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摘要：随着经济发展速度的加快以及建筑技术的不断提高，高层建筑越来越多，随之而来的高层建筑电气设计也越来越被世人所关注。优化高层住宅建筑的电气设计已经成为建筑电气设计工作者不得不面对的课题之一，为了提高现代高层建筑电气设计质量，本文结合规范和工程管理经验，对现代高层建筑电气设计的要点与需要注意的问题进行了探讨。
关键词：高层建筑；电气；设计
一、前言
随着城市化进程的加快，高层建筑因其在空间利用上的优越性出现频率与数量是越来越多，在各大中型城市呈现出快速增加的态势。现代高层建筑一个最显著特点就是面积大，纵观国内外的高层建筑，几万、几十万平米的高层建筑比比皆是。另一个特点就是高度大，为了减少占地面积，高层建筑不可避免的要向高空发展。正是由于高层建筑本身的特点，使得其电气设计要求不同于普通的一般建筑。特点主要有：1、高层建筑由于照明及空调负荷多，电梯等运输设备多，给排水设备多，所以用电量特别大，且供电的可靠性要求很高。2、在高层建筑中，照明与动力基本上不共用干线。动力负荷多采用放射式供电，照明负荷则多采用母线槽配电，与动力分开。3、在结构上多采用大柱距，形成大空间，使墙面安装的设备增多，必然使地面管道增多。4、由于建筑构件的预制装配化及干法施工;缩短了施工周期，而且顶棚一般采用标准化、系统化的吊顶。
二、高层建筑电气设计要点
1、电力负荷的确定
电力负荷是供电设计的主要依据，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。按国家现行规范，消防用电设备（如消防水泵、消防电梯、自喷接力泵、排烟风机、消控控制中心、应急照明）、电梯、生活水泵用电、电话机房、安保设备和航空障碍灯等应按一级负荷或二级负荷中特别重要的负荷要求供电，其它用电负荷为三级负荷。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。电力负荷预算时应分别计算动力电和照明电。电力负荷预算正确与否，对电气设备的选择、配置，保证电气设备系统安全、高效运行，对整体工程的经济分析和相关设计，都有重要的指导意义。
2、供电电源及电压的选择
为了保证高层建筑供电的可靠性，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。一般采用10KV标准电压双回路供电，两路各带一半负荷同时供电、互为备用。10KV双回路供电电源分别来自不同的变电站，或来自双回路超高压变电站的两段独立母线。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。
3、配电系统的设计
现代高层建筑均是采用两路独立的10kV电源同时供电。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。当供电电源分为主电源和副电源时，也可选用单母线不分段的结线。高压供电系统及低压干线基本采用放射式供电，楼层配电则适合采用混合式系统。配电设备中的主要部分是干线。高层建筑的竖井多采用插接式母线槽，各楼层竖井设有配电间。水平干线较难走线，可采用全塑电缆与竖井母干线联接。层间配电箱经插接自动空气开关从竖井母干线取得电源。如果高层建筑需要较大供电负荷，应分散设立区域配电中心（可考虑设备层、中间层或最顶层）。低压配电系统各级开关均采用自动空气开关，设置瞬时、短延时、长延时三级过流保护装置。各级自动空气开关的保护整定，应注意选择性配合，防止越级跳闸。功率因数按规定应补偿到0.9~0.95，无功补偿都采用集中补偿方式。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，但必须采用于式移相电容器。单台变压器的容量选择一般都大于1 000 KVA以便控制变压器数量。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。照明和动力分开设变压器，当动力用电容量太小时，动力变压器可不分开装设，而在低压侧应对动力负荷分类计费。
4、高层建筑的变配电设备的选型
