的消防控制设备、火灾事故广播等。
当有火灾发生时，报警控制器将按预置的程序发出指令，其发动命令的依据就是根据收到的报警信号来完成消防设备的启动。在超高层建筑的消防设计中，按照相关的规范设置感温探测器；而在主入口大堂、营业用房、各种用房（不包括卫生间）及走廊等地安装感烟探测器；同时也要设置一定数量的手动报警按钮在各防火分区；同时也要安装消防专用电话分机，如消防水泵房、备用发电机房、消防风机房、消防电梯机房等地，消防专用电话插口设置在手动报警按钮和各避难层每隔20m处；消控控制中心要设置可直接报警的外线电话。另外在每一层都应该安装供广播事故的扬声器，在确认火灾发生时，保证着火层及上、下层的事故广播扬声器自动接通，方便所有指挥人员能够有序地疏散。
3 结 语
随着城市规模的不断发展，高层建筑越来越多，因此，高层建筑电气设计就成为设计者不得不面对的问题，同时，在能源紧张的今天，更要注重节能的设计。由于超高层建筑具有人口密集、高度高、楼层多等特点，一定要做好其供电系统以及消防系统安全与可靠性的设计，灵活控制高低压配电系统，如过渡季节能根据负荷的变化适当减少变压器的运行，以达到节能的目的。
参考文献
[1]刘志军.浅谈高层建筑的电气设计原则[J].科技信息.2010（35）.
[2]王林林，马传勇，李豪杰.浅论高层建筑电气设计[J].中国科技信息.2009（17）.
[3]杨冬梅，张洪波.对高层建筑电气设计的若干思考[J].黑龙江科技信息.2009（16）.
作者简介：顾俊男（1980-），贵州人，苗族，本科，工程师，主要从事建筑电气设计方向工作。
关键词：现代城市；高层建筑；电气设计
引 言
高层建筑的出现和发展有效地缓和了人地矛盾，同时也为城市的建筑和发展提供了更多的空间。为了进一步促进高层建筑的发展，要做好高层建筑电气设计工作，掌握电气设计的基本要点，设计出安全、可靠的电气。电气设计的整个过程从初始阶段到后面的深入阶段，每一个阶段思维的宽度、深入程度都不同，才能更加符合实际的需要。
1 现代城市高层建筑电气设计的基本要求
1.1 安全性
供电系统设计需要格外注意的地方就是保证超高层建筑安全首要条件之一，其次就是超高层建筑物供电可靠性。在进行配电系统设计时，要对多回路供电及备用发电机组的配置进行详细的考虑。并且由于超高建筑的高度，其变配电房应该安装在塔楼中部的地方，为了可以降低低压配电的能耗。一般情况下，地库层里应设置备用柴油发电机，而且为了保证楼顶也可以得到配电，供电电压应使用10kV输出，再经变压器降压至低压配电。在进行超高层建筑的配电系统施工时，必须对供电距离、电缆的长度、电缆大小进行严格的设置。此外，还需要特别注意的是，当超高层建筑遇到强风时，一般会出现左右晃动情况，并且这种情况人们用肉眼很难去发现。并且超高层建筑物会有一定的摇摆度，在上升主干线的设计上将以电缆连接铜母线槽配电，为了降低超高层建筑物发生摇摆时的拉扯压力，预防和避免事故以及故障的发生，同时也延长了主干系统的使用周期。由于超高层建筑物的楼层多，相对于其他建筑物，其机电设备也会增多，但是对于业主来说，其希望能够拥有更多的使用空间，这种现象也是很多超高层建筑物面临的问题。
1.2 节能性
目前我国建筑物发展方向已趋向于节能建筑的发展，节能建筑表面上是可以减少电压，但实际上是为了降低用电损耗，因此在进行设计时，采用高效能的T5节能荧光管是比较合理的，其具有把电能转化为光能的优点，与T8、T10的荧光管相比，T5荧光管在使用过程中能够发挥节能效果；目前我国水泵和空调风机马达大部分采用变频控制设计，其具有可根据实际系统需求来调节马达的用电量的优点，这种设计防止以前普通马达长时间持续地工作而导致的不必要的用电浪费，从而可以达到节能的目的。
