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高層建筑電氣設計的主要內容及有關問題
高層建筑電氣設計的主要內容及有關問題
一、高層建筑電氣設計的主要內容
1,、負荷的計算
電力負荷是供電設計的依據(jù)參數(shù),。計算準確與否，對合理選擇設備,，安全可靠與經濟運行,，均起決定性作用。高層建筑的電力負荷計算,，基本上采用負荷密度法和需要系數(shù)法,。
2、供電電源及電壓的選擇
為了保證供電可靠性,，現(xiàn)代高層建筑至少應有兩個獨立電源,，具體數(shù)量應視負荷大小及當?shù)仉娋W(wǎng)條件而定,。兩路獨立電源運行方式，原則上是兩路同時供電,，互為備用,。另外，還須裝設應急備用柴油發(fā)電機組,，要求在15秒鐘內自動恢復供電,，保證事故照明、電腦設備,、消防設備,、電梯等設備的事故用電。國內高層建筑的供電電壓,，都采用10kV標準電壓等級,。
3、高低壓配電系統(tǒng)的設計
（1）高壓配電系統(tǒng)：現(xiàn)代高層建筑均是采用兩路獨立的10kV電源同時供電,。一般高壓采用單母線分段,，自動切換，互為備用,。母線分段數(shù)目,，與電源進線回路數(shù)相適應。只有當供電電源為一主一備時,，才考慮采用單母線不分段的結線,。電源進線幾乎全部采用電纜進線。
（2）計費方式,，采用高供高計,。但在低壓側，仍裝設計費電度表,，采用將照明與動力分開的兩部電價法,。有些地方供電部門又把空調設備的用電，全部劃入照明計價系統(tǒng),，一般做法是安裝總表及動力表,，由總表減去動力表以后，全部為照明電費,。
（3）為減少變壓器臺數(shù),，單臺變壓器的容量選擇一般都大于1000kVA。為限制低壓側的
短路電流,，正常時變壓器解列運行,，中間設聯(lián)絡開關。照明和動力分開設變壓器,，當動力用電容量太小時,，動力變壓器可不分開裝設,，而在低壓側應對動力負荷分類計費。
（4）高壓系統(tǒng)及低壓干線的配電方式基本上都采用放射式系統(tǒng),。樓層配電則為混合式系統(tǒng),。配電設備中的主要部分是干線。現(xiàn)代高層建筑的豎井多采用插接式母線槽,。水平干線因走線困難,，多采用全塑電纜與豎井母干線聯(lián)接。每層樓豎井設層問配電小問,。層間配電箱經插接自動空氣開關從豎井母干線取得電源,。當層數(shù)較多負荷數(shù)較大時，一般按層數(shù)分區(qū)供電,，或將變壓器分散設在地下層,、中間層或最頂層。
（5）低壓配電系統(tǒng)各級開關均采用自動空氣開關（斷路器）,，設置瞬時,、短延時、長延時三級過流保護裝置,。各級自動空氣開關的保護整定,，應注意選擇性配合，防止越級跳閘,。
（6）所有電梯均要求采用兩路不同變壓器引出的專用電纜進線,。在電梯機房的末端配電箱，設兩路電源的自動切換裝置,，互為備用,。
（7）功率因數(shù)按規(guī)定應補償?shù)?．9—0．95。無功補償都采用集中補償方式,。為降低變壓器容量,，多集中裝設在低壓側，與配電屏放在一起,，但必須采用于式移相電容器。
4,、主要設備的選型
（1）高壓開關柜?，F(xiàn)代高層建筑的變配電室設在主樓地下層，按規(guī)定不宜采用油開關,。國外用于高層建筑的開關有三種類型可供選用：高壓空氣斷路器,，SF6開關和真空斷路器。其中高壓空氣斷路器因技術陳舊,，SF6開關尺寸數(shù)大,，氣體具有毒性,，故目10kV真空斷路器應用的較為普遍。因此,，應根高層建筑地下室的標準,，選用具有“五防”功能的真空開關手車式高壓開關柜。
