Особенности организации электроснабжения многофункциональных высотных комплексов

С. О. Яценко, главный специалист ППФ «Александр Колубков»

С. Г. Никитин, начальник отдела главных специалистов службы эксплуатации

А. Н. Колубков, директор ППФ «Александр Колубков», главный инженер проекта

Н. В. Шилкин, доцент МАрхИ

Электроснабжение пожарных отсеков

Любое высотное здание делится на пожарные отсеки. В нормативных документах закреплено положение о том, что в каждом пожарном отсеке должно быть обеспечено независимое электроснабжение от трансформаторной подстанции. Проблема заключается в том, что в достаточно крупном здании, разделенном на несколько пожарных отсеков, электроснабжение всех пожарных отсеков осуществляется от одной подстанции, но при этом обычно выделяется одно общее электрощитовое помещение, в котором необходимо разместить вводные устройства каждого пожарного отсека.

В современных условиях в высотных зданиях, помимо соб-ственно жилой зоны, размещается и множество помещений общественного назначения – гаражи, магазины, физкультурно-оздоровительные комплексы, предприятия общественного питания, развлекательные центры и пр. В этих условиях очень сложно развести порядка 40–50 кабелей. Таким образом, необходимо обратить внимание архитекторов на то, что уже на стадии проектирования эти требования должны быть учтены и должны быть выделены необходимые площади для размещения электрооборудования.

Разумеется, выделение дополнительных помещений не выгодно заказчику. Кроме того, трудности при выполнении требований по независимому питанию каждого пожарного отсека вызывает еще и то обстоятельство, что в этом случае требуется применять пожаростойкие (огнестойкие) кабели, которые должны быть проложены в выделенных каналах. Выполнить эти требования очень сложно – на практике выделить отдельные каналы на каждый пожарный отсек зачастую не представляется возможным. В этой связи является целесообразным конкретизировать нормативные документы в части требований к огнестойкости кабелей и выделенных кабельных каналов, обособленных для каждого пожарного отсека с нормируемым пределом огнестойкости.

Как уже было отмечено, в нормативных документах регламентируется независимое электроснабжение каждого пожарного отсека. Однако при этом нигде не уточняется, можно ли располагать вводную часть от подстанции и вводные панели на нижнем техническом этаже, а распределительную часть электроснабжения размещать на технических этажах обслуживаемого пожарного отсека (с транзитным кабелем). В настоящее время проекты, выполненные по такой схеме, успешно реализованы и согласованы, однако было бы желательно оговорить такую возможность в тексте соответствующих нормативных документов.

В современных условиях в высотных зданиях применяются кабели, не поддерживающие горение. Для электроснабжения потребителей особой группы первой категории применяется кабель огнестойкий типа FR или используются шинопроводы – в этих условиях требования по независимому электроснабжению могут быть не во всех случаях оправданными. Органы пожарного надзора не высказывают существенных возражений против этого. С точки зрения электроснабжения ими было выдвинуто лишь требование об обязательной установке устройств защитного отключения (УЗО) на линиях.

Рисунок 1 (подробнее)   Принципиальная (структурная) схема прокладки сетей 380\220В (вертикальный разрез)

Определение нагрузки на систему электроснабжения

В нормативных документах потребители по электроснабжению подразделяются на категории и группы. В высотном здании выделяются потребители первой категории и особой группы первой категории. Для резервного электроснабжения потребителей особой группы первой категории необходимо, согласно действующим нормативным документам, предусматривать третий источник электроснабжения – резервный дизель-генератор. В тексте, однако, не уточняется, следует ли выделять потребителей первой категории и особой группы первой категории в каждом пожарном отсеке. В запроектированных зданиях от такого деления было решено отказаться, и опыт эксплуатации подтвердил допустимость данного решения. Было бы желательно уточнить формулировки нормативных документов, разрешив такую возможность. Выделяются потребители этих групп, обеспечивается два отдельных ввода от подстанции и нет разделения по пожарным отсекам. Устройство автоматического ввода резерва (АВР) располагается в этом случае в щитовой на все пожарные отсеки. В противном случае существенно усложняется схема электроснабжения – на относительно небольшое число потребителей (как правило, это лифты, аварийное освещение каждого пожарного отсека, вентиляторы системы дымозащиты, пожарная сигнализация) приходится выделять отдельные панели, отдельные линии от дизель-генераторов и т. д., при этом все эти трассы прокладываются в отдельных кабельных каналах. Разместить такое количество трасс зачастую просто невозможно.

