超高层民用建筑电气设计要点探讨

陈华坚

摘要：随着我国社会经济快速增长、建筑业技术日益强大，越来越多的超高层民用建筑涌现在我国各大城市。在供电安全可靠性、经济合理性、雷电防护等方面相应提出了更高的要求。其内部电气系统设计合理与否，密切关系到用户用电的安全性、可靠性、经济性。笔者根据设计规范并结合工程设计经验，从供配电系统、变配电所、核心筒电气竖井、防雷接地等方面阐述了电气设计要点内容，对设计中普高存在的一些问题、矛盾进行探讨。

关键词：超高层民用建筑;供配电系统;变配电所;电气竖井;防雷接地

规范对超高层民用建筑定义：大于100m的民用建筑物。相对而言，超高层民用建筑体量大、用电负荷种类多、用电容量大、对供电可靠性的要求高。本文以超高层商业综合体为例，详细阐述了电气设计要点，针对存在的一些矛盾、问题提出相应建议、对策。

一、设计原则

首先，遵循安全可靠性原则。安全、可靠，是电气系统设计的最基本要求。在超高层民用建筑电气设计时，首先应保证用户用电正常，确保用户正常生活工作、设备正常运转。

其次，遵循经济性原则。经济性是业主最关心的要素之一。在进行电气设计时，要合理配置各电气系统，优先采用先进的节能新技术，降低能耗和运行管理费用，提升经济效益。

再次，遵循功能性原则。超高层民用建筑功能种类繁多，一个优秀的电气设计作品，应当与其建筑功能相匹配。满足建筑、业主功能需求，配合建筑将其功能发挥到极致，将建筑空间功能衬托到最优。

二、建筑电气设计内容

（一）供配电系统设计

供配电系统，作为电气设计的核心，其系统的合理性影响到供电安全可靠性、经济性，直接影响业主的切身利益。因此，在超高层建筑设计中，应按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，统筹兼顾，合理确定供配电系统设计方案。主要包括：负荷等级、负荷计算及供电电源的确定。

1、 负荷等级

负荷等级的确定，应结合建筑类型、建筑体量、负荷种类、对供电可靠性的要求及中断供电在对人身安全、经济损失上所造成的影响程度进行分级。相对而言，超高层建筑体量大，负荷种类多、对供电可靠性的要求高。负荷分级如下：

1） 一级负荷：消防设备、走道照明、公共照明、大型商场备用照明、航空障碍照明、客梯、排污泵、生活水泵、安防系统、智能化系统、地下车库照明等用电;

2） 二级负荷：商场照明用电、自动扶梯、商场空调用电;

3） 三级负荷： 塔楼普通照明及小动力、开水器、普通风机、广告照明、景观照明、泛光照明等用电。

2、 负荷计算

对水泵、风机、电梯等动力用电设备按其设备容量进行统计，对照明、办公用电等负荷按负荷密度法进行统计。采用需要系数法进行负荷计算，从而确定变压器总安装容量。

3、 供电电源

供电电源主要确定供电容量和供电回路数。应根据当地市政电网现状、用户用电负荷重要程度及需求、各級负荷计算结果等进行综合考虑。基本上，每路高压线路最多能负担约10000kVA的容量。如市政电网能满足严格意义上的双重或多重电源，可考虑双电源供电，互为备用，也可考虑三路电源，两用一备，具体视变压器总安装容量而定。可满足一、二级负荷供电要求。

（二）变配电所设计

变配电所设计应根据工程特点、负荷性质、用电容量、所址环境、供电条件和节约电能等因素，合理确定设计方案，并适当考虑发展的可能性。

1、所址选择

变配电所位置选择应以深入负荷中心、方便进出线、方便设备运输等因素为原则，同时，需满足国家或地区相关规范要求。

1）当建筑物高度小于250m时，优先考虑在建筑物首层设置变配电所（当首层无条件设置时，可考虑设置在地下一层，但不能为最底层），为地下室、裙楼及塔楼供电;

2）当建筑物高度大于250m时，除在建筑物首层设置变配电所为地下室、裙楼及低区中区塔楼供电外，建议在避难层设置变配电所为高区塔楼供电，此举主要考虑电压降以确保电能质量。

3）空调制冷主机房变配电所尽可能与其贴邻设置。

2、主接线型式

变压器每两台为一组，低压侧采用单母线分段结线型式，两变压器低压侧设联络断路器柜。平时分列运行，当一台变压器发生故障时，自动或手动切除其三级负荷，由另一台负担其全部一、二级负荷，故障排除后恢复常态。各组两低压进线断路器与联络断路器设电气及机械联锁。

