浅谈超高层办公楼电气设计

摘要：论述了在超高层办公楼电气设计中重点考虑的问题，如负荷分级、变电站和柴油发电机房的设置、供配电系统以及火灾自动报警系统的联动控制、防雷接地和节能设计等。

关键词：超高层办公；变电站；消防系统；防雷接地；柴油发电机；节能

中图分类号：S776文献标识码：A 文章编号：

Abstract: this paper describes the electrical design in ultra-high office building in key consideration of problems, such as the load classification, substation and diesel generator rooms Settings, supply and distribution system and automatic fire alarm system the linkage of the control, lightningproof grounding and energy saving design, etc.

Keywords: tall office; Substation; Fire control system; Lightningproof grounding; Diesel generator; Energy saving

0 引言

进入21世纪以来，在许多城市都兴建了不少超高层建筑。由于超高层建筑楼层多，建筑高度高，对供电可靠性和消防的要求比普通高层要高得多。笔者就参与设计的超高层办公楼为例，谈谈自己的的一些设计体会。

本工程总建筑面积约为5万平方米，地下二层，地上二十七层，建筑高度约120米。地下一、二层为车库和设备用房；地上一~二十七层主楼部分为办公用房，一~五层裙房部分为商业用房，十三层设置避难层。

1 负荷分级

根据《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）第3.0.1条，本工程属于一类高层；按9.1.1条要求，本工程所有消防设备包括排烟风机，正压风机，火灾报警及消防联动控制设备，防火卷帘门，应急照明，消防电梯，消防、喷淋水泵为一级负荷，再按《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008附表A要求，一类高层建筑的各弱电机房，主要业务和计算机系统用电，航空障碍灯，生活水泵，排水泵，客梯用电等也为一级负荷；其余普通照明，空调等为三级负荷。

2 变电站和柴油发电机机房的设置

变电所设在地下一层，由两路10KV高压电源供电，两路电源分别引自不同变电站。变压器低压侧0.4kV设置母联开关，采用手动切换方式。当一路常用电源进线电缆故障时，通过母联开关切换，另一台变压器可带全部一、二级负荷。由于本工程建筑高度满足低压配电供电半径的要求，并且主要负荷集中在地下层，所以没有在避难层设置变电站。根据负荷计算结果，变电所内设四台SC11-1250/10型干式变压器，10台高压开关柜和29台低压开关柜。各开关柜均正面操作，采用上进上出方式。高压侧断路器采用直流操作(DC110V)，电源引自变电站内直流屏，采用三相过流及速断保护，t=0.4s。低压侧采用接地故障保护，变压器装设温度保护装置，155度报警，170度跳闸。高压侧真空断路器分断能力为25KA。

柴油发电机房设于地下一层，内设一台640KW/800KVA柴油发电机，作为各消防负荷和弱电机房、普通客梯的应急电源。应急电源自切柜设于变电站内，实现柴油发电机和一路市电的自动切换，消防应急干线采用矿物绝缘电源沿桥架敷设由柴油发电机房引至变电站内。发电机组设有自动启动装置，当两路市电都中断时，机组立即启动，启动时间为30秒。机组与市电连锁，不与其并列运行。当市电恢复时，机组自动退出工作，并延时停机。

3 供配电系统

本工程按使用功能不同，办公和裙房部分分别设置垂直电缆管井。普通动力、照明配电采用树干式配电，干线采用阻燃型母线槽或无卤低烟阻燃型电缆沿线槽敷设，支线采用无卤低烟阻燃型电缆穿金属管暗敷或穿金属管吊顶内敷设，本工程电气防火分级为特级，故电缆的阻燃等级为A级。

消防设备采用树干式和放射式相结合的配电方式。消防泵、喷淋泵、消防电梯、消防控制室的电源由变电站直接引来，并在末端自切；排烟风机和应急照明均采用树干式配电，干线采用矿物绝缘电源沿线槽在电缆管井内敷设，支线采用无卤低烟阻燃耐火型电缆穿金属管暗敷，每台排烟风机均在末端自切，防火卷帘由本防火分区内的排烟风机双电源自切箱单回路放射式供电；应急照明除地下层和避难层外，每三层设一台双电源自切箱，地下层和避难层每层设置自切箱。主楼部分配电干线图如下图所示：

