一、高層建筑電氣設(shè)計的主要內(nèi)容
1.1負(fù)荷的計算
電力負(fù)荷是供電設(shè)計的依據(jù)參數(shù)。計算準(zhǔn)確與否，對合理選擇設(shè)備，安全可靠與經(jīng)濟運行，均起決定性作用。高層建筑的電力負(fù)荷計算，基本上采用負(fù)荷密度法和需要系數(shù)法。
1.2供電電源及電壓的選擇
為了保證供電可靠性，現(xiàn)代高層建筑至少應(yīng)有兩個獨立電源，具體數(shù)量應(yīng)視負(fù)荷大小及當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)條件而定。兩路獨立電源運行方式，原則上是兩路同時供電，互為備用。另外，還須裝設(shè)應(yīng)急備用柴油發(fā)電機組，要求在15秒鐘內(nèi)自動恢復(fù)供電，保證事故照明、電腦設(shè)備、消防設(shè)備、電梯等設(shè)備的事故用電。
國內(nèi)高層建筑的供電電壓，都采用10kV標(biāo)準(zhǔn)電壓等級。
1.3高低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計
(1)高壓配電系統(tǒng)：現(xiàn)代高層建筑均是采用兩路獨立的10kV電源同時供電。一般高壓采用單母線分段，自動切換，互為備用。母線分段數(shù)目，與電源進線回路數(shù)相適應(yīng)。只有當(dāng)供電電源為一主一備時，才考慮采用單母線不分段的結(jié)線。電源進線幾乎全部采用電纜進線。
(2)計費方式，采用高供高計。但在低壓側(cè)，仍裝設(shè)計費電度表，采用將照明與動力分開的兩部電價法。有些地方供電部門又把空調(diào)設(shè)備的用電，全部劃人照明計價系統(tǒng)，一般做法是安裝總表及動力表，由總表減去動力表以后，全部為照明電費。
(3)為減少變壓器臺數(shù)，單臺變壓器的容量選擇一般都大于1000kVA。為限制低壓側(cè)的短路電流，正常時變壓器解列運行，中間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。照明和動力分開設(shè)變壓器，當(dāng)動力用電容量太小時，動力變壓器可不分開裝設(shè)，而在低壓側(cè)應(yīng)對動力負(fù)荷分類計費。
(4)高壓系統(tǒng)及低壓干線的配電方式基本上都采用放射式系統(tǒng)。樓層配電則為混合式系統(tǒng)。配電設(shè)備中的主要部分是干線?，F(xiàn)代高層建筑的豎井多采用插接式母線槽。水平干線因走線困難，多采用全塑電纜與豎井母干線聯(lián)接。每層樓豎井設(shè)層問配電小問。層間配電箱經(jīng)插接自動空氣開關(guān)從豎井母干線取得電源。當(dāng)層數(shù)較多負(fù)荷數(shù)較大時，一般按層數(shù)分區(qū)供電，或?qū)⒆儔浩鞣稚⒃O(shè)在地下層、中間層或最頂層。
(5)低壓配電系統(tǒng)各級開關(guān)均采用自動空氣開關(guān)(斷路器)，設(shè)置瞬時、短延時、長延時三級過流保護裝置。各級自動空氣開關(guān)的保護整定，應(yīng)注意選擇性配合，防止越級跳閘。
(6)所有電梯均要求采用兩路不同變壓器引出的專用電纜進線。在電梯機房的末端配電箱，設(shè)兩路電源的自動切換裝置，互為備用。
(7)功率因數(shù)按規(guī)定應(yīng)補償?shù)?.9-0.95。無功補償都采用集中補償方式。為降低變壓器容量，多集中裝設(shè)在低壓側(cè)，與配電屏放在一起，但必須采用于式移相電容器。
1.4主要設(shè)備的選型
(1)高壓開關(guān)柜。現(xiàn)代高層建筑的變配電室設(shè)在主樓地下層，按規(guī)定不宜采用油開關(guān)。國外用于高層建筑的開關(guān)有三種類型可供選用：高壓空氣斷路器，SF6開關(guān)和真空斷路器。其中高壓空氣斷路器因技術(shù)陳舊，SF6開關(guān)尺寸數(shù)大，氣體具有毒性，故目前10kV真空斷路器應(yīng)用的較為普遍。因此，應(yīng)根高層建筑地下室的標(biāo)準(zhǔn)，選用具有“五防”功能的真空開關(guān)手車式高壓開關(guān)柜。
