关键词：
一、设计原则
1.稳定性方面：
稳定性是指所涉及的高层建筑电气投入到实际运用的过程中时，可以保证供电的稳定以及连续性，不会因为使用用户等外界因素的不稳定，导致在使用过程中出现电压电流起伏不定的现象。我国现行标准中，核心城市供电要求达到四个9的水平，即每供电10000h，允许出现1h停电；普通城市供电要求达到三个9的水平，即每供电1000h，允许出现1h停电[1]。
2.安全性方面：
安全是高层建筑电气设计中的首要原则。不仅仅包括在设计过程中及实施建筑过程中施工人员、设计人员、施工设备等等的安全，也包括在使用过程中用户及整个供电系统的安全。所以在现代电路的设计中多采用并联电路设计，以满足不同用户，不同设备的使用。而且电路之间的短路、断路等问题都不容小觑，一旦事故发生给一个城市、家庭、用户等造成的伤害是让人无法想象的。因此随着现代用电设备越来越多，用电量越来越大，用电量波动越来越明显，这些容易引发安全的问题必须引起高度重视。
3.经济性方面：
经济性是指在高层电气设计中，在保持用户使用过程中能达到电能电量充足且避免浪费的情况下，维持电气设计使用的经济性。比如配电系统的分析参数，可以通过选取合适的变压器，适应不同应用的线路以及其他相关设备等。现代技术的发展和应用，进一步提升了电能流量监测水平，也为高层建筑电气设计提供了更多思路[2]。
二、高层建筑电气设计要点
1.电力负荷的计算：因为电力负荷是由建筑中电力设备运行的必要条件，它与建筑的经济性、安全性息息相关，所以建筑电气最首要的方面就是先搞清楚该建筑的电力负荷，然后根据电力符合选择合适的导线和电力设备。若电力负荷计算与实际所需的负荷相差过大，计算负荷比实际所需负荷大时，会造成投资费用的增加、电力资源的浪费；而计算负荷比实际值小时，容易造成设备欠载、导线电路的损坏等等，严重时还可能会引发火灾。电力负荷也分为三个等级，其中高层建筑的消防报警装置为一级负荷，至少需要两个回路对其进行供电。以下是三相多组用电设备计算负荷的确定方法：
有功计算负荷：.png)
无功计算负荷：.png)
视在计算负荷：.png)
用电设备计算电流：.png)
其中为同时系数，一般取0.85~0.95。
而照明、电炉等单相用电设备负荷计算如下：
单相设备接于相电压时：.png)
单相设备接于同一线电压时：.png)
其中为单相设备容量。
2.供电电源及电压选择：
因为在高层建筑中，大量的用电设施分布比较密集，且其中不乏大功率用电设备，这样就导致了高层建筑的中的主干线如果使用低电压等级就会满足不了建筑物用电设备所需的电力需求，所以一般高层建筑中的主干线电压等级都是10kv，部分建筑的用电设备功率较大或者用电设施更多可能其所需要35kv电压等级的电源。高层建筑也需要2个独立电源进行供电，以保证一路电源故障时，可以切换另一路电源进行使用。对于高层建筑中的一级负荷还必须设置应急电源，以防止发生事故两路公断电源全部中断供电所时，一级负荷还能得到维持运转所需的电能。而应急电源一般为柴油发电机，当市电全部中断时，柴油发电机能在15～30s内启动达到供电要求;当市电恢复时，机组能够自动退出[3]。
3.配电系统的设计：
高层建筑配电系统又分为高压配电系统和低压配电系统。其中高压配电系统包括对两路10kv母线电源线路的设计，根据该高层建筑的投资多少以及使用性质来决定使用的变压器个数，变压器的主接线的电气原理图如图一。高压配电系统的接线方式也有很多种方法，如放射式、树干式、环式等，根据负荷的重要程度选择不同的接线方式，放射式接线用于容易维修、保护装置简单、容易实现自动化等优点，但供电可靠性差；树干式接线方式的优点是线路结构简单，经济投入较小，金属材料的投入也较少，但其缺点也比较明显，当干线上任何位置出现故障时，则这条干线上的所有用电用户都会面临停电的状况，且影响面积比较大，而且这种方式不易实现自动化；环式接线方式则是由串联式树干式改进而来，只要将其收尾两端连起来就是环式接线方式，目前我国多数采用的拉手环式接线。低压配电系统是变电所中包括变压器到用户的用电设备以及其线路设施。低压配电系统中也有放射式、树干式、环式等接线方式。总之接线方式的选择首先保证供电的可靠性，其次再考虑供电的经济投入，操作安装是否简便、安全，维护维修的费用是否高，自动化的设计是否容易，发展的空间是否充足等等。