4 火灾自动报警系统和漏电火灾报警系统

根据《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）第9.4.1条，本工程除游泳池和卫生间外，均设置火灾自动报警系统。本工程火灾自动报警系统保护对象等级为特级，采用控制中心控制系统。消防控制室设于裙房底层，有直通室外的安全出口；内设一台消防控制主机和一台消防联动控制设备，系统可集中显示火灾报警部位信号和联动控制状态信号。控制器采取总线方式，报警及联动、控制信号通过总线传输。火灾探测器设置采用全面保护方式，除卫生间和游泳池外全部装设火灾探测器，探测器以智能式探测器为主。在各防火分区疏散口处设置一定数量的手动报警按钮。在消防控制室设置119外线电话，公共部位设置电话插孔(与手动按钮并列)，重要房间如消防电梯机房、变配电室、排烟机房、避难层等房间设置专线电话分机。火灾报警广播和背景音乐广播共用一套传输系统，在火灾时能在消控室将火灾疏散层的扬声器和公共广播扩音机强制转入火灾应急广播状态。车库、公共场所和走道内布置吸顶式或挂壁式广播扬声器，平时可用作背景广播，火灾时作紧急广播之用。

设备的联动都通过控制模块来实现，如启动警铃，控制气体灭火系统，非消防电源切断，点亮应急照明，防火阀的开闭，电梯迫降，启动消防风机、消防泵、喷淋泵等，对于消防泵、喷淋泵和消防风机还可通过消防控制中心手动控制，所有设备的联动控制都满足《火灾自动报警设计规范》GB50116-98第6.3节的要求。

本工程按《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008 和《剩余电流动作保护装置安装和运行》GB13955-2005标准原则配置漏电火灾报警系统。由于本工程火灾自动报警系统保护对象分级为特级，因此该系统采用全范围二级监控方案，以末端监测为基础，在正常照明、应急照明、正常电力、消防电力四类配电系统中二、三级配电箱均设置保护监测点，其中二级配电箱为楼层配电箱，三级配电箱为末端配电箱，防火剩余电流动作报警值为别为500mA和100mA。本系统的控制器设于消防控制室内，通过总线与消防报警主机连接。

5 节能设计

（1）变电站的选址：在《10KV及以下变电所设计规范》GB 50053-94和《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008中都有对变电所设置的要求，其中第一条就是接近负荷中心。这样做既缩短的了供电半径，减少了供电电缆的长度，同时也降低了供电线路上的损耗。

（2）变压器低压侧无功功率自动补偿：本工程在每台变压器低压侧都设置了电容补偿，根据负荷计算结果，每台补偿柜内有12组30KVar电容，总补偿容量为360KVar，将低压侧功率因数补偿至0.95。每台补偿柜均设置自动投切装置，可根据实际的负载情况投切电容。

（3）照明节能：照明设计根据场所的性质、规模、功能等不同要求，合理进行光源选择。本工程根据《建筑照明设计标准》GB50024-2004的要求，选用细管径直管型荧光灯或紧凑型荧光灯，照明配套的镇流器应采用电子镇流器，使其功率因数不小于0.90；并按照各场所照明功率密度的目标值进行照明设计；对于二次装修设计的场所也在说明提出了照度标准值、照明功率密度、显色指数和灯具效率等要求。

（4）本工程设置能耗监测系统，建筑物的分类和分项能耗计量等技术参数，通过能耗监测系统统一纳入建筑能耗监管系统。建筑物能耗监测系统的分类能耗包括：电量、水耗量、燃气量、集中供热耗热量、集中供冷耗冷量和其他能源应用量。建筑物能耗监测系统的电量分项能耗包括：空调用电、动力用电、照明插座用电和特殊用电四项。建筑物能耗数据采集子系统包括：监测建筑物中各计量装置、数据采集器和数据采集通道。对建筑物能耗监测系统的自动计量装置所采集的能耗数据，通过RS485接口，采用TCP/IP通信协议自动和实时上传能耗数据。在变压器低压侧总进线处，设置多功能仪表，具有监测和计量三相电流、电压、有功功率、功率因数、有功电能、最大需量、总谐波含量和2-21次各次谐波分量等各项参数的功能。