В нормативных документах явно не указано, каким  образом должна определяться нагрузка на систему электроснабжения высотного здания. Есть ссылки на  СП 31–110–2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий», однако этот свод правил касается муниципальных жилых домов, а различия технических решений подобных зданий и технических решений многофункциональных высотных комплексов достаточно существенные. Например, в указанном СП записано, что нагрузка на освещение коридоров, лестнично-лифтовых холлов и т. п. входит в состав нагрузки жилых квартир. В высотных зданиях высокого класса такую нагрузку включить в состав нагрузки квартир невозможно – здесь, как правило, применяются многочисленные осветительные приборы, люстры, реализуются очень сложные схемы освещения, в результате чего нагрузка на электрическое освещение этой зоны существенно возрастает. Если в соответствии с положениями СП не учесть эту нагрузку (а разница может составить 300–400 кВт), то в дальнейшем у заказчика возникнут очень большие трудности.

Такая же ситуация складывается и при определении состава силового оборудования. Согласно СП силовое оборудование включает в себя только лифты и систему вентиляции. В высотных же многофункциональных зданиях, как правило, существует достаточно большое число сторонних потребителей, которые не попадают в расчет нагрузок. Представляется, что данные положения нормативных документов также нуждаются в доработке в части уточнения состава силового оборудования и его нагрузки на систему электроснабжения для высотных зданий.

Рисунок 2 (подробнее)   Принципиальная однолинейная схема электроснабжения I пожарной зоны жилой части

Использование шинопроводов

Опыт проектирования и особенно опыт реальной эксплуатации многофункциональных высотных комплексов показал, что предпочтительнее переходить на электроснабжение (электропитание) таких объектов посредством не кабелей, а шинопроводов. Это решение апробировано на крупных объектах в Москве, в том числе в высотных комплексах «Триумф-Палас» и «Дом в Сокольниках». Шинопровод представляет собой пакет шин, обычно медных, заключенных в кожух. Эта современная схема является достаточно гибкой, позволяет подключить большую нагрузку. При использовании шинопроводов проще обеспечить требуемый предел огнестойкости (240 минут). Сами по себе шинопроводы имеют предел огнестойкости 120 минут, однако если шинопроводы прокладываются в конструкциях здания, то суммарная огнестойкость обеспечивается при меньших затратах, большей легкости и гибкости системы. Кроме того, в этом случае требуется меньшая площадь. Шинопроводы проще в обслуживании, в эксплуатации и более надежны, чем кабели. Некоторый недостаток такого решения – более высокие по сравнению с кабельными системами капитальные затраты. Кроме того, в высотном здании крепить кабельные линии достаточно сложно, это обстоятельство препятствует их широкому применению. Согласно требованиям нормативных документов здание делится на пожарные отсеки и при этом нагрузка каждого пожарного отсека ограничена, что позволяет с точки зрения максимальной нагрузки ограничиваться прокладкой кабельных линий. Зачастую заказчику очень сложно объяснить преимущества шинопроводов, оправдывающие более высокие капитальные затраты при их использовании. Здесь еще следует учитывать, что при соблюдении всех требований по пожарной безопасности суммарная стоимость кабельной линии со всеми необходимыми мероприятиями (требуемый предел огнестойкости, выделенные каналы и т. д.) получается ненамного дешевле системы с шинопроводами. В связи с этими обстоятельствами представляется целесообразным, основываясь на опыте реальной эксплуатации целого ряда объектов, рекомендовать использование шинопроводов на уровне нормативных документов.

С точки зрения службы эксплуатации очень большие затраты временных и людских ресурсов связаны с содержанием в безопасном состоянии кабельных систем, главным образом, с ликвидацией провисания кабелей. Шинопроводы с этой точки зрения значительно удобнее. В кабельных системах присоединения изолированы, что препятствует визуальному определению их состояния. В шинопроводах же используются стандартные болтовые присоединения, отличающиеся, помимо прочего, большой площадью контакта. Даже если переходное сопротивление растет, при большой площади контакта это не сильно сказывается на общей электропроводности и не приводит к нагреву шинопровода при нагрузках, близких к номинальным. Шинопровод выгоднее и с точки зрения пожарной безопасности, поскольку там попросту нечему гореть. Не секрет, что даже негорючие изоляционные материалы кабелей при высоких температурах выделяют существенное количество дыма, которое потенциально может стать причиной паники среди жителей дома.

