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【摘要】城市高层建筑的增多，让高层建筑的电气设计成为了一个人们不得不面对的技术课题。高层建筑的结构复杂、用电需求不均匀、能耗不易控制等都成为了高层建筑电气设计的难题。因此应当在充分了解高层用电特征的同时，尽量合理的设计主要系统，并合理选择基础设备，这样才能打造一个高效率、低能耗的高层建筑供电网络。
【关键词】建筑供电；设备选取；电气设计；节能措施
一、高层建筑电气系统设计
1．供电系统电源的选择。在高层建筑电气设计中，电力供应基础就是电源，因此电气设计的首要内容就是电源的选取。高层建筑的供电系统，均与市政电源条件有关，高层建筑应有两路高压电源，国内的高层建筑所采用的电压都是10KV标准，并且两路高压电源需独立运行，采用两路同时供电互为备用的方式，并要求其中一个电源发生故障另一个电源不致同时受到损坏。另外依据高层建筑的定位及供电方案的要求，有时需要配备发电机组作为备用电源，保证高层建筑中特别重要的一级负荷、一级负荷、消防负荷等的设备用电。
2．建筑的电力负荷估算。电气设计的下一步就是确定整个建筑的用电负荷容量，高层建筑电气设计也不例外。在这里对电力负荷的估算是否准确将关系到整个系统的设备、安全和经济性，因此高层建筑的电气设计离不开负荷计算，普遍采用的方法是负荷密度和需要系数这两种计算方法。
3．高压变配电系统。高压变电配电系统是设计中的重点环节，因为建筑中的电气设备用电大部分为低压设备（220V-380V），所以需要将高压电（10KV）经过变压器进行电压转换才能正常使用。这些任务就由建筑中的高压变配电系统来完成。
（1）高压配电系统的实现。高压配电系统：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。
（2）电路的计费方式。电路的计费方式普遍采用的是依据当地供电部门的要求进行设置，但是在低压侧仍需要安装电表进行计费，以便将动力和照明系统分开进行计费。这主要是为了适应供电部门的计费差异，有的地方将空调设备也划入到照明用电计价中。因此在电气设计中应安装总电表和动力电表合理的管理电能，了解电能的使用情况。
（3）变压器的选择。针对变压器的选择，应当按照前面的估算的负荷来进行选用，包括容量和台数的确定。这里应注意对变压器经济运行和节能需求进行着重的考虑，尽量让变压器能在经济运行的条件下工作，以达到节能的目的。为减少变压器台数，单台变压器的容量选择一般都大于1000KVA。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．配电系统的线路设计。在建筑的电气设计中还应对整个电路的分布和敷设形式进行设计。原则上，高压和低压干线的配电都是以放射式来进行设计，楼层配电则以树干式或放射式进行配电。配电设备中的主要部分就是“干线”，对高层建筑来说，配电竖井一般优先采用插接式的母线槽，布线方便。而水平的干线铺设较为困难，多采用的是全塑电缆和竖井中的母线相连。每个楼层都需要配置小型的配电间，以保证配电和用电安全。层间的配电箱进过空气开关从母线上取电，并经过预埋线路管进入到室内。这时如果建筑的层数较多应合理设计实现分区供电，或者将变压器进行分散设置。
5．其他配电系统设计
（1）低压配电系统的控制。在低压配电系统中应当注意对断路器的应用和设计，这主要是对分路系统进行必要的安全保护，防止一些人为或者意外事故造成大面积的停电或者短路事故，而且在设计中应当合理分级，合理选择断路器的过流标准，防止随意配置造成隐患。
（2）电梯系统的设计。在对电梯的供电系统设计中，电梯的配电应当采用两路专用电缆，且两路电缆应引自不同变压器的低压柜馈线回路，并在电梯机房末端配备自动切换装置。
二、高层建筑电气设计中的关键设备选取
1．高压开关柜的选用。目前的现代化高层建筑的配电室一般都在地下。应根据高层建筑的地下室的标准选用适合建筑负荷的真空高压开关柜，以保证整个供电系统的安全。
