某超高层建筑强电设计探讨

某超高层建筑强电设计探讨

曹志伟

海南珠江建筑设计院有限公司   海南省海口市 570100

摘  要:由于超高层建筑物功能复杂，安全风险大，对建筑电气设计的需要也更为严格。本文将探讨某超高层建筑的供配电系统、照明系统设计等方面的重点难点，并给出相应的参考建议，以期为建筑电气设计提供有效的指导。

关键词：超高层建筑；强电；设计

1引言

由于我国社会发展，越来越多的超高层大楼成为都市的标志性建筑。这些大楼通常配备了大量的用电设备，并且需要满足高可靠性的供电要求。本文将通用一个具体的电气设计实例，探讨超高层建筑的供配电系统和照明系统设计。

广东湛江某小区由多种建筑物组成，包含超高层住宅、公寓、酒店、裙房商业和地下室等。总建筑面积423756.08m2平方米。其中，1#~13#楼为30层到42层不等的高层住宅，最高建筑高度133米；14#楼为31层的超高层酒店，建筑高度118米；15#~16#楼为42层的超高层公寓，建筑高度145米。避难层位于14层和28层， 2#~6#住宅楼和公寓楼的首层设有裙房商业区，地下室有2层，为设备用房和停车位等。

2供配电系统设计

2.1 负荷等级

按照《民用建筑电气设计标准》GB51348—2019和《建筑设计防火规范》GB50016—2014（2018版）的规定，本工程负荷等级为：

一级负荷中的特别重要负荷：酒店经营及设备管理用计算机系统用电。

一级负荷：建筑物的消防用电、值班照明、警卫照明、障碍照明用电；客梯及地下室潜污泵、安防系统、生活水泵、地下室走道照明、车库照明、电子信息设备机房等用电；酒店宴会厅、餐厅、厨房、康乐设施、门厅及高级客房、主要通道等场所的照明用电；酒店厨房用电。

二级负荷：高层建筑的主要通道及楼梯间照明用电。

三级负荷：不属于一级、二级用电负荷的其他用电。

2.2 供电电源及供电方案

除了按照用电负荷容量范围和所在地电力主管的要求外，工程的供电电压还应充分考虑建筑物内业态需要，以保证安全可靠。本工程总电力装机容量为29680kVA（负荷指标70VA/m2），经过与当地电力部门的沟通，最终决定使用两路10kV供电同时工作，满足超高层建筑的用电需求。采取双路供电方案，高压配电采取单母线分段，两路电源同步工作，互相补充，以保证系统的可靠度和安全性。

两路市政10kV高压电源分别引入本工程2#楼首层的开闭所及15#楼首层的开闭所，环网式向公变及专用变压器供电。高压柜采用KYN28型开关柜，低压柜采用GCL抽屉式开关柜。地下室用电及公寓用电由专变低压变电所供电，住宅用电由公变低压变电所引出，引至各楼层配电箱。

本工程一级负荷中特别重要的负荷由两路市电加柴油发电机组加不间断电源（UPS）供电，一级负荷由两路市电加柴油发电机组供电，二级负荷由两路市电供电。在本工程中，照明、动力和消防用电均分开配电。为了避免风险，将供电系统按照避难层分段，1#～16#楼均采取双母线槽供电系统形式。每层都设有插接箱，双母线槽按楼层间隔配电。裙房商业区域的供电由变电所直接供电至地下室配电间的配电总箱，再通过配电总箱进行放射式配电，计量表设在地下室配电间内。商业用电需求较大时，可以通过变电所直接配电，以满足业主的特殊要求。采取树干式配电方法，将高层公用区域内的应急照明和一、二级负荷分别配电，以确保配电安全可靠。

2.3 变电所设置

在设计超高层建筑变电所时，应充分考虑其业态多样、电力容量大和供电距离合理等因素。此外，还需要充分考虑各业态用户的电力要求。根据规范要求和设计经验，当建筑高度小于150米时，可以将变电所集中设置在地下室内。当建筑物高度超过150米时，宜按照用电需求，在高层建筑中段设变电所。

超高层建筑工程通常都包含大面积的地库和裙楼，这些建筑物的负荷中心与裙楼的功能密切相关。变电所的位置应尽可能靠近高压开闭所，以确保供电质量高、安全可靠、经济合理；同时，应尽量减少低压供配电线路的距离，最好不超出250m，以减少电压衰减对用电设备的不利作用，并且变电所的供电范围应明确，以便日后物业管理更加有效。

应重视变电所的运行、维护和管理，并充分考虑电力设备负载和建筑结构负载等因素。在选择变压器设备时，应尽量选择体积小、重量轻的型式。本工程根据规范要求和当地电力主管部门要求以及业态分布需要，共设变电所12座，均设在地下1层。其中7个公用变电所，为1#～13#住宅楼住户配电；5个专用变电所，为1#～13#住宅楼其他负荷、14#楼酒店、15#～16#公寓楼及附属商业、地下室等用电负荷配电。

2.4 应急电源

为了确保消防用电和重要设备的可靠用电，超高层建筑通常会安装柴油发电机组当作后备或紧急电源。在选择柴油发电机组用作应急电源时，应根据负载状况进行选择，并确保供电时间既符合消防灭火时间需要，又能满足用户当作重要负荷备用电源的需求。

