注册消防师考试 
作者在多年的超高层设计实践中，总结了超高层建筑电气设计的要点，并将自己的经验和感悟与读者分享，也希望读者提出宝贵建议，共同提高我国超高层建筑电气设计水平。
1.设计要点
1.1 术语
超高层建筑：高度大于100m的民用建筑。
民用建筑：人们居住和进行公共活动的建筑的总称。
住宅建筑：供人们居住的建筑物。
公共建筑：供人们进行各种公共活动的建筑。
1.2 电源
1.2.1 荷载分类
超高层建筑用电负荷见表2-1
表1 超高层建筑荷载分类表
超高层民用建筑的消防控制室、火灾自动报警及联动控制装置、消防应急照明及疏散标志、防排烟设施、自动灭火系统、消防水泵、消防电梯及排水泵、电动防火卷帘及门窗、阀门等消防用电是一级负荷中尤为重要的负荷。
1.2.2 荷载密度
超高层建筑的荷载密度与建筑功能、建筑面积、建筑高度、辅助功能等因素有关，一般在80～120W/m2之间。
1.3 供配电系统设计
1.3.1 电源要求
超高层建筑应有整体供配电系统设计，至少需要两个独立的交流电源，以及应急电源或备用电源。
1.3.2 电源
1）超高层建筑正常电源数量不宜少于两路，每路电源宜为一条线路，采用不同路由，宜采用上级变电站或开关站专用线路放射状供电，供电电压等级可为10kV、20kV、35kV或110kV。
当一路电源切断时，剩下的电源应能保证次级及以上负载的供电。
2）超高层建筑应设置柴油发电机作为应急电源或备用电源。超高层建筑安装的柴油发电机的额定输出电压应根据负荷大小、单台电动机最大启动容量、供电半径等因素确定：
（1）建筑高度小于200m时，宜采用低压柴油发电机；
（2）当建筑高度大于400m时，应采用高压柴油发电机；
（3）建筑高度在100m~400m之间时，应进行技术分析比较，确定柴油发电机的额定电压。
3)超高层建筑应急电源不得采用汽油、煤油、天然气等作为动力源，可以使用柴油发电机组。
4）柴油发电机组在超高层建筑中既可作为应急电源，又可作为备用电源，当备用电源满足应急电源条件时，备用电源也可作为应急电源。
5）低压柴油发电机组（400V）最大单机并联容量不得大于。如需并联运行，可选用高压柴油发电机组。
6）柴油发电机组的输出功率包括常用功率和备用功率，应在图上注明。
7）柴油发电机组的负荷率应为75%，才能实现经济运行。
8）交流电源与发电机转换建议采用PC级、4极、3位置的ATSE，ATSE与其前的短路保护装置应可靠配合。
1.3.3 电源工作模式
电源数量及工作模式建议按表2执行。
表 2 推荐电源数量及其操作模式
电源数量
操作模式
建议应用范围
两个电源
一个用于使用，一个用于备份
不建议用于小规模超高层建筑。
同时工作，互相备份
8MVA以下（每路10kV）；
16MVA以下（每路20kV）；
40MVA以下（35kV一路）；
以下（110kV） （这个要和左边一栏一一对应吗？）
三路电源
买一送一
同时工作
四路电源
两人一组工作，无需站点连接
两人一组，设置站点
单独工作，相邻电源相连
三种用途和一次备份
1.3.4 高压供配电系统
1）超高层建筑高压供配电系统宜采用主配电所—配变电所结构，主配电所宜采用单母线分段的主接线形式，并与配变电所呈放射状连接。
2）高压系统配电层数不宜超过两层。
3）按当地供电部门规定，35kV电压等级可直接降为0.4kV；或先将35kV降为10kV，再将10kV降为0.4kV。
4）如当地供电部门无特殊要求，20kV电压等级可直接降为0.4kV。
1.3.5 变电站
1）站址选择应符合《10kV及以下变电站设计规范》、《民用建筑电气设计规范》JGJ 16、《35~110kV变电站设计规范》的有关规定。主配电变电站（室）严禁设置在大量人员可触及的地方。变电站、主配电室不应设在伸缩缝、沉降缝或有漏水危险的地方。
