Research on the Key Points of Electrical Design for High-rise Residential Buildings

张红丽

(山东同圆设计集团有限公司，山东 济南 250101)



Research on the Key Points of Electrical Design for High-rise Residential Buildings

超高层住宅建筑电气设计要点研究

张红丽

(山东同圆设计集团有限公司，山东 济南 250101)

The key points in the design of high-rise residential research are analyzed, the initial contacts project locate in line direction and electrical properties, the design of cable selection, distribution main classification, refuge floor design, calculation and verification of short-circuit current and voltage loss are researched, which achieves the goal of reasonable safety design, and

to the similar design.

electrical properties， inlet wire， refuge floor， short circuit current， fire control

0 引言

超高层住宅是现代化城市发展的主流，安全、舒适、便捷、节能的高层建筑越来越受到大家的青睐。其中，建筑电气的合理设计是重中之重，不仅能保证各用电设备的安全、稳定运行，还可以通过高效配置达到节能和减少安全隐患的目的。现以某住宅建筑为例分项介绍设计中需要注意的问题，通过对各设计要点的研究，对以后超高层住宅的建筑电气设计起到一定的参考作用。

1 工程概况

本工程为地上38层，地下4层的一类高层单元式住宅，共1个单元。地下1～4层为储藏室、自行车库、电气用房、设备间等，地上1～38层中除14、27层为避难层外，其余楼层均为住宅，地上总建筑面积17 703.98m2(不含避难层)、地下总建筑面积2 469.39m2、总建筑面积20 173.37m2(不含避难层)、避难层总建筑面积976.03m2，建筑高度114.90m。每层设置两个电井，从地下4层至机房层上下贯通，地上每层有连廊贯通。根据当地要求每层设置电表箱，户内配电箱为8kW。

2 强电设计

强电设计内容主要包括220/380V配电系统、电气照明系统、接地及安全防护系统、建筑防雷系统，下面介绍强电设计中的几个要点。

2.1 地下层电气用房的确定

2.1.1 确定进线方向

车库内变配电室位于本楼南侧，为尽量缩短供电距离，初步确定由建筑物南侧进线，电气用房尽量靠近楼梯南侧设置。

2.1.2 确定电气用房位置

本例中地下共4层，其中，地下车库共3层，确定地下电气用房时需考虑车库的标高。首先确定变配电室的位置，本工程变配电室位于地下车库1层，需考虑变配电室是否能由桥架直接进入主楼电气用房，标高关系如图1所示。

图1 地下车库标高示意图

从图1中“南侧”与“储藏”的标高关系中不难看出，电气用房应设置在地下2层，进线线路如图1中虚线所示。

2.1.3 电气用房个数

不同省份和地区对电表间和电气间的设置要求不同，目前大部分工程按照单独设置电表间的方法设计，以便供电局对电表计量进行管理，本工程按照地下每单元设置一个电气间和一个电表间的方案进行设计。电气间用来放置除户表进线总箱及户表箱之外的住宅公共用电总箱、弱电箱及消防接线箱。

2.1.4 电信间

根据GB 50846-2012《住宅区和住宅建筑内光纤到户通信设施工程设计规范》中第3.2.7.2条规定：电信间宜设置在地下1层或者首层。本工程中电信间设置在地下1层，又考虑到车库弱电进线间在本楼北侧，因此将电信间设置在地下1层靠近北墙的位置。

2.2 电缆选择及配电干线分类

2.2.1 电缆选择

普通电缆：根据JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》第7.4.1.2中第3条：对一类高层建筑应采用阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆、电线或无烟无卤电力电缆、电线。另根据JGJ 242-2011《住宅建筑电气设计规范》第6.4.3条：高层住宅建筑中明敷的线缆应选用低烟、低毒的阻燃类线缆。综上，普通电缆应选用低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆。

消防电缆：根据JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》第13.10.4.2条：火灾自动报警保护对象分级为一级的建筑物，其消防设备供电干线及分支干线宜采用矿物绝缘电缆。另根据JGJ 242-2011《住宅建筑电气设计规范》第6.4.4条：建筑高度为100m或者35层及以上的住宅建筑，用于消防设施的供电干线应采用矿物绝缘电缆。另外根据GB 50016-2014《建筑设计防火规范》第10.1.10中3规定：消防配电线路宜与其他配电线路分开敷设在不同的电缆井、沟内；确有困难需敷设在同一电缆井沟内时，应分别布置在电缆井、沟的两侧，且消防配电线路应采用矿物绝缘类不燃性电缆。综上，消防电缆必须选用矿物绝缘电缆。

2.2.2 配电干线分类

根据负荷类型和使用情况，分为以下几组配电干线：

1)地上消防负荷干线：消防电梯、屋顶消防风机、应急照明及航空障碍灯、避难层应急照明、避难层消防风机。

2)地上普通负荷干线：普通电梯、公共照明、屋顶泛光照明。

3)地下消防负荷干线：地下消防风机、电信间、消防排污泵。

4)住户用电：干线按不跨越避难层的原则分段，本例中14、27层为避难层，住户配电干线分为以下几段：1～7层、8～13层、15～20层、21～26层、28～33层、34～38层。