（2）電力變壓器,。根據(jù)防火要求,，主樓內是不允許裝設大容量的油浸電力變壓器的。國外有干式變壓器,、SFe變壓器和硅油變壓器等三種產品可供選用,。國內沈陽第二變壓器廠、北京變壓器廠,、廣東順德特種變壓器廠等廠生產的干式變壓器,，主要技術指標已達到水平。
（3）低壓配電屏,。國外低壓配電屏的結構,，幾乎都做成抽屜式，特別是大容量的出線,，則做成手車式,。國內許多生產廠家的低壓配電屏也有引進技術做成抽屜式結構的，其中有的（如多米諾組合式開關柜等）主要技術指標已達水平,。低壓配電屏多采用自動空氣開關出線,。當配電變壓器的容量為1600kVA時，低壓母線上的短路容量已超過40kA,，目前國內已能提供這樣大容量的產品（如多米諾組合式開關柜和YDS型抽出式／混合式低壓開關柜等）,。
（4）應急備用發(fā)電機組。過去大多是采用柴油發(fā)電機組做應急備用電源的,。近年國外高層建筑已開始采用燃汽輪發(fā)電機,。這種發(fā)電機具有體積小、重量輕,、反應速度快,，故障率低等優(yōu)點。
應急備用發(fā)電機組必須是快速自起動的,。按國外規(guī)定,，應能在15s內恢復供電。從可靠性出發(fā)最好選用兩臺,，自動并車,。容量較小時也可選用一臺。
（5）母線槽和電纜。插接式絕緣母線槽,，具有容量大,、結構緊湊、可靠性高,、使用維護方便等優(yōu)點,。國外的現(xiàn)代高層建筑，插接式絕緣母線槽已*取代了電纜豎井,。遵義長征電氣控制設備廠研制的密集型插接式絕緣母線槽,，主要技術性能指標已達到水平，并在廣州中國大酒店,、花園酒店及上海華亭賓館,、雁蕩公寓等得到實際應用。絕緣母線槽有銅的和鋁的兩種,。
5,、變電所位置的確定
現(xiàn)代高層建筑的用電量相當大，在確定變電所位置時,，應盡可能使高壓深入負荷中心,。這對節(jié)約電能，提高供電質量都有重要意義,。國外高層建筑的變電所都設在主樓內,。建筑高度在30層左右的，大都集中在底層,；60層左右的,，則分散在地下層、中間層和頂層,。也有僅在中間層或僅在地下層,、頂層設變電所的。變電所的數(shù)量及其位置的分布,，應通過技術經濟比較決定,。
6、微電腦在變電所中的應用
現(xiàn)代高層建筑規(guī)模很大,，所以其變電所的規(guī)模也較大,。如湖南國貿中心大廈的初步設計時，中心變電所設在地下三層,，內設手車式高壓開關柜14臺,，抽屜式低壓配電屏近40臺，電容補償柜12臺,，40Ah鎬鎳電池柜一套及中央信號屏，1600kVA變壓器二臺，1250kVA變壓器二臺,，其建筑面積150十400m2左右,；在第26層（主樓）設有變電所一個。在地下一層,，設600kW自起動柴油發(fā)電機組二臺,。整個供電系統(tǒng)很復雜，對這樣一個供電系統(tǒng),，要求供電可靠,，各種供電參數(shù)及開關狀態(tài)、變壓器運行狀態(tài)和各機房運行狀態(tài),，若用人工值班,，通過人工巡視，工作量大,，速度也很慢,。設計人員在預留的控制室內使用微電腦進行監(jiān)測、管理,，能迅速發(fā)現(xiàn)故障,，使設備作最佳工況運行，實現(xiàn)遙控遙測,，達到節(jié)約能源,，減少人力，安全,、合理運行,。
7、電氣照明設計
電氣照明設計,，包括光源選擇,、照度計算、燈具造型,燈具布置,，眩光控制和調光控制和照明配電線路敷設等,。照明設計與建筑裝飾有著非常密切的關系，應該相互配合,，在使用功能及藝術意境方面求得統(tǒng)一,。選用高光效電光源，可以取得節(jié)能的明顯效果,。
