超高層建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)（2011年版）
超高層建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)（2011年版）
李炳華（悉地國(guó)際設(shè)計(jì)顧問有限公司，北京100013）
摘 要作者總結(jié)了近年來設(shè)計(jì)的超高層建筑，并對(duì)超高層建筑電氣相關(guān)專項(xiàng)課題進(jìn)行了研究，系統(tǒng)、全面的提出了超高層建筑電氣設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，對(duì)超高層建筑的電氣設(shè)計(jì)有針對(duì)性地做出了要求和規(guī)定，旨在為設(shè)計(jì)人員提供參考。
關(guān)鍵詞 超高層建筑 電氣設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 供配電系統(tǒng) 照明設(shè)計(jì)防雷接地 負(fù)荷及負(fù)荷密度
Guide to the Design of BuildingElectricity for Extra-high Buildings
ChrisBinghua Lee
AbstractThe author puts forward the design points of the electrical design for superhigh-rise buildings through the summarizing of his experiences onthese projects design for the years. It puts the emphasis on the requirementsand regulations made for the electrical design of such super high-risebuilding, in order to give references for the designers.
Keywords superhigh-rise building, electrical design, requirement for design, power supply anddistribution system, lighting design, lightning protection and grounding, firealarming system, load grade, load density
在多年的超高層設(shè)計(jì)實(shí)踐中，筆者總結(jié)了超高層建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)，將點(diǎn)滴體會(huì)和心得與讀者分享，也希望讀者提出寶貴建議，以提高我國(guó)的超高層建筑電氣設(shè)計(jì)水平。
1設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1.1 術(shù)語
超高層建筑：建筑高度大于100m的民用建筑。
民用建筑：供人們居住和進(jìn)行公共活動(dòng)的建筑的總稱。
居住建筑：供人們居住使用的建筑。
公共建筑：供人們進(jìn)行各種公共活動(dòng)的建筑。
1.2 供電電源
1.2.1 負(fù)荷分級(jí)
超高層建筑用電負(fù)荷見表2-1。
表1 超高層建筑負(fù)荷分級(jí)表
超高層民用建筑的消防控制室、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制裝置、火災(zāi)應(yīng)急照明及疏散指示標(biāo)志、防煙及排煙設(shè)施、自動(dòng)滅火系統(tǒng)、消防水泵、消防電梯及其排水泵、電動(dòng)的防火卷簾及門窗以及閥門等消防用電為一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷。
1.2.2 負(fù)荷密度
超高層建筑負(fù)荷密度與建筑功能、建筑面積、建筑高度、附屬功能等因素有關(guān)。一般在80～120W/m2。
1.3 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.3.1 供電要求
超高層建筑應(yīng)進(jìn)行整體供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，至少需要兩路獨(dú)立市電電源，還需要另設(shè)應(yīng)急電源或備用電源。
1.3.2 電源
1） 超高層建筑的正常電源數(shù)量不應(yīng)少于兩個(gè)，各路電源應(yīng)為不同路由的線路，宜采用專線由上級(jí)變電站或開關(guān)站放射式供電。電源電壓等級(jí)可以為10kV、20kV、35kV或110kV。
當(dāng)一路電源斷電時(shí)，剩余電源應(yīng)能保證二級(jí)及以上負(fù)荷的供電。
2）超高層建筑應(yīng)設(shè)柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源或備用電源。設(shè)置在超高層建筑內(nèi)的柴油發(fā)電機(jī)，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷大小、單臺(tái)電動(dòng)機(jī)最大啟動(dòng)容量、供電半徑等因素確定柴油發(fā)電機(jī)的額定輸出電壓：
（1） 當(dāng)建筑物高度低于200m時(shí)，宜采用低壓柴油發(fā)電機(jī)；
（2） 當(dāng)建筑物高度大于400m時(shí)，應(yīng)選用高壓柴油發(fā)電機(jī)；
（3） 當(dāng)建筑物高度在100m~400m時(shí)，應(yīng)進(jìn)行技術(shù)分析、比較，確定柴油發(fā)電機(jī)的額定電壓。