(2)電力變壓器。根據(jù)防火要求，主樓內(nèi)是不允許裝設(shè)大容量的油浸電力變壓器的。國外有干式變壓器、SFe變壓器和硅油變壓器等三種產(chǎn)品可供選用。國內(nèi)沈陽第二變壓器廠、北京變壓器廠、廣東順德特種變壓器廠等廠生產(chǎn)的干式變壓器，主要技術(shù)指標(biāo)已達到國際先進水平。
(3)低壓配電屏。國外低壓配電屏的結(jié)構(gòu)，幾乎都做成抽屜式，特別是大容量的出線，則做成手車式。國內(nèi)許多生產(chǎn)廠家的低壓配電屏也有引進技術(shù)做成抽屜式結(jié)構(gòu)的，其中有的(如多米諾組合式開關(guān)柜等)主要技術(shù)指標(biāo)已達國際先進水平。
低壓配電屏多采用自動空氣開關(guān)出線。當(dāng)配電變壓器的容量為1600kVA時，低壓母線上的短路容量已超過40kA， 目前國內(nèi)已能提供這樣大容量的產(chǎn)品(如多米諾組合式開關(guān)柜和YDS型抽出式／混合式低壓開關(guān)柜等)。
(4)應(yīng)急備用發(fā)電機組。過去大多是采用柴油發(fā)電機組做應(yīng)急備用電源的。近年國外高層建筑已開始采用燃汽輪發(fā)電機。這種發(fā)電機具有體積小、重量輕、反應(yīng)速度快，故障率低等優(yōu)點。
應(yīng)急備用發(fā)電機組必須是快速自起動的。按國外規(guī)定，應(yīng)能在15s內(nèi)恢復(fù)供電。從可靠性出發(fā)選用兩臺，自動并車。容量較小時也可選用一臺。
(5)母線槽和電纜。插接式絕緣母線槽，具有容量大、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、使用維護方便等優(yōu)點。國外的現(xiàn)代高層建筑，插接式絕緣母線槽已完全取代了電纜豎井。遵義長征電氣控制設(shè)備廠研制的密集型插接式絕緣母線槽，主要技術(shù)性能指標(biāo)已達到國際先進水平，并在廣州中國大酒店、花園酒店及上海華亭賓館、雁蕩公寓等得到實際應(yīng)用。絕緣母線槽有銅的和鋁的兩種。
1．5變電所位置的確定
現(xiàn)代高層建筑的用電量相當(dāng)大，在確定變電所位置時，應(yīng)盡可能使高壓深入負(fù)荷中心。這對節(jié)約電能，提高供電質(zhì)量都有重要意義。
國外高層建筑的變電所都設(shè)在主樓內(nèi)。建筑高度在30層左右的，大都集中在底層；60層左右的，則分散在地下層、中間層和頂層。也有僅在中間層或僅在地下層、頂層設(shè)變電所的。變電所的數(shù)量及其位置的分布，應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟比較決定。
1．6微電腦在變電所中的應(yīng)用
現(xiàn)代高層建筑規(guī)模很大，所以其變電所的規(guī)模也較大。如湖南國貿(mào)中心大廈的初步設(shè)計時，中心變電所設(shè)在地下三層，內(nèi)設(shè)手車式高壓開關(guān)柜14臺，抽屜式低壓配電屏近40臺，電容補償柜12臺，40Ah鎬鎳電池柜一套及中央信號屏，1600kVA變壓器二臺，1250kVA變壓器二臺，其建筑面積150+400m2左右；在第26層(主樓)設(shè)有變電所一個。在地下一層，設(shè)600kW自起動柴油發(fā)電機組二臺。整個供電系統(tǒng)很復(fù)雜，對這樣一個供電系統(tǒng)，要求供電可靠，各種供電參數(shù)及開關(guān)狀態(tài)、變壓器運行狀態(tài)和各機房運行狀態(tài)，若用人工值班，通過電話聯(lián)系或人工巡視，工作量大，速度也很慢。設(shè)計人員在預(yù)留的控制室內(nèi)使用微電腦進行監(jiān)測、管理，能迅速發(fā)現(xiàn)故障，使設(shè)備作工況運行，實現(xiàn)遙控遙測，達到節(jié)約能源，減少人力，安全、合理運行。
1．7電氣照明設(shè)計
