超高层建筑电气设计要点 ABCD版.docx
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1、消防负有1 #2#变压器联络示意图超高层建筑电气设计要点it 1. IK. 2K.业同第加电气联及鼠枚喉,正常运行时,1K. 2K 金上,义所不;加拿6珞,昊先毓用KLK中的一个,5K才就 舍上.如窜次网等.须先看开JK , 1K检K力的台上.2.当一台殳R*因检修支款律停&H,*除算3K一时暮蜜昊食有.IX保证另一台攵任杓意要负科不过算.2. 4M开关乎R合上,集*发电机比于华堂6,专用64田才都停 M .蒙池发电机E动.图1:柴油发电机作为备用电源情况下的系统供电方案摘要:近年来,随着我国建筑行业的快速发展,设计能力及建设能力的显著 提高,一幢又一幢的超高层建筑拔地而起。而超高层建筑,有时
2、也反应了一个城 市的经济发展水平与现代化建设水平。本文主要从超高层建筑的概念、负荷等级、 系统设计等方面进行了详细的阐述。关键词:超高层建筑;电气设计;供配电一、超高层建筑电气设计概述随着我国城市化的发展,人民对建筑的需求也在不断增加,使得超高层建筑 的地位显著提升。根据规范民用建筑设计通则GB50352-2005中的规定: 建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑。此类建筑不仅是现代科技和建筑 的有机结合体,更是集电力、排水及智能控制于一身的综合体。因此在一些大中 城市,超高层建筑已成地标,成为城市的资源聚集地。二、超高层建筑电气设计基本要求2.1 负荷等级与电源项目概况:本项目为综合客运
3、枢纽站(长途客运站部分)、东站城市广场2# 楼项目,位于东站南广场东侧,地上33层,地下三层,总建筑高度为149.65m, 建筑面积为58994.97 m2,主要使用功能为商业和LOFT酒店式公寓为主。负荷等级:本超高层建筑应按一级负荷用电进行设计,如走廊照明、值班照 明、客梯用电、普通排水泵用电、生活水泵用电等。但其中的消防控制室、重要 的通讯计算机用房、消防水泵,卷帘,风机等消防设备、应急疏散照明等应按一 级负荷中的特别重要负荷供电。其他负荷如办公室用电、空调用电、公寓内用电 等则可按三级负荷供电。电源情况:从市政引来2路独立的10kV电源作为本项目一级负荷的供电电 源,另在地下一层设置一
4、台1340KW的柴油发电机作为一级负荷中特别重要负 荷的应急电源。在市电与柴油发电机之间设置电气和机械联锁,确保两个电源不 并列运行,变电所内变配电装置全部采用无油元件。低压配电:重要的用电设备在配电线路末端均采用自动切换装置,以提升电 路运行的稳定性,与此同时,一级负荷中的特别重要负荷均采用独立的、专用的 供电线路。主要目的为,若建筑内部的供电系统发生故障,导致电路被切断时, 消防用电仍然能够独立运行,以备建筑内发生火灾或其他安全隐患时,能够有效 解决。这部分独立、专用的供电线路主要来自于柴油发电机组或者UPS、EPS 等。图1:柴油发电机作为备用电源情况下的系统供电方案 质量是非常必要的。
5、在超高层建筑工程的建设中,保证电气工程设计得科学性, 能够大大提升建筑工程的整体质量,对于人们的使用更是非常有利的。但需要注 意的是,在超高层建筑建设的过程中,对其产生影响的因素也是非常复杂的,因 此,在设计人员进行设计的过程中,需要充分考虑到这些影响因素的问题,避免 疏忽造成工程建设存在安全隐患。浅谈超高层建筑电气设计要点【摘 要】随着我国经济的快速发展,建筑行业水平不断提高,超高层建筑 在我国变得越来越多,人们对其质量水平提出更高的要求,超高层建筑设计直接 影响整个建筑物的质量。作为超高层建筑设计的重要环节,电气设计粗腰设计人 员予以高度重视,掌握其设计技术要点。本文分析超高层建筑电气设计
6、关键技术。【关键词】超高层建筑;电气设计;关键技术1 .超高层建筑电气设计的特点超高建筑一般是指整个建筑高度大于100m的民用建筑。在超高层建筑的 设计中,电气设计是非常重要的环节。众所周知,超高层建筑中的供配电系统、 发电机系统以及设备的垂直运输等都要依靠电气设计。一般情况下,超高层建筑 中的电气设计会涉及较多的用电负荷,而且这样的用电负荷种类较多,不同性质 的高层建筑对用电量的要求不同,存在较大的差异,因此,要根据国家颁布的关 于超高层建筑的规范和标准确定负荷供电的等级,也要结合当地的市政电力情况 确定具体的电源,在不同的使用功能下确定整个电气设计的指标。超高层建筑输配电的距离大,使得用电