3）超高層建筑中的應(yīng)急電源不得使用汽油、煤油、天然氣等作為動(dòng)力源，可使用柴油發(fā)電機(jī)組。
4）柴油發(fā)電機(jī)組在超高層建筑中既可作為應(yīng)急電源使用，也可以作為備用電源使用。當(dāng)備用電源滿足應(yīng)急電源條件時(shí)，備用電源可以兼作為應(yīng)急電源。
5）低壓柴油發(fā)電機(jī)組（400V）最大單臺(tái)并機(jī)容量不得大于1600kW。如要進(jìn)行并機(jī)運(yùn)行，可采用高壓柴油發(fā)電機(jī)組。
6）柴油發(fā)電機(jī)組輸出功率有常用功率和備用功率，應(yīng)在圖中表明。
7）柴油發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷率宜為75%，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
8）市電與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換用的ATSE建議采用PC級(jí)、4極、三位式的ATSE，ATSE與其之前的短路保護(hù)電器應(yīng)有可靠的配合。
1.3.3 電源工作方式
電源的數(shù)量及工作方式建議按表2執(zhí)行。
表2 建議的電源數(shù)量及其工作方式
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電源數(shù)量 |
運(yùn)行方式 |
建議適用范圍 |
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兩路電源 |
一用一備 |
規(guī)模不大的超高層建筑，不推薦使用 |
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同時(shí)工作、互為備用 |
8MVA以下（一路10kV）； 16MVA以下（一路20kV）； 40MVA以下（一路35kV）； 100MVA以下（一路110kV）（此處是否應(yīng)與左欄一一對(duì)應(yīng)？） |
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三路電源 |
兩用一備 |
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同時(shí)工作 |
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四路電源 |
兩兩工作、不設(shè)站聯(lián) |
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兩兩工作、設(shè)站聯(lián) |
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分別工作、相鄰電源設(shè)聯(lián)絡(luò) |
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三用一備 |
1.3.4 高壓供配電系統(tǒng)
1）超高層建筑的高壓供配電系統(tǒng)宜采用主配變電所——分配變電所結(jié)構(gòu)，主配變電所應(yīng)采用單母線分段的主接線形式采用放射式引至分配變電所。
2) 高壓系統(tǒng)的配電級(jí)數(shù)不宜多于兩級(jí)。
3) 應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇姴块T的規(guī)定，35kV電壓等級(jí)可直降到0.4kV；也可先將35kV降壓到10kV，再將10kV降到0.4kV。
4）如當(dāng)?shù)毓╇姴块T沒有特別要求，20kV電壓等級(jí)可直降到0.4kV。
1.3.5 配變電所
1）所址選擇應(yīng)滿足《10kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50053、《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ 16、《35～110kV變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50059中的有關(guān)規(guī)定，主要配變電所(室)嚴(yán)禁設(shè)置于大量人員能達(dá)到的場(chǎng)所。變電所、主要的配電間不應(yīng)設(shè)在伸縮縫、沉降縫及存在漏水危險(xiǎn)的地方。
備用發(fā)電機(jī)、變壓器不宜靠近主出入口。
2）配變電所應(yīng)設(shè)置在負(fù)荷中心，主配變電所宜設(shè)在地下一層、地下二層（非最底層）和首層，也可設(shè)置獨(dú)立的變電站。分配變電所應(yīng)根據(jù)負(fù)荷情況設(shè)在避難層、頂層，其變壓器容量不宜超過1000kVA。
3）配電變壓器的長(zhǎng)期工作負(fù)載率不宜超過60%。
4）超高層建筑至少在主配變電所設(shè)值班室，值班室宜單獨(dú)設(shè)置，也可與控制室合用。值班室應(yīng)能直通或經(jīng)過走道與高壓配電裝置室和相應(yīng)的配電裝置室相通，并應(yīng)有門直接通向室外或走道。
根據(jù)工程具體情況，配變電所的高低壓開關(guān)柜布置型式可選擇下進(jìn)下出，下進(jìn)上處，上進(jìn)下出，上進(jìn)下出。當(dāng)有大截面電纜或電纜數(shù)量較多時(shí)，宜設(shè)電纜夾層，電纜夾層凈高不應(yīng)低于1.8m、且不高于3.2m。
5）配變電所內(nèi)應(yīng)設(shè)置低壓集中自動(dòng)電容補(bǔ)償裝置。補(bǔ)償要求按當(dāng)?shù)毓╇姴块T的規(guī)定執(zhí)行，當(dāng)沒有明確規(guī)定時(shí)，補(bǔ)償后低壓側(cè)進(jìn)線處的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.90以上。
