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摘要：随着城市化进程的加快，高层智能建筑大量涌现，这对高层建筑的电气系统的稳定性、安全性和经济性提出了更高的要求。文章针对高层智能建筑中的电气设计要点展开分析。
关键词：高层智能建筑；电气设计；电气系统；配电负荷；防雷；防火；节能
中图分类号：TU972 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）06-0066-03
电气设计的好坏直接关系到高层智能建筑的使用功能，进行建筑电气设计时，要与结构、给排水、暖通等其他设计做好协调。笔者基于在电气设计工作中的经验，借鉴当前国内外高层建筑的电气设计经验，对高层智能建筑的配电负荷计算、高低压配电系统、防雷、防火和节能等设计要点进行了分析。
1 配电负荷计算
1.1 负荷分级
负荷分级就是根据对供电可靠性的要求程度及供电中断带来的政治、经济损失程度进行分级。电力负荷分级一般针对用电单位或用电设备。根据《民用建筑电气设计规范》的规定，高层智能建筑的地下停车库、消防电力的供电采用一级负荷等级设计；建筑内部保安系统、电视、信息网络系统的负荷等级按照二级设计，釆取二回线供电；生活照明用电定为三级负荷，采用单回路供电。
1.2 负荷计算
对于高层建筑的电力负荷计算，基本上采用需要系数法和负荷密度法。在进行建筑电气设计前，应对当地经济、能源结构以及居民的生活习惯进行详细调研，确定配电量，选择合理的计算系数，为电器和导线电缆的选择提供经济合理的依据。目前，高层智能建筑电气设计负荷计算不仅仅要考虑传统的照明、电视、电话的功率，还包括空调、电梯、通讯等的功率。配电负荷计算值偏小，会使选择的配电设备容量比实际需求的偏小，电气系统会出现过超负荷运行，使电能损耗增加，可能导致跳闸，给人们正常生活带来不便。长期超负荷运行后产生过多的热量使绝缘过早老化导致火灾，造成人身财产损失。配电负荷计算值过大，使电器和导线电缆设备选得过大又会造成浪费。因此，准确确定计算负荷具有重大的现实意义。
2 高低压配电系统设计
2.1 高压配电系统
高层建筑采用两路独立的10kV电源同时供电。实行单母线分段，自动切换，互为备用的供电方式。电源进线采用电缆，层配电系统采用混合式系统。竖井多采用插接式母线槽，预制分支电缆。考虑到水平干线走线施工比较复杂，故多采用全塑电缆与竖井母干线联结。在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。对于超高层建筑划分层数进行分区供电，将变压器分散设在地下层、中间层或最顶层。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。
2.2 低压配电系统
低压电气主接线的方式有单母线和双母线两种方式。单母接线方式的电源及所有的出线共用一段母线，这种接线方式的优点是结构简单、维护运行方便、造价较低，但是供电的稳定性和可靠性较低。单母分段是在单母线的基础上将母线分为若干段，它们之间通过开关设备进行连接，当其中的一段发生故障的时候，断路器能够根据继电保护设备的指示进行切除，保证了供电的可靠性。对于超过9层高层建筑，采用市电和自备柴油发电机组双电源来保证一级负荷用电的安全性、可靠性和经济性。如果电力系统只能提供一路电源时，则需自备柴油发电机组一套，组成双电源供电网络。两个供电系统是独立分离的，不同时运行，市电合闸时，柴油发电机断路器必须处于断开状态，反之
亦然。
3 防雷设计
3.1 外部防雷设计