应当根据负荷容量、供电距离和经济性的考量，来进行柴油发电机组的选择。柴油发电机组有高压10 kV及以上和低压400 V之分，当建筑高度低于300m时，通常采用低压机组。本工程采用低压机组分散设置3处在地下室一层柴油发电机机房内，以满足备用电源的需求，其常用功率分别为500kW、600kW和1000kW。当电网故障或停电时，可以通过检测变压器系统进线总开关上的桩头来获取发电机的延时起动信息，这些信息可以通过控制线传送到发电机控制柜，并在1~5S（可调）自动启动柴油发电机组，30S内达到额定转速、电压、频率后，投入额定负载运行。当市电恢复30~60S（可调）后，柴油发电机组将自动停止运作，发电机组在火灾发生时期至少持续供电180min，而储油间的储油量也不得超过1.00m

3。

2.5线缆选用及敷设

在本工程中，消防设备配电所用的主干电缆选用矿物绝缘电缆，且其中间连接配件的耐火等级不得小于线缆本身的耐火等级。在超高层酒店和公寓以及避难层明敷的线缆中，应选用燃烧性能达到B1级、产生t0级烟雾毒性、点燃滴落物/微粒级别达到d0级的电线和电缆；附属商业应选用燃烧性能达到B1级、产生t1级烟雾毒性、点燃滴落物/微粒级别达到d1级的电线和电缆；而在高层住宅和地下室中，则应选用燃烧性能达到B2级、产生t2级烟雾毒性、点燃滴落物/微粒级别达到d2级的电线和电缆，以确保安全。

在本工程中，消防桥架和非消防桥架是分开设置的。当电缆桥梁水平布置时，支撑距离不得超过1.5m，而当垂直布置时，支撑距离不得超过2m。在施工过程中，应注意与其他专业的配合。竖井内采用梯架式结构，其余部分则采用金属线槽或桥梁系列。电缆桥架穿过防烟分区、防火分区、楼层时应在安装完毕后，用防火材料封堵。竖向敷设在桥架、线槽的电缆每隔3米应采用金属电缆卡子固定。在建筑物内的电缆井中，应使用不低于建筑楼板耐火极限的防火材料加以封堵。当电气管道穿越建筑楼板和墙壁时，应采取有效的封堵和隔声措施来保护洞口，预留孔洞和线管穿楼板孔洞应采用防火封堵材料封堵。

为了确保消防安全，消防供电线路应穿有防火保护的各种金属管或密闭式金属线槽。如果使用阻燃或耐火线缆，敷设在电缆井、暗敷设时，应在电缆井内穿管且保护层厚度不低于30mm。如果使用矿物绝缘类不燃性线缆，可以直接敷设，并与其他配电线路分开安装。

3照明系统设计

随着现代化城市的发展，人们对照明的要求不再仅仅局限于照亮，而是寻求更高层次的生活品质，因此照明体系也发生了多样化的变化。超高层大楼的能耗越来越大，随着人们对环保节能的日益重视，因此，节能降耗的要求也越来越高。在照明设计时，应该充分考虑到人们的生活和工作需求，尽量提高能源的使用率，并选用高效节能灯具，合理配置，加大对自然光的使用效率，通过智能照明系统，达到安全、环保、节约的电气照明设计。

（一）灯具选择原则。在超高层建筑照明系统内部设计时，应当综合考虑节能、美观和安全性，以满足实际功能要求和特点，并按照环境情况合理选择适当的照明灯具材料，以确保照明系统的有效运行。

（二）室内生活照明。在超高层建筑中，应该充分利用自然光，以适应室内外光照的需求。同样，应尽可能选择节能型荧光灯，并将其设计为一灯一控控制模式。在不同区域的照明设计中采用不同的控制要求。对于一些较大的区域，如公共通道和门厅，可以采取多灯集中控制，而楼梯间的灯具则宜采取雷达感应控制，以达到节能的目的。在灯具选型中，应当选用节约效率的照明光源，T5型荧光灯管是较好选择，而金卤灯和led灯光则可以满足商务出入口、大堂、廊道、电梯间和中庭等场所的灯光需求。

（三）应急照明。为了确保超高层建筑的安全，应急照明和疏散指示系统应采用集中电源集中控制型。应急照明灯具的地面水平照度为疏散走道不低于3.0lx；电梯间、前室或合用前室不小于5.0lx；而在面积大于200m2的营业厅、餐厅和面积大于400m2的报告大厅、会议室等人员密集场所，照度不应小于3.0lx；人员密集场所的楼梯间、前室或合用前室、避难走道不低于10.0 lx；在避难层出口处，应设立双面方向标志灯，指向避难层的出口，并配置应急照明灯具，其照度不小于3.0lx；在直升机停车坪地面，应配置直升机停车坪疏散照明灯具，其最低照度也不得小于10.0lx，以确保安全。当超高层建筑的集中电源蓄电池到达使用寿命阶段后，其残余容量可以维持工作时限t=t1+t2≥90+10=100min。

（四）航空障碍照明。规范要求建筑高度45m～150m 采用中光强航空障碍灯，150m以上采用高光强航空障碍灯。本工程按规范要求设置中光强航空障碍灯，其层间隔约45m，并且在房屋四角外轮廓方向布置，如果最高部分建筑面积较大，还需在外延转折处的屋顶布置。航空障碍标志灯应使用双重电源供电，并配备智能控制开关，以便根据室外光照度和时间变化，实现对其状态的实时控制。

4结语

伴随现代社会和经济的发展，我国城镇化的步伐不断加快，超高层建筑越来越多。所以，超高层建筑应该注重对电气设计关键技术的深入研究，全面了解超高层建筑物的特性，并严格遵守国际国内对电气设计所制定的有关标准规范，科学选择合适的工艺技术，以最大程度地提升超高层建筑物电气系统的安全性和稳定性，为用户创造更加舒心、安全可靠、方便快捷的使用环境。

参考文献

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