電容補(bǔ)償裝置的選擇應(yīng)考慮配電系統(tǒng)中高次諧波的影響。
6）繼電保護(hù)按《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50062、《電力裝置的電測(cè)量?jī)x表裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T 50063、《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ 16的要求執(zhí)行。并符合下列規(guī)定：
(1) 當(dāng)高壓系統(tǒng)采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式時(shí)，應(yīng)設(shè)置零序速斷保護(hù)，零序保護(hù)裝置動(dòng)作于跳閘，其信號(hào)接入事故信號(hào)回路。
(2) 當(dāng)分變電所離總配變電所距離較遠(yuǎn)且上級(jí)保護(hù)不能滿足分變電所進(jìn)線處保護(hù)靈敏度要求時(shí)，分變電所進(jìn)線處應(yīng)設(shè)一級(jí)保護(hù)。如果必要，分變電所的變壓器可設(shè)差動(dòng)保護(hù)。
(3) 超高層建筑宜采用綜合繼保單元，分散布置在高壓配電裝置上；低壓系統(tǒng)宜采用多功能儀表。高壓、低壓、柴油發(fā)電機(jī)組成統(tǒng)一的電氣控制系統(tǒng)并接入BMS系統(tǒng)。
7) 控制方式、所用電源及操作電源
超高層建筑高壓宜采用集中控制方式，對(duì)變壓器主斷路器、分段斷路器、主要饋出回路斷路器宜采用集中監(jiān)視方式。
主配變電所應(yīng)采用直流操作電源，分配變電所視具體情況采用直流操作電源或交流操作電源。
所用電源宜引自配電變壓器。
8) 備用、應(yīng)急電源
(1) 應(yīng)急電源的設(shè)置要求按相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。
(2) 備用電源應(yīng)采用獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組，不應(yīng)采用蓄電池。酒店部分的備用電源應(yīng)按酒店管理公司的要求設(shè)置，用于出租的寫字樓宜預(yù)留柴油發(fā)電機(jī)組房的位置及進(jìn)排風(fēng)、供油等條件。
(3) 柴油發(fā)電機(jī)房宜設(shè)在地下一層、地下二層、首層，也可設(shè)置獨(dú)立的柴油發(fā)電機(jī)房，不宜在避難層和頂層設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組。
1.3.6 低壓配電系統(tǒng)
1) 配電方式
低壓配電系統(tǒng)宜采用三級(jí)配電方式，即總配電(配變電室)、區(qū)域配電(配電間)和終端配電。三級(jí)配電系統(tǒng)相互之間要求保護(hù)開關(guān)動(dòng)作具有選擇性。
2) 系統(tǒng)類型
表3 低壓配電系統(tǒng)及其適用范圍
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類型 |
系統(tǒng)類型 |
系統(tǒng)說明 |
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1 |
單母線分段+二段應(yīng)急母線 |
兩路市電為分段的單母線供電，中間設(shè)聯(lián)絡(luò)斷路器；應(yīng)急母線段由市電/備用（應(yīng)急）發(fā)電機(jī)供電，市電與發(fā)電機(jī)之間采用機(jī)械、電氣連鎖。宜設(shè)置兩段應(yīng)急母線，一段用于應(yīng)急負(fù)荷供電，一段用于備用負(fù)荷供電。 |
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2 |
單母線分段+一段應(yīng)急母線 |
兩路市電為分段的單母線供電，中間設(shè)聯(lián)絡(luò)斷路器；宜設(shè)置一段應(yīng)急母線段，為應(yīng)急負(fù)荷和備用負(fù)荷供電。市電與發(fā)電機(jī)之間采用機(jī)械、電氣連鎖。 |
3)超高層建筑中消防設(shè)備供電干線及分支干線應(yīng)采用礦物絕緣電纜，盡量減少礦物絕緣電纜的長(zhǎng)度，減少偏移量。電纜端部應(yīng)防止芯線濺水，連接礦物絕緣電纜的配電柜（箱）和用電設(shè)備接線盒的防護(hù)等級(jí)不宜低于IP55。
4) 配電線路布線系統(tǒng)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
(1) 超高層建筑高壓宜設(shè)置獨(dú)立的豎井。
(2) 由于需要末端雙電源切換的負(fù)荷較多，電纜數(shù)量隨之增多，可分設(shè)普通橋架與應(yīng)急橋架，應(yīng)急橋架內(nèi)設(shè)隔板，使雙電源的兩根電纜分設(shè)兩側(cè)。
(3) 超高層建筑不宜采用穿刺線夾接線方式。
1.4 照明設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1.4.1超高層建筑應(yīng)設(shè)置航空障礙燈，并應(yīng)符合下列規(guī)定：
(1)障礙標(biāo)志燈應(yīng)裝設(shè)在建筑物或構(gòu)筑物的最高部位。當(dāng)制高點(diǎn)平面面積較大或?yàn)榻ㄖ簳r(shí)，除在最高端裝設(shè)障礙標(biāo)志燈外，還應(yīng)在其外側(cè)轉(zhuǎn)角的頂端分別設(shè)置。
