高层建筑电气设计探究

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　　摘要：本文作者结合实际工作经验，就高层住宅的电气设计工作，有针对性地提出了自己的看法和措施，以供探讨。
　　关键词：高低压配电系统；火灾自动报警系统；接地防雷
　　1高低压配电系统的设计
　　(1) 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) 计费方式，采用高供高计。但在低压侧，仍装设计费电度表，采用将照明与动力分开的两部电价法。有些地方供电部门又把空调设备的用电，全部划入照明计价系统，一般做法是安装总表及动力表，由总表减去动力表以后，全部为照明电费。
　　(3) 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) 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。楼层配电则为混合式系统。配电设备中的主要部分是干线。现代高层建筑的竖井多采用插接式母线槽。水平干线因走线困难，多采用全塑电缆与竖井母干线联接。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。当层数较多负荷数较大时，一般按层数分区供电，或将变压器分散设在地下层、中问层或最顶层。
　　(5) 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。
　　(6) 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。
　　(7) 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，但必须采用干式移相电容器。
　　2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。
　　3 高层住宅分体式空调室外主机的防侧击雷装置
　　由于地域性的常规做法，一般的高层住宅中，尚不考虑集中中央空调，住户往往是在户内自行安装分体式空调。而对于安装在室外的空调主机及其支架的防雷往往为电气设计人员所忽视。国家相关规范和标准目前尚无与此相应的规定。
　　众所周知，雷电在放电过程中会产生强大的过电流，并且伴随时间短，电流陡变值很大，可达几百千安。伴随雷电现象常会带来它的热效应和电动力效应的破坏作用，前者可产生巨大的热量，几千摄氏度的高温致使周围产生火灾，而后者则会产生强大的电磁力作用，使处在其中的物体受到破坏。为将雷击能量导向大地，防止雷电现象中直击雷、侧击雷、感应雷的破坏作用，通常采用如下的措施：避雷带、引下线、接地网和避雷器。
　　根据《建筑物防雷设计规范》(GB50057－94)，在高层住宅的防雷设计中，一般的设计人员往往只考虑了屋面接闪器、引下、线、均压环、接地网等的设置；为防止侧雷击雷，根据《建筑物防雷设计规范》中第3.2.4条及3.3.10规定：一类防雷建筑物要求在30m及以上处，二类防雷建筑物要求在45m及以上处开始，将外露金属物与防雷装置连接。该做法可以使整体建筑结构形成法拉第等电位系统――笼式避雷网，使建筑的整体形成等电位，防止了雷电的磁感应。笔者在以往的设计说明中虽然也强调了外墙的金属物(主要指金属窗、栏杆等)与引下线的连接，但在施工竣工验收前，住户的空调室外机是不可能安装到位的，所以导致了空调室外机及支架与引下线漏接的结果。而作为防止雷击部分的分体式空调室外机由于和建筑物的接地无法连接，为用户带来了潜在的危险性，一旦住户安装了空调室外机及支架后，就有可能将分体式空调室外机电源保护接地PE线变成了空调室外机防雷引下线将雷电流引入室内配电接地系统，非常危险。由于空调部分与建筑物楼体的法拉第笼引下线无关联，当建设单位或用户在工程竣工后提出此项要求时，处理起来很麻烦，并有滞后性，只能采用明装处理的补救措施，影响建筑物的外形美观。
　　所以为保证用户使用的安全，在高层住宅的设计中，空调的防雷问题应当考虑进去。现在的高层住宅施工图设计中，住户的空调室外主机的摆放位置几乎都在建筑施工图设计中考虑好了，这也就为我们电气设计人员提供了预留防雷引下线接口的位置。在实际操作中，可以在空调主机搁板的上方30～50cm处预先埋设IP等级较大、密封性能良好的金属分线盒，盒内敷设已作防腐处理的镀锌扁铁。扁铁的一端与主体内均压环或柱内钢筋引下线焊连，一端与带铜接线端子的多股导线相连接(导线最好选用BV－10mm2以上的PE线)，该导线的另一端经蛇皮管引出适当长度待使用时用螺栓来连接空调室外机及其支架。为防止雨水渗入金属盒内，还应要求安装时将金属分线盒加盒盖封闭，所有螺栓(包括箱门、螺栓)均应用防水油膏封闭，金属盒内壁要求涂防锈漆。
　　4 消防自动报警和自动灭火系统
　　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。
　　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。一些高档旅馆的消防系统设计，是与设备监控电脑系统相连接的。设备监控电脑，实现消防监控自动化。
　　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，消防用电设备有如下诸多方面：
　　(1) 报警方面：火灾自动报警系统、火灾紧急广播、警铃、警笛、火警电话。
　　(2) 自动灭火方面：喷水系统、干粉灭火系统(1211、1301)。
　　(3) 手动灭火方面：室内消火栓系统。
　　(4) 防、排烟方面：正压送风系统，负压排烟系统，排烟口的排烟阀，正压送风口的送烟阀，切断空调器电源防火调节阀系统。
　　(5) 通讯设备：一般程控电话、对讲电话、火警专用电话。
　　(6) 避难方面：包括应急照明、诱导灯、太平门、楼梯间等出入口的显示标志灯、疏散用电梯、防火卷帘门等。
　　(7) 相关设备：消火栓泵、喷淋泵、汽压罐、消防电梯、双电源互投等。
　　关于消防用电设备的供电电源，要求在火灾时，能保持继续供电。在设计过程中，必须注意以下几点：
　　① 供电电源可靠：在电源供给上，一般都是采用双电源一用一备，以放射式、末端自动互投方式向消防设备供电。高层若为一类建筑，则消防供电电源必须严格按一级负荷供电：若为二类建筑，也不应采用低手二级负荷供电。
　　② 备用电源：可采用自备发电机组，照明电讯方面还可采用蓄电池来解决，但必须处于常年战备状态，与主电源切换时间不应超过15S，备用电源的设计容量，应根据消防工艺来决定，满足消防需要。
　　③ 消防用电配线；应采用阻燃或防火导线，至少应采用铜芯耐热绝缘线穿钢管或难燃管在混凝土层内敷设，其讯号和控制管线不宜与强电管线共用竖井，以免火灾发生以后，其配电线路管热损伤，造成停电，使消防设备控制、运转不灵，引起不应有的
　　5 结束语
　　总之，根据高层建筑电气设计的特点，严格按规范和施工工艺要求进行安装，充分发挥系统的运行效果，取得相应的社会和经济效益。

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