1.3 抗震性
当发生地震时，建筑物会遭到前所未有的重大的灾难，这就应该优先考虑到供电系统会不会给建筑物带来更进一步的灾害，如爆炸、火灾等。即使在无法避免的情况下，也应尽量把灾害降低在一定范围内，防止大范围大面积的损害。其次是系统本身的安全性和可靠性。
抗震规范规定，根据场地土层的等效剪切波速和场地覆盖层厚度，将建筑场地划分为ⅠⅡⅢⅣ类，见下表：
由于超高楼的楼层高，面积大，电缆布经区域也很大。一旦发生地震时，大楼晃动，电缆也随之晃动，在这种情况下，要注意适当的电缆长度及固定方法，让电缆系统有一定的富余量，不至于造成损坏进而影响到供电系统。相对电缆而言，母线槽在高楼遭遇地震的时候出现损坏的几率就大得多。另外，一些电气设备的固定，如桥架方面，可考虑多使用弹簧支架，这样一旦出现地震情况，这些电气设备虽然会随着建筑物本身震动，但是因为用了弹簧支架，就会有一个缓冲过程，减少地震及松脱而引至下坠的机会，也不至于造成严重的损坏，以致破坏整个大楼的配电功能。如果大楼突然遭遇地震或者强风，大楼的电梯系统会自动停止运行，所有的电梯会立即自动回降到最近的一层，开门，以便里面的乘客跑出来逃生。
墙体抗震承载力验算：
1.4 自动化
1.4.1 中央控制系统
中央控制室主要通过变配电，直接实现回路供电的应用。在高层建筑的中央控制室中，需要配备专用配电盘，且负荷等级在高层建筑最高级别以上。一般情况下，系统的供电电源电压上下浮动不超过10%，频率变化在1Hz之内。在中央管理计算机中，配有不间断的UPS供电设备，其容量需满足高层建筑中的用电设备总和。另外，应尽量保持中央控制室与控制负荷中心接近，并和变电所、电梯机房、水泵房等保持一定距离。
1.4.2 运行监控系统
电气监控系统的运行，主要包括以下要点：在系统的测量过程中，通过确保设备正常运行，将运行参数输入到监控系统中，谨慎处理测量参数，并进行显示，将预设值与检测参数进行对比分析，以此掌控系统运行状况。应该注意的是，在电气监控系统中，需要监控诸多物理量参数，自动化水平较高，需要设置单独的保护装置，以确保设备正常运行。
2 现代城市高层建筑电气设计
2.1 供配电系统
2.1.1 负荷等级及供电电源
按现行的国家规范要求，消防用电设备均应按一级负荷的要求供电。国家根据现阶段目前城市电网的实际情况，电源的电压等级一般采用10kV。二路10kV分别引自不同区域的变电站或同一变电站的不同母线段。每路电源全都需要承担工程中所有的电梯、消防、重要机房等的全部用电负荷，其中二路电源同时运转供应电能，分开运作。超高层建筑对于供电的要求是非常高的，为了确保消防等重要用电设备的稳定性，在供电项目上人们把柴油发电机用作工程中的后备电源，也就是第三方电源，用以保证消防等重要设备的供电可靠性、稳定性。
2.1.2 变配电所的安装设置
由于水泵房、中央空调控制房等全是建造于地表的下层，其余的一些比较大的用电设备主要建造在一楼至五楼，为了让变压器尽可能地接近负荷的中心地带，因此设计的过程中，人们将变配电所设在地下，将柴油发电机房建造在变配电机房的周边地带。对于200m以上的超高层式建筑，通常在建筑的屋顶及避难层也设定了较多的设备，在单个变配电所直接供应电能不是很经济的情况下，可以在避难层再设定一个变配电所，这样可以相对地降低该部位用电设备的供应范围，但在进行变电所设置时：①要对变压器的垂直运输通道进行全面的考虑；②还要对设备楼板荷重进行分析，单台变压器的容量不应该超过800kVA。 2.1.3 高低压主结线设计