外部防雷设计主要包括接闪器、引下线和接地极的设计。接闪器位于建筑物的顶部，能直接承接直击雷，起到保护建筑物的作用。目前防雷效果较好的接闪器是法国的IF3避雷针，它有极快的提前放电时间和高度准确的落雷，寿命长，适用于各种恶劣的环境中。引下线则是利用建筑物本身的内部金属结构来防雷。建筑物的高度超过了30m的部分每三层应与均压环相连。这样能扩充雷电流的泄放通道，促进雷电流的分流，降低电磁场的集中程度，减小建筑内部电子信息系统的受干扰程度。接地电阻与接地极的尺寸、埋深等因素有关，高层智能建筑可利用结构基础钢筋作为接地极，沿建筑物基础周边敷设一圈40×4热镀锌扁钢进行总等电位连接，并埋深在室外地坪1.0m以下。
3.2 内部防雷设计
内部防雷设计的主要措施是对配电变压器装设避雷器和安装浪涌保护器。变压器避雷器不仅能够避免雷电过电压对变压器的破坏，还能阻止雷电过电压经过变压器侵入到内部，限制雷电波的入侵。串联间隙氧化锌避雷器的阀片可以只在保护过程中承受过电压，承压时间小于100微秒。同时，当其发生故障时，脱离器能够自动退出运行，提高了运行的安全性。浪涌保护器能够阻止电网附近发生雷击时产生的雷电电压波通过交流电源线路进入建筑物内部对电子电气设备的损坏，还能避免雷电电压产生很强的电磁脉冲对弱电传输系统、弱电终端造成电磁干扰。
4 防火设计
4.1 火灾监控系统的设计
火灾探测器主要安装在地下停车场、消防电梯前室、走道以及住户室内。要根据不同的位置设置感烟、感温等不同类型的探测器，单个探测面积小于500m2；区域显示器能监控发布火灾信息，应布置在楼层的电梯前室、走道部位和主要的通道出入口处；水流指示器实时监测并控制小区管网水流情况；火灾报警系统的传输线路采用防火材料，以保证发生火灾的时候信号能正常传输。同时敷设线路时要考虑到强电线路的电磁干扰，保证火灾监控系统的正常运行。
4.2 消防控制系统的设计
消防控制系统的核心是火灾报警控制器和联动控制器。智能型火灾控制器具有很强的分辨能力，对整个前端采集系统进行实时访问，通过对信息的分析识别出是否有火灾发生，确认火灾信息后将报警信号传到控制中心的火灾报警控制器。联动控制器接收来自报警主机的指令，联动控制器进一步对前端的消防设备发出指令，消防设备采取措施进行灭火减灾。
5 节能设计
5.1 配电变压器节能设计
变压器中存在着阻抗，消耗浪费大量的电能，通过适当降低变压器的负载率能节约电能，有效减少电路电能损耗。高层建筑电气系统的变压器在进行节能经济运行方式优化时，要兼顾有功功率和无功功率两者的供配电系统网损最小的节能经济运行模式。合理选择变压器容量，使变压器在运行时的负载率达到最佳负载率。当有多台变压器同时供电时，应根据实际负荷的大小安排投入运行的变压器台数，降低变压器自身损耗。
5.2 供配电线路选择
在高层建筑中，作为整个高层智能建筑电能输送直接载体，供配电线路总长度较长，电能损耗特别大，做好供电线路节能是建筑电气系统节能的重要项目。要根据建筑物内部电器设备负荷容量及分布、供电距离，合理选用较粗的导线，减少输电线长度。在工程实际应用中，对于负荷容量较大的一类、二类建筑中应选用铜导线；对于三类或负荷量较小的其他建筑物中宜选用铝芯导线。
5.3 照明系统的节能设计
在建筑电气设计过程中，充分利用采光井和透光率较好的大型门窗，提高室内通光，尽可能利用自然光照明，减少白天的照明用电消耗。照明系统可以选择绿色节能照明灯具，应采用声光控模块进行照明系统控制，减少无人情况下照明系统的浪费。但是也应该注意照明的光源品质以及实用性，提高居住环境的舒适性。
6 结语
高层智能建筑电气设计是一项复杂的系统工程，在设计过程中需要结合实际，综合考虑各方面因素，使电气系统的功用性、科学性、安全性和经济性都达到最好的效果。
参考文献
[1] 王勃.浅谈新时期建筑电气设计[J].中国高新技术企业，2010，（18）.
[2] 陈萍.浅谈福清某超高层建筑电气设计[J].福建建筑，2011，（9）.