8,、防雷與接地
現(xiàn)代高層建筑的防雷設計，除采用避雷針和避雷帶的傳統(tǒng)做法外,，近年還出現(xiàn)有消雷器和放射性避雷針,。這兩種防雷技術雖然在工程上得到不少實際應用，但在理論上一直是有爭議的。廣州花園酒店,、南京金陵飯店都裝設了放射性避雷針,。但是也有人認為，從國外引進的這種放射性避雷針,，維護復雜,，價格又不便宜，還是采用傳統(tǒng)的避雷方法簡單可靠,，更加經濟合算,。但必須保證各層樓面鋼筋、金屬管道與該層用作引下線的柱筋有可靠的連接,，形成等電位層?，F(xiàn)代高層建筑都是采用鋼筋混凝土剪力墻，與樓板的連接是十分可靠的,。關鍵是做好金屬管線的接地,。
現(xiàn)代高層建筑的防雷接地、電氣設備的保護接地和工作接地,，都是合在一起的,，組成混合接地系統(tǒng)。接地電阻按最小的要求而定,，通常是在4歐以下,。利用建筑物的鋼筋混凝土基礎作接地板。盡管基礎鋼筋等自然接地體已能滿足接地電阻的要求,，仍需要裝設水平的人工接地體,，將主要的建筑物基礎連接成接地網(wǎng)，這對均衡電位,，提高安全性都有好處,。
9、電梯
電梯按使用功能分,，有高級客梯,、普通客梯、觀景梯,、服務梯,、消防梯、貨梯,、自動扶梯等許多種,；按速度又分為低速梯、快速梯,、高速梯和超高速梯等,；按電流分則有交流和直流兩大類,。設計人員的任務是要確定電梯臺數(shù)和決定電梯功能。電梯的配置和造型,，不是電氣設計人員單方面所能決定的,，必須與總建筑師或總體交通設計人員共同研究才能確定,。
現(xiàn)代高層建筑的電梯,，為了提高輸送能力和縮短候梯時問，一般都采用高速或超高速電梯,，分組實行電腦群控,。為提高運行的穩(wěn)定性和舒適感，客梯都是選用直流電動機驅動,。
10,、經營管理電腦系統(tǒng)
現(xiàn)代高層旅游建筑的業(yè)務管理電腦，主要是數(shù)據(jù)處理和文字處理的應用,。旅館經營管理系統(tǒng)一般劃分為前臺管理和后臺管理兩大部分,。前臺管理主要是負責接待、登記,、訂房,、預約、查詢,、定票及房間狀態(tài)的顯示,；后臺管理主要負責晚問經濟核算，編制各種統(tǒng)計報表,，進行成本分析,，使經濟核算和財務會計工作自動化。而經營管理電腦系統(tǒng)的設計,，主要是解決電腦的選型,，以及終端機的配置和管線布置問題。
11,、設備自動化監(jiān)控電腦系統(tǒng)
設備自動化監(jiān)控電腦系統(tǒng),，能使所有設備在最佳狀態(tài)下運行，迅速發(fā)現(xiàn)故障,，達到減少人力,，節(jié)約能源，提高經濟效益的目的?，F(xiàn)代化旅游旅館的設備管理電腦,，可以對整座大樓的空調、供熱,、供排水,、變配電,、照明、電梯,、消防,、閉路電視、通信,、防盜,、巡更等進行全面監(jiān)控。
12,、通信
國外現(xiàn)代高層建筑的通信設施,，包括普通電話連絡、業(yè)務對話,、國內外長途自動拔號,，和附加的服務功能，電傳等,，可以進行國際通信聯(lián)絡,。
13、廣播音響系統(tǒng)
高層旅游建筑的廣播音響設計包括公眾廣播,、客房音響,、高級宴會廳的獨立音響、舞廳音響等,。公眾音響平時播放背景音樂,，發(fā)生火災時，則兼作事故廣播之用,?？头恳繇懙脑O置目的，是向客人提供高級的音樂享受,，建立舒適的休息環(huán)境,。高級宴會廳一般都是多功能的，必須設置專用的音響室,，配備一套高級組合音響設備,，以適應各種宴會、記者招待會,、演唱會,、國際會議、時裝表演等不同的使用要求,。餐廳,、多功能廳、酒吧間等,，為滿足有可能舉辦各種晚會的要求,，可配備移動式音響設備,。舞廳的音響是獨立的系統(tǒng)。有的豪華飯店還設置有音樂噴泉,。
