劉洪斌

山東大眾報(bào)業(yè)（集團(tuán)）有限公司 山東 濟(jì)南 250014

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，人民生活水平的提高。住宅小區(qū)中的高層建筑越來(lái)越多，人們的居住環(huán)境得到改善，更希望居住的安全、舒適。由于高層住宅建筑普遍的樓層高，居住人員密集。與普通的住宅相比，支持高層住宅建筑正常運(yùn)轉(zhuǎn)的電氣設(shè)備也多，增加了消防設(shè)備、用戶電梯；生活用水加壓泵等維持高層住宅正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必備設(shè)備，而可靠的電力對(duì)供應(yīng)是維持這些設(shè)備運(yùn)行的必要條件。因此，對(duì)高層住宅建筑電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出更高要求。

對(duì)高層住宅建筑電氣系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求，充分調(diào)研、獲取相關(guān)資料和數(shù)據(jù)，依據(jù)要嚴(yán)格遵守國(guó)家現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。要掌握和了解高層建筑內(nèi)用電設(shè)備的功能和重要程度，用電設(shè)備的數(shù)量和額定功率等參數(shù)。根據(jù)獲取的技術(shù)資料和參數(shù)，對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行負(fù)荷分級(jí)和負(fù)荷估算。確定電力變壓器的容量、型號(hào)；電壓等級(jí)、電源的供電方式；輸電電纜或?qū)Ь€，各種斷開(kāi)關(guān)等配電設(shè)備的選型。結(jié)合高層住宅建筑內(nèi)用電設(shè)備運(yùn)行的特點(diǎn)，采取的措施對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)、合理、規(guī)范的設(shè)計(jì)。確保電氣設(shè)備安全、可靠的運(yùn)行，確保人員和建筑的安全。

1 高層住宅建筑電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和基本內(nèi)容

1.1 高層住宅建筑電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

相比于其他住宅建筑，高層住宅建筑電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)是同高層建筑的特質(zhì)以及建筑內(nèi)的電氣設(shè)備有緊密的聯(lián)系。它增加了消防設(shè)備、用戶電梯；生活用水加壓泵等維持高層住宅正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必備電氣設(shè)備。還有為保障居民在高層住宅建筑內(nèi)正常、安全、舒適的居住生活的各種安全保障控制系統(tǒng)和信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等弱電設(shè)備。具有用電設(shè)備多，用電量大，各種用電設(shè)備功能繁雜，對(duì)居民、建筑物和電氣設(shè)備的安全性、可靠性要求高等特點(diǎn)，也因此對(duì)高層住宅建筑電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出更高的要求[1]。

1.2 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

高層住宅建筑的電氣系統(tǒng)內(nèi)容包括：①供電電源的選擇和分配。②用電負(fù)荷及用電比例的估算。③低壓配電系統(tǒng)。包括變壓器；計(jì)量方式；功率補(bǔ)償；低壓配電方式；防雷與安全接地；照明系統(tǒng)等。④弱電設(shè)備包括：消防報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)。⑤樓宇門(mén)禁、報(bào)警燈管理與監(jiān)控系統(tǒng)、通訊、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、有線電視等。

2 用電負(fù)荷分級(jí)及估算

住宅小區(qū)的高層住宅建筑是各種電氣設(shè)備的集中地，各種功能的電氣設(shè)備多，用電量大，是電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要部分。科學(xué)合理地設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)，對(duì)維持高層住宅建筑電氣系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。在對(duì)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，首先需要對(duì)高層住宅建筑的用電設(shè)備的性質(zhì)、數(shù)量和功率統(tǒng)計(jì)匯總，將用電設(shè)備分出用電負(fù)荷等級(jí)，對(duì)各種用電負(fù)荷及比例進(jìn)行估算，為下一步各種電氣設(shè)備選擇供電電源、設(shè)備的選型、配電方案等提供依據(jù)。

2.1 用電負(fù)荷分級(jí)

根據(jù)現(xiàn)行的國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，按照對(duì)中斷供電在政治經(jīng)濟(jì)所造成的影響程度和可能造成人身傷亡事故的嚴(yán)重程度，將用電負(fù)荷分為3個(gè)等級(jí)，按照負(fù)荷等級(jí)選擇供電電源和配電方案。其中將不允許中斷供電的特別重要場(chǎng)所的用電設(shè)備，以及停電將造成人員傷亡或設(shè)備損壞，造成重大經(jīng)濟(jì)損失的用電負(fù)荷劃分為一級(jí)負(fù)荷。將負(fù)荷中斷供電會(huì)在經(jīng)濟(jì)上造成較大損失和影響的用電負(fù)荷，及二類(lèi)高層民用建筑的用電負(fù)荷劃分為二級(jí)負(fù)荷。三級(jí)用電負(fù)荷對(duì)供電無(wú)特殊要求，采用單電源供電。住宅小區(qū)的供電電源由供電管理部門(mén)根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的實(shí)際確定通常為10kV高壓電源。同時(shí)根據(jù)負(fù)荷允許中斷時(shí)間考慮可以選擇發(fā)電機(jī)、UPS、蓄電池按等級(jí)設(shè)置備用電源以滿足供電[2]。根據(jù)負(fù)荷分級(jí)的原則，推薦對(duì)住宅小區(qū)主要用電設(shè)備的負(fù)荷分級(jí)參見(jiàn)表1。

