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摘要: 高层建筑越来越多，也逐渐为人们所认可，但是高层建筑电气设计质量保证是比较复杂的一个课题。在高层建筑的电气设计中，要把电能消耗指标作为全面技术经济分析的重要组成部分。电气工程的设计方案，应根据技术先进、安全适用、经济合理、节约能源和保护环境的原则确定。本文结合工程实例，主要介绍了高低压配电系统的负荷计算和电源、电压、设备选择，高层建筑电气设计应注意的有关问题，还阐述了现代高层建筑的电气设计系统的重要内容。
关键字:电气设计；高低压配电系统；负荷计算；照明系统；防雷与接地；消防系统
Abstract：The high-rise building more and more, also gradually for people accepted, but high-rise building electrical design quality assurance is more complex a project. In the electrical design of high-rise building, the electricity consumption index as a comprehensive technology is an important part of economic analysis. Electrical engineering design, should be based on the advanced technology, is safe, reasonable economy, save energy and protect the environment to determine the principle. Combining with the project examples, mainly introduced the high and low voltage distribution system load calculation and power, voltage, equipment selection, high-rise building electrical design should pay attention to the relevant problems, this paper modern high-rise building electrical design system important content.
Key word: electrical design; High and low voltage distribution system; Load calculation; Lighting system; Lightning protection and grounding; Fire control system
中图分类号：TU855文献标识码：A文章编号：
引言: 随着现代社会的高速发展，城市高层建筑越来越多，其电气设计的好与坏直接影响建筑的使用功能，现结合工作经验，对现代高层建筑电气设计内容及相关问题进行全面地探讨。
一、工程概况：
太古汇位于天河路与天河东路交界处，占地约5万平方米，总面积46万平方米，总投资额为40亿人民币。本工程建三栋塔楼分别为40层高的1#塔楼（办公楼）、29层高的2#塔楼（办公楼）及27层高的3#塔楼（酒店）、并带有四层裙楼、八层文化中心及四层地库。建成后的太古汇是内地首个融汇文化艺术、大型购物中心、甲级写字楼、星级酒店于一身的多功能综合性项目，建成后将成为广州标志性建筑之一。本工程是电气系统分包工程，其工作包括深化设计、管理、协调、制造、供应、安装、照明、测试、试运行，完成测试及试运行太古汇项目之电气工程（包括施工临时用电）。范围包括：办公楼、酒店、裙楼、地下结构、文化中心等的电气系统的所有设备、各种材料、控制设备与末端装置的供应及制造、安装、调试、试运行和维修保养等。工程模型如下：
二、高低压配电系统的负荷计算和电源、电压、设备选择
1、负荷计算
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，基本上采单向用负荷密度法和需要系数法。负荷密度法计算如下:
(1)尽量将各单相负荷逐相均匀分配，以减少不平衡，计算时，将线负荷换算成相负荷，将各相负荷相加，取其最大单相负荷的3倍作为三相负荷。
(2) 当回路中的单相负荷的总容量小于该回路三相对称负荷的总容量的15%时，按三相平衡负荷计算。
(3)只有线负荷时，将各线间负荷相加，选取较大的两项进行计算，按70%的负荷率，第二台变压器的容量为：1086/0.7=1552kVA,选用1600kVA变压器。
2、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。现代高层建筑均是采用两路独立的10kV电源同时供电。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，保证应急和疏散照明、电脑设备、消防设备、电梯等设备的事故用电。
3、变电所位置的确定
现代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。这对节约电能，提高供电质量都有重要意义。现代高层建筑的变电所都设在主楼内。建筑高度在30层左右的，大都集中在底层；60层左右的，则分散在地下层、中间层和顶层。也有仅在中间层或仅在地下层、顶层设变电所的。变电所的数量及其位置的分布，应通过技术经济比较决定。本项目共设四个10KV 变电所，命名为A、B、C、D变电所，均设在地下四层。10KV 电源从本项范围内110KV 变电所引去。A变电所为酒店A 及裙楼中央空调供电；B变电所为办公楼一及裙楼供电。C变电所为文化中心供电。D变电所为办公楼二及裙楼供电。
4、主要设备的选型
(1）高压开关柜。现代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。应根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。为减少变压器台数，单台变压器的容量选择一般都大于1000kVA。