备用发电机和变压器不应位于主要出入口附近。
2）配电所应设置在负荷中心。主配电所宜设置在地下一层、地下二层（不得设置在最低层）、一层，也可设置独立变电所。配电所应根据负荷情况分别设置在避难层、顶层。变压器容量不宜超过。
3）配电变压器的长期工作负载率不应超过60%。
4）超高层建筑至少应在主配电变电站设置一个值班室。值班室宜单独设置或与调度室共用。值班室应能直接或经走道与高压配电设备室及相应的配电设备室相通，并应有直通室外或走道的门。
5）变电站应安装低压集中自动电容补偿装置，补偿要求按当地供电部门规定执行，当无明确规定时，补偿后低压侧进线功率因数应达到0.90以上。
6）继电保护应按照《电力设施继电保护和自动装置设计规范》、《电力设施电测量仪表设计规范》GB/T 50063、《民用建筑电气设施设计规范》JGJ 16的要求实施，并应符合下列规定：
（1）当高压系统采用中性点经小电阻接地方式时，应设置零序速断保护，零序保护装置跳闸时动作，其信号接入事故信号回路。
（2）当分变电站距主配电所较远，上部保护不能满足分变电站进线处保护灵敏度要求时，分变电站进线处宜装设一次保护。必要时，分变电站变压器可装设差动保护。
（3）超高层建筑应采用综合继电保护装置，并分布于高压配电装置上；低压系统应采用多功能仪表。高压、低压、柴油发电机应组成统一的电气控制系统，并接入BMS系统。
7）控制方式、所用电源及工作电源
超高层建筑高压宜采用集中控制，变压器主断路器、分段断路器、主馈线断路器宜采用集中监控。
主配电变电站宜采用直流操作电源，配电站根据具体情况采用直流操作电源或交流操作电源。
所用电力应来自配电变压器。
8）备用及应急电源
（1）应急电源的设置要求按有关规范执行。
（2）备用电源应为独立于常用电源的发电机组，不得使用蓄电池。酒店备用电源应根据酒店管理公司的要求设置。出租的写字楼应预留柴油发电机组房的位置和进排风、供油等条件。
（3）柴油发电机房宜设在地下一层、地下二层或一层，也可设独立的柴油发电机房，不宜将柴油发电机组设置在避难层或顶层。
1.3.6低压配电系统
1）配电方式
低压配电系统宜采用三级配电方式，即主配电（配变室）、区域配电（配电室）和终端配电。三级配电系统要求保护开关动作具有选择性。
2）系统类型
表3 低压配电系统及其适用范围
类型
系统类型
指示
单母线分段+两级应急母线
两路主用采用分段式单母线供电，中间设连接断路器；应急母线段由主/备用（应急）发电机供电，主用与发电机之间采用机械电气联锁。应急母线宜设两段，一段供应急负载供电，一段供备用负载供电。
单段母线+一段应急母线
两路市电采用单母线分段供电，中间加装联络断路器，建议加装应急母线分段，为应急负载及备用负载供电，市电与发电机之间采用机械及电气联锁。
3）超高层建筑消防设备供电主、分支线路应采用矿物绝缘电缆，并应尽量缩短矿物绝缘电缆的长度、减少偏移。电缆端部应采取防水溅到芯线上的措施，与矿物绝缘电缆连接的电气设备的配电柜（箱）、接线盒的防护等级不应低于IP55。
4）电源配电线路布线系统应注意以下几点：
（1）超高层建筑的高压应设置独立的垂直竖井。
（2）由于末端需双电源切换的负载较多，电缆数量相应增多，可分别设置普通桥架和应急桥架，在应急桥架内设置隔板，将双电源两根电缆分隔在两侧。
（3）超高层建筑不宜采用穿刺线夹接线。
1.4 照明设计要点
1.4.1超高层建筑应设置航空障碍灯，并应符合下列规定：
（1）障碍灯应安装在建筑物、构筑物的最高处。当制高点较大或建筑物群时，除在最高处安装障碍灯外，还应在外角的顶部安装障碍灯。
（2）障碍标灯之间的水平和垂直距离不应大于45m。
（3）障碍标志灯应采用自动开启、关闭控制装置，并应设有改变光照强度的措施。