Шинопроводы позволяют существенно увеличить передаваемую нагрузку. При учете этого фактора и соответствующей доработке нормативных документов можно значительно уменьшить в центральных щитовых количество оборудования, требующего профилактики и эксплуатации, и, соответственно, уменьшить площади щитовых, что всегда выгодно заказчику.

Как и кабели, шинопроводы должны прокладываться в выделенных каналах. С точки зрения службы эксплуатации электроснабжение различных пожарных отсеков должно осуществляться по абсолютно разным вертикалям. Не может в одной коммуникационной шахте идти электропитание как первого, так и второго пожарного отсека – они должны быть обязательно разнесены по горизонтали, с тем чтобы в случае пожара в одном из пожарных отсеков обеспечить сохранность кабелей. Если используются шинопроводы, а не кабели, то нет необходимости контролировать раз в квартал подтяжку кабельного крепления, и шинопроводы, проходящие через пожарный отсек транзитом, можно заделывать «вглухую», оставляя противопожарные двери лишь в тех местах, где располагается какое-либо соединение. Вообще говоря, даже в таких дверях нет особой необходимости: современный крепеж позволяет выполнить такое соединение с известной степенью надежности, сравнимой со сроком эксплуатации здания.

Рисунок 3 (подробнее)   Принципиальная однолинейная схема электроснабжения потребителей особой группы I категории жилой части

Освещение и декоративная наружная подсветка

В нормативных документах указано, что в высотных зданиях во всех пожарных отсеках светильники должны соответствовать требованиям нормативных документов по пожарной безопасности НПБ 249-97 «Светильники. Требования пожарной безопасности. Методы испытаний». Однако выполнить абсолютно все положения этих норм (п. 2.3.2, 2.3.3, 2.4.1, 2.5.1 и т. д.) при организации в высотных зданиях внутреннего освещения очень сложно, эта задача решается, как правило, большой группой специалистов, в которую, помимо собственно специалистов по электроснабжению, входят  дизайнеры интерьеров, архитекторы и пр.

Организация наружного освещения высотных зданий не вызывает особых проблем. Здесь используются светильники наружного применения с высокой степенью защиты, к которым не предъявляется никаких специальных требований. Однако с точки зрения службы эксплуатации обслуживание системы наружного освещения, декоративной подсветки высотного здания, является достаточно сложной задачей, требующей привлечения существенных людских и временных ресурсов. Если замена неисправной лампы освещения в общественной зоне внутри здания не предъявляет каких-то особых требований по срочности и трудоемкости, то неисправность даже одной лампы декоративной подсветки здания сразу же бросается в глаза, и эта лампа должна быть заменена как можно скорее, причем такая операция может быть весьма трудоемкой. Периодически необходимы профилактические работы, ревизии этих систем. При этом в штате службы эксплуатации нет электрика, занимающегося именно декоративной подсветкой.

На рассматриваемых объектах декоративная наружная подсветка запроектирована таким образом, чтобы осветительные приборы находились в зоне доступности. Архитекторам выдвигается настоятельное требование о расположении светильников непосредственно под окнами технических этажей, с тем чтобы их можно было нормально эксплуатировать. Если светильники вынесены на некоторое расстояние от стен, то предусматривается специальная конструкция, позволяющая придвинуть их вплотную к стене, обслужить и выставить затем в рабочее положение. К конструкции светильников предъявляются специальные требования по удобству их обслуживания без привлечения специальных средств и людей (автовышек, промышленных альпинистов и т. д.), поскольку все это существенно увеличивает стоимость эксплуатации.