表1 住宅小區(qū)用電設(shè)備的負(fù)荷分級(jí)

2.2 用電負(fù)荷估算

高層住宅建筑用電負(fù)荷的估算是供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)。在工程設(shè)計(jì)中，變壓器的容量、斷路開(kāi)關(guān)、輸電導(dǎo)線的選型是否安全、經(jīng)濟(jì)、合理，都需要對(duì)電氣系統(tǒng)的用電負(fù)荷進(jìn)行估算并以此為依據(jù)。

在計(jì)算高層住宅建筑的用電負(fù)荷時(shí)，通常將用電負(fù)荷分為公共部分和住宅部分進(jìn)行計(jì)算。公共部分用電負(fù)荷通常采用改進(jìn)的需要系數(shù)法計(jì)算。

需要系數(shù)法的公式為：

式中Pjs——計(jì)算有功功率（kW）

Kl——有功功率同時(shí)系數(shù)

Kx——設(shè)備組需要系數(shù)

Pe——設(shè)備組的設(shè)備功率（kW/戶）

這樣計(jì)算出的用電負(fù)荷在理論上可以作為住宅建筑選擇變壓器的依據(jù)。

住宅部分用電設(shè)備繁多、使用隨機(jī)性大。目前住宅部分的用電負(fù)荷通常采用單位指標(biāo)法計(jì)算[3]。單位指標(biāo)法計(jì)算有功功率的公式為：

式中Pjs——住宅計(jì)算有功功率（kW）

Kx——住宅建筑用電負(fù)荷需要系數(shù)

Pe——單套住宅用電負(fù)荷（kW/戶）

N——住宅戶數(shù)

變壓器容量的計(jì)算公式如3所示：

式中Sjs——變壓器所需容量

Pn——變壓器供電的住宅部分有功功率之和（kW）

Kx——住宅建筑用電負(fù)荷需要系數(shù)

Kl——變壓器負(fù)載率：85%

另一種估算用電負(fù)荷方法是將已建同類(lèi)高層住宅建筑的變壓器裝機(jī)容量作為設(shè)計(jì)師的參考。住宅高層建筑按以下估算：建筑面積≤80m2，6kW/戶；80m2<建筑面積≤120m2，8kW/戶；120m2<建筑面積≤150m2，10kW/戶；150m2以上住宅，超過(guò)面積部分按照50w/m2的標(biāo)準(zhǔn)配置?；竟╇娙萘孔罡邽?60kW/戶。住戶數(shù)量不同，需要系數(shù)不同。

高層住宅用電負(fù)荷的比例一般為：照明占15%～30%；空調(diào)等動(dòng)力用電占50%～65%（不含中央空調(diào)），一般電力占15%～25%。

3 電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 變壓器選擇

當(dāng)電力變壓器設(shè)置在高層住宅建筑時(shí)，電力變壓器應(yīng)選用干式變壓器，它具有體積小、易維護(hù)、防火性能好的特點(diǎn)。國(guó)間標(biāo)準(zhǔn)推薦使用連接線組別為Dyn11型變壓器，它具有限制三次諧波，降低零序阻抗，提高斷路器動(dòng)作靈敏度的優(yōu)點(diǎn)。

住宅小區(qū)變電站位置應(yīng)根據(jù)用電負(fù)荷的密度和分布情況，盡量選在結(jié)晶負(fù)荷中心的位置，通常設(shè)在高層住宅家住的地下層活下去的專(zhuān)用建筑內(nèi)。地下層是共層建筑用電負(fù)荷較為集中的地方，給、排水泵；消防水泵；排風(fēng)機(jī)等大用電量的設(shè)備多集中安裝在地下層，這樣選擇可方便進(jìn)出輸電電纜并降低線路損耗，提高電能質(zhì)量[4]。

3.2 計(jì)量方式

高層住宅建筑的總用電計(jì)量采用高供、高計(jì)方式，供電管理部門(mén)在10kV電源進(jìn)線處設(shè)置專(zhuān)用計(jì)量裝置，現(xiàn)在大多采用通過(guò)無(wú)線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)計(jì)量收費(fèi)。在低壓側(cè)按甲方要求(便于物業(yè)管理)設(shè)電力分表和住戶電度表。為便于管理，我國(guó)要求高層住宅小區(qū)實(shí)行住戶電度表一戶一表集中管理方式。多采用IC卡充值電度表或無(wú)線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。

