浅谈高层建筑中电气系统的应用设计

【摘要】文章通过对高层建筑中电气系统的相关因素做分析，在此基础上阐述其具体设计方法，并对变压器和柴油发电机的负荷容量进行阐述并提出一定的解决方案和方法。

【关键字】智能建筑；电气系统；负荷容量

1 电气系统概述

1.1 高层建筑电气的特点

用电设备种类多：从前设备占整个投资的10%，现在设备会占整个投资的40%；

用电量大，即负载密度大：由于照明及空调负荷多，电梯等运输设备多，给排水设备多，所以用电量特别大；

供电可靠性要求高：现代高层建筑均是采用两路独立的10kV电源同时供电。一般高压采用单母线分段，自动切换，互为备用。另外，还须装设应急备用柴油发电机组，要求在15秒钟内自动恢复供电，保证事故照明、电脑设备、消防设备、电梯等设备的事故用电。

电气系统复杂：电气线路多，自动化程度高，电气用房多。

1.2 高层建筑供配电系统的发展趋势

随着科学技术的飞速发展以及人民生活水平的不断提高，高层建筑正向着自动化、节能化、信息化、智能化方向发展。

电气设备趋向小型化、易操作化、寿命长、免维护、可扩展，并且更加安全可靠。

防止人身触电和火灾事故的措施更加完善；

线路敷设方式更加灵活；

供配电系统实现全面自动化；

更加注重保护环境和节约能源，实现可持续发展。

2 电气设计

2.1 负荷等级及供电要求

根据《民用建筑电气设计规范》，一级负荷的供电“应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏”。但在实际设计中为了满足一级负荷的供电，可以采用两路高压供电，但当供电不能满足要求时，应设自备发电机，故可以采用一路高压电源加一路备用电源---应急柴油发电机组供电，当一级负荷容量较大时，应采用两路高压供电。对于特别重要的负荷供电，除了必须采用两路高压外，还必须设置应急电源---应急柴油发电机，并且该电源中严禁接入其他负荷。

二级负荷的供电要求“宜由两回线路供电”，即当发生电力变压器故障或线路常见故障时不致中断供电（或中断后能迅速恢复）。设计中常采用一用一备两路高压电源供电或一路高压，另一路备用电源-----柴油发电机组，但当负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回6KV及以上专用架空线供电。

三级负荷对供电无特殊要求。

根据《高层民用建筑设计防火规范》和《建筑设计防火规范》对消防用电设备进行负荷等级划分。对于一类高层建筑的消防用电按一级负荷要求供电，二类高层建筑的消防用电按二级负荷供电，并且消防用电设备应采用专用的供电回路。

3.2 负荷计算及变压器容量和台数的选择

目前我们通常根据负荷的不同分类，按需要系数法算出建筑物的计算负荷，据此选择变压器的容量及台数。

3.2.1 负荷计算一般采用需要系数法

用电设备组的计算负荷：

PJS=Kx・PS QJS= PJS ・tgф SJS= PJS/cosф

式中PJS-----有功功率（KW），QJS-----无功功率（KVAR）

SJS-----视在功率（KVA），cosф----- 功率因数

PS-----用电设备组的设备功率（KW）

tgф-----用电设备组功率因数的正切值

单相负荷应均衡的分配到三相上。当无法使三相完全平衡，且最大一相与最小一相负荷之差大于三相总负荷的10%时，可以将设备容量的算数和乘以需要系数。不同类型的设备的视在功率，应将其有功负荷和无功负荷分别相假后求其均方根。

注：

一般动力设备为3台以下时，需要系数取为 Kx=1。

照明负荷需要系数的大小与灯的控制方式和开启率有关。

配电干线和变电所的计算负荷为各用点设备组的计算负荷之和，再乘以同时系数（Kt），Kt一般取0.8～0.9。

当不同类别的建筑（如办公楼和住宅楼）共一台变压器时，其同时系数可适当减小，Kt

3.2.2 变压器容量和台数的选择

变压器的容量应根据负荷的大小、负荷等级及经济运行等因素进行选择，保证满足全部用电设备计算负荷的需要。变压器的台数应尽可能选择双数，便于两两低压联络，并且相互联络的两台变压器容量也不宜相差太多。民用建筑中单台变压器容量最好在630KVA～1250KVA之间，不宜超过1250KVA，但当用电设备容量较大、经济技术合理、运行安全可靠时，可采用2000KVA～2500KVA的变压器。应该注意的是因照明设备允许压降为10%，故大容量用电设备应与照明设备分别选用不同的变压器。

3.3 柴油发电机负荷计算及容量的选择

3.3.1 柴油发电机负荷计算

平时备用火灾时才启动的消防计算负荷（Pj1）。如：一般按一个着火点考虑需开启的消防水泵、排烟风机、正压风机、电动防火卷帘、电动防火门、消防新风机等。（同层有几个防火分区时，若某一个防火分区着火，所开启的防排烟最大负荷为本着火分区及相邻上、下两层的两个防火分区的防排烟设备）。

停市电时，必须由发电机供电的计算负荷（Pj2）。如：应急照明（包括备用照明、疏散照明、安全照明）、消防电梯、消防控制室、通信机房、防盗监控机房、大中型计算机房等重要设备用电，特别重要负荷，一级负荷中的部分或全部负荷。

3.3.2 柴油发电机容量的选择

发电机组的额定功率（PH）应大于或等于1.1倍的计算功率（Pj）：PH≥1.1Pj

⑴当Pj1>Pj3时，应选PH≥1.1（Pj1+ Pj2）。

为充分利用发电机，应把重要负荷挂在发电机母线上。

⑵当Pj3>Pj1时，应选PH≥1.1（Pj2+ Pj3）。

这样既能满足必保负荷用电，又能向重要负荷供电，为首选设计方案。

⑶最大一台电机启动时，发电机瞬时电压降不应大于额定电压的20%。

3.2 柴油发电机容量的选择校验

⑴按最大一台电机启动需要来校验发电机的容量，即：PH≥K・P

式中：PH―发电机的额定功率

K―最大一台电机启动倍数

在不同启动方式下，发电机功率为被启动电动机功率的最小倍数（K值）

⑵一般消防水泵可按15%允许瞬时压降来选择，校验发电机容量。可采用Y―启动。

⑶发电机容量足够，水泵容量较小，又不经常起动，直接起动时压降≤15%时，可采用直接起动。

⑷柴油发电机单台容量不宜超过1000KW，若容量较大可选择多台发电机。

⑸宜选50HZ、400/230V、风冷、带自启动装置，并能在15秒内供电的发电机。

4 结语

综上所述，现代高层建筑因其功能多信息采集密度高，对电气系统设计和线路安装提出了许多新的要求，而且由于高层建筑需要使得用电设备越来越多。因此在电气设计和安装时，一定要将电气系统的可靠性、安全性、灵活性摆在突出位置，严格按照设计和施工规范进行设计优化和施工，才能使高层建筑的电气系统从设计和安装上达到规范要求。

参考文献：

[1]《供配电系统设计规范》GB50052-2009

[2]《低压配电设计规范》GB50054-95

[3]《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008

[4] 魏立明，孙雪景，樊荣. 智能建筑电气技术与设计. 化学工业出版社.2010