5)关于避难层配电设计，详见本文2.4条。

2.3 电井内电缆敷设

一般住宅建筑电缆在电井内的敷设分为强电公共桥架、户表桥架和弱电桥架，消防线路则穿管敷设。根据GB 50016-2014《建筑设计防火规范》第10.1.10中第1条规定：消防配电线路采用矿物绝缘类不燃性电缆时可直接明敷；第3条规定：消防配电线路宜与其他配电线路分开敷设在不同的电缆井、沟内；确有困难需敷设在同一电缆井、沟内时，应分别布置在电缆井、沟的两侧，且消防配电线路应采用矿物绝缘类不燃性电缆。考虑本工程中每单元设有2个电井，则电缆在电井内敷设分配如图2所示。

图2 电井布置图

图2中左侧电井设置强电公共桥架和户表桥架，右侧电井设置弱电桥架和明敷消防电缆。

2.4 避难层配电

避难层主要是避难区域、避难走道和设备机房，其中，避难层单独设置应急照明箱、单独干线，设备机房内消防风机电源单独设置配电箱并配单独干线。

2.5 航空障碍灯设计各避难层及机房层设置航空障碍灯配电箱，共用一对干线。

2.6 应急照明设计

应急照明按避难层分段，分别在地下2层(为地下1～4层公共区域提供电源)、1层(为1～13层公共区域提供电源)、15层(为15～26层公共区域提供电源)、28层(为28～机房层公共区域提供电源)设置应急照明箱，应急照明箱和航空障碍灯配电箱合用一对干线。

2.7 电压损失计算

因建筑高度较高，需进行电压损失校验，选最末端住户用电负荷进行电压损失计算。分三段(见图3)进行计算。

图3 距离示意图

1)由变压器至住宅户表总配电箱本例中某户表进线总箱如图4所示。

计算负荷Pjs=172.8kW，电缆为4×185mm2，电表间距车库变配电室的距离为110m，利用天正软件计算电压损失的结果见表1。

图4 户表进线总箱系统图

2)由总配电箱至楼层电表箱

最高一段干线为34～38层，负荷为198kW，根据住宅用电负荷需要系数选择表，取系数0.5，计算负荷Pjs=99kW，电缆为4×95mm2+1×50 mm2，由电表间至最顶层距离约为130m，利用天正软件计算电压损失的结果见表2。

3)由层电表箱至户内配电箱

户内箱负荷Pjs=8kW，距离约为10m。利用天正软件计算电压损失的结果见表3。

4)总线路电压损失Δu%=Δu%(变压器)+Δu%(变压器出口电压)+Δu(线路)=-3+5-2.041-2.373-0.116=-2.53,符合规范要求(-5<Δu%<5)。

表1 电压损失计算表

表2 电压损失计算表

表3 电压损失计算表

图5 短路电流计算表

2.8 短路电流计算

取38层电表箱母线处为计算点进行短路电流校验，变压器容量630kVA。至户表总箱电缆为4×185mm2，距离为110m；至层电表箱的电缆为4×70mm2，距离为130m。输入图5所示的表格中进行计算，得出试验点的短路电流从表3中可见为1.56kA。

校验：线路末端单相短路电流周期量有数值Id1=1.87kA，至38层户表箱的电缆前端断路器整定电流In=160A，短路电流分断能力满足要求。断路器短路电流整定值按10倍整定I3=10In，Id1=1.87kA<1.3I3=2.08kA，因此不满足灵敏度校验要求。通过此验证可知，按常规10倍来整定短路电流时不满足要求，改为5倍整定电流可满足要求，因此在制图时需注明短路电流按5倍整定。

3 消防设计

火灾自动报警及联动控制系统包括火灾报警系统、联动系统、消防电话系统、消防广播系统。因超高层住宅设有避难层，所以消防系统的做法与普通一、二类住宅会有所不同。

图7 火灾自动报警及联动控制系统图

图6 区域报警控制器设置图示

3.1 消防系统框架

根据GB 50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》第3.1.7强条规定：超过100m的建筑中，除消防控制室内设置的控制器外，每台控制器直接控制的火灾探测器、手动报警按钮和模块等设备不应跨越避难层。并根据14X505-1《火灾自动报警系统设计规范图示》第13页图示(见图6)可知，本系统各避难层应设置区域火灾报警控制器，负责本避难层及上一避难层以下的所有楼层。

3.2 避难层消防设计

根据GB 50016-2014《建筑设计防火规范》第5.5.23第7条规定：避难层应设置消防专线电话和消防广播，JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》第13.3.4中第3条规定：各避难层内应设独立的火灾应急广播系统，可知设计中避难层应急广播单独回路应由消防控制室引出。

其他消防按GB 50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》中规定进行设计，超高层与普通一、二类高层设计基本相同。综上几点考虑，火灾自动报警及联动控制系统图如图7所示。

4 结束语

安全、合理的电气设计是超高层住宅建筑电气设计中的基础，以上内容对设计中的要点进行了剖析和研究，设计中应着重注意，文中不到之处望同行及专家批评指正。

[1] JGJ 16-2008.民用建筑电气设计规范[S].北京：中国计划出版社，2015.

[2] JGJ 242-2011.住宅建筑电气设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3] GB 50016-2014.建筑设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2015.

Zhang Hongli

对超高层住宅设计中的要点进行分析研究，对初步设计中的进线方向、电气用房位置，后续设计中电缆选型、配电干线分类、避难层设计、短路电流及电压损失计算和校验等进行分项研究，达到合理、安全设计的目的，对同类设计起参考作用。

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