10kV用户变电所简化主结线方案一般采用SM6环网开关柜，其适用范围是电源进行柜可以不设保护，变压器出线开关采用熔断器-负荷开关柜或断路器柜。选用断路器柜时主要是针对单台变压器容量大于或等于1600kVA时采用；单台变压器容量小于或等于1250kVA时，10kV侧环网开关柜可以采用熔断器-负荷开关柜，熔断器作为变压器的主保护。10kV电源采用双路进行，主结线采用单母线分段，每段10kV母线上装接的变压器容量控制在5000kVA，二段母线合计装接的变压器容量控制在10000kVA。根据负荷计算，项目中设计选用六台SG10低损耗干式变压器，另设一台1000kW高速柴油发动机组。变配电所中的干式变压器采用SM6负荷开关柜保护，10kV高压主结线采用单母线分段，中间不设母联，二路10kV电源同时供电，分列运行。变压器分组设置，低压主结线采用单母线分段，二台变压器低压侧设母联开关，平时变电所的变压器均分列运行，当其中一台变压器故障或检修时，则可以切除部分空调等非保证负荷，闭合低压母联开关，由另一台变压器负担大楼的消防、照明等重要负荷的供电。所有消防设备、重要机房均采用双回路放射供电，并按规范要求在末端设ATS自动切换装置。对于空调等季节性负荷，根据实际的设备容量，设计中将该部分负荷集中设置，在过渡季节，可以根据需要切除部分负荷，停用相应的变压器，以降低变压器损耗，达到节能的目的。
2.2 火灾自动报警及控制系统
根据超高层建筑特有的特点，在设置火灾自动报警系统时应按特级保护对象设置，一般情况下都应该设置火灾自动报警系统，但是游泳池、溜冰场、卫生间外等地除外。在消防控制室设置火灾报警控制器及必要的消防控制设备、火灾事故广播等。
当有火灾发生时，报警控制器将按预置的程序发出指令，其发动命令的依据就是根据收到的报警信号来完成消防设备的启动。在超高层建筑的消防设计中，按照相关的规范设置感温探测器；而在主入口大堂、营业用房、各种用房（不包括卫生间）及走廊等地安装感烟探测器；同时也要设置一定数量的手动报警按钮在各防火分区；同时也要安装消防专用电话分机，如消防水泵房、备用发电机房、消防风机房、消防电梯机房等地，消防专用电话插口设置在手动报警按钮和各避难层每隔20m处；消控控制中心要设置可直接报警的外线电话。另外在每一层都应该安装供广播事故的扬声器，在确认火灾发生时，保证着火层及上、下层的事故广播扬声器自动接通，方便所有指挥人员能够有序地疏散。
3 结 语
随着城市规模的不断发展，高层建筑越来越多，因此，高层建筑电气设计就成为设计者不得不面对的问题，同时，在能源紧张的今天，更要注重节能的设计。由于超高层建筑具有人口密集、高度高、楼层多等特点，一定要做好其供电系统以及消防系统安全与可靠性的设计，灵活控制高低压配电系统，如过渡季节能根据负荷的变化适当减少变压器的运行，以达到节能的目的。
参考文献
[1]刘志军.浅谈高层建筑的电气设计原则[J].科技信息.2010（35）.
[2]王林林，马传勇，李豪杰.浅论高层建筑电气设计[J].中国科技信息.2009（17）.
[3]杨冬梅，张洪波.对高层建筑电气设计的若干思考[J].黑龙江科技信息.2009（16）.
作者简介：顾俊男（1980-），贵州人，苗族，本科，工程师，主要从事建筑电气设计方向工作。