Резервные источники электроснабжения

В нормативных документах закреплено требование, согласно которому для любой подстанции обязательно наличие двух трансформаторов, которые должны быть закольцованы. Для высотного здания, помимо наличия двух обязательных независимых источников, должен быть предусмотрен третий независимый источник для электроснабжения потребителей особой группы первой категории (лифты, системы дымоудаления, аварийное освещение, пожарная сигнализация). Этот третий источник подключается автоматически при перерыве в электроснабжении от двух основных источников. В качестве такого третьего независимого источника применяются автономные дизель-генераторные установки (ДГУ). По требованию нормативных документов электроснабжение от автономных источников должно обеспечиваться в течение трех часов. Помимо ДГУ могут применяться источники бесперебойного питания (ИБП), однако в настоящее время доступные модели ИБП могут обеспечить существенно меньшее время работы (как правило, около 20 минут), поэтому эти устройства рассматриваются не как замена, а как дополнение к дизель-генераторным установкам.

Следует отметить, что размещение дизель-генераторных установок зачастую вызывает определенные трудности. Это связано с тем, что заказчики не очень охотно выделяют площади для размещения оборудования, которое работает только в условиях чрезвычайной ситуации, а в данном случае необходимо выделить достаточно большие помещения для размещения как самих установок, так и емкостей, предназначенных для хранения запасов жидкого топлива. Заказчик же стремится получить как можно больше площадей («квадратных метров»), пригодных к продаже.

ДГУ рассчитываются на максимальную и минимальную нагрузку. Например, в высотном комплексе «Алые Паруса» запроектированы две дизель-генераторные установки мощностью 750 кВА каждая.

С точки зрения службы эксплуатации к потребителям особой группы первой категории должны быть дополнительно отнесены и центральные тепловые пункты, обслуживающие подобные многофункциональные комплексы. Эти системы влияют на жизнедеятельность всего комплекса. Здесь речь идет не столько о нормальном функционировании этих систем в случае пожара, сколько об обеспечении функционирования инженерных систем в случае перебоев в электроснабжении. При этом существенным является даже не учет дополнительной нагрузки, а подключение этих систем к резервному источнику электроснабжения. Совершенно очевидно, что в случае возникновения пожара или подобной экстраординарной ситуации эти системы можно автоматически отключить от резервного источника, поскольку приоритет будет отдан ликвидации пожара. Но независимый резервный источник электроснабжения для насосных групп и автоматики ЦТП совершенно необходим, что показали аварии, имевшие место в Москве. Представляется, что подобное положение должно быть закреплено в требованиях нормативных документов, тем более что использование такого источника все равно является обязательным, и требуется просто учитывать его в системе электроснабжения комплекса, с тем чтобы избежать претензий со стороны надзорных органов.

Пример организации электроснабжения

Рассмотрим пример того, как организовано электроснабжение типичного жилого высотного здания.

Типичное высотное здание, входящее в многофункциональный высотный комплекс, представляет собой несколько жилых зон (отдельных пожарных отсеков), разделенных техническими этажами. В нижней части здания для первого пожарного отсека находятся вводные панели, а также распределительная часть. Вводные панели следующего пожарного отсека располагаются здесь же внизу. Вводные панели разных отсеков между собой разделены огнестойкими перегородками. Однако распределительная часть пожарного отсека располагается уже не внизу, а на техническом этаже, относящемся к данному пожарному отсеку. По такой схеме организовано электроснабжение всех пожарных отсеков.

Для электроснабжения потребителей особой группы первой категории и вводные панели, и распределительная часть размещаются на нижнем техническом этаже здания, и от них запитано аварийное освещение всех пожарных отсеков, системы дымоудаления и подпора воздуха при пожаре, которые обычно устанавливаются на всех технических этажах, лифты. Вводные устройства лифтов расположены на верхнем техническом этаже. Выделять отдельные системы электроснабжения потребителей особой группы первой категории отдельно для каждого пожарного отсека нецелесообразно, как это было отмечено выше, поскольку схема подключения в таком случае получается чрезвычайно громоздкой, тем более что вентиляторы подпора в лифтовые шахты разнесены по вертикали всего здания.

Третий (резервный) источник электроснабжения (дизель-генераторные установки) также подключаются к вводной части системы электроснабжения потребителей особой группы первой категории.

