高层综合建筑电气设计的探讨

摘要:针对多层建筑的需要,电气设计的重要性探讨。

关键词:电气设计;配电系统

1工程概况

某高层综合楼为框架剪力墙结构,局部为框支结构,属一类高层建筑。该综合楼地下1层为汽车库和自行车库,面积约8000m2。地上近50000m2,1~3层为商场,4~25层为住宅楼,分A、B两塔楼,两塔楼每层均有6户。从电力系统取得两路高压10kV独立电源至地下层变配电房。

2高、低压变配电系统

2.1用电负荷统计

根据《民用建筑电气设计规范》的规定,本建筑用电负荷属二级负荷,根据《高层民用建筑设计防火规范》的规定,建筑的消防控制室、消防电梯、防烟排烟设施,火灾自动报若、自动灭火系统、应急照明、疏散指示和防火卷帘、阀门等消防用电负荷属一级负荷。本建筑设有10kV高压进线及柴油发电机,可满足一、二级负荷的供电要求。

住宅用电负荷按每户6kW设计,共264户,总用电量为264×6=1584kW;1~3层空调用电力负荷统计为725kW;全部公共设施负荷为753kW;自备柴油发电机带电力负荷(火灾时带电力负荷)为423.3kW,柴油发电机带电力负荷(未发生火灾时带电力负荷)为523.3kW。

2.2配电系统

本工程高压配电电压为10kV高压配电系统采用单母线放射系统,以保证供电的可靠性。低压供配电系统为:

(1)住宅低压供配电系统:住宅部分供电在A、B两塔楼各设一个干线竖井,竖井内设密集型绝缘插接母线。插接母线向各电表箱供电。各层电表箱集中设在同层竖井内,以便于抄表及检修。各户内配电箱设一个总断路器、一个插座漏电保护开关、一个照明用断路器和一个空调用断路器，每户按6kW计。

(2)商场空调供配电系统:设空调专用变压器,这样有利于运行和管理,可根据季节情况来决定该变压器的投运与否。空调专用变压器所带负荷包括冷水机组、冷冻水泵、冷却塔和空调柜机。

(3)公用设施供配电系统:设公用设施供电变压器,该变压器所带负荷包括排烟机、加压风机、进风机、排水泵、防火卷帘、运客电梯、货物电梯、自动扶梯、消防水泵、地下室照明等用电设备。在地下室、商场及天面根据用电设备分布情况,在适当的位置设置动力配电箱为这些用电设备配电。公用设施供电变压器由高压配电室供电,它又为各动力配电箱和照明供电。

(4)自备柴油发电机系统:本工程设置一台自备柴油发电机,作为发生火警时的应急备用电源。供消防设备用电负荷,当未发生火灾而正常工作电源停电时,发电机用于带商场的部分照明、电梯及生活水泵负荷。自备发电机采用应急自起动方式。发电机室设置于地下层,直接为低压配电室内的发电机母线供电,发电机母线为各用电设备供电。

（5）低压供电系统运行方式:本工程低压系统设有A塔楼和B塔楼住宅各自变压器低压母线、空调用变压器低压母线、公用设施用变压器低压母线和自备柴油发电机低压母线。上述低压母线平时均分列运行,A塔楼低压母线与B塔楼低压母线设联络柜,空调低压母线与公用设施低压母线设联络柜,使两条母线可进行联络。自备柴油发电机母线作为备用电源,当正常电源断电时,发电机自动投人。备用电源和正常电源在设备端自动切换,以满足重要负荷供电可靠性的要求。

2.3变电所变压器容量选择、配电间面积及柴油发电机房

专用变电所变压器容量的选择要考虑三种工况:一是常时运行工况;二是某栋楼火灾时工况;三是当任一台变压器故障时,另一台变压器应能满足所有可能同时运行的一二级负荷,此时同样要考虑某栋楼火灾时的情况。考虑到干式变压器有较强的过负荷能力,根据用电负荷统计的结果,A塔楼住宅用变压器选用630kVA,负荷率为78%;空调用变压器选用1000kVA,负荷率为72%;公用设施用变压器选用1000kVA,负荷率为75%;柴油发电机房设有700kW发电机,可以满足在其它负荷均投入的情况下起动量大的消防泵的要求。柴油发电机组带有自起动控制器。对于住宅楼,建设方考虑投资的回报率,尽可能缩小设备间的尺寸,对于标准层电气间,仅考虑计量箱、桥架及一些竖向管线的布置,此时,走道照明、应急照明配电箱只能集中设置在某一层。此时,初步设计或方案设计时住宅楼地下层或首层电气间尺寸应加大,否则,在施工图设计时会很被动。

本工程公用变电所和专用变电所均设在地下层,地下层各个方向的桥架较多。而对于此类综合楼,地下层往往是作为汽车库使用的,建筑专业对于汽车库的净高要求是不得小于2.2m。因此,桥架与桥架间交叉布置,尤其是桥架和风管交叉布置选择在拐弯处或角落,而不设在汽车通道的中间。

2.4漏电断路器的选择

每幢住宅塔楼的总电源进线断路器,应具有漏电保护功能。根据《全国民用建筑工程设计技术措施―――电气》规定:当住宅部分建筑面积小于1500m2(单相配电)或4500m2(三相配电)时,漏电断路器的漏电动作电流为300mA。当住宅部分建筑面积1500~2000m2(单相配电)或4500~6000m2(三相配电)时,漏电断路器的漏电动作电流为500mA。当住宅部分建筑面积超过6000m2时,应多路配电并分别设置漏电断路器或在总配电柜的出线回路上分别装几组漏电断路器。