2．变压器的选择。变压器在选择中除了根据负荷需求进行选用外，还需要考虑防火要求，在主楼内不允许装设大容量的油浸电力变压器。
3．低压配电屏和发电机组配电屏一般的形式都是采用抽屉式的结构，大容量的出线则采用车式结构。在发电机组的选择中应当采用较为先进的燃气轮机发电机组，其优势为体积小、反应快、故障率低，采用这一类型的几组可以延长机组寿命、提高备用供电的能力。
4．对变电所的位置设计。高层建筑的用电特点就是需求的电量较大，在确定变电所的位置时应当考虑负荷的中心位置，尽量使之靠近负荷中心，这主要是为了降低大负荷供电而造成的线损，也提高了供电的质量。
5．照明电器设备的选择。照明系统是高层建筑的重要基础设备，在设计和选取的过程中应注意对光源、照度、美观、位置等的合理配合，并且尽量采用可以实现智能控制的灯具，以便节能。
6．系统的防雷和接地系统。电气系统的防雷和接地是十分重要的保障措施，处理采用避雷针和避雷带等传统措施外，还可采用消雷器、放射性避雷针，这两项技术在实际的应用中得到了推广，也取得了较好的效果。目前的设计方向是将防雷、接地、电气设备接地保护、工作性接地等系统有机的结合起来，形成一个接地系统。接地电阻应当按照要求设计，保障在1Ω以下。可以采用建筑物本身的钢筋混凝土基础作为接地极，但同时也要额外的敷设接地扁钢，负责将小区内其他临近的建筑物基础连接形成一个接地网络，提高安全性能。
7．消防系统的构建。目前的高层建筑都需要配备火灾自动报警和自动灭火系统，具体包括：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，以此形成自动报警、灭火的自动化。在电气设计中应当保证必要的专用线路来维持这些系统的日常伺服性能，使其在火灾中能够发挥作用。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。 三、高层电气系统设计应保证最大化节能
在高层电气设计中应当充分体现节能的思想，保证建筑用电的经济性。首先，应当在设计中指导施工采用先进的技术、材料、设备、工艺在增加合理投入的同时最大化的实现节能，并保证设备投入运行后的低能耗。其次，在设计中尽量采用科学的控制手段，降低高能耗系统的能耗指标，如：采用变频技术对空调、水泵的电动机进行控制降低能耗。第三，对照明系统的合理设计，要求既能保证日常的使用需求，又可以实现对光源、自然光、太阳能等的合理利用，配合智能控制系统实现节能。
四、民用建筑电气设计中的节能措施
1.通过感应设备节能。在现代建筑物里，有大量的感应性质的用电设备，像变压器、气体放电灯，这些用电设备内部的整流器都是有电感的，在使用过程中会产生滞后的无功功率，这就需要从用电系统中引入一些无功功率来抵消，在节能设计上可以提高系统的功率因数，进而降低因无功功率而造成的电能损耗，达到节能的目的。
（1）供配电过程中节能。在实际设计时，可以根据供电系统的负荷容量大小，供电距离的远近以及用电设备状态等因素，合理设计和选择供配电系统，尽量使供电系统操作简单，性能可靠。设计时，应将变配电所设在离用电中心近的地方，进而降低在电能传输过程中线路上的损耗；应根据现实的需要，合理地选择变压器的台数以及每台的容量，以便在不同的季节能灵活的投切变压器，降低由于轻载造成的电能损耗。
（2）合理设计变压器节能。在民用电力系统中，变压器是必不可少的设备，合理选择变压器的型号和运行方式，就能减少变压器造成的电能损失。在设计中，可考虑使用节能型的变压器，尽量选用电阻值小的绕组；在选择所用变压器的台数以及容量时，应综合考虑线路中的负荷情况，以及每年运行时需要的费用，通过对负荷进行合理的规划、分配，选择与电路负荷相当的变压器，进而降低电能的损耗。