(2) 障礙標(biāo)志燈的水平、垂直距離不宜大于45m。
(3) 障礙標(biāo)志燈宜采用自動(dòng)通斷電源的控制裝置，并宜設(shè)有變化光強(qiáng)的措施。
(4) 航空障礙標(biāo)志燈技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合表4的規(guī)定。
表4 航空障礙燈技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
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障礙標(biāo)志燈類型 |
低光強(qiáng) |
中 光 強(qiáng) |
高光強(qiáng) |
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燈光顏色 |
航空紅色 |
航空紅色 |
航空白色 |
航空白色 |
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控光方式及數(shù)據(jù) （次/min） |
恒定光 |
閃光 20～60 |
閃光 20～60 |
閃光 20～60 |
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有效光強(qiáng) |
32.5cd用于夜間 |
2000cd±25%用于夜間 |
·2000cd±25%用于夜間 ·2萬cd±25%用于白晝、黎明或黃昏 |
·2000cd±25%用于夜間 ·2萬cd±25%用于黃昏與黎明 ·27萬cd / 14萬cd±25%用于白晝 |
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可視范圍 |
·水平光束擴(kuò)散角360° ·垂直光束擴(kuò)散角≥10° |
·水平光束擴(kuò)散角360° ·垂直光束擴(kuò)散角≥3° |
·水平光束擴(kuò)散角360° ·垂直光束擴(kuò)散角≥3° |
·水平光束擴(kuò)散角90≥3°或120° ·垂直光束擴(kuò)散角3°～7° |
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最大光強(qiáng)位于水平仰角 4°～20°之間 |
最大光強(qiáng)位于水平仰角0° |
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適用高度 |
·高出地面45m以下全部使用 ·高出地面45m以上部分與中光強(qiáng)結(jié)合使用 |
高出地面45m時(shí) |
高出地面90m時(shí) |
高出地面153m（500英尺）時(shí) |
注：表中時(shí)間段對(duì)應(yīng)的背景亮度：夜間—﹤50 cd/m2 ； 黃昏與黎明—50～500cd/m2；白晝—﹤500 cd/m2 。
（5）障礙標(biāo)志燈的設(shè)置應(yīng)便于更換光源。
（6）障礙標(biāo)志燈電源應(yīng)按主體建筑中最高負(fù)荷等級(jí)要求供電。
1.4.2屋頂直升機(jī)停機(jī)坪的照明應(yīng)符合《民用直升機(jī)場(chǎng)飛行場(chǎng)地技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》MH5013-2008的要求，照明的要求可參考表5。
表5 屋頂直升機(jī)停機(jī)坪照明要求
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燈具類型 |
安裝部位 |
要求 |
應(yīng)用實(shí)例 |
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瞄準(zhǔn)燈 |
安裝在瞄準(zhǔn)區(qū)三角邊上 |
嵌入式安裝，不少于6盞，通常6盞或8盞，同步頻閃，Ip67 |
埋深不小于120mm，直徑約200~300mm，單相AC220V，單燈功率一般50~100W，白光，有效光強(qiáng)不小于100cd/m2。 |
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周界燈 |
直接裝于停機(jī)坪接地離地區(qū)周界 |
此燈是強(qiáng)制性的，必須安裝。 一般14盞等分布置，相鄰燈具不大于3m，串聯(lián)，同步頻閃，黃光。 |
AC220V，50Hz，單燈功率不小于50W，有效光強(qiáng)不小于250cd/m2。IP67； |
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泛光燈 |
裝于安全區(qū)邊界，用于夜間直升機(jī)起降 |
泛光燈不得對(duì)飛行中的飛行員產(chǎn)生眩目，降落場(chǎng)區(qū)不應(yīng)有陰影，停機(jī)坪表面的平均水平照度不低于10lx，均勻性比率（平均值與最小值之比）不得大于8：1 |
AC220V，50Hz，單燈功率不小于150W，不低于IP65。 |
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風(fēng)向標(biāo)燈 |
裝于安全區(qū)以外 |
供夜間使用的直升機(jī)場(chǎng)，必須設(shè)置風(fēng)向標(biāo)燈。 風(fēng)向標(biāo)燈主要有照明單元，裝于風(fēng)向標(biāo)頂部，與風(fēng)向指示袋、風(fēng)標(biāo)桿組成風(fēng)向標(biāo)系統(tǒng) |
頂部照明單元設(shè)四只100W鹵鎢燈、一盞紅色航空障礙燈 |
1.4.3超高層建筑應(yīng)設(shè)置消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)。
1.5 防雷與接地