2.5低压配电设计

正常工作电源和备用电源均由设于地下层的变配电所供给。380/220V系统采用TN-S制约中性点固定接地系统,采用树干式与放射式相结合的配电方式。对消防设备等一类负荷配电的电力线路均采用双回路供电,在线路末端自动切换。二类负荷的配电线路采用ZRVV阻燃型塑料电缆;一类负荷的配电线路采用NHVV耐火型塑料电缆。在线路铺设方面,高压电缆穿钢管明敷;自低压配电室至各层配电箱的干线路沿桥架敷设,其中消防设备等一类设备配电的线路采用金属线槽敷设;共设立2个强电电缆竖井。电缆竖井为各层用电设备配电。自各层动力配电箱和控制箱配出的支线路根据各处的情况分别采用桥架或穿金属电线管敷设。

3照明设计

3.1光源

地下室、备用房、楼梯、走廊过道以节能荧光灯管为主。商场照明仅设置总电源箱，具体灯具布置由二次装修设计。

3.2事故照明

地下室、商场、楼梯间的照明系统有两个电源(备用电源由发电机供给),另外在电梯前室、楼梯间、配电室、发电机房、水泵房及消防中心等重要场所设应急照明。电梯前室、楼梯间及走道等人员密集通道设消防应急照明及蔬散指示灯。

3.3导线选择及线路敷设

住宅、商场及地下室照明线路,采用ZR-BV阻燃型塑料铜心导线。所有由照明配电箱配出的线路均采用金属线槽明敷。

4防雷措施

一般大气中雷云距离地面高度大约100~300m时,地面感应异性电荷易于在建筑物的突出部位集中,大多数高层建筑已接近雷云之中,受雷击的可能性大,而且雷击也可能发生在建筑物侧面楼层。采用一般建筑物的避雷措施难于起到保护作用,针对高层建筑受雷击的特点,本工程采取了系统的防雷措施。

4.1防直击雷

本大楼按一类防雷设计。天面避雷装置采用传统的避雷装置即在天面四周敷设避雷带,中间敷设不大于5m×5m的网络。同时要将天面所有突出的金属部件均应与附近的避雷带可靠连接。接地装置距离被保护建筑物及其联系的金属物(如管道、电缆等)之间的距离大于3m。

4.2防侧击雷

根据民用建筑电气规范要求,本大楼必须采用防侧击雷措施。建筑层间设置避雷带、均压环,并与屋顶避雷网相连,通过引下线与接地装置连接。从距地30m高度起,每向上三层,再利用结构圈梁外侧两条主筋或在圈梁内敷设一条25mm×4mm的扁钢与引下线焊成一环形水平避雷带,以防止侧向雷击,并将金属栏杆及金属门窗等较大的金属物体与防雷装置连接。

4.3关于均压和等电位体的连接

为了保证高层建筑物内部不产生反击和危险的接触电压和跨步电压,应当使建筑物的地面、墙板和金属管、线路都处于同一个电位。因此,本大楼在各层的适当位置预埋与房屋结构内防雷导体相连的总等电位MEB连接板,以便于和接地主干线相连接。这有利于微电子设备防止雷电波的电磁脉冲干扰。防雷施工中,在建筑物伸缩缝、沉降缝和抗震缝等处做了防雷跨越导线,使整个高层建筑的金属部分形成一个等电位笼。

4.4接地

变配电所内高低压系统接地,消防控制室的接地和建筑物的防雷接地采用共用接地装置。采用结构桩主筋、承台底板,地梁主筋经可靠焊接做自然接地装置,接地电阻不大于1Ω,正常情况下不带电的一切电气设备的金属外壳均应接地,要充分利用建筑物的结构钢筋和水管等金属管道进行等电位连接。

5防火和报警系统

由于高层建筑面积大、人员复杂,引起火灾的可能性很大,加之竖向孔洞多、现代化的塑料贴面材料、全部窗户密封、设备庞杂、人员和物质等都很集中,发生火灾时火势容易蔓延,疏散人员和扑灭火灾也很困难,所以现代化的高层建筑除了在建筑设计方面采取很多措施(如合理布局、采用耐火材料、划分若干防火区等)外,还应设置完善的自动消防系统和防火报警系统。自动消防和防火报警系统一般由检测、报警、确认判断和初期灭火设备、疏散诱导系统、排烟灭火系统组成。

根据《高层民用建筑设计防火规范》及《火灾自动报警规范》的要求,在首层设置消防控制中心一处,消防控制中心设消防自动报警系统一套。为了便于安全疏散和火灾扑救,本大楼在有众多人员密集的大厅及疏散出口处、疏散走道和出口处、建筑物内封闭楼梯间、防烟楼梯间、前室以及消防控制室、消防水泵房等处设置了事故照明灯。在大楼的太平门顶部、疏散走道、转角处以及公共出口处距地不足lm的墙面上设置了疏散指示标志。过道上的疏散指示标志间距不大于20m。火灾事故照明及疏散指示标志都有玻璃或其他非燃烧材料制成的玻璃罩。

高层综合建筑的多功能化和技术方面的复杂性,给做好电气设计工作带来了一定的难度。同时,随着科学技术的进步和人民生活水平的提高,必然对电气设计有许多新的要求。因此,电气设计工作者只有不断总结经验、深入研究,才能不断提高电气设计的技术水平。