電氣照明設(shè)計，包括光源選擇、照度計算、燈具造型，燈具布置，眩光控制和調(diào)光控制和照明配電線路敷設(shè)等。照明設(shè)計與建筑裝飾有著非常密切的關(guān)系，應(yīng)該相互配合，在使用功能及藝術(shù)意境方面求得統(tǒng)一。選用高光效電光源，可以取得節(jié)能的明顯效果。
1．8防雷與接地
現(xiàn)代高層建筑的防雷設(shè)計，除采用避雷針和避雷帶的傳統(tǒng)做法外，近年還出現(xiàn)有消雷器和放射性避雷針。這兩種防雷技術(shù)雖然在工程上得到不少實際應(yīng)用，但在理論上一直是有爭議的。廣州花園酒店、南京金陵飯店都裝設(shè)了放射性避雷針。但是也有人認(rèn)為，從國外引進的這種放射性避雷針，維護復(fù)雜，價格又不便宜，還是采用傳統(tǒng)的避雷方法簡單可靠，更加經(jīng)濟合算。但必須保證各層樓面鋼筋、金屬管道與該層用作引下線的柱筋有可靠的連接，形成等電位層?，F(xiàn)代高層建筑都是采用鋼筋混凝土剪力墻，與樓板的連接是十分可靠的。關(guān)鍵是做好金屬管線的接地?，F(xiàn)代高層建筑的防雷接地、電氣設(shè)備的保護接地和工作接地，都是合在一起的，組成混合接地系統(tǒng)。接地電阻按最小的要求而定，通常是在4歐以下。利用建筑物的鋼筋混凝土基礎(chǔ)作接地板。盡管基礎(chǔ)鋼筋等自然接地體已能滿足接地電阻的要求，仍需要裝設(shè)水平的人工接地體，將主要的建筑物基礎(chǔ)連接成接地網(wǎng)，這對均衡電位，提高安全性都有好處。
1．9電梯
電梯按使用功能分，有高級客梯、普通客梯、觀景梯、服務(wù)梯、消防梯、貨梯、自動扶梯等許多種；按速度又分為低速梯、快速梯、高速梯和超高速梯等；按電流分則有交流和直流兩大類。設(shè)計人員的任務(wù)是要確定電梯臺數(shù)和決定電梯功能。電梯的配置和造型，不是電氣設(shè)計人員單方面所能決定的，必須與總建筑師或總體交通設(shè)計人員共同研究才能確定。
現(xiàn)代高層建筑的電梯，為了提高輸送能力和縮短候梯時問，一般都采用高速或超高速電梯，分組實行電腦群控。為提高運行的穩(wěn)定性和舒適感，客梯都是選用直流電動機驅(qū)動
1.1負(fù)荷的計算
電力負(fù)荷是供電設(shè)計的依據(jù)參數(shù)。計算準(zhǔn)確與否，對合理選擇設(shè)備，安全可靠與經(jīng)濟運行，均起決定性作用。高層建筑的電力負(fù)荷計算，基本上采用負(fù)荷密度法和需要系數(shù)法。
1.2供電電源及電壓的選擇
為了保證供電可靠性，現(xiàn)代高層建筑至少應(yīng)有兩個獨立電源，具體數(shù)量應(yīng)視負(fù)荷大小及當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)條件而定。兩路獨立電源運行方式，原則上是兩路同時供電，互為備用。另外，還須裝設(shè)應(yīng)急備用柴油發(fā)電機組，要求在15秒鐘內(nèi)自動恢復(fù)供電，保證事故照明、電腦設(shè)備、消防設(shè)備、電梯等設(shè)備的事故用電。
國內(nèi)高層建筑的供電電壓，都采用10kV標(biāo)準(zhǔn)電壓等級。
1.3高低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計
(1)高壓配電系統(tǒng)：現(xiàn)代高層建筑均是采用兩路獨立的10kV電源同時供電。一般高壓采用單母線分段，自動切換，互為備用。母線分段數(shù)目，與電源進線回路數(shù)相適應(yīng)。只有當(dāng)供電電源為一主一備時，才考慮采用單母線不分段的結(jié)線。電源進線幾乎全部采用電纜進線。
(2)計費方式，采用高供高計。但在低壓側(cè)，仍裝設(shè)計費電度表，采用將照明與動力分開的兩部電價法。有些地方供電部門又把空調(diào)設(shè)備的用電，全部劃人照明計價系統(tǒng)，一般做法是安裝總表及動力表，由總表減去動力表以后，全部為照明電費。