（4）航空障碍标志灯技术标准应当符合表4的规定。
表4 航空障碍灯技术标准
障碍标志灯类型
低光强度
中等光照强度
高光强度
浅色
航空红
航空红
航空白
航空白
灯光控制方法及数据
(次/分)
恒定光
闪光
20～60
闪光
20～60
闪光
20～60
有效光强度
夜间为 32.5cd
夜间为±25%
夜间为±25%
白天、黎明或黄昏时为 20,000 cd ± 25%
夜间为±25%
黄昏和黎明时为 20,000 cd ± 25%
白天 270,000 cd / 140,000 cd ± 25%
可见范围
水平光束扩展角度 360°
·垂直光束扩散角≥10°
水平光束扩展角度 360°
·垂直光束扩散角≥3°
水平光束扩展角度 360°
·垂直光束扩散角≥3°
·水平光束扩散角90°≥3°或120°
垂直光束扩散角度3°～7°
最大光强出现在水平仰角处
4° 至 20° 之间
水平仰角 0° 时光强最大
适用身高
·使用离地面 45 米以下的所有设备
·离地45米以上部分配合中光强使用
距地面 45 米
距地面 90 米
距地面 153 米（500 英尺）
（5）障碍标志灯的设计应方便更换光源。
（6）障碍标志灯的供电应按主建筑物内最高负荷水平要求供电。
1.4.2 楼顶直升机停机坪的照明应符合《民用直升机机场飞行场地技术标准》-2008的要求，照明要求见表5。
表 5 屋顶直升机停机坪照明要求
灯泡类型
安装位置
要求
应用
瞄准光
安装在瞄准区域的三角形边缘
嵌入式安装，不少于6盏灯，通常为6盏或8盏，同步频闪，IP67
埋深不小于120mm，直径约为200~300mm，单相，单灯功率一般为50~100W，白光，有效光强不小于100cd/m2。
周边灯
直接安装在停机坪着陆区周边
此灯是强制性的，必须安装。
一般采用14盏灯等分布置，相邻灯间距不大于3m，串联连接，同步频闪，黄光。
、50Hz、单灯功率不小于50W、有效光强不小于250cd/m2。IP67；
泛光灯
安装在夜间直升机起飞和降落安全区边界
泛光灯光源不得对飞行中的飞行员造成眩目，着陆区内不得出现阴影，停机坪表面平均水平照度不得小于10lx，均匀度比（平均值与最小值之比）不得大于8:1。
、50Hz，单灯功率不小于150W，不低于IP65。
风向标灯
安装在安全区域外
夜间使用的直升机场必须配备风向灯。
风向灯主要由照明单元组成，安装于风向标顶部并与风向指示包、风向标杆组成风向标系统。
顶部照明装置装有4只100W卤素钨灯和1只红色航空障碍灯。
1.4.3 超高层建筑宜设置消防应急照明和疏散指示系统。
1.5 防雷与接地
1.5.1 根据《建筑防雷设计规范》-2010的规定，超高层建筑的防雷水平应按Ⅱ级防雷建筑设计。
1.5.2 超高层建筑中电子信息系统防雷击电磁脉冲的防护等级宜按A级设计，各级SPD的设置应按表6选择。
表 6 电涌保护器设置、保护和接线
1.5.3 超高层建筑大多为钢结构或混凝土、金属框架结构，避雷装置可采用避雷带、避雷针，当楼顶有直升机停机坪时，应避免避雷针对直升机的影响。
1.6 火灾报警系统
1.6.1 根据《火灾自动报警系统设计规范》-98的规定，高度超过100米的超高层建筑应列为特殊保护对象。
1.6.2 火灾探测器的安装位置应符合现行国家标准《高层民用建筑设计防火规范》的有关规定。
1.6.3 当烟雾、温探测器无法保护大空间时，红外光束烟雾探测器可以安装在不同的高度，以满足安装规范的要求。
1.6.4 在需要早期火灾探测的重要场所，宜采用吸气式感烟探测火灾报警系统。设计参见《吸气式感烟探测火灾报警系统设计、施工及验收规范》DB501-622-2005。
1.6.5消防系统宜选用控制中心报警系统。根据超高层建筑的不同功能，应设置分控中心。报警信号或联动信号在控制中心和分控中心显示。
