摘要：为满足现代高层建筑对电梯运行速度和稳定性的需要，对于电梯的电气设计提出更高的要求。电梯的电气设计的重点方面在于在满足电梯供电要求，保障提供持续稳定的电源，以符合国家标准为前提，在配电设计方面注意电源的配置、电缆的选择、保护装置的设置等等，旨在保证电梯安全、持续、平稳的运行。
关键词：高层建筑；电梯；电气设计
引言
在高层的建筑中，电梯为人民提高了快捷舒适的服务，已经成为人们日常生活中必不可少的交通工具。因此，电梯的电气设计对电梯的正常运行起着至关重要的作用。在对电梯的电气进行设计时，所涉及到的相关专业的知识与技能非常多，因此，在实际施工中常常会出现一些配合不到位的地方，且由于各个设计人员对于电气设计的规范与标准理解不同，对电梯的电气设计之间就会造成明显差异。
1高层建筑电气设计过程中的常规要求
1.1 高层建筑电力负荷安全性和经济性要求高。高层建筑由于照明、
空调、电梯、给排水等诸多设备，因此负荷多，用电量特别大，供电的可靠性、经济性要求很高。
1.2 在高层建筑中，照明与动力一般不共用干线。动力负荷多采用电
缆供电，照明负荷则多采用母线槽配电，与动力分开。应急照明系统应该独立供电，可采用EPS应急电源，对于允许中断供电在毫秒级的设备，则可采用UPS。大功率负荷可以采用EA-YJS系列应急电源。
1.3 电气设备的管线应采用耐火、防火材料或者采取防火措施。
1.4 通风空调等主要用电设备布局分散，多数要求采用计算机集中管理。
1.5 采取防震措施。如配电屏、灯具等电气设备的防震；管线的层间贯通和建筑伸缩缝与沉降缝的耐震处理等应采取柔性处理。
1.6 消防要求高。除综合布线管线采用耐热或防火材料外，消防报警
和灭火系统灵敏度要求也非常高。
1.7 在高层建筑的电气设计中，要把电能消耗指标作为全面技术经济分析的重要组成部分。节电的设计方案，应根据技术先进、安全适用、经济合理、节约能源和保护环境的原则确定。采用合理的配电方式，
采用高效率变压器、电动机和照明光源（如LED）、无功功率补偿装置和设备监控电脑系统等措施，减少电能损耗，节约用电。
2高层建筑中电梯的配电设计
2.1电梯的负荷分级及供电要求
这些必须与建筑物的重要性和对电梯可靠性的要求相一致，并符合国家相关标准《供配电系统设计规范》的规定。高层建筑中重要的电梯为一级，高层建筑和重要公建的电梯为二级，重要的为一级；一般载货电梯、医用电梯为三级，重要的为二级；多层住宅和普通公建的电梯为三级。高层建筑中的消防电梯，应符合国家标准《高层民用建筑设计防火规范》的规定。普通电梯与消防电梯的电源必须分别采用专用的供电回路，且消防电梯的配电设备必须有明显标志。
2.2电梯的供电
电梯供电采用三相五线制，依据GB7588-2003第13.1.5规定。在三相四线制供电中由于三相负载不平衡时和低压电网的零线过长且阻抗过大时，零线将有零序电流通过，过长的低压电网，由于环境恶化、导线老化、受潮等因素，导线的漏电电流通过零线形成闭合回路，致使零线也带一定的电位，这对安全运行十分不利。在零干线断线的特殊情况下，断线以后的单相设备和所有保护接零的设备产生危险的电压，这是不允许的。如采用三相五线制供电方式，用电设备上所连接的工作零线 N 和保护零线 PE 是分别敷设的，工作零线上的电位不能传递到用电设备的外壳上，这样就能有效隔离了三相四线制供电方式所造成的危险电压，使用电设备外壳上电位始终处在"地"电位，从而消除了设备产生危险电压的隐患。
以额定荷载1000kg，额定速度2.5m/s，额定载重输出功率18.7kW（0.5h制），主电源AC380V，负载持续率60%的两台消防电梯的配电系统为例。因为保护电器的整定电流不小于电梯回路的计算电流51.18A，这里选择的保护开关的整定电流为63A。考虑到附属电器和机房内其它设施的负荷电流，为了保证用电设备外壳上电位始终处在“地”电位，供电采用三相五线制供电方式，电梯配电箱的配电系统设计如下：