[3] 韓风明.超高层办公建筑电气设计[J].现代建筑电气，2011，（1）.
（责任编辑：秦逊玉）
关键词：高层智能建筑；电气设计；电气系统；配电负荷；防雷；防火；节能
中图分类号：TU972 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）06-0066-03
电气设计的好坏直接关系到高层智能建筑的使用功能，进行建筑电气设计时，要与结构、给排水、暖通等其他设计做好协调。笔者基于在电气设计工作中的经验，借鉴当前国内外高层建筑的电气设计经验，对高层智能建筑的配电负荷计算、高低压配电系统、防雷、防火和节能等设计要点进行了分析。
1 配电负荷计算
1.1 负荷分级
负荷分级就是根据对供电可靠性的要求程度及供电中断带来的政治、经济损失程度进行分级。电力负荷分级一般针对用电单位或用电设备。根据《民用建筑电气设计规范》的规定，高层智能建筑的地下停车库、消防电力的供电采用一级负荷等级设计；建筑内部保安系统、电视、信息网络系统的负荷等级按照二级设计，釆取二回线供电；生活照明用电定为三级负荷，采用单回路供电。
1.2 负荷计算
对于高层建筑的电力负荷计算，基本上采用需要系数法和负荷密度法。在进行建筑电气设计前，应对当地经济、能源结构以及居民的生活习惯进行详细调研，确定配电量，选择合理的计算系数，为电器和导线电缆的选择提供经济合理的依据。目前，高层智能建筑电气设计负荷计算不仅仅要考虑传统的照明、电视、电话的功率，还包括空调、电梯、通讯等的功率。配电负荷计算值偏小，会使选择的配电设备容量比实际需求的偏小，电气系统会出现过超负荷运行，使电能损耗增加，可能导致跳闸，给人们正常生活带来不便。长期超负荷运行后产生过多的热量使绝缘过早老化导致火灾，造成人身财产损失。配电负荷计算值过大，使电器和导线电缆设备选得过大又会造成浪费。因此，准确确定计算负荷具有重大的现实意义。
2 高低压配电系统设计
2.1 高压配电系统
高层建筑采用两路独立的10kV电源同时供电。实行单母线分段，自动切换，互为备用的供电方式。电源进线采用电缆，层配电系统采用混合式系统。竖井多采用插接式母线槽，预制分支电缆。考虑到水平干线走线施工比较复杂，故多采用全塑电缆与竖井母干线联结。在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。对于超高层建筑划分层数进行分区供电，将变压器分散设在地下层、中间层或最顶层。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。
2.2 低压配电系统
低压电气主接线的方式有单母线和双母线两种方式。单母接线方式的电源及所有的出线共用一段母线，这种接线方式的优点是结构简单、维护运行方便、造价较低，但是供电的稳定性和可靠性较低。单母分段是在单母线的基础上将母线分为若干段，它们之间通过开关设备进行连接，当其中的一段发生故障的时候，断路器能够根据继电保护设备的指示进行切除，保证了供电的可靠性。对于超过9层高层建筑，采用市电和自备柴油发电机组双电源来保证一级负荷用电的安全性、可靠性和经济性。如果电力系统只能提供一路电源时，则需自备柴油发电机组一套，组成双电源供电网络。两个供电系统是独立分离的，不同时运行，市电合闸时，柴油发电机断路器必须处于断开状态，反之
亦然。
3 防雷设计
3.1 外部防雷设计