3.3 功率因數(shù)補(bǔ)償

高層住宅小區(qū)用電設(shè)備的功率因數(shù)大多位于0.8～0.85之間，需要采取相應(yīng)措施進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償提高功率因數(shù)，已滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。高層住宅建筑通常采用低壓集中自動(dòng)補(bǔ)償方式，在變電室低壓側(cè)設(shè)功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償裝置，電容器組采用自動(dòng)循環(huán)投切方式，要求補(bǔ)償?shù)礁邏簜?cè)的功率因數(shù)在0.9以上[5]。

3.4 配電方式

高層住宅小區(qū)的供電電源，通常由供電部門(mén)提供一路10kV高壓交流電源，進(jìn)戶高壓電纜的規(guī)格、型號(hào)由供電部門(mén)確定并安裝敷設(shè)。高壓交流電源進(jìn)入高層建筑的變電室后，經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)換為220/380V的低壓交流電源，通過(guò)配電系統(tǒng)向各級(jí)負(fù)荷供電。

每臺(tái)變壓器采用放射式供電，低壓為微單母線分段運(yùn)行。消防用電單獨(dú)設(shè)母線段，以提高消防設(shè)備供電的可靠性。弱電機(jī)房采用UPS電源，地下車(chē)庫(kù)應(yīng)急照明采用EPS電源；障礙標(biāo)志燈采用太陽(yáng)能光伏電池；應(yīng)急電源要確保一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷的用電。對(duì)于消防控制室、消防負(fù)荷、用戶電梯、弱電機(jī)房等較重要的一級(jí)負(fù)荷，采用專(zhuān)用雙路電源供電。對(duì)于照明及一般負(fù)荷則多采用樹(shù)干式、放射式、水平是相結(jié)合的布線方式，由變電室之各樓層配電間敷設(shè)。

3.5 防雷與接地

在設(shè)計(jì)防雷裝置前，需要對(duì)高層住宅建筑及附近可能產(chǎn)生的雷電風(fēng)險(xiǎn)以及可能產(chǎn)生的損壞進(jìn)行評(píng)估確定防雷類(lèi)別，再根據(jù)防雷級(jí)別采取相應(yīng)的雷電防護(hù)措施。根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》防雷類(lèi)別的劃分原則，住宅小區(qū)內(nèi)高層民用建筑高度超過(guò)100m的屬于第二類(lèi)及防雷等級(jí)。100m以下19層及以上的民用建筑和高度超過(guò)50m的民用建筑屬于第三類(lèi)防雷等級(jí)。

高層住宅建筑的防雷裝置要滿足防直擊雷、側(cè)擊雷、防雷感應(yīng)及雷電波的侵入，并設(shè)置等電位聯(lián)結(jié)，由接閃器、引下線、接地極等構(gòu)成避雷裝置。裝置要鍍鋅防腐，可靠焊接。通常高層住宅建筑將防雷接地、變壓器中性點(diǎn)接地、電氣設(shè)備的保護(hù)接、電梯機(jī)房、消防控制室、弱電機(jī)房等共用統(tǒng)一接地裝置，接地電阻不大于1Ω。實(shí)測(cè)不滿足要求時(shí)，需增設(shè)人工接地極[6]。

3.6 照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高層住宅建筑照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有：照明光源選取、主要場(chǎng)所照度值計(jì)算、照明配電線路、應(yīng)急照明選取安裝等內(nèi)容。

高層住宅建筑內(nèi)照明設(shè)計(jì)：一般的場(chǎng)所光源推薦以節(jié)能型熒光燈、LED燈或其他節(jié)能型燈具等為主，動(dòng)力設(shè)備機(jī)房的光源推薦采用金屬鹵化物燈等防爆型燈具。各場(chǎng)所照明度值的選擇，推薦一般住宅日常照明照度值取100lx～200lx；建筑物公共部位照度值取50～150lx；設(shè)備機(jī)房照度值取150lx～500lx。高層住宅建筑應(yīng)急照明設(shè)計(jì)：消防控制室、消防泵房、通信機(jī)房變電室都要設(shè)置應(yīng)急照明。公共場(chǎng)所、走廊、樓梯間、主要出入口應(yīng)設(shè)置疏散照明。消防控制室、變電室、設(shè)備機(jī)房應(yīng)急照明持續(xù)供電時(shí)間應(yīng)大于180min。其他部位應(yīng)急照明燈具多采用內(nèi)置鎳鎘電池?zé)艟?，?yīng)急照明持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于30min。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著高層住宅建筑增多，人們對(duì)高層住宅建筑電氣系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提出更高的要求設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)要遵照“以人為本”的設(shè)計(jì)理念，嚴(yán)格遵守國(guó)家相關(guān)強(qiáng)制性規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，積極借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和理念，始終把保障人員用電安全放在第一位。要結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目特點(diǎn)合理選擇設(shè)計(jì)方案，滿足對(duì)高層住宅建筑電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，充分實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的功能。與此同時(shí)，要適當(dāng)考慮設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，在保障人員用電安全和設(shè)備安全、運(yùn)行穩(wěn)定的前提下，根據(jù)國(guó)情綜合考慮，處理好安全、綠色節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益三方面的關(guān)系。