1.5.1根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010，超高層建筑防雷等級(jí)應(yīng)按二類防雷建筑設(shè)計(jì)。
1.5.2超高層建筑電子信息系統(tǒng)防雷擊電磁脈沖防護(hù)等級(jí)宜按A級(jí)設(shè)計(jì)，各級(jí)SPD設(shè)置宜按表6選擇。
表6 浪涌保護(hù)器的設(shè)置、保護(hù)及配線
注：Uc——最大持續(xù)運(yùn)行電壓，TN-S系統(tǒng)，Uc≥1.15Uo＝275V。
Iimp——沖擊電流，用于電源的第一級(jí)保護(hù)SPD，反映了SPD的耐直擊雷能力（采用10/350us波形）。
In——標(biāo)稱放電電流，流過SPD的8/20μs電流波的峰值電流，用于對(duì)SPD做Ⅱ級(jí)分類實(shí)驗(yàn)或做Ⅰ級(jí)分類實(shí)驗(yàn)的預(yù)處理。對(duì)于Ⅰ級(jí)分類實(shí)驗(yàn)In不小于15kA，對(duì)于Ⅱ級(jí)分類實(shí)驗(yàn)In不小于5kA。
1.5.3超高層建筑多為鋼結(jié)構(gòu)或砼與金屬框架結(jié)構(gòu)，接閃器可采用避雷帶和避雷針，當(dāng)屋頂設(shè)有直升機(jī)停機(jī)坪時(shí)，應(yīng)避免避雷針對(duì)直升機(jī)的影響。
1.6 消防報(bào)警系統(tǒng)
1.6.1根據(jù)《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50116-98，超高層建筑高度超過100M應(yīng)定為特級(jí)保護(hù)對(duì)象。
1.6.2火災(zāi)探測(cè)器設(shè)置部位應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045的有關(guān)規(guī)定。
1.6.3高大空間感煙感溫探測(cè)器無法保護(hù)時(shí)，可在不同高度分別設(shè)置紅外光束感煙探測(cè)器，滿足設(shè)置規(guī)范要求。
1.6.4在需要進(jìn)行火災(zāi)早期探測(cè)的關(guān)鍵場(chǎng)所，宜采用吸氣時(shí)煙霧探測(cè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，設(shè)計(jì)見《吸氣式煙霧探測(cè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收規(guī)范》DB501-622-2005。
1.6.5 消防系統(tǒng)應(yīng)選擇控制中心報(bào)警系統(tǒng)。根據(jù)超高層建筑的使用功能不同，設(shè)置分控中心。報(bào)警信號(hào)或聯(lián)動(dòng)信號(hào)在控制中心和分控中心顯示。
1.7 建筑設(shè)備管理系統(tǒng)
1.7.1建筑設(shè)備管理系統(tǒng)應(yīng)滿足相關(guān)管理需求，對(duì)相應(yīng)的消防報(bào)警系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視及聯(lián)動(dòng)控制。
1.7.2建筑設(shè)備管理系統(tǒng)宜考慮對(duì)不同功能區(qū)域的管理和供能計(jì)量。
1.8 安全技術(shù)防范系統(tǒng)
1.8.1根據(jù)超高層建筑的使用功能、規(guī)模、性質(zhì)、安全管理要求及建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)成安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)適用、靈活有效的系統(tǒng)。
1.8.2入侵報(bào)警系統(tǒng)，超高層中重要部位，重要辦公用房，財(cái)務(wù)出納，貴重物品庫(kù)設(shè)置，要考慮報(bào)警位置、信號(hào)傳輸方式。網(wǎng)絡(luò)傳輸或?qū)Ｓ糜芯€傳輸、信號(hào)線、電纜線，要考慮機(jī)械強(qiáng)度、電壓降和信號(hào)衰減。
1.8.3視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)，超高層建筑規(guī)模大，宜采用專用有線傳輸方式，傳輸介質(zhì)選用同軸電纜控制線，電源線采用銅芯導(dǎo)線，傳輸距離超過200m時(shí)，要考慮信號(hào)衰減和電壓降。當(dāng)采用全數(shù)字式安防監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，宜采用綜合布線對(duì)絞電纜，要滿足綜合布線相關(guān)規(guī)定。
1.9 綜合布線系統(tǒng)
1.9.1設(shè)計(jì)遵照《綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50311-2007進(jìn)行。
1.9.2 超高層建筑面積大，建筑內(nèi)有多家公司、部門辦公營(yíng)業(yè)，進(jìn)線空間應(yīng)能提供給多家電信業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)者使用，要留有引入室外電、光纜的通路。進(jìn)線間內(nèi)宜設(shè)置單獨(dú)的分區(qū)。
1.9.3超高層建筑屬于特級(jí)建筑，要滿足消防要求，電纜、光纜選用阻燃等級(jí)，低煙無鹵級(jí)別產(chǎn)品。
1.10 有線電視和衛(wèi)星接收系統(tǒng)
1.10.1電視信號(hào)來自市政電視網(wǎng)。有衛(wèi)星接受要求的超高層建筑，根據(jù)接收信號(hào)頻道，選擇不同規(guī)格的拋物面天線，可選擇安裝在屋頂或地面。