3电能消耗的预算
自从第二次工业革命之后，电开始走进了人们的生活，并带给了人们前所未有的生活天体验，电能已经改变了人们的生活方式，可以说现在的人们已经离不开电，这就表示电在人们的生活中占据着重要的地位。对于城市居民的生活来说，电能更是推动生活前进的动力。在高层建筑中，由于电梯电气设备的设计装配比较复杂，这就给工作人员带来了极大地工作困难。特别是在用电量的预算方面，为了满足高层住户的需求，设计人员必须要把握好用户对于用电量的消耗。而且要根据季节的不同随时对电梯的配置电量做出调整，比如在用电的高峰期（冬季、夏季）要适当加大给用户的电量配给。
电梯每天大约耗能：E=（K1*K2*K3*K4）*P*T+E1。其中，K1为平衡系数及平均载荷；K2为乘坐率，住宅楼单梯或并联乘坐率取；K3为上下行系数；K4为速度载重提升高度系数；P即额定功率；T即时间；E1即待机时耗能（控制系统、门机耗电、显示、照明）。
3.1绿色环保的设计理念
现代人们都追求人与自然和谐相处的绿色环保的设计理念，对电气设计这一行来说，也要追求这种理念。
3.1.1满足建筑物的功能
即满足照明的照度、色温、显色指数；满足舒适性空调的温度及新风量，也就是舒适卫生；设计人员在设计时要注意将绿色环保的元素融入到设计中去，比如在材料的选用上优先采用亲环境材料。在电梯的内部设计上，设计人员尽量采用简洁的设计。
3.1.2 考虑实际经济效益
节能应根据国情考虑实际经济效益，不能因为注重节能而过高地消耗投资，增加运行费用。
3.1.3 节省无谓消耗的能量
高层建筑的节能潜力很大，应在设计中精心考虑。但是在选用节能的新设备上，应具体了解其原理、性能、效果，从技术、经济上进行比较后，再选定节能设备，以达到真正节能的目的。
4高层建筑电梯的安全系统设计
4.1电梯供电防灾报警装置及主开关的选择
4.1.1电梯供电主开关的选择
电梯电源设备的馈电开关必须采用低压断路器。低压断路器的额定电流应根据持续负荷电流和拖动电动机的起动电流来确定。过电流保护装置的负载、时间特性与设备负载、时间特性曲线相配合。
4.1.2防灾及报警装置
首先消防控制室在确认火灾后，也应能控制电梯全部停于撤离层，并接受其反馈信号。为此必须在消防电梯和平时兼作普通电梯的消防电梯中，在其撤离层靠近层门的候梯处增设消防专用开关及优先呼梯开关，供火灾时消防队员使用。在轿厢到达撤离层后，应保证轿厢的优先招回权，使之在不相应层站呼叫下进行操作。轿厢在达到指定层后就停留在该处，且轿门开着，直到轿内发出新的指令。其次建筑物内的组织机构应能及时、有效地应答紧急呼救。为使乘客在需要时能有效地向轿厢外求援，必须在轿厢内装设乘客易于识别和触及的报警装置。该装置可采用警铃，对讲系统，外部电话或类似形式的装置。报警装置需要就地提供电源时，要有可自动再充电的紧急电源，在正常电源被中断的情况下，它能至少供报警装置用电1h。在正常电源一旦发生故障情况下，应自动接通紧急电源。报警装置用紧急电源，可与照明用紧急电源共用。
4.2电梯的保护电器的装设
在现代建筑中，无论是电梯还是扶梯，都应该对其进行保护电器的装设，同时应对于每个保护电器采用明显的标志进行标示，以方便对其进行识别。保护电器的功能要做到既要具有将正常工况下的电流切断的能力，同时在进行这项任务的执行时能够保证电梯轿厢、机房、井道等系统部位照明和通风、报警装置的电源正常供给，保证其持续运行。对于电梯的照明和通风装置，可以进行照明配电箱的单独装设。指层器的照明供电可以由电梯本身具有的动力电源来提供。在电梯机房内的电源配电箱配备短路保护装置非常必要，对于断路器的选用，一定要按照国家规范要求的标准来配置。如果建筑内电梯数量较多是，可对各个电梯的回路进行断路器的分别设置，同时将各个关联装置采用标志进行标示，以便于识别。