14,、共用天線電視接收系統(tǒng)
高層建筑一般都裝有共用電視天線接收系統(tǒng)（簡稱CA丁V系統(tǒng)或安裝衛(wèi)星通信電視接收
系統(tǒng)）。共用電視天線接收系統(tǒng)是一個有線分配網(wǎng)絡,，除收看電視臺的電視節(jié)目以外,，還可以在它的前端配合一定的設備，如：攝像機,、錄像機,、調制器及其他附屬設備等，根據(jù)用戶的需要自己可以隨意制作電視節(jié)日,。向大樓用戶播放內部節(jié)目，所以又稱之為“閉路電視系統(tǒng)”?，F(xiàn)代旅游飯店都裝設有閉路電視系統(tǒng),。每個客房都設有彩色電視機，電視機的電源開關裝在床頭控制柜的集控板上,。
15,、消防自動報警和自動滅火系統(tǒng)
現(xiàn)代高層建筑的火災自動報警滅火系統(tǒng)，包括：火災探測器,、分區(qū)消防報警控制器,、消防中心和氣體自動噴射滅火及自動灑水滅火系統(tǒng)等四個部分，實現(xiàn)報警滅火自動化,。
探測器探測到火災信號后轉換成電信號,，進入分區(qū)報警器和消防中心，發(fā)出聲光報警信號,。消防中心負責整座大樓火災的監(jiān)控和消防指揮,。一些高檔旅館的消防系統(tǒng)設計，是與設備監(jiān)控電腦系統(tǒng)相連接的,、借助—f,。設備監(jiān)控電腦，實現(xiàn)消防監(jiān)控自動化,。
關于高層建筑中消防用電的設計問題,，涉及到其他許多學科，而且規(guī)模越大,，功能越多,，控制內容越廣泛，設計內容也就越復雜,，消防用電設備有如下諸多方面：
（1）報警方面：火災自動報警系統(tǒng),、火災緊急廣播,、警鈴、井笛,、火警電話,。
（2）自動滅火方面：噴水系統(tǒng)、干粉滅火系統(tǒng)（1211,、1301）,。
（3）手動滅火方面：室內消火栓系統(tǒng)。
（4）防,、排煙方面：正壓送風系統(tǒng),，負壓排煙系統(tǒng)，排煙口的排煙閥,，正壓送風口的送煙閥,，切斷空調器電源防火調節(jié)閥系統(tǒng)。
（5）通訊設備：一般程控電話,、對講電話,、火警專用電話。
（6）避難方面：包括應急照明,、誘導燈,、太平門、樓梯間等出入口的顯示標志燈,、疏散用電梯,、防火卷簾門等。
（7）相關設備：消火栓泵,、噴淋泵,、汽壓罐、消防電梯,、雙電源互投等,。
關于消防用電設備的供電電源，要求在火災時,，能保持繼續(xù)供電,。在設計過程中，必須注意以下幾點：
①供電電源可靠：在電源供給上,，一般都是采用雙電源一用一備,，以放射式、末端自動互投方式向消防設備供電,。高層若為一類建筑,，則消防供電電源必須嚴格按一級負荷供電；若為二類建筑，也不應采用低于二級負荷供電,。
②備用電源：可采用自備發(fā)電機組,，照明電訊方面還可采用蓄電池來解決，但必須處于常年戰(zhàn)備狀態(tài),，與主電源切換時間不應超過15S,，備用電源的設計容量，應根據(jù)消防工藝來決定,，滿足消防需要,。
②消防用電配線：應采用阻燃或防火導線，至少應采用銅芯耐熱絕緣線穿鋼管或難燃管在砼層內敷設,，其訊號和控制管線不宜與強電管線共用豎井,，以免火災發(fā)生以后，其配電線路管熱損傷,，造成停電,，使消防設備控制、運轉不靈,，引起不應有的事故,。