1.10.2市政電視信號(hào)和衛(wèi)星電視信號(hào)，在設(shè)置的電視前端機(jī)房混合后，傳輸?shù)接脩艚K端，前端機(jī)房位置可選接近衛(wèi)星無線的頂屋或地下室層。
1.10.3信號(hào)在建筑內(nèi)傳輸，采用同軸電纜，傳輸系統(tǒng)構(gòu)成有放大器、分支分配器。超高層設(shè)計(jì)宜進(jìn)行信號(hào)衰減計(jì)算，出口滿足規(guī)范要求電平值。
2 條文說明
2.1 術(shù)語
超高層建筑的術(shù)語取自《民用建筑設(shè)計(jì)通則》GB50352-2005，即建筑高度大于100m的民用建筑被定義成超高層建筑。國(guó)際上也基本持相同或相似觀點(diǎn)，例如1972年，在美國(guó)賓夕法尼亞州伯利恒市的國(guó)際高層建筑會(huì)議上，認(rèn)定40層以上、建筑高度在100m以上的建筑定為超高層建筑。
2.2.1 負(fù)荷分級(jí)
表2-1取自《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ 16-2008。對(duì)于超高層建筑而言，經(jīng)常是多功能的，常用的有辦公、酒店、商業(yè)等綜合性建筑，因此，用電負(fù)荷等級(jí)可以參考本表。
消防類負(fù)荷等級(jí)一直是爭(zhēng)論的焦點(diǎn)，現(xiàn)行的《高層民用建筑沒計(jì)防火規(guī)范》GB50045-95（2005年版）第9.1.1條規(guī)定，高層建筑的消防控制室、消防水泵、消防電梯、防煙排煙設(shè)施、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)滅火系統(tǒng)、應(yīng)急照明、疏散指示標(biāo)志和電動(dòng)的防火門、窗、卷簾、閥門等消防用電，應(yīng)按現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50052的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，一類高層建筑應(yīng)按一級(jí)負(fù)荷要求供電，二類高層建筑應(yīng)按二級(jí)負(fù)荷要求供電。毫無疑問，超高層建筑是一類高層建筑。但是，超高層建筑由于其建筑高度高、建筑規(guī)模大、多功能性、人員眾多，其火災(zāi)危險(xiǎn)性、疏散和撲救難度均高于普通的高層建筑。鑒于此，將超高層民用建筑的消防控制室、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制裝置、火災(zāi)應(yīng)急照明及疏散指示標(biāo)志、防煙及排煙設(shè)施、自動(dòng)滅火系統(tǒng)、消防水泵、消防電梯及其排水泵、電動(dòng)的防火卷簾及門窗以及閥門等消防用電定為一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷。
2.2.2負(fù)荷密度
根據(jù)所收集到的超高層建筑[1][2][3]變壓器實(shí)際安裝容量，單位面積變壓器裝機(jī)容量在78～138VA/m2，平均值為111 VA/m2，詳見表7和圖1。因此，推薦負(fù)荷密度為80～120W/m2。
圖1 部分超高層建筑單位面積裝機(jī)容量
2.2 供電要求
由于超高層建筑的業(yè)態(tài)多樣性和長(zhǎng)距離供電特點(diǎn)，在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行整體考慮，同時(shí)還要考慮到不同業(yè)態(tài)的管理和維護(hù)問題。從表2-2可知，超高層建筑的電源至少需要兩路獨(dú)立市電電源，最多達(dá)9路10kV市電電源。
超高層建筑還存在大量的一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷，因此，需要應(yīng)急電源。而高等級(jí)的酒店、辦公等業(yè)態(tài)有大量的備用負(fù)荷，即在市電停電時(shí)酒店、辦公能滿足基本運(yùn)營(yíng)，因此酒店和辦公需要備用電源。
2.2.1 電源
1) 有表7可知，超高層建筑的正常市電電源數(shù)量不少于兩個(gè)，電源電壓等級(jí)也各不相同，表中為10kV、35kV或110kV，近年來20kV也逐漸被采用。
電源數(shù)量與負(fù)荷等級(jí)有關(guān)，由于存在大量的一級(jí)負(fù)荷和二級(jí)負(fù)荷，至少需要兩個(gè)電源，且當(dāng)一路電源斷電時(shí)，剩余電源應(yīng)能保證二級(jí)及以上負(fù)荷的供電。
電源數(shù)量還與一路電源所帶負(fù)荷容量有關(guān)。如表8所示，一路10kV電源所帶負(fù)荷不宜超過8000kVA，最大不得超過12000kVA，如果大于此限值，應(yīng)考慮提高電源的電壓等級(jí)或增加電源路數(shù)。
表8 一路電源所帶負(fù)荷限值[4]
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供電電壓等級(jí) （kV） |
變壓器總?cè)萘?/span> （kVA） |
備注 |
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10 |
100~8000 |
每路10kV電源最大不宜大于1.2萬kVA |
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20 |
200~1.6萬 |
每路20kV電源最大不宜大于2.4萬kVA |
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35 |
5000~4萬 |
|
|
110 |
2萬~10萬 |
2）～8） 關(guān)于超高層建筑設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組的建議，詳見文獻(xiàn)5。
