浅谈带商业服务网点的高层住宅建筑供配电设计
摘要：随着近年来城市化的发展，带商业服务网点的高层住宅建筑的大规模新建，建筑电气设计人员接触一类、二类高层住宅建筑电气设计的机会增多，对我们电气设计人员提出了更高的要求。在初次设计时会遇到一些困难，本文总结了一些设计中应注意的问题。
关键词：一类高层；负荷分级；电源；供配电
本文作者通过近期设计的一个工程案例——清香岭居住宅小区，结合当前国家法律法规、规程规范和图集，来阐述带商业服务网点的一类高层住宅建筑的供配电设计要点，特别是负荷分级、电源的设置等方面的问题，并提出一些设计人员应注意的建议。
清香岭居住宅小区分为A、B、C三个地块，B区为别墅和多层住宅，B区总建筑面积约为4万m2，C区为一类高层住宅单体建筑，地下两层，地上27层，C区总建筑面积约为2万m2，本文均不做阐述；A区总建筑面积约为10万m2，建筑主体高度为85.2米，结构高度为108米；地下一层为人防工程和车库，地下二层为人防工程（本工程因现场地形，局部出现地下二层）；地上共有6个塔楼（顺序依次为F1栋、G栋、F2栋、F3栋、F4栋、F5栋），一层、二层裙房均为商业服务网点，三至二十七层均为住宅；地下室建筑面积约为1.6万m2，人防工程共分为3个防护单元，人防类别为常6级乙类二等人员掩蔽所，人防总建筑面积为4543.2 m2。
1 负荷分级
1.1 地下车库负荷分级的确定
本工程地下车库停车数量为346辆，根据《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（GB 50067-97）3.0.1条和9.0.1.1条，地下车库的防火分类为Ⅰ类，本工程地下车库消防水泵、火灾自动报警、自动灭火、排烟设备、火灾应急照明、疏散指示标志等消防用电应按一级负荷供电；若设计有机械停车设备和升降梯的车库，机械停车设备以及采用升降梯作车辆疏散出口的升降梯用电应按一级负荷供电。
根据《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）10.1.1条，一类高层民用建筑的消防用电应按一级负荷要求供电，故在地下车库中一类高层民用建筑所用的消防设备用电负荷均为一级负荷。
地下车库中排污泵和生活水泵等非消防负荷等级均为一级负荷；地下车库人防区走道照明为一级负荷，普通照明为二级负荷；地下车库非人防区走道照明为一级负荷，其他普通照明为三级负荷。
1.2 地下人防工程负荷分级的确定
根据《人民防空地下室设计规范》（GB 50038-2005）7.2.4条 续表7.2.4（战时常用设备电力负荷分级）的要求：基本通信设备、音响警报接收设备、应急通信设备、柴油电站配套的附属设备、应急照明用电负荷等级为一级，重要的风机、水泵、三种通风方式装置系统、正常照明、洗消用的电加热淋浴器、区域电源的用电设备、电动防护密闭门、电动密闭门和电动密闭阀门用电负荷等级为二级，不属于一级和二级负荷的其它负荷为三级负荷。
1.3 一、二层商业负荷分级的确定
本工程一、二层各商业服务网点面积均小于200 m2，根据《商店建筑设计规范》（JGJ 48-2014）7.3.1条第3款的要求：“小型商店建筑的用电应为三级负荷”，故一、二层各商业服务网点按三级负荷供电。JGJ 48-88版规范要求“高层民用建筑附设商店的电气负荷等级应与其相应的最高负荷等级相同”，设计人员应注意新版规范对负荷分级的变化。
1.4 住宅负荷分级的确定
根据《住宅建筑电气设计规范》（JGJ 242-2011）3.2.1条，本工程为一类高层住宅建筑，消防用电负荷、应急照明、航空障碍照明、走道照明、值班照明、安防系统、客梯、排污泵和生活水泵为一级负荷；住宅建筑内其他用电负荷为三级负荷。
2 配变电所及柴油发电机容量及位置选择
2.1 配变电所位置的确定
根据本工程实际情况，6栋塔楼一字排开，端到端水平距离约为400米，塔楼建筑主体高度为85.2米，根据《住宅建筑电气设计规范》（JGJ 242-2011）4.3.3条的条文说明：“供电半径一般为200m～250m ”，方案确定为设置1个10kV开关室和3个配变电所；F1栋、G栋和F2栋住宅楼由#1配变电所供电，设置于三栋塔楼地下室中间位置；F3栋、F4栋和F5栋住宅楼设置#3配变电所，设置于F4栋塔楼地下室；地下室、一层、二层裙房由#2配变电所供电，设置于地下室中间位置，均满足供电半径要求。
关于配变电所所址的选择，《民用建筑电气设计规范》（JGJ 16-2008）4.2.1条第7款规定：“不应设在厕所、浴室、厨房或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所贴邻。如果贴邻，相邻隔墙应做无渗漏、无结露等防水处理”，配变电所设置在地下一层时，应注意上方是否为一层商业服务网点的卫生间。
