摘要：针对高层建筑电气设计和接地保护措施，结合工程实例，在介绍高层建筑电气设计原则的基础上，对用电负荷、电源、电压的选择进行深入分析，并提出电缆电线选择、防雷系统、接地保护系统、消防火灾报警系统设计的措施，希望对我国高层建筑事业持续稳定的发展有一定帮助。
关键词：高层建筑；电气设计；接地保护措施；设计原则
引言：在城市化进程不断加快的背景下，大量高层建筑涌现在我国各大城市中，很大程度上满足了我国社会发展的需求。但高层建筑具有高度高、楼层多等特性，对电气设计和接地保护系统体提出了更高的要求，然而我国对高层建筑电气设计与接地保护措施的研究还有待新一步深入，因此，本文具体工程实例，基于电气设计原则，对接地保护措施做了如下分析。
一、工程概述
某建筑工程共87m，总建筑面积12.34万m2，共28层，地下2层，一层为弱电配电室，一层为停车场，其结构为混凝土剪力墙结构，为商业居住两用高层建筑工程，其中1~6层为商业，7~15层为标准单元式写字楼，16~28层为居民住宅楼。
二、高层建筑电气设计原则
（一）负荷等级划分原则
此建筑工程为高层建筑，接近超高层建筑工程，所以电负荷等级划分中必须遵循以下几点原则：一类负荷电梯、消防设备用电负荷，用电设备容量在2278.4~2784.5kW之间；二类负荷电气计算机系统和安防系统用电容量应该在2692.6kW以上；三类负荷商业、办公、住宅用电；空调、一般动力设备用电负荷要满足，用电设备容量应在6941.72kW左右，综合而言为满足此建筑工程的需求，供配电容量应该在14308.74kW左右才能满足实际需求。
（二）供电电源设计原则
供电电源由市供电局提供两个单独10kV回路的高压电源，由于此建筑工程的配电室设计地下一层，所以要把高压电缆线引入地下，然后引两路10kV的电源到配电室，主线采用单母线分段是连接方式，在具体应用过程中，两路电源互为备用，当一路出现故障以后，另一路提供所需电源，以满足用户持续稳定用电需求。在低压主线连接过程中同样采用单母线分段连接方式，设计两台变压器，互为备用，开关处选择电气-机械联锁。为确保消防等用电设备的供电可靠性，在此工程中设计柴油发电机作为第三电源，以确保消防设备大功率的需求[1]。
（三）供电变配电所设计
在高层建筑工程供电变配电所设计过程中，要遵循《民用建筑电气设计规范》（JGJ—2008）中的原则进行设计。就此建筑工程而言，弱电系统设置在地下，但建筑工程的高度为87米，所以供电变配电所从地下引到屋顶用电设备的供电距离能满足经济性和合理性的需求。所以在具体设计过程中，就要尽量把变压器设计在靠近符合中心，把供电变配电所设计在地下一层，把柴油机设置在的变配电机房旁边。供电变配电所设计过程中需要注意的是，要充分考虑变压器的垂直运输通道以及设备对楼板荷载的要求，所以控制单台变压器的容量在800kVA以下。
（四）供电变压器选择
由于本工程其中1~6层为商业，7~15层为标准单元式写字楼，16~28层为居民住宅楼。所以根据此高层建筑对电气设计的具体需求，同时结合负荷计算结果，决定在地下一层设计3个变配电室，其中①号变配电室变压器的总容量为6050kVA，采用3台1600kVA和一台1台1250kVA的节能型电力变压器，供地下室和商业区域用电需求；②号变配电室变压器的总容量为4450kVA，采用2台1600kVA和2台1250kVA的节能电力变压器进行供电，以供标准单元式写字楼用电需求； ③号变配电室变压器的总容量为2850kVA，通过1台1600kVA和1台1250kVA节能变压器进行供电，以满足居民住宅楼用电需求，整个高层建筑总装机容量为13200kVA，变压器接线组别为DYn/11，10kV/0.4kV，保护等级为IP40[2]。
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三、电缆电线选择和敷设
电缆电线选择和敷设是高层建筑工程电气设计和接地保护设计中最繁琐和复杂的工程，因为此建筑工程的功能比较多，电气种类比较多，电线量非常庞大。由于此高层建筑工程电容量比较大，所以选择了封闭式母线，无论普通家用电源、空调系统等电线等全部采用封闭式母线。配电干线敷设采用开敞式电缆托盘，配电室到电气竖井段采用封闭式防火电缆桥架进行敷设，从而降低了电缆电线敷设复杂性，也方便于今后的检修和维护[3]。
