超高層建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)

何乙

(山西凱的建筑設(shè)計(jì)規(guī)劃有限公司，山西太原 030006)

0 引言

隨著超高層建筑的數(shù)量越來越多，電氣設(shè)備裝置的大量使用與其對(duì)超高層建筑工程項(xiàng)目的影響也慢慢的顯示了出來。由于超高層建筑的可靠運(yùn)行需要大量電氣設(shè)備的支持，所以怎樣增強(qiáng)電氣設(shè)計(jì)的可靠性以及安全性已成為設(shè)計(jì)人員一定要思考、解決的問題。下面就有效設(shè)計(jì)分析超高層建筑電氣系統(tǒng)的方式、方法進(jìn)行詳細(xì)探究。

1 供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 負(fù)荷的計(jì)算以及供電電源的確定

1)負(fù)荷的計(jì)算。一般超高層建筑供電設(shè)計(jì)需要搜集多種參數(shù)、依據(jù)，其中電力負(fù)荷是非常重要的參數(shù)之一。設(shè)計(jì)人員是否能夠準(zhǔn)確計(jì)算負(fù)荷，將會(huì)直接影響到電氣設(shè)備選擇的科學(xué)性、合理性以及經(jīng)濟(jì)性。一般設(shè)計(jì)人員可考慮選取需要系數(shù)法以及負(fù)荷密度法開展電力負(fù)荷計(jì)算工作。

2)供電電源的確定。我國相關(guān)規(guī)定要求中已經(jīng)明確標(biāo)注，為了提升建筑供電的可靠性以及安全性，超高層建筑需設(shè)置兩個(gè)以上的獨(dú)立電源，但獨(dú)立電源的具體數(shù)量還需設(shè)計(jì)人員根據(jù)現(xiàn)階段電網(wǎng)條件以及負(fù)荷大小確定。為了保證供電的持續(xù)性，這兩路獨(dú)立電源一般需要設(shè)計(jì)為同時(shí)供電以及互為備用方式。除此之外，超高層建筑項(xiàng)目還需要配備柴油發(fā)電機(jī)組作為一級(jí)負(fù)荷，從而確保各種事故用電能夠在15 s之內(nèi)得到自動(dòng)恢復(fù)，比如說消防設(shè)備用電、事故照明用電以及電腦設(shè)備用電等等。其中柴油發(fā)電機(jī)通常需要放置于地下層，若超高層建筑地下由多層構(gòu)成，柴油發(fā)電機(jī)不能夠放在最底層。

超高層建筑只布設(shè)柴油發(fā)電機(jī)是不能滿足建筑應(yīng)急照明設(shè)備的供電需求，這是由于超高層建筑的高度比較高，其疏散時(shí)間大約需要2 h，所以需要安裝使用應(yīng)急電源為應(yīng)急照明及時(shí)供電。這是由于如果將35 kV或者是10 kV電源設(shè)置為第一電源，將柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)為第2路電源，在要求柴油發(fā)電機(jī)向建筑的應(yīng)急照明系統(tǒng)進(jìn)行供電時(shí)，其需要的供電轉(zhuǎn)換時(shí)間為15 s，但是相關(guān)規(guī)定要求中所標(biāo)注的供電轉(zhuǎn)換時(shí)間為5 s，這是柴油發(fā)電機(jī)所遠(yuǎn)不能達(dá)到的，由此需增加應(yīng)急電源，也就是先使用應(yīng)急電源為應(yīng)急照明系統(tǒng)提供電源，待到應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)已經(jīng)啟動(dòng)同時(shí)能夠穩(wěn)定供電之后應(yīng)急電源再退出供電。盡管應(yīng)急電源屬于消耗品，但其在備用的情況下仍會(huì)出現(xiàn)一定的損耗，所以其使用壽命是有限的，通常普通的鉛酸免維護(hù)電池應(yīng)急電源使用壽命一般是5年～10年。由于應(yīng)急電源屬于柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行前的轉(zhuǎn)換電源，所以考慮到應(yīng)急電源的衰減以及各種其他因素，應(yīng)急電源通常需要根據(jù)10 min設(shè)置。

1.2 變配電所的布設(shè)位置

設(shè)計(jì)人員一般會(huì)將中央空調(diào)控制房以及水泵房布設(shè)于建筑的地下室，同時(shí)會(huì)將部分比較大的用電裝置布設(shè)于超高層建筑的1層～5層，所以為了使變壓器與負(fù)荷的中心地帶之間的距離盡可能的縮短，需要將變配電安裝在建筑的地下室，然后在變配電機(jī)房附近安設(shè)柴油發(fā)電機(jī)房。由于部分超高層建筑已超過200 m，所以其避難層或者是屋頂也往往會(huì)安裝很多的電氣設(shè)備，從經(jīng)濟(jì)價(jià)值上考慮，使用單個(gè)變配電所向建筑各電氣設(shè)備供電的成本、費(fèi)用較高，所以需要在避難層再安裝一個(gè)變配電所，從而縮小變配電所的供電區(qū)域。為了確保變配電所設(shè)置的科學(xué)性，設(shè)計(jì)人員還需考慮到變壓器等設(shè)備的垂直運(yùn)輸通道，同時(shí)分析設(shè)備樓板荷重。