（三）核心筒电气竖井设计

核心筒电气竖井主要包括：低压电缆井、高压电缆井、消防电缆井等。电气竖井主要以方便设备安装与操作、方便进出线等为原则，合理确定其位置及面积。

1）各层核心筒内设置低压电缆井，上下对齐，一般面积约6～9平方，主要与变配电所设置所分布情况有关。如变配电所集中设置在首层或地下一层，由于有大量的母线、电缆供电至塔楼各层，核心筒内低压电缆井需要占用的面积较大;如变配电所分散设置在首层及各避难层，低压电缆井占用的面积较小。

2）如塔楼避难层设置有变配电所，需在核心筒设置高压电缆井，由高压配电房所在楼层通至塔楼变配电所所在楼层，上下对齐，面积一般约为1平方米。

3）为满足《建筑高度大于250 米民用建筑防火设计加强性技术要求（试行）》公消〔2018〕57号要求，如建筑物高度大于250m时，核心筒内除设置低压电缆井、高压电缆井外，另需设置消防电缆井，此井专门敷设消防用电双回路中其中一回路。

（四）防雷接地系统设计

为防止或减少雷击建筑物造成人身伤亡和文物、财产损失，以及雷击电磁脉冲引发的电气和电子系统损坏或错误运行，设置防雷接地系统。

1、防雷等级

防雷等级分为一类、二类、三类防雷。应根据项目所在地区年平均雷暴日、建筑物几何尺寸计算出年预计雷击次数，从而确定建筑物防雷等级。绝大部分超高层民用建筑按二类防雷设计。

2、防雷措施

二类防雷建筑应设置防直击雷、防侧击雷、防闪电电涌侵入等措施，并设置等电位联接。

2.1防直击雷：

接闪器：沿屋顶女儿墙四周设明敷接闪带，在屋顶外突角等部位设接闪杆，在屋面设接闪网，网格不大于10m×10m或12m×8m，敷于屋面隔热层下。

引下线：利用建筑外围钢管柱金属体或砼柱子竖向主筋（φ≥16者2根，或16>φ≥12者4根）作防雷引下线，引下线间距不大于18m。

接地装置：利用基础桩及承台钢筋作接地极，利用底板及地下层外围砼墙主筋连成接地网，接地极与接地网相连形成接地装置。电气接地、防雷接地、各弱电系统接地共用该接地装置。系统接地电阻不得大于1Ω。

2.2防侧击雷：

超高层民用建筑，其上部占总高度20%并超过60m的部位应防侧击雷。

利用幕墙金属龙软骨作接闪网，网格横向每层连接成环，竖向为幕墙立柱引下线。塔楼每层均设楼层等电位联接。利用楼层外围圈梁、框架梁或楼板主筋连接成网格，形成楼层等电位联接网，并与引下线连接。

2.3防闪电电涌侵入：

进出本建筑的金属管道，电缆金属外皮均在入户处与接地系统连接。中压进线设避雷器。屋面金属物体均与接闪带、网连接。屋面其它金属物体均与接闪网焊连。

三、存在问题及对策

1、我国绝大部分地区市政电网现状条件难以为用户提供严格意义上的双重或多重电源，基本上仅由同一变电站为用户提供多路电源，一路电源发生故障时，无法确保其余回路正常。

2、大部分超高层民用建筑中，首层、地下一层的功能往往是商业，在业主心目中属黄金楼层，商业价值高，业主强烈反对将变配电所设置在首层，而地下一层设备区域又无法满足所有变配电所的布置。这种情况下，建议在建筑物地下一层（不能是最底层）设置变配电所，为地下室、裙楼供电，在避难层设置变配电所为塔楼供电，满足规范的同时又可满足业主的需求。

3、大部分业主追求商业利益最大化，那就意味着塔楼核心筒面积最小，这一矛盾就成为设计师一大难题。核心筒中除了电气竖井外，还有大量的空调、水专业的管井，面积紧张。面对这一问题，建议将变配电所分散设置在地下室及塔楼各避难层。此举不仅可减少电气竖井面积，还可使变配电所深入负荷中心，减少电压降，提高电能质量。

4、由于土壤不同，部分地区项目在接地电阻测试时，电阻值无法满足规范要求。设计师可提供一些應对措施如：通过加降阻剂等方式使其达到要求。

四、结束语

总而言之，在超高层民用建筑电气设计中，需遵循一定的设计原则，满足建筑物的功能需求与安全性能。合理配置供配电系统，使电气系统简单、安全、可靠。

参考文献：

[1]中国建筑东北设计研究院.JGJ16-2008民用建筑电气设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

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[5]孔嵩. 超高层建筑电气设计关键技术解析[A]. 设计交流， 2015（5）：39-44.

[6]王鹏. 超高层建筑电气设计要点[B]. 现代建筑电气， 2018，No.7VoL.9：32-34.

（作者单位：华南理工大学建筑设计研究院有限公司）