На вводе в здание установлено два трансформатора. Предпочтительно запитывать их от двух разных трансформаторных подстанций, однако на практике, к сожалению, выполнить это условие зачастую невозможно и электроснабжение здания осуществляется от одной трансформаторной подстанции, но посредством двух вводов через два трансформатора. Затем устанавливается отдельная панель электроснабжения жилой части (квартир) и этажные квартирные щитки, а также панели электроснабжения общедомовых инженерных систем здания (вентиляции, СКВ и т. д.). В составе общедомовых систем выделяется и система освещения общественных зон (эта нагрузка достаточно велика). Как было отмечено выше, согласно требованиям СП 31–110–2003 система освещения общественных зон должна быть отнесена к нагрузке жилых квартир и в общей нагрузке ее не следует учитывать. Однако для рассматриваемых высотных зданий нагрузку на освещение общественной части следует в обязательном порядке учитывать отдельно.

Для других пожарных отсеков схема подключения электроснабжения выполняется аналогично – свои вводы от трансформаторной подстанции, свои вводные панели, однако распределительные панели расположены на техническом этаже соответствующего пожарного отсека. Кабели, соединяющие вводные панели с распределительными панелями, согласно требованиям нормативных документов, должны прокладываться в выделенных каналах с высокой степенью огнестойкости. В связи с этим обстоятельством целесообразно выполнять такое подключение посредством шинопроводов – тогда трассы занимают меньшую площадь, являются более надежными и удобными в эксплуатации.

В особую группу выделяются не только потребители особой группы первой категории, но и ряд других потребителей первой категории: лифты, системы дымоудаления и подпора воздуха, противопожарные клапаны, электроснабжение слаботочных систем (АТС, телевидение и т. д.), аварийное освещение, заградительные огни (по требованиям нормативных документов заградительные огни красного цвета должны применяться для обозначения высотных объектов выше 51 м, представляющих опасность для передвижения воздушного транспорта), освещение вертолетной площадки и система автоматизации и диспетчеризации здания. Для подключения потребителей этой группы, как было отмечено выше, используются три ввода – два ввода от трансформаторной подстанции через устройства автоматического ввода резерва (АВР) и третий независимый источник – дизель-генераторная установка (ДГУ).

Не имеет смысла отдельно выделять потребителей особой группы первой категории и потребителей первой категории, указанных выше. Разница в нагрузке в этом случае невелика (что обусловлено спецификой этой нагрузки), и проще рассматривать всех указанных потребителей как потребителей особой группы первой категории, существенно упростив тем самым схему их подключения. В противном случае пришлось бы дополнительно предусматривать некоторое количество отдельных щитов и прочего оборудования, при этом, по сути, заказчик экономит лишь за счет меньшей мощности дизель-генераторной установки, но теряет за счет увеличения числа оборудования. Объединение потребителей по указанной схеме выгодно как с экономической, так и с чисто технической точки зрения.

При подобной схеме организации электроснабжения один из кабелей постоянно находится в холодном резерве (без нагрузки). Для нейтрализации отрицательных последствий такого положения организовано периодическое плановое переключение средствами автоматики нагрузки с одного кабеля на другой (например, с периодичностью один раз в два месяца).

В практике службы эксплуатации имела место ликвидация последствий аварии маслонаполненного кабеля. Последующий анализ записи, сделанной системой охранного видеонаблюдения, показал, что из-за короткого замыкания в кабеле произошел выброс раскаленного масла на расстояние свыше 9 м. Поскольку ввод кабелей осуществляется на минусовом уровне и они прокладываются по подземным гаражам-автостоянкам, то по настоятельному требованию службы эксплуатации маслонаполненные кабели, которые замечательно функ-ционируют при прокладке их в грунте, при вводе в здание заменялись на негорючий кабель (типа ВВГнг), для того чтобы исключить распространение огня с горящим маслом в случае возникновения чрезвычайной ситуации.

По итогам ликвидации последствий нескольких аварий в службу заказчика были внесены предложения о том, чтобы в случае аварии отключение всех кабелей на всех подстанциях осуществлялось только трехфазными автоматами. При защите кабеля простыми плавкими вставками в случае короткого замыкания по одной фазе две остальные остаются под напряжением, и когда прогорает изоляция, происходит второе короткое замыкание, в результате чего начинается распространение пожара. Трехфазные автоматы отключают кабели со стороны трансформаторной подстанции, и это совершенно незначительное удорожание проекта позволяет существенно повысить уровень пожарной безопасности объекта. Указанные предложения хотелось бы ввести в нормативные документы.