1.7 楼宇设备管理系统
1.7.1 建筑设备管理系统应满足相关的管理要求，并对相应的火灾报警系统和公共安全系统进行监视和控制。
1.7.2 建筑设备管理系统应考虑不同功能区域的管理和供能计量。
1.8 安全技术防范体系
1.8.1 应根据超高层建筑的使用功能、规模、性质、安全管理要求和建设标准，构建安全可靠、技术先进、经济、灵活有效的体系。
1.8.2 超高层建筑、重要办公用房、金融出纳处、贵重物品仓库等重要部位应安装入侵报警系统，应考虑报警位置及信号传输方式，采用网络传输或专用有线传输，信号线路、电缆应考虑机械强度、电压降、信号衰减等。
1.8.3 视频安防监控系统、超高层建筑规模较大，宜采用专用有线传输方式，传输介质为同轴电缆控制线，电源线为铜芯线，传输距离超过200m时，应考虑信号衰减和压降。采用全数字安防监控系统时，宜采用综合布线双绞线，须符合综合布线的有关规定。
1.9 综合布线系统
1.9.1 设计应按照《综合布线系统工程设计规范》-2007进行。
1.9.2 超高层建筑面积较大，楼内有多个公司、部门，进线空间应能容纳多家电信运营商，并应有引入室外电缆、光缆的通道，进线室应设置单独的隔断。
1.9.3 超高层建筑为特级建筑，必须符合防火要求，电缆、光缆必须采用阻燃、低烟无卤产品。
1.10 有线电视和卫星接收系统
1.10.1 电视信号来自市电视网。
1.10.2市话电视信号与卫星电视信号在电视前端机房混合后传输到用户终端，前端机房可设在靠近卫星无线网络的楼顶或地下室。
1.10.3 信号在建筑物内采用同轴电缆传输，传输系统由放大器和分支分配器组成。
2. 条款解释
2.1 术语
超高层建筑这一术语出自《民用建筑设计通则-2005》，即建筑高度超过100米的民用建筑定义为超高层建筑。国际上也有相同或类似的看法。例如，1972年，在美国宾夕法尼亚州伯利恒召开的国际高层建筑会议上，就确定40层以上、建筑高度超过100米的建筑定义为超高层建筑。
2.2 电源要求
由于超高层建筑业务类型多样、供电距离长的特点，供配电系统设计需统筹考虑，还要考虑不同业务类型的管理维护问题。如表2-2所示，超高层建筑供电至少需要2路独立市电，最多需要9路10kV市电。
超高层建筑在一次负荷中也有大量的特别重要的负荷，所以需要有应急电源。高级的酒店、写字楼等业态有大量的备用负荷，即在市电断电的情况下，酒店、写字楼还能满足基本运营，所以酒店、写字楼需要备用电源。
2.2.1 电源
1）如表7所示，超高层建筑正常主电源数量不少于两路，电源电压等级也有所差异，表中有10kV、35kV或110kV，近年来逐渐采用20kV。
电源数量与负载等级有关，由于主、副负载数量较多，因此至少需要两台电源，当一台电源断电时，其余电源应能保证副及以上负载的供电。
电源数量还与单台电源的负载能力有关，如表8所示，单台10kV电源的负载不应超过最大值，若超过此限值，则应考虑提高电源的电压等级或增加电源数量。
表 8 单个电源的负载限值[4]
电源电压水平
(千伏)
变压器总容量
（千伏安）
评论
10
100~8000
每台10kV电源的最大容量不应大于
20
200~16,000
每台20kV电源的最大容量不应大于
三十五
5000~40,000
110
2万~10万
2.2.2高压供配电系统
1)~4)主配电变电站——配电变电站结构简称主-分结构，即在超高层建筑内设置一座主配电变电站(简称主站)，由主配电变电站直接给各配电变电站(简称变电站)变压器供电，见图2。与此相对应的是二次配电结构，如图3所示，主配电变电站给变电站供电，变电站通过二次配电给变压器供电。二者特点见表9。
图2 主、子结构示意图
图3 二次配电结构示意图
结构类型
主副结构
二次配电
电源