（3）低压配电屏。现代低压配电屏的结构，几乎都做成抽屉式，特别是大容量的出线，则做成手车式。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。低压配电系统各级开关均采用自动空气开关(断路器)，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。
(4)所有电梯均要求采用两路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。消防动力设备为双电源供电，一路引自由两路电源变压器供电的消防供电专柜上，另一路引自自备发电机组，兩路消防电源分别由两回线路引到各个消防用电设备点上实行末端自动切换，以确保消防设备的供电可靠性及安全性。
（5）应急备用发电机组。应急机组宜选用高速、增压、油耗低、同容量的柴油发电机组。高速增压柴油机单机容量较大，占据空间小；柴油机选用配电子或液压调速装置，调速性能较好；发电机宜选用配无刷励磁或相复励装置的同步电机，故障率低，维护检修较方便。
三、高层建筑电气设计过程中应注意的问题:
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、由于在结构上多数采用大柱距，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。
5、电气设备的管线应采取防火措施。
6、空调设备等主要用电设备分散，多数要求集中管理，即要求采用电脑管理和监控系统。
7、采取防震措施。
8、消防要求高。
四、现代高层建筑电气设计的重要内容
1、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，在使用功能及就艺术意境方面求得统一。选用高光效电光源，可以取得节能的明顯效果。本工程的照明系统分为正常照明和应急照明。为减小动力负荷频繁启动对照明质量的影响，设定专用变压器为照明系统供电。自地下四层中心配电室出线后进入配电竖井，变电所低压配电系统采用单母线分段结线方式。配出回路采用放射式和树干式的配电方式。办公楼、裙楼及文化中心分别设发电机，作为一级负荷中特别重要负荷及部分一级负荷的备用电源。在设计时该系统的消防负荷采用双电源供电，均在末端配电箱处自动切换。停市电非火灾时，发电机组可向重要负荷供电。
2、防雷与接地设计
现代高层建筑的防雷设计，除采用避雷针和避雷带的传统做法外，近年还出现有消雷器和放射性避雷针。这两种防雷技术虽然在工程上得到不少实际应用，但在理论上一直是有争议的。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。
现代高层建筑的防雷接地、电气设备的保护接地和工作接地，都是合在一起的，组成混合接地系统。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箱型基础作接地板。钢筋混凝土柱内钢筋做防雷引下线，在建筑物四角距室外地坪0、5m处做测试点。尽管基础钢筋等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成接地网，这对均衡电位，提高安全性都有好处。
3、电梯
电梯按使用功能分，有高级客梯、普通客梯、观景梯、服务梯、消防梯、货梯、自动扶梯等许多种；按速度又分为低速梯、快速梯、高速梯和超高速梯等；按电流分则有交流和直流两大类。设计人员的任务是要确定电梯台数和决定电梯功能。电梯的配置和造型，不是电气设计人员单方面所能决定的，必须与总建筑师或总体交通设计人员共同研究才能确定。
4、消防系统
（1）消防电源包括：消防水泵，水幕水泵，消防电梯，喷淋水泵，排烟风机，正压送风机等。
（2）现代高层建筑的火灾自动报警灭火系统，包括：火灾探测器、分区消防报警控制器、消防中心和气体自动喷射灭火及自动洒水灭火系统等四个部分，实现报警灭火自动化。
（3）探测器探测到火灾信号后转换成电信号，进入分区报警器和消防中心，发出声光报警信号。消防中心负责整座大楼火灾的监控和消防指挥。关于高层建筑中消防用电的设计问题，涉及到其他许多学科，而且规模越大，功能越多，控制内容越广泛，设计内容也就越复杂。
结语:
综上所述，现代高层建筑的电气设计由于建筑智能化需要而变得复杂，用电设备越来越多，对供配电系统设计提出了许多新的要求，因此在电气设计时，将供配电系统的可靠性、安全性、灵活性摆在突出位置，认真按照设计和操作规范进行设计优化和施工，从而将现代高层建筑电气从设计上推至臻美。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键字:电气设计；高低压配电系统；负荷计算；照明系统；防雷与接地；消防系统
Abstract：The high-rise building more and more, also gradually for people accepted, but high-rise building electrical design quality assurance is more complex a project. In the electrical design of high-rise building, the electricity consumption index as a comprehensive technology is an important part of economic analysis. Electrical engineering design, should be based on the advanced technology, is safe, reasonable economy, save energy and protect the environment to determine the principle. Combining with the project examples, mainly introduced the high and low voltage distribution system load calculation and power, voltage, equipment selection, high-rise building electrical design should pay attention to the relevant problems, this paper modern high-rise building electrical design system important content.