(3)為減少變壓器臺數(shù)，單臺變壓器的容量選擇一般都大于1000kVA。為限制低壓側(cè)的短路電流，正常時變壓器解列運行，中間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。照明和動力分開設(shè)變壓器，當(dāng)動力用電容量太小時，動力變壓器可不分開裝設(shè)，而在低壓側(cè)應(yīng)對動力負(fù)荷分類計費。
(4)高壓系統(tǒng)及低壓干線的配電方式基本上都采用放射式系統(tǒng)。樓層配電則為混合式系統(tǒng)。配電設(shè)備中的主要部分是干線?，F(xiàn)代高層建筑的豎井多采用插接式母線槽。水平干線因走線困難，多采用全塑電纜與豎井母干線聯(lián)接。每層樓豎井設(shè)層問配電小問。層間配電箱經(jīng)插接自動空氣開關(guān)從豎井母干線取得電源。當(dāng)層數(shù)較多負(fù)荷數(shù)較大時，一般按層數(shù)分區(qū)供電，或?qū)⒆儔浩鞣稚⒃O(shè)在地下層、中間層或最頂層。
(5)低壓配電系統(tǒng)各級開關(guān)均采用自動空氣開關(guān)(斷路器)，設(shè)置瞬時、短延時、長延時三級過流保護裝置。各級自動空氣開關(guān)的保護整定，應(yīng)注意選擇性配合，防止越級跳閘。
(6)所有電梯均要求采用兩路不同變壓器引出的專用電纜進線。在電梯機房的末端配電箱，設(shè)兩路電源的自動切換裝置，互為備用。
(7)功率因數(shù)按規(guī)定應(yīng)補償?shù)?.9-0.95。無功補償都采用集中補償方式。為降低變壓器容量，多集中裝設(shè)在低壓側(cè)，與配電屏放在一起，但必須采用于式移相電容器。
1.4主要設(shè)備的選型
(1)高壓開關(guān)柜。現(xiàn)代高層建筑的變配電室設(shè)在主樓地下層，按規(guī)定不宜采用油開關(guān)。國外用于高層建筑的開關(guān)有三種類型可供選用：高壓空氣斷路器，SF6開關(guān)和真空斷路器。其中高壓空氣斷路器因技術(shù)陳舊，SF6開關(guān)尺寸數(shù)大，氣體具有毒性，故目前10kV真空斷路器應(yīng)用的較為普遍。因此，應(yīng)根高層建筑地下室的標(biāo)準(zhǔn)，選用具有“五防”功能的真空開關(guān)手車式高壓開關(guān)柜。
(2)電力變壓器。根據(jù)防火要求，主樓內(nèi)是不允許裝設(shè)大容量的油浸電力變壓器的。國外有干式變壓器、SFe變壓器和硅油變壓器等三種產(chǎn)品可供選用。國內(nèi)沈陽第二變壓器廠、北京變壓器廠、廣東順德特種變壓器廠等廠生產(chǎn)的干式變壓器，主要技術(shù)指標(biāo)已達到國際先進水平。
(3)低壓配電屏。國外低壓配電屏的結(jié)構(gòu)，幾乎都做成抽屜式，特別是大容量的出線，則做成手車式。國內(nèi)許多生產(chǎn)廠家的低壓配電屏也有引進技術(shù)做成抽屜式結(jié)構(gòu)的，其中有的(如多米諾組合式開關(guān)柜等)主要技術(shù)指標(biāo)已達國際先進水平。
低壓配電屏多采用自動空氣開關(guān)出線。當(dāng)配電變壓器的容量為1600kVA時，低壓母線上的短路容量已超過40kA， 目前國內(nèi)已能提供這樣大容量的產(chǎn)品(如多米諾組合式開關(guān)柜和YDS型抽出式／混合式低壓開關(guān)柜等)。
(4)應(yīng)急備用發(fā)電機組。過去大多是采用柴油發(fā)電機組做應(yīng)急備用電源的。近年國外高層建筑已開始采用燃汽輪發(fā)電機。這種發(fā)電機具有體積小、重量輕、反應(yīng)速度快，故障率低等優(yōu)點。
應(yīng)急備用發(fā)電機組必須是快速自起動的。按國外規(guī)定，應(yīng)能在15s內(nèi)恢復(fù)供電。從可靠性出發(fā)選用兩臺，自動并車。容量較小時也可選用一臺。
(5)母線槽和電纜。插接式絕緣母線槽，具有容量大、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、使用維護方便等優(yōu)點。國外的現(xiàn)代高層建筑，插接式絕緣母線槽已完全取代了電纜豎井。遵義長征電氣控制設(shè)備廠研制的密集型插接式絕緣母線槽，主要技術(shù)性能指標(biāo)已達到國際先進水平，并在廣州中國大酒店、花園酒店及上海華亭賓館、雁蕩公寓等得到實際應(yīng)用。絕緣母線槽有銅的和鋁的兩種。
