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超高层供配电

    最近几年,随着经济的发展和新技术、新材料的不断应用,各地超高层建筑不断涌现。超高层建筑一般都建设在城市的生活和经济中心,由于超高层建筑的楼层多,建筑高度高,对供电的可靠性以及消防等的要求也比普通的高层建筑要高得多,相应得建设资金投入大,运行设备多,安全运行标准高,因此电气设计的复杂性也增加了很多。

    超高层电气设计要考虑负荷等级的适用范围、应急供配电的容量计算、各种应急状态(包括一路供电断电、两路供电断电、火灾等)的各类用电负荷和柴油发电机的运行策略等等。

    超高层建筑超高层建筑定义

    超高层建筑:我国《民用建筑设计通则》GB50352—2005规定:建筑高度超过100m时,不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。

    超高层建筑的主要特点:①建筑高度高,层数多;②建筑面积与规模比较大;③功能多样。

    超高层建筑电气的主要特点:

    ①建筑物用电量大,供电半径长,负荷计算量大;

    ②供电可靠性要求高,多个电源供电,电压等级在10kV~110kV范围内;

    ③建筑物内设置多个配变电所,设有备用电源或应急电源;

    ④变压器装机容量多在100~140VA/m²。

    超高层建筑·供配电系统

    超高层建筑楼层多,建筑高度高,对供电的可靠性要求也非常严格。超高层建筑负荷密度一般在100~140W/m2(住宅除外),负荷密度与建筑功能、建筑面积、建筑高度、附属功能等因素有关。下面,我们将从超高层建筑的供电电源系统设计、应急或备用电源系统设计、配变电所设置等三方面,详细解析超高层建筑供配电系统的设计。

    NO.1供电电源

    ①、超高层建筑应进行整体供配电系统设计,至少需要两路独立市电电源,还需要另设应急电源或备用电源。

    ②、超高层建筑的正常电源数量不应少于两个,各路电源应为不同路由的线路,宜采用专线由上级变电站或开关站放射式供电。电源电压等级可以为10kV、20kV、35kV或110kV。当一路电源断电时,剩余电源应能保证二级及以上负荷的供电。

    【知名工程案例】天津中钢国际广场•世界未来最具特色十大建筑之一

    天津中钢国际广场•世界未来最具特色十大建筑之一总用地面积:26666m² 

    建筑面积:439500m² 

    建设周期:2010年-2014年

    塔顶高度:358米 

    建筑层数:地上88层,地下3层 

    建筑功能:酒店、办公、商业

    电源:2台1.06MW燃气内燃机组 

    建筑物顶部:54个垂直轴涡轮风力发电机组

    NO.2高压供配电系统

    ①、超高层建筑的高压供配电系统宜采用主配变电所——分配变电所结构,主配变电所应采用单母线分段的主接线形式采用放射式引至分配变电所。

    ②、高压系统的配电级数不宜多于两级。

    ③、应根据当地供电部门的规定,35kV电压等级可直降到0.4kV;也可先将35kV降压到10kV,再将10kV降到0.4kV。

    ④、如当地供电部门没有特别要求,20kV电压等级可直降到0.4kV。

    NO.3应急或备用电源系统

    ①、柴油发电机组在超高层建筑中既可作为应急电源使用,也可以作为备用电源使用。当备用电源满足应急电源条件时,备用电源可以兼作为应急电源。

    ②、超高层建筑应设柴油发电机作为应急电源或备用电源。设置在超高层建筑内的柴油发电机,应根据负荷大小、单台电动机最大启动容量、供电半径等因素确定柴油发电机的额定输出电压:

    (1)当建筑物高度低于200m时,宜采用低压柴油发电机;

    (2)当建筑物高度大于400m时,宜选用高压柴油发电机;

    (3)当建筑物高度在100m~400m时,应进行技术分析、比较,确定柴油发电机的额定电压。

    ③、用油量应能满足人员疏散的要求。

    柴油发电机组的油箱容量应能保证180min,即3h以上的用油量。

    从消防角度看,日用油箱暂按1m3设置,每套机组设置一个日用油箱。同时,在户外红线内设一个15m3的地下油罐。

    ④、备用电源宜采用独立于正常电源的发电机组,不应采用蓄电池。酒店部分的备用电源应按酒店管理公司的要求设置,用于出租的写字楼宜预留柴油发电机组房的位置及进排风、供油等条件。

    ⑤、柴油发电机房宜设在地下一层、地下二层、首层,也可设置独立的柴油发电机房,不宜在避难层和顶层设置柴油发电机组。

    NO.4变配电所

    ①、配变电所应设在负荷中心,主配变电所宜设在非最底层和首层,也可设置独立变电站。分配变电所应根据负荷情况设在避难层、顶层,其变压器容量不宜超过1000kVA。

    ②、超高层建筑至少在主配变电所设值班室,值班室宜单独设置,也可与控制室合用。值班室应能直通或经过走道与高压配电装置室和相应的配电装置室相通,并应有门直接通向室外或走道。

    根据工程具体情况,配变电所的高低压开关柜布置型式可选择下进下出,下进上处,上进下出,上进下出。当有大截面电缆或电缆数量较多时,宜设电缆夹层,电缆夹层净高不应低于1.8m、且不高于3.2m。