外部防雷设计主要包括接闪器、引下线和接地极的设计。接闪器位于建筑物的顶部，能直接承接直击雷，起到保护建筑物的作用。目前防雷效果较好的接闪器是法国的IF3避雷针，它有极快的提前放电时间和高度准确的落雷，寿命长，适用于各种恶劣的环境中。引下线则是利用建筑物本身的内部金属结构来防雷。建筑物的高度超过了30m的部分每三层应与均压环相连。这样能扩充雷电流的泄放通道，促进雷电流的分流，降低电磁场的集中程度，减小建筑内部电子信息系统的受干扰程度。接地电阻与接地极的尺寸、埋深等因素有关，高层智能建筑可利用结构基础钢筋作为接地极，沿建筑物基础周边敷设一圈40×4热镀锌扁钢进行总等电位连接，并埋深在室外地坪1.0m以下。
3.2 内部防雷设计
内部防雷设计的主要措施是对配电变压器装设避雷器和安装浪涌保护器。变压器避雷器不仅能够避免雷电过电压对变压器的破坏，还能阻止雷电过电压经过变压器侵入到内部，限制雷电波的入侵。串联间隙氧化锌避雷器的阀片可以只在保护过程中承受过电压，承压时间小于100微秒。同时，当其发生故障时，脱离器能够自动退出运行，提高了运行的安全性。浪涌保护器能够阻止电网附近发生雷击时产生的雷电电压波通过交流电源线路进入建筑物内部对电子电气设备的损坏，还能避免雷电电压产生很强的电磁脉冲对弱电传输系统、弱电终端造成电磁干扰。
4 防火设计
4.1 火灾监控系统的设计
火灾探测器主要安装在地下停车场、消防电梯前室、走道以及住户室内。要根据不同的位置设置感烟、感温等不同类型的探测器，单个探测面积小于500m2；区域显示器能监控发布火灾信息，应布置在楼层的电梯前室、走道部位和主要的通道出入口处；水流指示器实时监测并控制小区管网水流情况；火灾报警系统的传输线路采用防火材料，以保证发生火灾的时候信号能正常传输。同时敷设线路时要考虑到强电线路的电磁干扰，保证火灾监控系统的正常运行。
4.2 消防控制系统的设计
消防控制系统的核心是火灾报警控制器和联动控制器。智能型火灾控制器具有很强的分辨能力，对整个前端采集系统进行实时访问，通过对信息的分析识别出是否有火灾发生，确认火灾信息后将报警信号传到控制中心的火灾报警控制器。联动控制器接收来自报警主机的指令，联动控制器进一步对前端的消防设备发出指令，消防设备采取措施进行灭火减灾。
5 节能设计
5.1 配电变压器节能设计
变压器中存在着阻抗，消耗浪费大量的电能，通过适当降低变压器的负载率能节约电能，有效减少电路电能损耗。高层建筑电气系统的变压器在进行节能经济运行方式优化时，要兼顾有功功率和无功功率两者的供配电系统网损最小的节能经济运行模式。合理选择变压器容量，使变压器在运行时的负载率达到最佳负载率。当有多台变压器同时供电时，应根据实际负荷的大小安排投入运行的变压器台数，降低变压器自身损耗。
5.2 供配电线路选择
在高层建筑中，作为整个高层智能建筑电能输送直接载体，供配电线路总长度较长，电能损耗特别大，做好供电线路节能是建筑电气系统节能的重要项目。要根据建筑物内部电器设备负荷容量及分布、供电距离，合理选用较粗的导线，减少输电线长度。在工程实际应用中，对于负荷容量较大的一类、二类建筑中应选用铜导线；对于三类或负荷量较小的其他建筑物中宜选用铝芯导线。
5.3 照明系统的节能设计
在建筑电气设计过程中，充分利用采光井和透光率较好的大型门窗，提高室内通光，尽可能利用自然光照明，减少白天的照明用电消耗。照明系统可以选择绿色节能照明灯具，应采用声光控模块进行照明系统控制，减少无人情况下照明系统的浪费。但是也应该注意照明的光源品质以及实用性，提高居住环境的舒适性。
6 结语
高层智能建筑电气设计是一项复杂的系统工程，在设计过程中需要结合实际，综合考虑各方面因素，使电气系统的功用性、科学性、安全性和经济性都达到最好的效果。
参考文献
[1] 王勃.浅谈新时期建筑电气设计[J].中国高新技术企业，2010，（18）.
[2] 陈萍.浅谈福清某超高层建筑电气设计[J].福建建筑，2011，（9）.
[3] 韓风明.超高层办公建筑电气设计[J].现代建筑电气，2011，（1）.
（责任编辑：秦逊玉）