2.2.2高壓供配電系統(tǒng)
1）～4）主配變電所——分配變電所結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)稱主分結(jié)構(gòu)，即超高層建筑中設(shè)一個(gè)總配變電所（簡(jiǎn)稱主站），由總配變電所向各分配變電所（簡(jiǎn)稱分站）的變壓器直接供電，參見圖2。與此對(duì)應(yīng)的是二級(jí)配電結(jié)構(gòu)，如圖3所示，總配變電所向分變電所供電，分變電所經(jīng)過二級(jí)配電向變壓器供電。兩者特點(diǎn)參見表9。
圖2 主分結(jié)構(gòu)示意圖
圖3 二級(jí)配電結(jié)構(gòu)示意圖
表9主分結(jié)構(gòu)與二級(jí)配電結(jié)構(gòu)比較
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結(jié)構(gòu)形式 |
主分結(jié)構(gòu) |
二級(jí)配電 |
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電源 |
至少兩路10kV、20kV、35kV、110kV獨(dú)立電源。 |
至少兩路10kV、20kV、35kV、110kV獨(dú)立電源。 |
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系統(tǒng) |
主站直接配電給各主站和分站中的變壓器。 |
主站一級(jí)配電，分站二級(jí)配電，各主分站向變壓器供電 |
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保護(hù) |
保護(hù)設(shè)在主站，分站進(jìn)線設(shè)負(fù)荷開關(guān)起隔離作用。當(dāng)主站出線保護(hù)不能滿足要求時(shí)，分站進(jìn)線應(yīng)設(shè)保護(hù)。 |
主分站均設(shè)保護(hù)。當(dāng)主站出線回路保護(hù)能滿足靈敏度要求，分站進(jìn)線可不設(shè)保護(hù)。 |
|
特點(diǎn) |
中壓電纜數(shù)量較多，主站中壓開關(guān)柜數(shù)量多 |
中壓電纜數(shù)量較少，主站中壓開關(guān)柜數(shù)量少，而分站中壓開關(guān)柜數(shù)量多 |
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可靠性 |
簡(jiǎn)單、可靠 |
多一級(jí)，可靠性略有降低 |
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投資 |
高 |
較高 |
|
維護(hù)成本 |
高 |
較高 |
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適用范圍 |
單一業(yè)態(tài)，或不需獨(dú)立管理 |
多業(yè)態(tài)需獨(dú)立管理的綜合性建筑 |
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結(jié)論 |
推薦 |
2.2.3 配變電所
1）分配變電所應(yīng)根據(jù)負(fù)荷情況設(shè)在避難層、頂層，其變壓器容量不宜超過1000kVA。由表10可知，常用的三款1000kVA變壓器的主要參數(shù)，SGB10-1000kVA、10kV的變壓器重量不足3t，其重量只有SCB10同規(guī)格的80%。寬度只有1.35m，因此，采用3t的貨梯即可解決垂直運(yùn)輸問題。而1000kVA變壓器基本上可以滿足樓上大型設(shè)備的需求。
表10 變壓器的體積和重量[4]
2) 關(guān)于繼電保護(hù)可歸納到表11中，供讀者參考。
表11 繼電保護(hù)列表[4]
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配變電所 |
部位 |
小電阻接地系統(tǒng) |
中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地 |
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總配變電所 |
高壓進(jìn)線 |
過流和速斷保護(hù) |
過流和速斷保護(hù) |
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零序接地故障保護(hù) |
單相接地報(bào)警 |
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失壓保護(hù) |
失壓保護(hù) |
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高壓母聯(lián) |
過流和速斷保護(hù) |
過流和速斷保護(hù) |
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高壓饋線 |
過流和速斷保護(hù) |
過流和速斷保護(hù) |
|
|
零序接地故障保護(hù) |
|||
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分配變電所 |
高壓進(jìn)線 |
不設(shè)保護(hù)* |
不設(shè)保護(hù)* |
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變壓器 |
過流和速斷保護(hù) |
過流和速斷保護(hù)； |
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零序接地故障保護(hù) |
溫度保護(hù) |
||
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溫度保護(hù) |