Key word: electrical design; High and low voltage distribution system; Load calculation; Lighting system; Lightning protection and grounding; Fire control system
中图分类号：TU855文献标识码：A文章编号：
引言: 随着现代社会的高速发展，城市高层建筑越来越多，其电气设计的好与坏直接影响建筑的使用功能，现结合工作经验，对现代高层建筑电气设计内容及相关问题进行全面地探讨。
一、工程概况：
太古汇位于天河路与天河东路交界处，占地约5万平方米，总面积46万平方米，总投资额为40亿人民币。本工程建三栋塔楼分别为40层高的1#塔楼（办公楼）、29层高的2#塔楼（办公楼）及27层高的3#塔楼（酒店）、并带有四层裙楼、八层文化中心及四层地库。建成后的太古汇是内地首个融汇文化艺术、大型购物中心、甲级写字楼、星级酒店于一身的多功能综合性项目，建成后将成为广州标志性建筑之一。本工程是电气系统分包工程，其工作包括深化设计、管理、协调、制造、供应、安装、照明、测试、试运行，完成测试及试运行太古汇项目之电气工程（包括施工临时用电）。范围包括：办公楼、酒店、裙楼、地下结构、文化中心等的电气系统的所有设备、各种材料、控制设备与末端装置的供应及制造、安装、调试、试运行和维修保养等。工程模型如下：
二、高低压配电系统的负荷计算和电源、电压、设备选择
1、负荷计算
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，基本上采单向用负荷密度法和需要系数法。负荷密度法计算如下:
(1)尽量将各单相负荷逐相均匀分配，以减少不平衡，计算时，将线负荷换算成相负荷，将各相负荷相加，取其最大单相负荷的3倍作为三相负荷。
(2) 当回路中的单相负荷的总容量小于该回路三相对称负荷的总容量的15%时，按三相平衡负荷计算。
(3)只有线负荷时，将各线间负荷相加，选取较大的两项进行计算，按70%的负荷率，第二台变压器的容量为：1086/0.7=1552kVA,选用1600kVA变压器。
2、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。现代高层建筑均是采用两路独立的10kV电源同时供电。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，保证应急和疏散照明、电脑设备、消防设备、电梯等设备的事故用电。
3、变电所位置的确定
现代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。这对节约电能，提高供电质量都有重要意义。现代高层建筑的变电所都设在主楼内。建筑高度在30层左右的，大都集中在底层；60层左右的，则分散在地下层、中间层和顶层。也有仅在中间层或仅在地下层、顶层设变电所的。变电所的数量及其位置的分布，应通过技术经济比较决定。本项目共设四个10KV 变电所，命名为A、B、C、D变电所，均设在地下四层。10KV 电源从本项范围内110KV 变电所引去。A变电所为酒店A 及裙楼中央空调供电；B变电所为办公楼一及裙楼供电。C变电所为文化中心供电。D变电所为办公楼二及裙楼供电。
4、主要设备的选型
(1）高压开关柜。现代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。应根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。为减少变压器台数，单台变压器的容量选择一般都大于1000kVA。
（3）低压配电屏。现代低压配电屏的结构，几乎都做成抽屉式，特别是大容量的出线，则做成手车式。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。低压配电系统各级开关均采用自动空气开关(断路器)，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。