4.3建筑的避雷措施和电气竖井
现代的高层建筑设计一般都采用避雷针或避雷带的方法来避雷，因为这两种办法经济又好用。这里需要注意的是要防止建筑物自身的钢筋、金属管道与接地线的接触，最好设计一个绝缘层将接地线包裹起来。在接地的处理方面，目前多采用将接地线与电气设备的保护接地、工作接地结合在一起，形成混合接地系统。为了更好的达到避雷效果，除了正常的自然接地外，最好再建立一个人工接地系统，将主要建筑物的基础连接起来，形成整体的接地网络。电气竖井在高层建筑的设计中占据着重要的地位，设计人员要根据具体情况调整竖井的个数和位置。需要注意的是，在设计时要着重考虑电缆在插接时的防护措施以及线路的抗震性和整体的防水、防尘问题。在设计时，要将电气竖井设置在靠近负荷中心的位置，也要靠近电梯。在电气竖井的面积设计上，要根据到电线的规模和数量，做到方便施工以及日后工作人员的维修。
5关于电梯运行效率的提高
5.1增加电梯自动返基站功能：
群控电梯外召控制方式多为分散待梯控制方式，即当一楼有外召唤时，群控系统只分配一台电梯响应该召唤，而其它电梯停在其它楼层等待召唤。这样，当一楼乘客较多时（如高峰期），由于只有一台电梯接送一楼乘客，乘客无法及时到达目的地，从而导致电梯运行效率大大降低。这种控制方式的弊端在分区运行或分层运行时表现的更为明显。
使用“电梯自动返基站系统”可以很好地解决上述问题。该系统分为两种工作状态：高峰运行和正常运行。高峰运行：当电梯响应完召唤后，立即返回基站侯客。正常运行：恢复为原先的运行状态（分散待梯）。两种状态的切换是根据客户要求的时间段自动切换（也可手动强制切换），并且在两种运行状态下，都不会影响电梯原先设定的响应功能。
5.2电梯分层响应
一般情况下，电梯在相临两个楼层间停层时，只能做低速运行（即短层运行），电梯要达到额定运行速度必须在两个以上楼层间运行。因此，减少电梯在相临两个楼层间停层就可以达到提高电梯运行效率的目的。减少电梯在相临两个楼层间停层的最直接的办法就是电梯分单双层运行或分高低区运行。这里需要说明的是，电梯消防运行与电梯正常运行为两种不同的运行状态，电梯分层运行不会影响电梯的消防运行。
5.3增加电梯错误消号功能：
当乘客进入电梯后，由于灯光昏暗、拥挤等原因，往往会导致乘客按错按钮，有时乘客背靠按钮面板时，可能会误将大部分按钮按亮，从而错误登记楼层，导致电梯在非目的层停层，造成电梯停站次数增加，电梯运行效率降低，能耗及机械磨损也相应增加。实际上，电梯每多停靠一个楼层，由于加速、减速、开关门等原因，电梯都将增加近七秒钟的运行时间，这在高峰期会大大降低电梯的运行效率。电梯增加错误登记消号功能后，当有错误登记时，只要乘客连续按动两次按钮，即可取消该登记楼层，从而达到避免电梯不必要停层的目的。
电梯承载效率 人/（部•min）
6结语
综上所述，电梯作为高层建筑中的一种特殊交通工具，在运行过程中为确保其安全与舒适性，对自身提出的严格要求。为了能使电梯的功能得到更好的发挥，就必须对电梯的电气系统进行良好的设计与完善，并确保其能够长期处于良好的运行状态。为此必须对电梯内部的电气设备进行更加合理的设计工作，从而进一步为人们的上下出行活动提供更加便捷的服务。
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[5]吴志明.高层建筑电梯的电气设计[J].林产工业.2014.41（5）：61-63.
论文作者:程卫安,李思超
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/17
标签：电梯论文; 高层建筑论文; 电源论文; 设备论文; 电气设计论文; 电流论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第8期论文;