必要時(shí)設(shè)變壓器差動(dòng)保護(hù) |
||
|
必要時(shí)設(shè)變壓器差動(dòng)保護(hù) |
|||
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*當(dāng)上級(jí)保護(hù)不滿足保護(hù)靈敏度要求時(shí)，分配變電所進(jìn)線處應(yīng)設(shè)保護(hù)。 |
|||
變壓器的溫度保護(hù)通常設(shè)二級(jí)保護(hù)，第一級(jí)作用于超溫報(bào)警，并連鎖風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫啟動(dòng)風(fēng)機(jī)對(duì)變壓器進(jìn)行冷卻；第二級(jí)作用于超溫動(dòng)作跳閘，切除故障變壓器回路。
而母聯(lián)斷路器電流速斷保護(hù)僅在合閘瞬間投入，并在合閘后自動(dòng)解除。這樣可以減少保護(hù)配合的級(jí)數(shù)，提高可靠性。
2.2.4 低壓配電系統(tǒng)
1) 超高層建筑中消防設(shè)備供電干線及分支干線應(yīng)采用礦物絕緣電纜，這是《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ 16-2008中的規(guī)定。眾所周知，礦物絕緣電纜的絕緣材料氧化鎂極易受潮，受潮后絕緣快速降低。因此，盡量減少礦物絕緣電纜的長(zhǎng)度，減少偏移量。本條同時(shí)對(duì)礦物絕緣電纜中間接頭、端頭的防水防潮提出要求，詳見文獻(xiàn)6。
2）超高層建筑不宜采用穿刺線夾接線方式，此要求可以推廣到整個(gè)民用建筑電氣設(shè)計(jì)中。因?yàn)榇┐叹€夾尚沒有產(chǎn)品的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，各生產(chǎn)企業(yè)按其企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊。這幾年的工程實(shí)踐也證明了這一點(diǎn)。
2.3 照明設(shè)計(jì)要點(diǎn)
2.3.1本條是對(duì)超高層建筑設(shè)置航空障礙標(biāo)志燈的要求，圖4所示障礙標(biāo)志燈應(yīng)裝設(shè)的部位，即裝在建筑物或構(gòu)筑物的最高部位、外側(cè)轉(zhuǎn)角的頂端，障礙標(biāo)志燈的水平、垂直距離不宜大于45m。圖中藍(lán)色圓點(diǎn)所示。
圖4 航空障礙標(biāo)志燈設(shè)置示意
2.3.2本條是對(duì)屋頂直升機(jī)停機(jī)坪的照明要求，以滿足直升機(jī)全天候起降，包括發(fā)生災(zāi)害時(shí)的救援。編制依據(jù)為《民用直升機(jī)場(chǎng)飛行場(chǎng)地技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》MH5013—2008。
2.4 防雷與接地
2.4.1根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ 16-2008第11.9.1條第6款的規(guī)定，五星級(jí)賓館的電子信息系統(tǒng)防雷擊電磁脈沖防護(hù)等級(jí)劃分為A級(jí)，而賓館、酒店是超高層建筑的主要功能之一。且建筑物高度高、建筑體量大，雷擊風(fēng)險(xiǎn)大于普通建筑。故將超高層建筑電子信息系統(tǒng)防雷擊電磁脈沖防護(hù)等級(jí)推薦為A級(jí)。
表中斷路器可換成熔斷器。
2.4.2當(dāng)超高層建筑屋頂設(shè)有直升機(jī)停機(jī)坪時(shí)，應(yīng)避免避雷針對(duì)直升機(jī)的影響。《民用直升機(jī)場(chǎng)飛行場(chǎng)地技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》MH5013-2008第4.2.2條規(guī)定，除因功能要求而必須設(shè)置于安全區(qū)的易折物體外，在安全區(qū)內(nèi)不得有固定物體。因此，不應(yīng)在安全區(qū)內(nèi)設(shè)避雷針，可采用避雷帶作為接閃器。如果一定要設(shè)避雷針，則將避雷針設(shè)在安全區(qū)以外，并在避雷針上裝設(shè)航空障礙標(biāo)志燈。
2.5 消防報(bào)警系統(tǒng)
超高層建筑若有若干不同的使用功能時(shí)，各使用功能宜設(shè)置各自的分消防報(bào)警和控制系統(tǒng)，便于管理和維護(hù)。而整棟建筑應(yīng)統(tǒng)一設(shè)計(jì)，且設(shè)置總的消防控制中心，報(bào)警信號(hào)或聯(lián)動(dòng)信號(hào)在總控制中心和分控中心顯示。
3 結(jié)束語
本要點(diǎn)是我們高層建筑電氣設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)對(duì)超，其他民用建筑電氣共性的內(nèi)容沒有在本要點(diǎn)中敘述，請(qǐng)讀者參考《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ 16-2008等文獻(xiàn)[7]。而本要點(diǎn)著重對(duì)超高層建筑的電氣設(shè)計(jì)有針對(duì)性的做出要求和規(guī)定，在我單位試用中效果尚可，并不斷修訂和完善。讀者在參考本要點(diǎn)時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程的具體實(shí)際情況，靈活使用。如有不妥之處，請(qǐng)及時(shí)與雜志社聯(lián)系。
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