基于超高层建筑的电气设计技术分析

彭晨

【摘要】本文根据以往超高层建筑电气设计项目的设计经验， 剖析超高层建筑电气设计的特点，并对超高层建筑电气设计的特点及技术进行分析，以供同僚参考。

【关键词】超高层建筑 电气设计 要点 技术

超高层建筑具有建筑规模大， 建筑高度高的特点， 这使其具有用电负荷大、输配电距离长、变配电系统复杂、供电安全性要求高、雷击风险大、若发生火灾扑救困难、人员密集疏散时间长等特点。由于其对建筑安全性、可靠性的特殊要求， 给电气设计带来的变化是十分巨大的。

一、超高层建筑的电气设计

1. 超高层建筑电气设计特点

1.1超高层建筑规模大，建筑高度高，具有用电负荷大、输配电距离长、变配电系统结构复杂、供电安全性要求高的电气特点。

1.2超高层建筑内人员密集，疏散距离长，事故发生时人员疏散困难，因此，对防灾用电设备及应急照明等的供电安全性、可靠性要求很高。另外，低压配电线路的长度一般不宜超过250 m。当不能满足供电半径要求时，在超高层建筑的避难层应设置楼层变电所。

2.超高层建筑应急电源与备用电源

超高层建筑建筑规模大，建筑高度高，若发生火灾扑救困难、人员密集、疏散时间长， 除设置可靠的市电电源以外，还应设置

柴油发电机组作为其应急电源。

超高层建筑的应急电源与备用电源设计时应注意以下几个问题：

（1）超高层公共建筑的一级负荷中特别重要的负荷的负荷量较大， 正常电源断电后要求持续供电时间长， 所以应配备柴油发电

机组作为其应急电源； 超高层公寓建筑的消防用电负荷、应急照明、航空障碍照明、生活水泵宜设自备电源供电， 自备电源宜采用柴油发电机组。

（2）超高层建筑的A 级电子信息系统机房应配置自备柴油发电机电源， 容量应包括不间断电源系统、空调和制冷设备的基本容

量及应急照明和关系到生命安全等需要的负荷容量。

应急电源采用柴油发电机组时， 其电压等级选择应考虑如下因素：

（1）建筑物高度在100 ～ 300 m 时（除数据中心大楼外）， 应采用低压柴油发电机组；建筑物高度大于300 ～ 400 m 时， 需进行经济技术比较后确定采用0. 4 kV 低压柴油发电机组或10 kV 柴油发电机组； 建筑物高度大于400m 时， 宜选用10 kV 柴油发电机组。需要注意的是， 以上结论是基于低压传输干线采用电力电缆+ 密集型母线槽组合的配电方式考虑的， 在相同电压降的前提下， 还考虑了加大电缆截面或降低电缆载流量来加大传输距离。

（2）选用中压柴油发电机组时， 中压柴油发电机组的接地形式宜与市电系统一致； 当发电机中性点需接地时， 宜通过真空接触器与接地电阻相连接，接地电阻应装在接地电阻柜内。当有多台中压柴油发电机组并机运行时， 为减少中性导体产生的三次谐波环流， 可将其中一台发电机的中性点接地。

3.超高层建筑配电方式

超高层低压配电系统配电方式分为放射式和树干式， 放射式配电系统的供电可靠性高， 超高层建筑中消防负荷及一级负荷中特别重要的负荷宜采用放射式方式供电； 树干式供电时， 每根电缆干线配电层数不宜超过8 层； 各避难层的交直流电源， 应按避难层分别

供给， 并在末端互投； 配电干线应按避难层划分供电区域， 同一干线不应同时带两个区域单元的用电负荷。

4.超高层建筑导体的选择及敷设

超高层建筑导体选择时应考虑建筑物的扰动， 虽然采用密集型母线槽作为供电载体， 可承载数千安的负荷电流， 但由于母线槽是刚性结构， 使用时应慎重。如在地震烈度较高的地区建设的超高层建筑宜采用电缆供电， 电缆在抗震方面的安全性远高于密集型母线槽， 性价比也高于密集型母线槽。