在消防用電設計中，有一個重要問題,，就是消防控制中心的設置。在消防中心內設置火災自動報警裝置及消防聯(lián)動控制裝置,，且有反應被保護對象的模擬圖,，當火災時，及時了解火情及其撲救情況,。在消防中心,，它可以讓所有電梯迫降到一層，切斷災區(qū)電源,，聯(lián)動及顯示消防水泵和防,、排煙風機的啟、停及運行狀態(tài),，開通火警廣播,，且與消防救火隊聯(lián)系救火，顯示各消防設備的運行情況并打印,、記憶。一般消防中心設置在一層的居多,。
二,、高層建筑電氣設計中應注意的幾個問題
（1）高層建筑由于照明及空調負荷多，電梯等運輸設備多,，給排水設備多,，所以用電量特別大,，且供電的可靠性要求很高。
（2）在高層建筑中,，照明與動力基本上不共用干線,。動力負荷多采用放射式供電，照明負荷則多采用母線槽配電,，與動力分開,。
（3）由于在結構上多數(shù)采用大柱距，形成大空間,，使墻面安裝的設備增多,，必然使地面管道增多,。
（4）由于建筑構件的預制裝配化及干法施工,；縮短了施工周期,，而且頂棚一般采用標準化、系統(tǒng)化的吊頂,。
（5）電氣設備的管線應采取防火措施。
（6）空調設備等主要用電設備分散,，多數(shù)要求集中管理，即要求采用電腦管理和監(jiān)控系統(tǒng),。
（7）采取防震措施,。如配電屏、燈具等電氣設備的防震,；管線的層間貫通和建筑伸縮縫與沉降縫的耐震處理等,。
（8）消防要求高。因為高層建筑高度高,，體量大,，人員密集，設備多,，裝飾豪華,，建筑本身火災隱患多，故對消防要求很高,。
（9）節(jié)省能源是我國經濟建設中的一項重大政策，節(jié)約用電又是節(jié)省能源工作中的一個重要方面，它直接關系到企業(yè)的經濟效益和人們的日常生活,。在高層建筑的電氣設計中,，要把電能消耗指標作為全面技術經濟分析的重要組成部分。節(jié)電的設計方案,，應根據(jù)技術*,、安全適用、經濟合理,、節(jié)約能源和保護環(huán)境的原則確定,。采用合理的配電方式，采用高效率變壓器,、電動機和照明光源,、無功功率補償裝置和設備監(jiān)控電腦系統(tǒng)等措施，減少電能損耗,，節(jié)約用電,。采用壁燈時需將容量提高一級或增加盞數(shù)。
三,、照明要求
1,、混合照明：
它是由一般照明和局部照明共同組成的照明方式?；旌险彰髦幸话阏彰鞯恼斩葢坏陀诨旌险彰骺傉斩鹊?—10%,，并且其照度不低于201x。否則,，過低的一般照明和過高的局部照明所形成的照度對比度過大,，亮度分布不適當而產生不應有的眩光。
2,、事故照明：
當工作照明因故障全部熄滅后，供暫時繼續(xù)工作或供人員疏散用的照明稱為事故照明,，
（1）在下列場所應設置事故照明：
在正常工作照明熄滅后,，由于工作中斷或誤操作，將引起爆炸,、火災等嚴重危險的廠房或場所,；
在無照明的情況下，由于設備繼續(xù)運轉或人員的通行,，將造成設各,、人身事故的場所；
高層建筑中的疏散樓梯間（包括防煙樓梯前室）,、疏散走道,、消防電梯室、消防控制中心、消防水泵間,；公共建筑中的旅游旅館,、禮堂、影劇院,、展覽廳,、百貨商店、體育館等人員出入的走廊,、樓梯,、太平門等處。
（2）事故照明應采用能瞬時點燃的照明光源,，一般采用白熾燈或鹵鎢燈,。當事故照明作為工作照明的一部分而經常點燃時，又在發(fā)生故障不得切換電源的條件下,，也可采用其它照明光源,。