7、的负荷也会增加,电力设备的安全性 和可靠性是电气设计的关键,对其要求也相当高。因此,在电气设计中,一定要 保证应急照明灯以及消防用电设备的安全可靠性。一般情况下,为了满足超高层 建筑的供电需求,在建筑内部避难层的设计上,要根据楼层的设置设计具体的楼 层变电所。2 ,超高层建筑供配电设计要点2.1 超高层建筑负荷分级超高层建筑的主要使用功能多为人员密集、疏散困难的酒店、写字楼、商业、 公寓等,对于此类建筑的用户负荷分级应按特别重要用户考虑。这里需要注意的 是航空障碍标志灯电源应按一级负荷中特别重要的负荷要求供电。其负荷密度与 其自身的建筑功能、建筑面积、建筑高度以及附属功能等因素有关。一般在80
8、 120W/m2o2.2 超高层建筑电源设计超高层建筑应按不少于两个电源供电,两个电源分别来自不同的电网或同一 电网但在运行时电路相互之间联系很弱。电气距离较远,保证当一路电源断电时, 另一路电源应能保证二级及以上负荷的供电。且超高层建筑的应急电源应采用柴 油发电机,不可以使用煤油,天然气,汽油等作为动力源。2.3 超高层建筑变配电站设计超高层建筑的最大特点就是建筑高度高,对电气设计的影响就是要考虑供电 半径问题。低压配电线路的长度一般不允许超过250m。建筑高度200m对供配电设计而言是个界限,通常超过此高度的建筑应设置 多处变配电站。使变配电站设置在负荷中心,高压配电室宜设在主体建筑物的地
9、 下,也可设置独立的变电站、分配变电站应根据负荷情况设在避难层、顶层、冷 冻机房附近等处。变压器如果设置在楼上应该注意两个问题:一是要考虑与其相邻的住房的电 磁屏蔽、减噪,降振,防水等。二是其选型要考虑在体积和重量上的运输要求, 通常是能够满足货梯运输或者吊装运输的方式,因此不宜选择体积大、重量大的 变压器。3 .超高层建筑电气设计的关键技术分析3.1 超高层建筑电气设备中配电站与避难层技术建筑高度高是超高层建筑最主要的特点,在该特点的影响下,设计人员必须 要重点考虑电气设计的供电半径。一般情况下,电气设计中,低压出线柜到末端 配电箱的最佳长度应该控制在120m之内,并按照超高层建筑总电压5.
10、0%的比 例确定低压供电线路的要求。同时在设计中,需要采用分区域设计的方法处理变 配电站,按照不同的功能清苦情况,对供配电站各个功能区进行划分,包括地下 区负荷中心、超高区负荷中心等。高压配电室一般会设置在超高层建筑底部,而 在建筑空间面积足够的情况下,可以设置独立变电站。在设计避难层中,需要充 分考虑不同楼层人员的求生需求,其中第一个避难层与地面之间的高度要小于等 于50m,以后所有避难层与前一个避难层之间的高度都应该小于50m。在供电系 统设计中,所有避难层的交直流电采用单独供应的方法,保证供电稳定性。3.2 应急电源与备用电源设计考虑到超高层建筑具有高度高、人员密集的特点,疏散时间较长。
11、因此为了 进一步保证居民的生命安全,除了要配置可靠的市电电源外,还需要在建筑内设 置一组柴油发电机组,作为面对突发事件时的应急电源。在设计过程中,相关人 员必须要重视以下几个问题:(1)由于超高层建筑中的主要负荷量较大,因此正常的电源在断电之后需 要在较长的时间内持续供电,因此需要配置具有稳定功率的柴油发电机组作为应 急电源。(2)建筑内电子信息系统机房需要设置柴油发电机电源,保证能随时满足 建筑空调、制冷设备等重要电气设备运行要求。(3)在使用柴油机组过程中必须要认识到建筑高度因素的影响,要设置不 同的柴油机组,并且接地方式要与市电电源保持一致。3.3 电压与电源的选择要合适电源与电压是整个
12、高层用电系统中较为关键的部分,在进行这两方面的选择 时,一定要综合考虑多种因素,如用电容量、负荷等级等。在电气设计环节可以 设计两个电源的供电系统,确保两个电源分别是属于不同的电网。如果是两个电 源都属于同一用电网,也必须避免两个电源在电路上的连接,这样设计的主要目 的就是为了当其中的一个电源不能供电时,另一个电源可以保证整个电力系统持 续运转,有效确保整个高层建筑可以实现持续不断的供电需求。其次,由于超高 层建筑实际使用功能的不同,在电气设计上也存在着较为巨大的差异,其中最为 重要的就是变压器的选择。高层建筑本身就有着规模较大的需求,所以对电压也 有着较高的要求,如果实际运行中电压线路的实际