2 科學(xué)選擇電線電纜

超高層建筑一般需要配備使用多種線路，其中消防設(shè)備應(yīng)考慮選取由礦物絕緣材料制成的防火電纜布設(shè)線路，從而防止由于供電線路的損壞所引發(fā)的消防設(shè)備不能正常運(yùn)行問題;而普通的照明回路以及動(dòng)力設(shè)備，需選取無煙無鹵電力的電線以及電纜，從而避免火災(zāi)發(fā)生之后電纜的護(hù)套層或者是絕緣由于起火蔓延而出現(xiàn)的人員或者是財(cái)產(chǎn)損失;由于空調(diào)設(shè)備的負(fù)荷較大，所以設(shè)計(jì)人員可考慮選擇密集母線槽使空調(diào)設(shè)備獲得持續(xù)供電。為了確保母線槽的質(zhì)量，其在配電室安裝階段需將其防護(hù)等級(jí)設(shè)定為IP54，而在其他區(qū)域只需要母線槽的防護(hù)等級(jí)設(shè)定為IP65即可。

為了提升負(fù)荷分配的可靠性以及靈活性，可將插接母線槽用于塔樓的垂直供電干線上，由于受到高樓位置偏移的影響，設(shè)計(jì)人員需考慮選取電纜連接母線槽這一設(shè)計(jì)手法，也就是前端干線需選取電纜，電纜在達(dá)到各個(gè)配電樓層之后需使用插接母線槽，在此過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)插接母線槽具體長度以及供電樓層數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，從而防止固定組件以及母線槽接駁受到建筑自然搖擺的影響，從而避免固定組件以及母線槽接駁遭到破壞，提升母線槽使用年限。

3 抗震問題

由于在地震發(fā)生之后，建筑物往往會(huì)遭到不同程度的破壞，這時(shí)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)考慮供電裝置是否會(huì)帶給建筑更大的破壞，像是火災(zāi)、爆炸等等。所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)采用多種手段將災(zāi)害影響降到最低，防止建筑物出現(xiàn)大范圍或者是大面積的損害。比如說由于超高層建筑的面積較廣、樓層較高，這使得電纜布經(jīng)范圍較大。建筑物在受到地震的影響之后，大樓往往會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)情況，這使得電纜也不斷的晃動(dòng)，由此電纜可能會(huì)出現(xiàn)斷裂、受損等問題，進(jìn)而導(dǎo)致建筑供電受到影響，所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)合理控制電纜長度，并選擇合適的固定手段控制電纜，使電纜能保留一定的富余量，從而減少拉拽對(duì)電纜的影響，保證電纜的完整性;除此之外，設(shè)計(jì)人員還需要相關(guān)裝置固定電氣設(shè)備，比如使用彈簧支架固定橋架等等，這樣在地震發(fā)生之后，盡管電氣裝置會(huì)隨著超高層建筑的移動(dòng)而不斷的振動(dòng)，但由于受到彈簧支架的作用，電氣裝置會(huì)受到一定的緩沖，從而降低了由于松脫或者是振動(dòng)而導(dǎo)致電氣設(shè)備受損問題，使得建筑的配電功能得到有效保障。

4 科學(xué)選擇電抗器，并做好諧波治理

一般來說，超高層建筑項(xiàng)目的諧波源與其諧波抑制技術(shù)大致等同于普通的辦公樓，其用電裝置主要是單相設(shè)備，同時(shí)使用2脈沖設(shè)備，像單相不間斷電源、電腦以及顯示器等等，這些裝置所造成的諧波往往在3次及以上，3次諧波是最為常見的。就此設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在諧波源得到有效控制的基礎(chǔ)上，將調(diào)諧濾波電容器安裝于低壓配電柜上，同時(shí)要求XL=14%XC，以使3次及超過3次的諧波得到抑制。另外還需在弱電機(jī)房，如電信機(jī)房以及中心計(jì)算機(jī)房等安裝有源濾波器，從而使諧波得到動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

5 結(jié)語

由于電氣設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作涉及的范圍較廣，技術(shù)難度大，這使得設(shè)計(jì)人員在開展建筑電氣設(shè)計(jì)工作時(shí)，需要面臨很多的挑戰(zhàn)。超高層建筑往往屬于民用建筑或者是綜合性建筑，其用電負(fù)荷大小與供電范圍往往較大，再加上其內(nèi)部人員密集程度較高，具有諸多用電設(shè)備，所以設(shè)計(jì)人員除了要做好負(fù)荷的計(jì)算、供電電源的確定、變配電所合理布設(shè)、科學(xué)選擇電線電纜以及解決地震對(duì)電氣設(shè)備的影響之外，還需要注重疏散指示標(biāo)志的布設(shè)以及消防應(yīng)急照明系統(tǒng)的安裝，并做到節(jié)能設(shè)計(jì)，這樣才能夠使超高層建筑項(xiàng)目的電氣使用安全性得到保障?？傊陔姎庠O(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員會(huì)面對(duì)各種各樣的情況，但只要設(shè)計(jì)人員能夠按照相關(guān)規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)，深入探析電氣設(shè)計(jì)的各個(gè)要點(diǎn)，才能夠使電氣系統(tǒng)更好的滿足超高層建筑運(yùn)行需求。

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