6 防雷接地

（1）本工程的防雷设计主要依据的是《建筑物防雷设计规范》GB50057-1994（2000年版）和《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008。根据民规11.2.3条第一款，本建筑物高度超过100m，划为第二类防雷建筑物。

（2）防雷措施：在屋面女儿墙上设避雷带，并在整个屋面形成避雷网格,网格尺寸不大于10mX10m或12mX8m，屋面上所有金属构件、金属栏杆和设备基础等均与避雷带焊接，并利用结构剪力墙内二根φ≥16主钢筋作引下线，与建筑物结构底板处环型接地体焊接，两根引下线间距不大于18m。由于建筑专业在屋面设计了一根圆柱型金属构架，直径300mm，高16m，并且壁厚大于2.5mm，因此利用其作为避雷针，它的保护半径根据《建筑物防雷设计规范》附4.2式计算出为34.4m，可以保护到屋面所有设备。

（3）每层建筑物外墙连续梁内钢筋与楼层钢筋焊接成一体形成均压环, 并与引下线可靠连接。45米及以上外墙的金属门窗, 金属结构, 外墙栏杆与均压环焊接以防侧击雷， 各种竖向金属管道除首末端与防雷装置连接外，每三层与结构钢筋引出的等电位端子板相连接。

（4）本工程低压配电系统接地型式采用TN-S系统。采用联合接地系统，接地电阻不大于1欧姆。强电管内井设50X5铜排作为总PE干线，并与每层楼板钢筋做等电位连接，管井内箱体接地线均由PE干线引出。本工程设置总等电位联结，进出建筑物的各种金属管道及电缆金属外皮等均应在进出处与接地装置连接；电源保护线干线、接地干线和建筑物金属构件等导电体均须做总等电位连接。所有电缆桥架及线槽的连接处采用铜编织带可靠连接，其与接地装置连接不少于两处。

本工程在消防控制室设置消防专用接地端子箱，箱内接地端子用导线BV(E25)引至环形接地联接体；在每台电梯的机房或自动扶梯控制箱旁设置电梯设备接地端子箱，箱内接地端子用导线BV(E25)引至环形接地联接体；在各层煤气表间内沿墙明敷一圈热镀锌扁钢作为防静电措施，利用就近结构柱内钢筋与接地网相连；在游泳池设置等电位端子箱，进行辅助等电位联结：将0、1及2区内所有可导电部分及外露可导电部分，用保护导体连接起来，并经过总接地端子与接地网相连；在用户变电站内沿墙明敷一圈热镀锌扁钢作为接地装置，并用扁钢与环形接地联接体焊接，站内高低压柜底座和变压器底部槽钢均采用热镀锌扁钢与接地装置两点联结，变压器中性点接地线采用YJV 1X185引至接地装置。

（5）根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004表4.3.1的划分，本工程电子信息系统雷电防护等级为C级，配电系统设置二级电涌保护器。各弱电系统设备及线路在各防雷区域界面处也设置相应的信号电涌保护器。

7 避难层设计

本工程13层为避难层，主要分为避难区和设备机房区。避难区不设疏散指示标志，设置备用照明，所有灯具电源均引自避难层照明双切箱，照度按100lx设计，照明功率密度4w/m2，持续供电时间为60min。避难层内设置独立的火灾事故广播系统，能接受消防控制中心的播音信号；每隔20m设置火警专线电话分机。

8 结语

超高层建筑高度高，人员密集，情况复杂，对电气设计各个方面要求都较高，需要更多实际经验提高设计水平。

【参考文献】

1 工业与民用配电设计手册[M]

2 全国民用建筑工程设计技术措施-电气[M]

3 上海市建设和交通委员会 《关于进一步加强本市民用建筑设备专业节能设计技术管理的通知》 沪建交(2008) 828号文

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。