13、供电能力有限,可以借助采用 多个较为小型的电源实现供电。此外,在进行电气设计时还需要首先与当地的市 政电网取得联系,结合意见建议选择合适的电压与电源。在这儿着重强调,一定要结合国家的相关规定选择合适的电压,国家明确规 定过,如果实际电网中没有35kV的输电电压,10kV就是最大的电压等级,电 容量不能再大了,同时考虑地理位置的因素,各个地区之间对于电压的需求与整 个电力运转系统的承受的负荷量有着各自的差异。因此在超高层建筑电气设计 时,需要结合当地的具体实际情况,尽可能提高高效、安全、稳定的供电系统。3.4 超高层建筑电气设计中应急照明系统设计超高层建筑电气设计中的应急照明系统,必要充分靠考虑
14、避难层照明的需 求,因此在设计中,应该选择平均照度值大于等于31x的灯具;而对于避难层走廊 等特殊位置,所选择的照明系统灯具水平照度值应该大于等于51xo对于具有特 殊要求的应急照明层,其避难区、疏散走道的平均照度值应该大于等于lOlxo而 如果超高层建筑裙楼为大型商场,则需要采用一级负荷供电系统,保证照明供给 水平。3.5 设计电压的技术通常电压会随功能用途的改变而改变。所以,在设计电气时,应根据超高层 建筑的具体功能来科学地选择电压,并通过相关分析,明确变压器总容量。对于 超高层建筑,一、二级负荷在其总用电负荷中,所占比例较大,单位符合功率宜 在1()()13()VA/m2之间。大规模是超
15、高层建筑的一个基本特点,且用电量也非 常大并且集中,因而由单回路供电,将满足不了供电需求,所以应同时使用多个 电源。设计人员在进行初步供电方案设计时应充分考虑,还需要积极与所在地的 有关供电局进行有效交流沟通,及口寸了解可以为整个建筑工程供给足够电源的实 际电压等级,并全方位地进行考虑,以选出合适的电压。4 .结语对超高层建筑的电力设计要根据建筑的特点及相关的设计标准,对其关键技 术,如负荷分级、供电电源和电压的选择、变电站和配电站的设计、应急电源和 备用电源的设计、配电方式的设计、航空障碍灯设计等,进行详细的分析,确保 超高层建筑电气设计的安全性和可靠性。5 .2电缆敷设及设备安装在超高层建
16、筑的电力系统设计中,举寸于单台容量较大的负荷或重要负荷采用 放射式配电,对一般设备采用放射式与树干式相结合的混合方式配电;对于消防 负荷及其他重要的一、级负荷常常采用两路电源的供电方式,并且重要的设备用 电常选用末端互投的供电方式以保证用电设备的可靠性。本项目的公寓用电则采 用密集型插接母线的方式进行供电,而其他公共用电则选用预分支方式沿电缆梯 架进行敷设。本项目所有的电力设备均符合国家有关标准,凡属于强制性认证的产品应得 到国家认可的有关认证证书。其中,对于变压器、柴油发电机组安装:发电机安 装做法参照图集应急柴油发电机组安装15D202-2,干式变压器安装做法参 照图集干式变压器安装99D
17、201-2 (2009版),超高层建筑电气设计参照图集 超高层建筑电气设计与安装14D801,变配电所常用设备安装做法参照图集 变电所常用设备构件安装03D201-4。变电所内必须采取减震降噪、电磁辐射屏蔽措施,具体要求如下:1、变压器需安装在复合阻尼弹簧减震台上。变压器带金属外壳,选用干式 低噪声变压器。2、本工程变压器安装位置考虑落于承重梁上减少对楼板共振现象。3、变压器室及变电所隔墙不能有间隙,水泥填实,内外侧均需抹灰。变电 所远离弱电机房及办公等易受干扰场所,隔墙两面刷导电屏蔽涂料屏蔽处理。4、变电所外内墙粘贴高效吸声板,降低变电所噪声对外界影响。6 .3满足节能基本要求超高层建筑耗能
18、较高,因此在设计过程中应充分考虑其节能性能。本项目在 节能方面设计如下:1 .灯具(包括应急照明灯具)均采用LED节能灯,以减少灯具的耗能,使 灯具的功率因数均大于09。2 .在水泵以及空调风机的设置过程中,常采用变频空调,以实现最优节能效 果。3 .在变电所处设置有源滤波及无功补偿装置,并选用SCBH15型节能干式变 压器,并满足三相配电变压器能效限定值及能效等级GB 20052中的二级能 效等级的要求。4 .设置能耗监控系统,对分类和分项能耗数据进行实时采集,并实时上传至 上一级数据中心。5 .对电梯、扶梯等采取变频拖动调速等节能控制方式并具有群控功能。6 .对走廊照明、商场照明、室外泛光