（3）降低线路上的电能损耗。在配电线中，由于有电流通过，就不可避免的造成电能的损耗，为了减少此项电能的损失，可采取以下办法：使用电阻率低的导线。电阻率最低的材料是银线，其次是铜线，但银线造价太高，所以在线路上尽量使用铜线，铝线有时也是不错的选择；减小导线长度。在建筑电气设计中，要尽量避免导线走弯路，以便减少电路中导线的长度，配电所设计的距离最好离用电中心最近，以便降低导线的长度；增大导线横截面。在建筑电气设计中，对于不可避免的使用较长的导线情况，可以在满足载流量以及保护配合等要求时，尽量选用横截面相对较大的导线。这样做虽然在最初安装过程中增加了线路导线的支出，但这么做可以减少线路中电能的损失，从长远意义上讲，还是相对经济的做法。
（4）适当提高功率因数在供配电系统中，应尽量提高功率因数，这么做可以减少线路中由于无功功率造成的电能损耗，进而达到节能的目的。在电力输送过程中有功功率要以满足建筑物使用为前提，这项是不可以更改的。供电系统中发电机这样的用电设备，在使用中由于具有电感性，会引起滞后的无功电流，这在电力输送过程中就造成了线路中的功率损耗，但是，在设计时可以采取以下方法予以降低：提高用电设备的功率因数。在进行建筑物电气设计时，应尽量选择功率因数相对较高的用电设备，对于电感性的用电设备，可以考虑选用具有补偿电容器的用电设备；可以考虑使用静电电容器。在线路中使用静电电容器来实现无功补偿，电容器就会超前产生无功电流来抵消此部分的无功电流，在提高功率因素的同时又降低了整体无功电流。
2．照明设计节能。伴随着我国改革开放的脚步，人们的生活水平也在不断的提高，用于日常照明的电量已经达到总用电量的 7%左右。因此，在满足照明的前提下，应科学、合理地设计照明设施，减少不必要的浪费，进而节约电能。选择合适的电光源，在我国民用建筑中，照明用电不仅量大而且面广，所以选择合适的照明设备对于节能来说，非常关键，选用的电光源发光的功率要高，以便能用最少的电达到最良好的照明效果。
在建筑行业中，电气设备的使用是最消耗电能的，合理的选择电气设备，在满足正常使用前提下，降低电能的消耗是建筑行业节能的关键所在，在建筑电气设计中要采取合理的节能措施。
作者简介：
应少枫，1979年9月出，男，籍贯：诸暨，现任浙江城建煤气热电设计院有限公司工程师职务，本科学历，研究方向：发电厂电气系统与民用建筑电气设计。
张琦俊，1985年7月出生、男、籍贯：杭州、现任浙江城建煤气热电设计院有限公司助理工程师职务、本科学历、研究方向：发电厂电气系统与民用建筑电气设计。
【关键词】建筑供电；设备选取；电气设计；节能措施
一、高层建筑电气系统设计
1．供电系统电源的选择。在高层建筑电气设计中，电力供应基础就是电源，因此电气设计的首要内容就是电源的选取。高层建筑的供电系统，均与市政电源条件有关，高层建筑应有两路高压电源，国内的高层建筑所采用的电压都是10KV标准，并且两路高压电源需独立运行，采用两路同时供电互为备用的方式，并要求其中一个电源发生故障另一个电源不致同时受到损坏。另外依据高层建筑的定位及供电方案的要求，有时需要配备发电机组作为备用电源，保证高层建筑中特别重要的一级负荷、一级负荷、消防负荷等的设备用电。
2．建筑的电力负荷估算。电气设计的下一步就是确定整个建筑的用电负荷容量，高层建筑电气设计也不例外。在这里对电力负荷的估算是否准确将关系到整个系统的设备、安全和经济性，因此高层建筑的电气设计离不开负荷计算，普遍采用的方法是负荷密度和需要系数这两种计算方法。
3．高压变配电系统。高压变电配电系统是设计中的重点环节，因为建筑中的电气设备用电大部分为低压设备（220V-380V），所以需要将高压电（10KV）经过变压器进行电压转换才能正常使用。这些任务就由建筑中的高压变配电系统来完成。
（1）高压配电系统的实现。高压配电系统：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。
（2）电路的计费方式。电路的计费方式普遍采用的是依据当地供电部门的要求进行设置，但是在低压侧仍需要安装电表进行计费，以便将动力和照明系统分开进行计费。这主要是为了适应供电部门的计费差异，有的地方将空调设备也划入到照明用电计价中。因此在电气设计中应安装总电表和动力电表合理的管理电能，了解电能的使用情况。