（1）高压开关柜。高层建筑的变配电室设在主楼地下层,按规定不宜采用油开关。目前10kV真空断路器应用的较为普遍。因此,应根据高层建筑地下室的标准,选用具有“五防”功能的真空开关手车式高压开关柜。（2）电力变压器。根据防火要求,主楼内是不允许装设大容量的油浸电力变压器的。目前，国内一些变压器生产厂家生产的干式变压器,主要技术指标已达到国际先进水平。（3）低压配电屏。多采用自动空气开关出线。当配电变压器的容量为1600kVA时,低压母线上的短路容量已超过40kA。（4）应急备用发电机组。应急备用发电机组必须是快速自起动的,按要求应能在15s内恢复供电。近年国外高层建筑已开始采用燃汽轮发电机,这种发电机具有体积小、重量轻、反应速度快、故障率低等优点。从可靠性考虑最好选用两台,自动并车。容量较小时也可选用一台。（5）母线槽和电缆。绝缘母线槽有铜的和铝的两种,具有容量大、结构紧凑、可靠性高、使用维护方便等优点。国外的高层建筑,插接式绝缘母线槽已完全取代了电缆竖井。
5、高层建筑的配变电所的设计
高层建筑的配变电所的设计应根据负荷性质，用电容量，工程特点，所址环境，地区供电条件和节约电能等因素制定设计方案，并进行多方案的技术经济比较。高层建筑的用电量相当大,在确定变电所位置时,应尽可能使高压深入负荷中心。力求做到保障人身安全，供电可靠，技术先进，经济合理和维修方便，并根据工程特点，规模和发展规划做到近远期结合，并考虑扩容的可能性，适当留有余量，这对节约电能,提高供电质量都有重要意义。一般而言，当建筑物高度超过100M时，也可在高层区的避难层或技术夹层内设置变电所，局部采用10KV中压深入负荷中心的供电方案。
6、电气照明设计
电气照明设计，包括光源选择、照度计算、灯具造型,灯具布置，眩光控制和调光控制和照明配电线路敷设等。照明设计与建筑装饰有着非常密切的关系，应该相互配合，在使用功能及艺术意境方面求得统一。选用高光效电光源，可以取得节能的明显效果。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。
7、防雷与接地
防雷内容一般可分为：防直击雷，防感应雷及防高电位入侵三个内容，
为了防止感应雷和高电位入侵的危害，可在电缆进出户处将绝缘子的铁脚支架可靠接地，同时安装避雷器或其它形式的过电压保护器，此外要强调进行等电位联结，这样能有效地降低建筑物內部和附近不同金属部件的电位差，从而避免内部的设备被高电位反击和人被雷击的事故。目前现代高层建筑都是采用钢筋混凝土剪力墙，与楼板的连接是十分可靠的。关键是做好金属管线的接地。接地电阻按最小的要求而定，通常是在4欧以下。利用建筑物的钢筋混凝土基础作接地板。尽管基础钢筋等自然接地体已能满足接地电阻的要求，仍需要装设水平的人工接地体，将主要的建筑物基础连接成接地网，这对均衡电位，提高安全性都有好处。
三、结语
总之，高层建筑一般建筑面积大，使用功能复杂，供电容量大，能耗高。在当前国家提倡环保与可持续性发展的大前提下，高层建筑电气设计应本着节能环保的原则进行电气优化设计。
关键词：高层建筑；电气；设计
一、前言
随着城市化进程的加快，高层建筑因其在空间利用上的优越性出现频率与数量是越来越多，在各大中型城市呈现出快速增加的态势。现代高层建筑一个最显著特点就是面积大，纵观国内外的高层建筑，几万、几十万平米的高层建筑比比皆是。另一个特点就是高度大，为了减少占地面积，高层建筑不可避免的要向高空发展。正是由于高层建筑本身的特点，使得其电气设计要求不同于普通的一般建筑。特点主要有：1、高层建筑由于照明及空调负荷多，电梯等运输设备多，给排水设备多，所以用电量特别大，且供电的可靠性要求很高。2、在高层建筑中，照明与动力基本上不共用干线。动力负荷多采用放射式供电，照明负荷则多采用母线槽配电，与动力分开。3、在结构上多采用大柱距，形成大空间，使墙面安装的设备增多，必然使地面管道增多。4、由于建筑构件的预制装配化及干法施工;缩短了施工周期，而且顶棚一般采用标准化、系统化的吊顶。
二、高层建筑电气设计要点
1、电力负荷的确定
电力负荷是供电设计的主要依据，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。按国家现行规范，消防用电设备（如消防水泵、消防电梯、自喷接力泵、排烟风机、消控控制中心、应急照明）、电梯、生活水泵用电、电话机房、安保设备和航空障碍灯等应按一级负荷或二级负荷中特别重要的负荷要求供电，其它用电负荷为三级负荷。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。电力负荷预算时应分别计算动力电和照明电。电力负荷预算正确与否，对电气设备的选择、配置，保证电气设备系统安全、高效运行，对整体工程的经济分析和相关设计，都有重要的指导意义。
2、供电电源及电压的选择
为了保证高层建筑供电的可靠性，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。一般采用10KV标准电压双回路供电，两路各带一半负荷同时供电、互为备用。10KV双回路供电电源分别来自不同的变电站，或来自双回路超高压变电站的两段独立母线。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。