4.接地与电气安全：电气设备应与大地之间做良好的电气连接，按接地的类型可分为工作接地和保护接地。工作接地是指按照电力系统的工作需要，将电气设备的某一部分进行接地，如变电所里的变压器中性点的接地，根据情况选择直接接地还是经消弧线圈接地，而防雷措施也需要接地。保护接地是为了保障人身安全，防止人的触电事故将用电设备的某些部分接地。在低压配电系统中按方式分为三类接地系统，分别为TN接地系统、TT接地系统和IT接地系统。其中TN系统与我国的保护接零系统大致相同，所以我国大部分三相低压供电系统都采用TN系统，它的作用是在单相短路时，及时的使熔断器、断路器等保护设备动作，迅速将故障电路从供电系统切除，使人触电的几率或者人的触电时间尽可能地小。如果该高层建筑仅仅用于居住，大部分用电设备都可以采用这种类型的接地系统。而TT系统的缺点是设备漏电时，其漏电电流相对较小不足以使过电流保护装置启动，这样可能会导致故障范围扩大或者使人的触电时间变长危及人的生命安全，但是TT系统的四根线彼此之间无电磁干扰。因此这种系统适用于抗电磁干扰要求较高的场所，若建筑的性质用于作数据中心或者电视制作中心则可以采用此接地系统。为保证人的用电安全必须加装灵敏的漏电保护装置。IT系统的电源中性点不接地或者经过高阻抗接地，设备也不会产生电磁干扰，并且设备发生单相故障时，三相设备仍然可以使用一段时间，所以该接地系统适用于对供电可靠性较高的建筑，例如医院、数据中心等等
5.建筑与变电所的防雷：雷电会引起电力系统内部工作设备的电压比额定电压高的情况，当电力系统或用电设施直接遭到雷击时，所引起的状况更加严重，其形成的电流高达十万毫安 ，其形成的电压可高达一亿伏安，这对电力系统的设备、线路都会造成非常大的危害，严重时不仅仅将电力设备烧毁，还会引起整栋建筑的火灾，因此，必须加以防护。建筑防雷的基本方式是给建筑加上防雷装置，通常是避雷针。高层建筑则是常用避雷带和避雷网以避免遭受雷击。因高层建筑含有较多个变电所，所以除了建筑防雷以外，还要防止可能沿着线路向变电所传来的雷电入侵波，且雷电入侵波是造成变电所事故的主要因素。而避免雷电入侵波的主要方式是利用阀式避雷器之间相配合进行线段保护。
三、结束语：
在高层建筑电气系统的设计中不仅仅要考虑到对整个建筑供电的可靠性，最重要的是安全的问题，其中关于人身、建筑的安全更是尤为重要。一个好的电气系统不仅能保证供电的可靠性、安全性更能为建筑的运行、维护节省更多的资源。
参考文献：
[1].程贝贝.低压供配电系统在高层建筑电气设计中的可靠性分析[J].建材与装饰.2019（29）：90-91.
[2].刘超.关于建筑电气设计中的消防配电设计探讨[J].中国石油和化工标准与质量,2019,39(16):134-135.
[3]苑海兵.某超高层建筑电气设计实例[J].智能建筑电气技术,2019,13(03):41-44.
[4]郑艳茹.超高层建筑配变电所设置[J].建筑电气,2016,35(12):20-24.
论文作者:黄志源
论文发表刊物:《城镇建设》2020年3期
论文发表时间:2020/4/3
标签：高层建筑论文; 系统论文; 负荷论文; 设备论文; 建筑论文; 接线论文; 变电所论文; 《城镇建设》2020年3期论文;