（3）变压器的选择。针对变压器的选择，应当按照前面的估算的负荷来进行选用，包括容量和台数的确定。这里应注意对变压器经济运行和节能需求进行着重的考虑，尽量让变压器能在经济运行的条件下工作，以达到节能的目的。为减少变压器台数，单台变压器的容量选择一般都大于1000KVA。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．配电系统的线路设计。在建筑的电气设计中还应对整个电路的分布和敷设形式进行设计。原则上，高压和低压干线的配电都是以放射式来进行设计，楼层配电则以树干式或放射式进行配电。配电设备中的主要部分就是“干线”，对高层建筑来说，配电竖井一般优先采用插接式的母线槽，布线方便。而水平的干线铺设较为困难，多采用的是全塑电缆和竖井中的母线相连。每个楼层都需要配置小型的配电间，以保证配电和用电安全。层间的配电箱进过空气开关从母线上取电，并经过预埋线路管进入到室内。这时如果建筑的层数较多应合理设计实现分区供电，或者将变压器进行分散设置。
5．其他配电系统设计
（1）低压配电系统的控制。在低压配电系统中应当注意对断路器的应用和设计，这主要是对分路系统进行必要的安全保护，防止一些人为或者意外事故造成大面积的停电或者短路事故，而且在设计中应当合理分级，合理选择断路器的过流标准，防止随意配置造成隐患。
（2）电梯系统的设计。在对电梯的供电系统设计中，电梯的配电应当采用两路专用电缆，且两路电缆应引自不同变压器的低压柜馈线回路，并在电梯机房末端配备自动切换装置。
二、高层建筑电气设计中的关键设备选取
1．高压开关柜的选用。目前的现代化高层建筑的配电室一般都在地下。应根据高层建筑的地下室的标准选用适合建筑负荷的真空高压开关柜，以保证整个供电系统的安全。
2．变压器的选择。变压器在选择中除了根据负荷需求进行选用外，还需要考虑防火要求，在主楼内不允许装设大容量的油浸电力变压器。
3．低压配电屏和发电机组配电屏一般的形式都是采用抽屉式的结构，大容量的出线则采用车式结构。在发电机组的选择中应当采用较为先进的燃气轮机发电机组，其优势为体积小、反应快、故障率低，采用这一类型的几组可以延长机组寿命、提高备用供电的能力。
4．对变电所的位置设计。高层建筑的用电特点就是需求的电量较大，在确定变电所的位置时应当考虑负荷的中心位置，尽量使之靠近负荷中心，这主要是为了降低大负荷供电而造成的线损，也提高了供电的质量。
5．照明电器设备的选择。照明系统是高层建筑的重要基础设备，在设计和选取的过程中应注意对光源、照度、美观、位置等的合理配合，并且尽量采用可以实现智能控制的灯具，以便节能。
6．系统的防雷和接地系统。电气系统的防雷和接地是十分重要的保障措施，处理采用避雷针和避雷带等传统措施外，还可采用消雷器、放射性避雷针，这两项技术在实际的应用中得到了推广，也取得了较好的效果。目前的设计方向是将防雷、接地、电气设备接地保护、工作性接地等系统有机的结合起来，形成一个接地系统。接地电阻应当按照要求设计，保障在1Ω以下。可以采用建筑物本身的钢筋混凝土基础作为接地极，但同时也要额外的敷设接地扁钢，负责将小区内其他临近的建筑物基础连接形成一个接地网络，提高安全性能。
7．消防系统的构建。目前的高层建筑都需要配备火灾自动报警和自动灭火系统，具体包括：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，以此形成自动报警、灭火的自动化。在电气设计中应当保证必要的专用线路来维持这些系统的日常伺服性能，使其在火灾中能够发挥作用。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。 三、高层电气系统设计应保证最大化节能
在高层电气设计中应当充分体现节能的思想，保证建筑用电的经济性。首先，应当在设计中指导施工采用先进的技术、材料、设备、工艺在增加合理投入的同时最大化的实现节能，并保证设备投入运行后的低能耗。其次，在设计中尽量采用科学的控制手段，降低高能耗系统的能耗指标，如：采用变频技术对空调、水泵的电动机进行控制降低能耗。第三，对照明系统的合理设计，要求既能保证日常的使用需求，又可以实现对光源、自然光、太阳能等的合理利用，配合智能控制系统实现节能。