对构成高层建筑构成最大的威胁是火灾，通过不完全统计，因电气引起的火灾占总数的60%~70%，主要原因是电缆和电线老化或者过载使用引起的，同时火灾还会进一步引燃其他电线的绝缘层和护套材料，进一步加大了火灾的范围，其产生的有毒气体，也会导致大量人员伤亡，甚至会阻碍灭火的效率。所以在高层建筑防火设计中尽量选择耐火电线和阻燃电线，在发生火灾时，必须确保在消防水泵、送风机、排烟机、消防电梯等必须继续工作，相应电线和电缆应该更加安全可靠，避免消防工作造成影响。，尽可能的选用低烟无卤的环保电缆，在火灾发生时，可减少烟雾及有毒气体的产生，为大楼内的人员疏散争取更多的逃生时间。
四、防雷、接地保护系统设计
高层建筑工程的高度比较高，增加了其遭受雷击的概率，所以电气设计中必须综合考虑防雷接地系统设计，切实做好防雷保护和间接防雷保护。在《建筑物防雷设计规范》中规定在计算高层建筑年预计雷击次数时，建筑物周边的扩大宽度，必须按照等于高度H进行计算，其建筑物等效妙计应按照公式 。通过公式N = k×Ng×Ae可以计算出改建筑工程的年预计雷击次数为0.4547次/a[4]，防直击雷措施应《建筑物防雷设计规范》的要求设置。屋顶应设置防直击雷的避雷针和避雷带相结合防雷网，屋顶所有金属管道设备外壳均应可靠接地。
所谓工作接地就是电力系统电气装置中，为设备具体的运行需求所增设的接地系统，就此建筑工程而言，最主要的接地是变压器中性点或者中性线，能够很好的防止零序电压发生偏移，从而确保三项电压时刻保持平衡。
安全保护接地就把电气装置的金属外壳、配电装置的构架等，当起外部发发生绝缘损坏以后，在运行过程中，其外壳和构架就有可能带电。为了最大限度上减少其对人伤害就必须在电气设备的外部设置科学合理的安全保护接地系统。如果不做安全保护接地,当电气设备的绝缘被损坏时,其外壳有可能带电,一旦人体接触此电气设备的外壳,就可能造成伤害甚至生命危险。
在高层建筑各层钢结构架和混凝土的钢筋要相互焊接，如果结构圈梁中的钢筋在45m以下时，每三层连成闭合回路，在45m以上时每层都要应连成闭合回路，同时也要做好防雷装置引下线。同时超过45m以上的外墙栏杆、门窗等较大金属必须进行预埋，并和防雷装置相互连接。每三层与利用钢筋混凝土结构内的钢筋设置的局部等电位联结端子板连接一次[5]。
五、消防火灾自动报警及控制系统
《建筑设计防火规范》GB 50016-2014中明确规定，一类高层公共建筑必须设置火灾自动报警系统。设置先进、科学、合理的消防火灾自动报警系统，就本工程而言，火灾自动报警系统采用了控制中心报警系统方式，同时在消防控制室内设计了火灾报警和联动控制器、消防联动控制设备，当发生火灾时，可以自动直接拨打当地119火警电话。
六、结束语
综上所述高层建筑电气设计和接地保护设计的质量直接决定了人们的生命和财产安全，也是建筑工程电气从业人员的核心责任。在具体施工过程中必须结合高层建筑的实际需求，才能设计高质量、高水平电气设计和接地保护设计的方案，从而为人们营造一个安全舒适的环境。
参考文献
[1]孙建川. 探究消防电气设计在高层民用建筑中的应用[J]. 低碳世界,2015,01:222-223.
[2]项璐. 解析民用建筑电气保护接地设计与施工[J]. 科技与创新,2015,10:147+150.
[3]黄志坚. 高层民用建筑的消防电气设计探究[J]. 科技创新与应用,2015,14:229-230.
[4]高骄阳. 多高层住宅建筑电气接地设计的分析[J]. 黑龙江科技信息,2016,19:229.
[5]杨春霞. 论某高层建筑的接地安全[J]. 山西建筑,2016,32:140-141.
论文作者:韩巧良
论文发表刊物:《基层建设》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/14
标签：高层建筑论文; 建筑工程论文; 电气设计论文; 防雷论文; 火灾论文; 变压器论文; 电线论文; 《基层建设》2017年第8期论文;