超高层建筑的线缆选型， 应为阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆、电线， 或无烟无卤电力电缆、电线； 消防设备的配电干线和分支干线（应急照明和疏散指示标志除外） 应采用矿物绝缘电缆。火灾自动报警系统的供电线路、消防联动控制线路应采用耐火铜芯电线电缆； 报警总线、消防应急广播和消防专用电话等传输线路应采用阻燃或阻燃耐火电线电缆。

5.超高层建筑应急照明

超高层建筑的避难层（间） 疏散照明的地面平均水平照度值不应低于3 lx， 垂直疏散区域、避难走道不应低于5 lx。在北京市建设的超高层建筑还应采取加强措施， 疏散走道、疏散楼梯间和避难区内的地面最低应急照度值不应低于10 lx， 其他区域不应低于5 lx。建筑高度大于100 m 的民用建筑， 疏散照明的备用电源的连续供电时间不应小于1. 5 h。

值得注意的是： 超高层建筑中大型商业的备用照明应按一级负荷供电， 而大型商业的营业厅照明也需要按一级负荷供电， 所以备用照明不需单独设置； 设置停机坪的超高层建筑， 应在停机坪四周设置应急照明。

6.超高层建筑航空障碍灯

应在建筑物的最高层构造物的最高部位装设障碍标志灯， 当制高点的平面面积较大时， 除在最高端装设外， 还应在其外侧转角的顶端分别设置。障碍标志灯的水平、垂直距离不宜大于45 m。建筑物的顶部高出其周围地面45 m 以上， 必须在其中间层加设障碍灯， 中间层的距离必须不大于45 m 并尽可能相等，超高建筑物尤其要考虑中间层加设障碍灯。

设置停机坪的超高层建筑， 应在停机坪四周设置航空障碍灯。

二、超高层建筑防雷及接地

依据规范， 超高层建筑物应划为第二类防雷建筑物， 由于超高层建筑物的用户多为重要企业办公或特级、一级金融机构、五星级酒店等， 根据电子信息系统的重要性、使用性质和价值角度考虑， 系统的雷电防护等级宜按A 级设计。

设计时应计算建筑物年预计雷击次数、防雷装置拦截效率， 超高层建筑各项雷击风险指数均很高。由于超高层建筑的建筑高度均超过滚球半径， 因此有侧击雷击中建筑物中上层表面的几率。具体实施应采用防直击雷、侧击雷、闪电感应、电磁脉冲等措施， 并做好总等电位连接。此外强电机房、智能化电子信息机房接地宜采取接地干线方式， 各层强、弱电机房分别接至强、弱电竖井内的接地干线上； 当超高层屋顶设有直升机停机坪时， 不应在安全区内设避雷针， 设在安全区以外的避雷针上应装设航空障碍标志灯。

三、超高层建筑防灾设计

建筑高度大于100 m 的公共建筑， 应设置避难层（间）。第一个避难层（间） 的楼面至灭火救援场地地面的高度不应大于50 m， 两个避难层（间） 之间的高度不宜大于50 m。各避难层的交直流电源， 应按避难层分别供给， 并在末端互投； 建筑物中的电缆竖井， 宜按避难层上下错位设置。

超高层建筑， 除游泳池、溜冰场外， 均应设火灾自动报警系统。各避难层内应设独立的火灾应急广播系统， 应能接收消防控制中心的有线无线两种播音信号； 各避难层与消防控制中心之间应设置独立的有线和无线呼救通信； 除消防控制室内设置的控制器外，

每台控制器直接控制的火灾探测器、手动报警按钮和模块等设备不应跨越避难层； 各避难层应设置消防专线电话和应急广播； 在避难层（间） 进入楼梯间的入口处和疏散楼梯通向避难层（间） 的出口处， 设置明显的指示标志。

四、结语

以上章節只是针对超高层建筑的特点归纳的关键性技术， 具体设计还应结合不同建筑类型的电气设计要求进行， 并注重对系统的安全性、可靠性、节能方案做充分的论证， 才能迎接和不惧这种独特的建筑形式给电气设计带来的挑战。