四、民用建筑电气设计中的节能措施
1.通过感应设备节能。在现代建筑物里，有大量的感应性质的用电设备，像变压器、气体放电灯，这些用电设备内部的整流器都是有电感的，在使用过程中会产生滞后的无功功率，这就需要从用电系统中引入一些无功功率来抵消，在节能设计上可以提高系统的功率因数，进而降低因无功功率而造成的电能损耗，达到节能的目的。
（1）供配电过程中节能。在实际设计时，可以根据供电系统的负荷容量大小，供电距离的远近以及用电设备状态等因素，合理设计和选择供配电系统，尽量使供电系统操作简单，性能可靠。设计时，应将变配电所设在离用电中心近的地方，进而降低在电能传输过程中线路上的损耗；应根据现实的需要，合理地选择变压器的台数以及每台的容量，以便在不同的季节能灵活的投切变压器，降低由于轻载造成的电能损耗。
（2）合理设计变压器节能。在民用电力系统中，变压器是必不可少的设备，合理选择变压器的型号和运行方式，就能减少变压器造成的电能损失。在设计中，可考虑使用节能型的变压器，尽量选用电阻值小的绕组；在选择所用变压器的台数以及容量时，应综合考虑线路中的负荷情况，以及每年运行时需要的费用，通过对负荷进行合理的规划、分配，选择与电路负荷相当的变压器，进而降低电能的损耗。
（3）降低线路上的电能损耗。在配电线中，由于有电流通过，就不可避免的造成电能的损耗，为了减少此项电能的损失，可采取以下办法：使用电阻率低的导线。电阻率最低的材料是银线，其次是铜线，但银线造价太高，所以在线路上尽量使用铜线，铝线有时也是不错的选择；减小导线长度。在建筑电气设计中，要尽量避免导线走弯路，以便减少电路中导线的长度，配电所设计的距离最好离用电中心最近，以便降低导线的长度；增大导线横截面。在建筑电气设计中，对于不可避免的使用较长的导线情况，可以在满足载流量以及保护配合等要求时，尽量选用横截面相对较大的导线。这样做虽然在最初安装过程中增加了线路导线的支出，但这么做可以减少线路中电能的损失，从长远意义上讲，还是相对经济的做法。
（4）适当提高功率因数在供配电系统中，应尽量提高功率因数，这么做可以减少线路中由于无功功率造成的电能损耗，进而达到节能的目的。在电力输送过程中有功功率要以满足建筑物使用为前提，这项是不可以更改的。供电系统中发电机这样的用电设备，在使用中由于具有电感性，会引起滞后的无功电流，这在电力输送过程中就造成了线路中的功率损耗，但是，在设计时可以采取以下方法予以降低：提高用电设备的功率因数。在进行建筑物电气设计时，应尽量选择功率因数相对较高的用电设备，对于电感性的用电设备，可以考虑选用具有补偿电容器的用电设备；可以考虑使用静电电容器。在线路中使用静电电容器来实现无功补偿，电容器就会超前产生无功电流来抵消此部分的无功电流，在提高功率因素的同时又降低了整体无功电流。
2．照明设计节能。伴随着我国改革开放的脚步，人们的生活水平也在不断的提高，用于日常照明的电量已经达到总用电量的 7%左右。因此，在满足照明的前提下，应科学、合理地设计照明设施，减少不必要的浪费，进而节约电能。选择合适的电光源，在我国民用建筑中，照明用电不仅量大而且面广，所以选择合适的照明设备对于节能来说，非常关键，选用的电光源发光的功率要高，以便能用最少的电达到最良好的照明效果。
在建筑行业中，电气设备的使用是最消耗电能的，合理的选择电气设备，在满足正常使用前提下，降低电能的消耗是建筑行业节能的关键所在，在建筑电气设计中要采取合理的节能措施。
作者简介：
应少枫，1979年9月出，男，籍贯：诸暨，现任浙江城建煤气热电设计院有限公司工程师职务，本科学历，研究方向：发电厂电气系统与民用建筑电气设计。
张琦俊，1985年7月出生、男、籍贯：杭州、现任浙江城建煤气热电设计院有限公司助理工程师职务、本科学历、研究方向：发电厂电气系统与民用建筑电气设计。