(4)所有电梯均要求采用两路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。消防动力设备为双电源供电，一路引自由两路电源变压器供电的消防供电专柜上，另一路引自自备发电机组，兩路消防电源分别由两回线路引到各个消防用电设备点上实行末端自动切换，以确保消防设备的供电可靠性及安全性。
（5）应急备用发电机组。应急机组宜选用高速、增压、油耗低、同容量的柴油发电机组。高速增压柴油机单机容量较大，占据空间小；柴油机选用配电子或液压调速装置，调速性能较好；发电机宜选用配无刷励磁或相复励装置的同步电机，故障率低，维护检修较方便。
三、高层建筑电气设计过程中应注意的问题:
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、由于在结构上多数采用大柱距，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。
5、电气设备的管线应采取防火措施。
6、空调设备等主要用电设备分散，多数要求集中管理，即要求采用电脑管理和监控系统。
7、采取防震措施。
8、消防要求高。
四、现代高层建筑电气设计的重要内容
1、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，在使用功能及就艺术意境方面求得统一。选用高光效电光源，可以取得节能的明顯效果。本工程的照明系统分为正常照明和应急照明。为减小动力负荷频繁启动对照明质量的影响，设定专用变压器为照明系统供电。自地下四层中心配电室出线后进入配电竖井，变电所低压配电系统采用单母线分段结线方式。配出回路采用放射式和树干式的配电方式。办公楼、裙楼及文化中心分别设发电机，作为一级负荷中特别重要负荷及部分一级负荷的备用电源。在设计时该系统的消防负荷采用双电源供电，均在末端配电箱处自动切换。停市电非火灾时，发电机组可向重要负荷供电。
2、防雷与接地设计
现代高层建筑的防雷设计，除采用避雷针和避雷带的传统做法外，近年还出现有消雷器和放射性避雷针。这两种防雷技术虽然在工程上得到不少实际应用，但在理论上一直是有争议的。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。
现代高层建筑的防雷接地、电气设备的保护接地和工作接地，都是合在一起的，组成混合接地系统。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箱型基础作接地板。钢筋混凝土柱内钢筋做防雷引下线，在建筑物四角距室外地坪0、5m处做测试点。尽管基础钢筋等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成接地网，这对均衡电位，提高安全性都有好处。
3、电梯
电梯按使用功能分，有高级客梯、普通客梯、观景梯、服务梯、消防梯、货梯、自动扶梯等许多种；按速度又分为低速梯、快速梯、高速梯和超高速梯等；按电流分则有交流和直流两大类。设计人员的任务是要确定电梯台数和决定电梯功能。电梯的配置和造型，不是电气设计人员单方面所能决定的，必须与总建筑师或总体交通设计人员共同研究才能确定。
4、消防系统
（1）消防电源包括：消防水泵，水幕水泵，消防电梯，喷淋水泵，排烟风机，正压送风机等。
（2）现代高层建筑的火灾自动报警灭火系统，包括：火灾探测器、分区消防报警控制器、消防中心和气体自动喷射灭火及自动洒水灭火系统等四个部分，实现报警灭火自动化。
（3）探测器探测到火灾信号后转换成电信号，进入分区报警器和消防中心，发出声光报警信号。消防中心负责整座大楼火灾的监控和消防指挥。关于高层建筑中消防用电的设计问题，涉及到其他许多学科，而且规模越大，功能越多，控制内容越广泛，设计内容也就越复杂。
结语:
综上所述，现代高层建筑的电气设计由于建筑智能化需要而变得复杂，用电设备越来越多，对供配电系统设计提出了许多新的要求，因此在电气设计时，将供配电系统的可靠性、安全性、灵活性摆在突出位置，认真按照设计和操作规范进行设计优化和施工，从而将现代高层建筑电气从设计上推至臻美。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。