同时还应注意，《住宅建筑电气设计规范》（JGJ 242-2011）4.2.2条有规定：“当配变电所设在住宅建筑内时，配变电所不应设在住户的正上方、正下方、贴邻和住宅建筑疏散出口的两侧，不宜设在住宅建筑地下的最底层。”故在做纯住宅楼时应注意配变电所正上方是否为住户。
本工程局部出现地下二层，配变电所不宜设置在地下二层，《民用建筑电气设计规范》（JGJ 16-2008）4.2.2条有规定：“配变电所可设置在建筑物的地下层，但不宜设置在最底层”。
配变电所设置在地下室时应有相应的防水、排水措施，《低压配电设计规范》（GB 50054-2011）4.3.4条有规定“配电室内的电缆沟，应采取防水和排水措施。配电室的地面宜高出本层地面50mm或设置防水门槛”。
2.2 配变电所内变压器容量的确定
《住宅建筑电气设计规范》（JGJ 242-2011）4.3.1 条规定：“住宅建筑应选用节能型变压器。变压器的结线宜采用D，yn11，变压器的负载率不宜大于85%”，同时根据供电部门要求，功率因数补偿应达到0.9及以上。本工程通过负荷计算：#1配变电所设置两台SCB11型1000kVA的住宅用电干式变压器，#3配变电所设置两台SCB11型1000kVA的住宅用电干式变压器，#2配变电所设置一台SCB11型630kVA商业用电干式变压器和一台SCB11型630kVA公共用电干式变压器；各配变电所的两台变压器低压侧均采用母联柜连接，保证变压器不同时停电检修时一级负荷和二级负荷的供电。各变压器负载率均在75%～85%之间，符合规范要求。
2.3 柴油发电机容量的确定
关于柴油发电机作为应急电源的容量确定，《民用建筑电气设计规范》（JGJ 16-2008）中3.5.4条有规定，现摘录如下：
“3.5.4 应急发电机的负荷计算应满足下列要求：
1 当应急发电机仅为一级负荷中特别重要负荷供电时，应以一级负荷中特别重要负荷的计算容量，作为选用应急发电机容量的依据；
2 当应急发电机为消防用电设备及一级负荷供电时，应将两者计算负荷之和作为选用应急发电机容量的依据；
3 当自备发电机作为第二电源，且尚有第三电源为一级负荷中特别重要负荷供电时，以及当向消防负荷、非消防一级负荷及一级负荷中特别重要负荷供电时，应以三者的计算负荷之和作为选用自备发电机容量的依据。”
本工程将消防用电设备及一级负荷之和作为应急柴油发电机容量的依据。
同时根据《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB 50974-2014）11.0.12条规定“消防水泵控制柜应设置机械应急启泵功能，并应保证在控制柜内的控制线路发生故障时由有管理权限的人员在紧急时启动消防水泵”。当紧急时启动消防水泵，柴油发电机的母线电压将会下降，影响发电系统的稳定；设计中为消防水泵提供备用电源的柴油发电机组容量选择应考虑当最大一台消防水泵全压直接启动时的电压降，需满足规范要求值（发电机母线电压不应低于额定电压的80%）。
2.4 柴油发电机组安装位置的确定
《民用建筑电气设计规范》（JGJ 16-2008）中6.1.1条第6款有规定：“发电机间、控制室及配电室不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方或贴邻”。
《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）5.4.13条第2款摘录如下：
“5.4.13 布置在民用建筑内的柴油发电机房应符合下列规定：
2 不应布置在人员密集场所的上一层、下一层或贴邻。”
本工程柴油发电机房设置于车库内，上方为草坪。GB 50016-2014版防火规范出来以前，设计人员往往考虑少占用或尽量不占用车位，柴油发电机房经常布置于一层商业的下方（此位置多剪力墙，不能设置停车位），现在此条列为强制性条文，设计人员应注意规范的变化。
3 人防电站的确定
《人民防空地下室设计规范》（GB 50038-2005）7.2.13条第1款条文说明：“建筑面积大于5000m2的防空地下室应设置内部电站，除供本工程供电还需兼作区域电站向邻近防空地下室一级、二级负荷供电，柴油发电机组总功率大于120kW时应设置固定电站，柴油发电机组的台数不应少于2台。对于大型人防工程也可按防护单元组合，设置若干个移动电站，分别给防护单元供电。”
本工程人防总建筑面积为4543.2 m2，同时根据其他各专业提供的电气条件，一级和二级负荷总功率小于120kW，故该人防工程未在内部设置固定电站，在人防工程中间位置设置人防配电室，战时电源由防空地下室地面附近的拖车电站、汽车电站引来。
4 低压侧供配电系统及线缆选择
4.1 低压侧供配电系统
《住宅建筑电气设计规范》（JGJ 242-2011）6.2.4条规定：“ 每栋住宅建筑的照明、电力、消防及其他防灾用电负荷，应分别配电”。在低压配电柜系统图中，按非消防照明、非消防动力、消防照明、消防动力、人防等分类设置配电柜。住宅采用树干式配电，每三层设置一个电能表箱，同一层四个家居配电箱均接于同一相；动力负荷均采用放射式供电；单相用电设备均匀地分配在三相回路中。