至少有两路10kV、20kV、35kV、110kV的独立电源。
至少有两路10kV、20kV、35kV、110kV的独立电源。
系统
主站直接将电能分配给各主站、变电站的变压器。
主站有一次配电，变电站有二次配电，各主变电站向变压器供电
保护
该保护设置在主站，变电站进线装设负荷开关隔离。当主站出线保护不能满足要求时，变电站进线应装设保护。
主站、变电站均装设保护。当主站出线回路保护能满足灵敏度要求时，变电站进线保护可以不装保护。
特征
主站内有多条中压电缆，多台中压开关柜
中压电缆数量少，主站中压开关柜数量少，变电站中压开关柜数量多
可靠性
简单可靠
再高一级，可靠性略低
投资
高的
更高
维修费用
高的
更高
适用范围
业务模式单一，或无需独立管理
综合性楼宇，多种业态，需独立管理
综上所述
推荐
表9 主配电结构与次配电结构对比
2.2.3 变电站
1）配电变电站应根据负荷情况设在避难层和顶层，其变压器容量不宜超过。如表10所示，三种常用变压器的主要参数，SGB10-，10kV变压器重量不足3t，其重量仅为同规格SCB10的80%。宽度只有1.35m，因此一台3t的货梯即可解决垂直运输问题。变压器基本可以满足大型设备上楼的需要。
表10 变压器体积及重量
2）继电保护情况可归纳如表11所示，供读者参考。
表11 继电保护一览表
变电站
地点
低电阻接地系统
中性点不接地或经消弧线圈接地
主配电变电站
高压进线
过流和速断保护
过流和速断保护
零序接地故障保护
单相接地报警装置
压力损失保护
压力损失保护
高压母线
过流和速断保护
过流和速断保护
高压馈线
过流和速断保护
过流和速断保护
零序接地故障保护
配电站
高压进线
无保护*
无保护*
变压器
过流和速断保护
过流及速断保护；
零序接地故障保护
温度保护
温度保护
必要时应加装变压器差动保护
必要时应加装变压器差动保护
*当上级保护不满足保护灵敏度要求时，应在配电所进线处安装保护。
变压器的温度保护通常有两级保护，第一级作用于超温报警，联锁风扇，强制风扇启动，对变压器进行冷却；第二级作用于超温动作跳闸，切断故障变压器电路。
母线断路器电流速断保护仅在断路器合闸瞬间动作，断路器合闸后自动释放，可减少保护配合级数，提高可靠性。
2.2.4 低压配电系统
1）超高层建筑消防设备供电干线、分支干线应采用矿物绝缘电缆，这是《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008中规定的。众所周知，矿物绝缘电缆的绝缘材料氧化镁极易受潮，受潮后绝缘性能会迅速下降。因此，应尽量缩短矿物绝缘电缆的长度，减少偏移。本文还对矿物绝缘电缆中间接头及端部的防水防潮提出了要求，详见参考文献6。
2）超高层建筑不宜采用穿刺线夹。此项要求可推广到所有民用建筑电气设计。由于穿刺线夹尚无国家标准，各厂家均按各自的企业标准生产，产品质量参差不齐。近几年的工程实践也证明了这一点。
2.3 照明设计要点
2.3.1本文规定了在超级高层建筑物上安装障碍物的要求。
图4航空障碍标记灯的设置示意图
2.3.2本文规定了屋顶直升机的照明要求，以满足直升机起飞和在所有天气条件下降落的要求，包括灾难时的救援行动。
2.4闪电保护和接地
根据第11.9.1条的规定，在五星级酒店的闪电电磁脉冲中，民间建筑电气设计代码的第6款被归类为A类，酒店是超级高层建筑的主要范围，并且是高层建筑物的主要功能。反对超级高层建筑物中的雷电电磁脉冲。
2.5火警系统
如果高层建筑物具有多种功能，则每个功能都应配备其自身的火灾警报和控制系统，以便于管理和维护。
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结尾
▌提出的问题
▌初次的电气讲师招聘