19、照明及航空障碍照明等采取分区、定时、 照度调节等节能控制措施。三、超高层建筑电气设计关键技术3.1 变配电站设计超高层建筑由于建筑高度高、建筑密度大、用电量多、低压电缆供电距离受 限等诸多原因,常设置超高层建筑专用变电所。对一般情况而言,为保证电压降 低于5%,从变电所敷设至用电设备的低压电缆的长度不超过250mo因此对于 建筑高度在200m以上的超高层来讲,其设计方案与常规设计较为不同。对于常 规项目来讲,变电所一般位于建筑的地下一层或者一层,但对于超过200m的超 高层建筑来说,变电所还可能设置在建筑的中间层,如150m或200m高度,从 而使得变电所设置在建筑用电负荷的中心位置,高压电配
20、电室设置在建筑物地 下。位于高位的分变电所一般采用体积或重量较小的变压器,从而降低设计运输 以及安装难度。而南宁凤岭客运枢纽2#楼项目因建筑高度不超过200m,因此仅 在地下一层设置本项目专用的高压室及10kV变电所。在节能功效上,应根据高层楼宇建筑实际用电负荷需求,按照略高于配电变 压器最佳负荷率选择配电变压器,一般配电变压器负荷率在70%更加节能,而本 项目选用4台变压器,其负载率分别为67%、73%、75%、72%。本项目在变压 器选择上采用的是非晶合金铁心变压器(低损耗节能型),此类变压器以铁基非 晶态金属作为铁芯,由于该材料不具长程有序结构,其磁化及消磁均较一般磁性 材料容易。因此,
21、非晶合金变压器的铁损(即空载损耗)要比一般采用硅钢作为 铁芯的传统变压器低70-80%,同时还可以降低配电变压器空载电流延长配电变 压器的综合使用寿命。3.2 疏散照明设计超高层建筑的照明系统设计除了每一个楼层的照明设计以外,重点是疏散照 明系统的设计。按照我国相关规定,超高层建筑的疏散照明系统设计应该符合以 下标准:对于疏散走道,地面最低水平照度不应低于LOlx;人员密集场所、避难 层(间)不应低于31x;避难走道、垂直疏散区域如楼梯间、前室等不应低于51x。 而对于人员密集场所应该适当加强这一标准:如人员密集场所的疏散走道、楼梯 间等部位的水平照度值应该不低于101x等;疏散照明系统的连续
22、供电时间至少应 该保持在1.5h以上。本项目的应急照明疏散系统选用的是集中电源集中控制型应急照明系统。该 系统主要包括集中控制型应急照明控制器、应急照明集中电源、应急照明分配电 装置、集中电源型疏散指示灯、照明灯等设备。该系统采用24V安全电源的供 电模式,可以有效避免发生人身触电事故,并且每个灯具具有独立地址编码,能 实时监控灯具状态,接收和执行系统的控制指令,上报报警故障信息和灯具的运 行状态。本项目设计于2017年,而消防应急照明和疏散指示系统技术标 准GB 51309-2018执行于2019年03月01日,可是说本项目采用的应急照明 系统领先于规范的执行,达到了当时行业的领先设计水平。
23、3.3 应急备用电源设计在超高层建筑中如果发生了火灾、停电、地震等情况,极易出现断电的情况, 而在断电情况不利于人员的疏散及逃生,甚至有可能对建筑内的人员造成二次伤 害,因此在超高层建筑的电气系统中,应急备用电源设计必须合理。首先,为了 满足超高层建筑的电力负荷要求,应该配备柴油发电机组作为应急电源,诸如消 防风机、水泵、电梯等消防设备应该使用由柴油发电机组构成的自备电源供电; 而超高层建筑的信息系统机房、消防控制室火灾报警系统用电、安防用电、应急 照明等用电负荷则可以选用UPS或EPS作为该类用电设备的备用电源。四、结束语超高层建筑的电气设计必须把握设计原则,坚持“以人为本、重点考虑安全 性
24、、可靠性、节能性和稳定性。明确超高层建筑的电气负荷分类,充分考虑备用 电源情况、合理布置竖井及机房位置,并在电气系统的设计中,把握变配电系统 设计、照明设计、应急备用电源设计、防雷系统设计、火灾报警系统设计、智能 化系统设计等关键技术,全面提高超高层建筑电气系统的实用性,提高超高层建 筑的设计质量,真正满足业主及社会对超高层建筑的需求和期望。参考文献:1孔嵩.超高层建筑电气设计关键技术解析JL建筑电气,2015 (5): 3944.范玉山.超高层建筑电气设计的关键技术分析J.江西建材,2016(2): 22, 24.3王云坡,何康.浅析超高层建筑电气设计关键技术分析J.建筑工程技术与 设计,2
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