关于应急照明电源箱的设置，《民用建筑电气设计规范》（JGJ 16-2008）13. 9.12条有规定，本工程消防用电负荷为一级，应急照明由主电源和应急电源提供双电源，均采用专用回路，由配变电所低压柜引来；各塔楼采用树干式供电，楼梯间根据工程具体情况按多个楼层设置末端双电源自动切换应急照明配电箱；地下层各防火分区采用放射式供电，按防火分区设置末端双电源自动切换应急照明配电箱，提供该分区内的备用照明和疏散照明电源。
根据《民用建筑电气设计规范》（JGJ 16-2008）13. 9.8条的规定：“ 消防用电设备配电系统的分支线路，不应跨越防火分区，分支干线不宜跨越防火分区”。在地下室各防火分区设置消防总箱单独配电，由低压柜放射式供电至各分区消防总箱。
《人民防空地下室设计规范》（GB 50038-2005）7.2.14条第1款规定：“ 供电系统设计应符合下列要求：每个防护单元应设置人防电源配电柜（箱），自成配电系统”；故在各个人防防护单元设置人防总箱，由电力系统电源柜和外部电源柜引来，各人防总箱均设置进线总开关和内、外电源转换开关。
4.2 线缆的选择
《住宅建筑电气设计规范》（JGJ 242-2011）6.4.3条和6.4.4条，消防设施供电干线均采用无卤低烟阻燃耐火线缆，明敷的非消防供电干线采用无卤低烟阻燃线缆。
根据《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）10.1.10条第3款“消防配电线路宜与其他配电线路分开敷设在不同的电缆井、沟内；确有困难敷设在同一电缆井、沟内时，应分别布置在电缆井、沟的两侧，且消防配电线路应采用矿物绝缘类不燃性电缆。”我们在设计带商业服务网点的高层住宅建筑时，非消防配电线路和消防配电线路均共电缆井敷设，应注意电缆井内的消防配电线路应采用矿物绝缘类不燃性电缆。
火灾自动报警系统的供电线路、消防联动控制线路应采用耐火铜芯电线电缆，报警总线、消防应急广播和消防专用电话等传输线路应采用阻燃或阻燃耐火电线电缆，《火灾自动报警系统设计规范》（GB 50116-2013）11.2.2条有规定。
4.3 线缆敷设
根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB 50116-2013）11.2.1条，火灾自动报警系统的传输线路应采用金属管、可挠（金属）电气导管、B1级以上的钢性塑料管或封闭式线槽保护。
《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）10.1.10 条规定：消防配电线路明敷时（包括敷设在吊顶内），应穿金属导管或采用封闭式金属槽盒保护，金属导管或封闭式金属槽盒应采取防火保护措施；当采用阻燃或耐火电缆并敷设在电缆井、沟内时，可不穿金属导管或采用封闭式金属槽盒保护；当采用矿物绝缘类不燃性电缆时，可直接明敷；暗敷时，应穿管并应敷设在不燃性结构内且保护层厚度不应小于30mm。
5 接地系统
本工程低压配电接地系统采用TN-S系统，各电气系统的接地采用共用接地网，接地网的接地电阻<1欧；接地装置利用工程结构钢筋和桩基内钢筋做自然接地体，当接地电阻值不能满足要求时，在室外增设人工接地体装置。
根据《住宅建筑电气设计规范》（JGJ 242-2011）10.2.1条和10.3.4条，在配变电所做总等电位联结，装有淋浴或浴盆的卫生间做局部等电位联结，电气竖井内的接地干线，每隔3层与相近楼板钢筋做等电位联结。
6 结语
以上是笔者设计带商业服务网点的一类高层住宅建筑供配电的一些思路和做法，如有不足之处，请设计同行批评指正。
【1】 中国建筑东北设计研究院 JGJ 16-2008 民用建筑电气设计规范【S】 北京：中国建筑工业出版社，2008
【2】 公安部天津消防研究所，公安部四川消防研究所 GB 50016-2014 建筑设计防火规范【S】 北京：中国计划出版社，2014
【3】 中国建筑标准设计研究院 JGJ 242-2011 住宅建筑电气设计规范【S】 北京：中国建筑工业出版社，2011
【4】 上海市公安消防总队，公安部天津消防研究所 GB 50067-97 汽车库、修车库、停车场设计防火规范【S】 北京：中国计划出版社，1997
【5】 中国建筑设计研究院 GB 50038-2005 人民防空地下室设计规范【S】 北京：中国建筑标准设计研究院，2005
【6】 中南建筑设计院股份有限公司 JGJ 48-2014 商店建筑设计规范【S】 北京：中国建筑工业出版社，2014
【7】中国中元国际工程公司 GB 50974-2014 消防给水及消火栓系统技术规范【S】 北京：中国计划出版社，2014
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