    【知名工程案例二】深圳平安金融中心•深圳第一高楼

    深圳平安金融中心•深圳第一高楼总用地面积:18931.74m² 

    建筑面积:460000m² 

    结构形式:带外伸臂混合结构

    塔顶高度:646 

    建筑层数:地上115层,地下5层 

    建筑功能:办公、商业

    电源:9路10kV,6用3备 

    变压器总容量:55500kVA 

    单位容量:120.7VA/m2

    超高层建筑·防雷系统

    超高层建筑多为钢结构或砼与金属框架结构,接闪器可采用避雷带和避雷针,当屋顶设有直升机停机坪时,应避免避雷针对直升机的影响。一栋超过100米的建筑物,一般情况其年预计雷击次数超过0.25次,应划为二类防雷建筑物。

    高层建筑的外部防雷,主要是防直击雷和防侧击雷,其作用是保护建筑物不受雷击,外部防雷装置主要由接闪器、引下线、接地装置组成。

    ①、接闪器包括避雷针和避雷网(带),对于超高层建筑,还应考虑将屋顶出现的卫星接收器、有线电视、航空障碍灯、节日彩灯纳入接闪器保护半径之内。

    ②、引下线的作用是将避雷网(带)与接地装置连接在以前,为雷电流提供通路,通常利用主题结构的柱主筋或剪力墙钢筋做引下线。引下线应沿建筑物四周均匀或对称布置,其间距不应大于规范要求,应尽可能的增加引下线数量,适当减小引下线间距。

    ③、接地装置包括接地体和接地线,防雷接地体应尽量用自然接地体作为接地装置。

    由于超高层建筑比较高,雷电可能从建筑物侧部击中建筑物,侧击雷的保护一般不需要专设接闪器,先判断属于第一类还是第二类防雷建筑物,然后在30米或45米以上各层(或没三层)圈梁内的主筋焊通,形成均压环。

    【知名工程案例三】广州新电视塔•点击查看广州地标防雷系统设计

    广州新电视塔广州地标防雷系统设计防雷等级:二类防雷建筑 

    接地形式:TN-S系统 

    塔体高度:454米

    桅杆高度:156米 

    建筑总高度:+610米 

    功能楼层:地上35层

    塔内面积:38000平方米 

    建筑总面积:116000平方米 

    结构形式:筒中筒结构

    超高层建筑·火宅自动报警系统

    根据《建筑设计防火规范》GB50016-2006,超高层建筑应按特级保护对象设置火灾自动报警系统,除游泳池、溜冰场、卫生间外,均应设置火灾自动报警系统。超高层建筑火灾报警系统的设计应从提高火灾报警系统的智能化和可靠性这两方面入手。

    1提高火灾报警系统智能化程度

    1)对火灾报警系统内部而言,超高层建筑一般采用全智能火灾报警系统。鉴于超高层建筑体量大和面积多,其使用面积的分割具有较大的不确定性,因此为了适应房间形状、面积和使用性质的变化,每条报警回路应留出30%左右的探测器数量裕量。

    2)对火灾报警系统外部而言,智能化的含义主要指系统联动。消防系统是一个由建筑、设备及电气等专业构成的整体,专业间的密切配合及统筹安排十分重要。采用系统联动方式,就成为争取火灾前期时间和主动权的有效手段。

    提高火灾报警系统可靠性的措施有:

    A)采用控制中心报警系统;

    B)系统具有完善的自检功能;

    C)关键部件冗余可采用具有双主机热备份的系统等;

    D)报警回路采用环形总线;

    E)探测器与模块分开回路设置,每15~20个探测器设1个短路隔离模块。

    当火灾报警系统与保安监控系统联动,在火灾之初,火场的摄像机可将现场画面迅速传至中央控制室,通过实景画面,值班人员可以立即确认是火灾还是探测器误报,从而马上采取广播、排烟、正压送风、启动消防泵、喷淋、向消防局119台报警、降客梯、切换消防电源等一系列应急措施。

    当火灾报警系统与车库管理系统联动,一旦发现火情,便可声光报警,强制抬起进出口栏杆,使车辆尽快逃出车库。另外火灾报警系统还可与楼控、广播音响和门禁系统等联动。只要这些措施可靠得力,超高层建筑的火灾便可被消灭在萌芽状态,将损失减至最小。

    2提高联动控制系统的可靠性

    提高联动控制系统的可靠性的措施有:

    1)对于重要的灭火和防排烟设施,应考虑多种、多地联动和手动控制方式,以增加被控设备的可靠动作。尽量采用多线制的手动控制柜,并处理好接口问题;

    2)合理设计各类管线的走向、敷设方式和敷设场所,采取必要的防火措施,避开可能对线路造成损坏的热源,确保消防电气线路处于安全环境中;

    3)与建筑专业协调,合理确定消防控制中心的位置,以使其尽量靠近弱电管道井,使消防电气管线以最短距离汇入弱电管道井;

    紧急广播系统能够及时通知火灾建筑物内人员发生火灾的位置,应当朝哪个方向疏散。但普通紧急广播系统存在信息单一、不能同时对不同区域播放不同内容和智能化程度低等缺点。针对超高层建筑的更具智能的早期预警语音疏散系统应运而生。该系统对于超高层建筑来说是至关重要的。


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