（3）事故照明的燈具應布置在可能引起事故的設備、材料周圍和主要通道,、危險地段,、出入口等處，還應在事故照明燈具上明顯位置涂以紅色標記,，以資區(qū)別,。疏散指示標志可設在疏散走道距地面高度1m以內的墻面上，以及樓梯口和太乎門的頂部,，并要安裝在非燃燒結構或裝修上,。
（4）事故照明的照度要求。用于暫時繼續(xù)工作的事故照明其工作面上的照度不應低于工作照明總照度的10％,。但標準較高的旅游賓館等建筑,，其事故照明所占工作照明的比例應當為：出口指示燈為100％；樓梯照明為50％,；公共場所照明為20％,；客房走道照明為50％;一般走道照明為20％;總服務臺、收款出納,、外幣兌換等照明為100％,。用于人員疏散的事故照明，其照度不應低于0．51x,。
3,、警衛(wèi)值班照明：
在重要的車間和場所或有重要關鍵設備的廠房、重要的倉庫等處設置作為值班時一般觀察用的照明稱為值班照明,。值班照明宜利用工作照明中能單獨控制的一部分,，或者利用事故照明中的一部分或全部,。
警衛(wèi)照明是用于警衛(wèi)地區(qū)周界附近的照明。是否設置警衛(wèi)照明,，應根據(jù)單位的重要性和當?shù)乇Ｐl(wèi)部門的要求來決定,。警衛(wèi)照明應盡量與室內或廠區(qū)的照明結合。
4,、障礙照明：
裝設在高層建筑物尖頂上作為飛行障礙標志用的或者有船舶通行的兩側建筑物上作為障礙標志的照明稱為障礙照明,。障礙照明應按和交通部門有關規(guī)定裝設。障礙照明應采用能透霧的紅光燈具,。
裝設障礙燈時,，應符合下列要求：
（1）一般高層建筑物只在頂端裝設。水平面較大的高層建筑物或群集高層建筑物,，除在其最高頂端裝設障礙燈外,，還應在其外側轉角的頂端裝設障礙燈。
（2）煙囪的高度在100m以上者,，除在頂端裝設障礙燈外‘還應在其三分之一和二分之一的高度處裝設障礙燈,。
（3）為了減少煙囪頂端的障礙燈污染程度，可在低于煙囪口4—5m處裝設,。為了保證障礙燈有一盞損壞時仍能從前進方向看到燈光,，應裝設排成等邊三角形的三盞障礙燈。
四,、高層住宅照明要求
1,、廁所及廚房立采用瓷質燈頭或其它防水燈頭。
2,、有條件時居室燈等可采用節(jié)電開關或節(jié)電燈頭,。
3、樓梯間,、電梯廳,、公用走廊、配電室,、消防控制室,、消防泵房電梯機房等應設置供繼續(xù)工作和疏散的事故照明。十九層及以上的高層住宅的疏散走廊,、樓梯和出口應設置供疏散使用的標志燈，其安裝距離為10,。20m及各轉角處,。
4、供繼續(xù)—1：作和疏散的事故照明兼作正常照明,。如采用蓄電池作為農故照明或疏散標志燈的電源時,，其連續(xù)供電時間不成少于20分鐘,，事故照明互域的照度不應低0.51x，但配電室,、消防控制室和消防泵房必須仍保持正常的照度水平,。
5、事故照明及疏散標志一般采用白熾燈,，應具有玻璃或金屬燈罩,，并安裝在非燃燒體結構上。
6,、大居空宜設置插座兩紐（其中一組為—個單相二極插座及一個單相帶地三極插座,；另一組為一個單相二極插座）。小居室,、方廳宜設置插座——組（一個單相工極插座及一個單相帶地三極插座）,。廚房、衛(wèi)生間根據(jù)需要設置—‘個單相帶地三極插座,。
7,、二極插座需采用扁、圓插孔兩用型,。
8,、有條件時宜采用二極加三極的連體式插座。
9,、供洗衣機的單相二極帶地插座,，宜帶電源開關。
10,、插座的高度一般為距地0．3—0．5m（暗裝安全型）或1．4-1．8m（明,、暗裝普通型）。
11樓梯及公用廊道宜采用自動熄燈開關,，但需在火警時能保持長明,。每層的電梯前室燈應采用一般開關。