对高层建筑电气设计主要内容的研究
关键词:高层建筑,供电可靠性,柴油发电机
随着中国城市化进程的加快,高层建筑越来越多的进入我们的生活,高层建筑的设计也越来越多,高层建筑电气设计的内容非常多,包括:负荷计算、电源选择、高低压配电系统、照明系统、弱电系统。其中配电系统为设计中的主要内容，对于配电系统的可靠性及接地一直是大家探讨的热门话题，笔者多年从事电气设计，现将一些观点与大家分享。
一.配电系统的选定
(1)高层建筑的负荷分级
一级负荷：消防用电设备，应急照明，消防电梯
二级负荷：客用电梯，供水系统，公用照明
三级负荷：居民用电等其它
(2)配电系统
因为高层建筑存在着一级或二级负荷，因此高层建筑配电系统的供电电源应有两个独立的回路供电或采用一条回路电源和备用电源(发电机)供电。
a、高压配电系统：现代高层建筑均是采用两路独立的10kV电源同时供电。一般高压采用单母线分段，自动切换，互为备用。母线分段数目，与电源进线回路数相适应。只有当供电电源为一主一备时，才考虑采用单母线不分段的结线。电源进线几乎全部采用电缆进线。
B、为减少变压器台数，单台变压器的容量选择一般都大于1000kVA。为限制低压侧的短路电流，正常时变压器解列运行，中间设联络开关。照明和动力分开设变压器，当动力用电容量太小时，动力变压器可不分开装设，而在低压侧应对动力负荷分类计费。
C、高压系统及低压干线的配电方式基本上都采用放射式系统。楼层配电则为混合式系统。配电设备中的主要部分是干线。现代高层建筑的竖井多采用插接式母线槽。水平干线因走线困难，多采用全塑电缆与竖井母干线联接。每层楼竖井设层问配电小问。层间配电箱经插接自动空气开关从竖井母干线取得电源。当层数较多负荷数较大时，一般按层数分区供电，或将变压器分散设在地下层、中间层或最顶层。
D、低压配电系统各级开关均采用自动空气开关(断路器)，设置瞬时、短延时、长延时三级过流保护装置。各级自动空气开关的保护整定，应注意选择性配合，防止越级跳闸。
E、配电电压采用220/380V。配电系统根据负荷大小用单相(共三线：L线，N线，PE线)220V配电或三相(五线：即L1 L2 L3线，N线，PE线)配电。高层住宅的垂直干线宜采用电力电缆，分支电缆或母线槽配电、干线应在电气竖井内敷设，而电缆截面应按发热条件选(即：使其允许载流量不小于通过相线的计算电流)，再校验电压损和机械度。
高层住宅中只有一级和二级负荷才用双电源供电，设计系统时应注意。
每个住宅单元应设宅配电总箱、楼层电表箱和住户配电箱，楼层电表箱与住户配电箱应分开设置。公用走廊、楼梯间照明负荷应单独设公用电表计量。住宅电能计量系统应采用总线式集中抄表或自动抄表系统，以便物业管理。
住户配电箱应设照明回路和一般电源插座回路、厨房插座回路、卫生间插座回路、空调插座回路。除照明回路导线截面选择外，其余回路导线截面选择参照前面所述的电缆截面选择。
照明回路对电压要求较高。按GB50034-92规定，灯的端电压一般不应高于其额定电压的105%，也不宜低于其额定电压的95%。因此照明回路导线截面选择应按下式：
A=?∑M+∑αM′ /CΔUal%
∑M——为计算线段及其后面各段(指具有与计算线段相同导线根数的线段)的功率矩(M=PL)之和
∑αM′——为由计算线段供电而导线根数与计算线段不同的所有分支线的功率矩(M′=PL)之和，这些功率矩应分别乘以对应的功率矩换算系数后再相加
α——为功率矩换算系数(如下表)
ΔUal%′——为从计算线段的首端起至整个线路末端上的允许电压降对线路额定电压的百分值
C——为计算系数。
计算时，应从靠近电源的第一段干线开始，依次往后计算各线段的导线截面。计算出截面后，应选取相近而偏大的标准截面。而每段导线截面均应按机械强度和发热条件进行校验。
住宅配电线路应设短路保护、过负荷保护、接地保护以及漏电保护。为了防止电源电压波动对家用电器的影响，宜在住户配电箱内装设浪涌抑制保护装置，住宅室内配线宜用PVC管暗敷。
二.高层建筑的保护接地系统、等电位联结、接地保护的设定
(1)高层建筑若是城市公用变压器供电，低压配电系统保护接地形式应采用TT接地系统，且设专用保护线。若是住宅小区或单位内变压器供电，低压配电系统保护接地形式应采用TN-S形式。
(2)等电位联结是使电气装置各外露可导电部分和装置外可导电部分电位基本相等的一种电气联结。等电位联结的作用，在于降低接触电压，以保障人员安全。
按GB50054-95《低压配电设计规范》规定，采用接地故障保护时，在建筑物内应作总等电位联结。而当电气装置或其某一部分的接地故障保护不能满足规定要求时，尚应在局部范围内做局部等电位联结。因此高层建筑住宅中的浴室、卫生间、厨房等应做局部等电位联结。
(3)接地保护
a.TN-S系统中接地保护：对己有总等电位联结的措施;
若配电线路只供给固定式用电设备的末端线路，接地故障保护动作时间不宜大于5s，即top(E)≤5s
若供电给手握式和移动式电气设备的末端线路，则
top(E)≤0.4s
而系统配电线路接地故障保护的动作电流Iop(E)应满足：
Iop(E)≤Uφ|Z∑φ|
Uφ_系统相电压
|Z∑φ|_接地故障回路总阻抗模
接地保护可由过流保护或零序电流保护来实现，如达不到保护要求时，则应采用漏电电流保护。
b.TT系统中的接地保护
己采用总等电位联结措施的，其接地保护满足下式：
Iop(E)RE≤50v
其中：Iop(E)_接地故障保护动作电流
RE_电气设备外露可导电部分的接地电阻和PE线电阻
当采用过流保护时，反时限特性过流保护电器Iop(E)应保证5s内切断接地故障回路;而当采用瞬时动作特性过流保护时，Iop(E)应保证瞬时切断接地故障回路。
若过流保护达不到上述要求时，则采取漏电电流保护。
总结：高层建筑往往集多种功能于一体，其中工作人员、社会影响也较大，大楼供电的可靠性非常重要，也是高层建筑电气设计的主要内容，因此，在此方面的重视程度也要格外注意，只有科学的选用配电方案及选用柴油发电机才能有效的解决供电可靠行问题。
参考文献有：
(1)《建筑电气设计技术规程》中国建筑工业出版社。
(2)《建筑电气安装工程图集》，水利电力出版社。
(3)《民用建筑电气设计规范》JGJ16—2008