3、配电系统的设计
现代高层建筑均是采用两路独立的10kV电源同时供电。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。当供电电源分为主电源和副电源时，也可选用单母线不分段的结线。高压供电系统及低压干线基本采用放射式供电，楼层配电则适合采用混合式系统。配电设备中的主要部分是干线。高层建筑的竖井多采用插接式母线槽，各楼层竖井设有配电间。水平干线较难走线，可采用全塑电缆与竖井母干线联接。层间配电箱经插接自动空气开关从竖井母干线取得电源。如果高层建筑需要较大供电负荷，应分散设立区域配电中心（可考虑设备层、中间层或最顶层）。低压配电系统各级开关均采用自动空气开关，设置瞬时、短延时、长延时三级过流保护装置。各级自动空气开关的保护整定，应注意选择性配合，防止越级跳闸。功率因数按规定应补偿到0.9~0.95，无功补偿都采用集中补偿方式。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，但必须采用于式移相电容器。单台变压器的容量选择一般都大于1 000 KVA以便控制变压器数量。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。照明和动力分开设变压器，当动力用电容量太小时，动力变压器可不分开装设，而在低压侧应对动力负荷分类计费。
4、高层建筑的变配电设备的选型
（1）高压开关柜。高层建筑的变配电室设在主楼地下层,按规定不宜采用油开关。目前10kV真空断路器应用的较为普遍。因此,应根据高层建筑地下室的标准,选用具有“五防”功能的真空开关手车式高压开关柜。（2）电力变压器。根据防火要求,主楼内是不允许装设大容量的油浸电力变压器的。目前，国内一些变压器生产厂家生产的干式变压器,主要技术指标已达到国际先进水平。（3）低压配电屏。多采用自动空气开关出线。当配电变压器的容量为1600kVA时,低压母线上的短路容量已超过40kA。（4）应急备用发电机组。应急备用发电机组必须是快速自起动的,按要求应能在15s内恢复供电。近年国外高层建筑已开始采用燃汽轮发电机,这种发电机具有体积小、重量轻、反应速度快、故障率低等优点。从可靠性考虑最好选用两台,自动并车。容量较小时也可选用一台。（5）母线槽和电缆。绝缘母线槽有铜的和铝的两种,具有容量大、结构紧凑、可靠性高、使用维护方便等优点。国外的高层建筑,插接式绝缘母线槽已完全取代了电缆竖井。
5、高层建筑的配变电所的设计
高层建筑的配变电所的设计应根据负荷性质，用电容量，工程特点，所址环境，地区供电条件和节约电能等因素制定设计方案，并进行多方案的技术经济比较。高层建筑的用电量相当大,在确定变电所位置时,应尽可能使高压深入负荷中心。力求做到保障人身安全，供电可靠，技术先进，经济合理和维修方便，并根据工程特点，规模和发展规划做到近远期结合，并考虑扩容的可能性，适当留有余量，这对节约电能,提高供电质量都有重要意义。一般而言，当建筑物高度超过100M时，也可在高层区的避难层或技术夹层内设置变电所，局部采用10KV中压深入负荷中心的供电方案。
6、电气照明设计
电气照明设计，包括光源选择、照度计算、灯具造型,灯具布置，眩光控制和调光控制和照明配电线路敷设等。照明设计与建筑装饰有着非常密切的关系，应该相互配合，在使用功能及艺术意境方面求得统一。选用高光效电光源，可以取得节能的明显效果。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。
7、防雷与接地
防雷内容一般可分为：防直击雷，防感应雷及防高电位入侵三个内容，
为了防止感应雷和高电位入侵的危害，可在电缆进出户处将绝缘子的铁脚支架可靠接地，同时安装避雷器或其它形式的过电压保护器，此外要强调进行等电位联结，这样能有效地降低建筑物內部和附近不同金属部件的电位差，从而避免内部的设备被高电位反击和人被雷击的事故。目前现代高层建筑都是采用钢筋混凝土剪力墙，与楼板的连接是十分可靠的。关键是做好金属管线的接地。接地电阻按最小的要求而定，通常是在4欧以下。利用建筑物的钢筋混凝土基础作接地板。尽管基础钢筋等自然接地体已能满足接地电阻的要求，仍需要装设水平的人工接地体，将主要的建筑物基础连接成接地网，这对均衡电位，提高安全性都有好处。
三、结语
总之，高层建筑一般建筑面积大，使用功能复杂，供电容量大，能耗高。在当前国家提倡环保与可持续性发展的大前提下，高层建筑电气设计应本着节能环保的原则进行电气优化设计。