1．5變電所位置的確定
現(xiàn)代高層建筑的用電量相當(dāng)大，在確定變電所位置時，應(yīng)盡可能使高壓深入負(fù)荷中心。這對節(jié)約電能，提高供電質(zhì)量都有重要意義。
國外高層建筑的變電所都設(shè)在主樓內(nèi)。建筑高度在30層左右的，大都集中在底層；60層左右的，則分散在地下層、中間層和頂層。也有僅在中間層或僅在地下層、頂層設(shè)變電所的。變電所的數(shù)量及其位置的分布，應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟比較決定。
1．6微電腦在變電所中的應(yīng)用
現(xiàn)代高層建筑規(guī)模很大，所以其變電所的規(guī)模也較大。如湖南國貿(mào)中心大廈的初步設(shè)計時，中心變電所設(shè)在地下三層，內(nèi)設(shè)手車式高壓開關(guān)柜14臺，抽屜式低壓配電屏近40臺，電容補償柜12臺，40Ah鎬鎳電池柜一套及中央信號屏，1600kVA變壓器二臺，1250kVA變壓器二臺，其建筑面積150+400m2左右；在第26層(主樓)設(shè)有變電所一個。在地下一層，設(shè)600kW自起動柴油發(fā)電機組二臺。整個供電系統(tǒng)很復(fù)雜，對這樣一個供電系統(tǒng)，要求供電可靠，各種供電參數(shù)及開關(guān)狀態(tài)、變壓器運行狀態(tài)和各機房運行狀態(tài)，若用人工值班，通過電話聯(lián)系或人工巡視，工作量大，速度也很慢。設(shè)計人員在預(yù)留的控制室內(nèi)使用微電腦進行監(jiān)測、管理，能迅速發(fā)現(xiàn)故障，使設(shè)備作工況運行，實現(xiàn)遙控遙測，達到節(jié)約能源，減少人力，安全、合理運行。
1．7電氣照明設(shè)計
電氣照明設(shè)計，包括光源選擇、照度計算、燈具造型，燈具布置，眩光控制和調(diào)光控制和照明配電線路敷設(shè)等。照明設(shè)計與建筑裝飾有著非常密切的關(guān)系，應(yīng)該相互配合，在使用功能及藝術(shù)意境方面求得統(tǒng)一。選用高光效電光源，可以取得節(jié)能的明顯效果。
1．8防雷與接地
現(xiàn)代高層建筑的防雷設(shè)計，除采用避雷針和避雷帶的傳統(tǒng)做法外，近年還出現(xiàn)有消雷器和放射性避雷針。這兩種防雷技術(shù)雖然在工程上得到不少實際應(yīng)用，但在理論上一直是有爭議的。廣州花園酒店、南京金陵飯店都裝設(shè)了放射性避雷針。但是也有人認(rèn)為，從國外引進的這種放射性避雷針，維護復(fù)雜，價格又不便宜，還是采用傳統(tǒng)的避雷方法簡單可靠，更加經(jīng)濟合算。但必須保證各層樓面鋼筋、金屬管道與該層用作引下線的柱筋有可靠的連接，形成等電位層?，F(xiàn)代高層建筑都是采用鋼筋混凝土剪力墻，與樓板的連接是十分可靠的。關(guān)鍵是做好金屬管線的接地?，F(xiàn)代高層建筑的防雷接地、電氣設(shè)備的保護接地和工作接地，都是合在一起的，組成混合接地系統(tǒng)。接地電阻按最小的要求而定，通常是在4歐以下。利用建筑物的鋼筋混凝土基礎(chǔ)作接地板。盡管基礎(chǔ)鋼筋等自然接地體已能滿足接地電阻的要求，仍需要裝設(shè)水平的人工接地體，將主要的建筑物基礎(chǔ)連接成接地網(wǎng)，這對均衡電位，提高安全性都有好處。
1．9電梯
電梯按使用功能分，有高級客梯、普通客梯、觀景梯、服務(wù)梯、消防梯、貨梯、自動扶梯等許多種；按速度又分為低速梯、快速梯、高速梯和超高速梯等；按電流分則有交流和直流兩大類。設(shè)計人員的任務(wù)是要確定電梯臺數(shù)和決定電梯功能。電梯的配置和造型，不是電氣設(shè)計人員單方面所能決定的，必須與總建筑師或總體交通設(shè)計人員共同研究才能確定。
現(xiàn)代高層建筑的電梯，為了提高輸送能力和縮短候梯時問，一般都采用高速或超高速電梯，分組實行電腦群控。為提高運行的穩(wěn)定性和舒適感，客梯都是選用直流電動機驅(qū)動