高层商务型公寓楼树状电气结构设计方法

司圣生

0 引言

在经济环境不断发展的背景下，人们对居住场所的舒适度与安全度需求逐渐增大。在我国各个地区的住宅小区中，电气结构建设以及相应的节能措施与安全措施研究越来越重要。电气设计师在设计电气结构过程中，首先要考虑的是电气结构的安全性与可靠性。其次，根据实际的住宅环境以及楼体结构，对电气结构的美观性进行设计与优化。随着住宅用电量与高层商务型公寓楼用电量的大幅度增加，用电负荷增长速度随之增快，与住宅及商务型公寓楼的建设面积增长速度不成正比。

传统的电气结构设计方法在运作模式方面存在一定的缺陷，对于多功能住宅小区以及高层商务型公寓楼的电气负荷计算存在一定的偏差，导致电气结构在使用过程中电源损耗较大，尤其是高层建筑中，用电负荷与电源损耗更加严重。因此，为了改善传统电气结构设计方法的不足，本文以高层商务型公寓楼为研究对象，提出了一种新的树状电气结构设计方法。

1 高层商务型公寓楼树状电气结构设计方法

1.1 用电负荷的分级处理与计算

本文设计高层商务型公寓楼树状电气结构前，首先针对公寓楼的具体结构，对用电负荷进行分级处理，并以分级处理结果为基础，计算用电负荷。

根据我国电气结构设计的相关要求与规范，本文将高层商务型公寓楼划分为三个等级的负荷。其中，一级负荷指的是电力中断会对民众安全以及社会经济发展产生严重影响，使部分单位的工作中断，损坏单位重要生产设备，需要大量的人力物力进行维修后才能恢复工作秩序，属于重要的负荷。二级负荷指的是电力中断降低了民众的生活质量，使部分企业出现减产的情况，公共场合发生秩序混乱。三级负荷指的是除了上述两个级别负荷以外的其他情况，对民众、单位、公共场所的影响较小。

对用电负荷进行分级处理，保证树状电气结构的设计能够满足相应等级的标准要求。树状电气结构的设计与用电负荷的计算结果存在较大关联，用电负荷计算结果的误差较大时，导致出现频繁跳闸的现象，且电气设备在使用一段时间后会出现负载运行，降低公寓楼供电的安全性。因此，本文采用系数计算的方法，计算高层商务型公寓楼的用电负荷，计算公式如下：

其中，K表示公寓楼设备组的运行系数；P表示公寓楼设备组e 的功率；e 表示公寓楼设备组组数。筛选公寓楼建筑中的相同相电源用户数，并根据建筑电气的负载变化情况，进行相应的负载计算。

1.2 设计变压器的结构与参数

基于上述高层商务型公寓楼的用电负荷分级处理与计算结果，获得了电气设备的运行系数、功率以及用电负荷，接下来对电气结构中的变压器进行相应的设计。电气结构中变压器的损耗通常情况下指的是由于负荷电流过高，导致功率因数增加，从而提高了变压器的负荷与功率损耗。

设置高层商务型公寓楼用电设备保持一定的距离，根据自然功率因数的变化，计算电力设备的无功补偿容量。设置电缆线路的接入方式，根据敷设环境条件，采用电缆与变配电室的连接方式。根据高层商务型公寓楼供电区域的最大负荷，配置相应的变压器容量，减少变压器长期运行状况的出现。调整变压器的负荷率，根据变压器的电容补偿数值，调整电力设备负荷的平均有功功率。设置电气结构中电缆的电压等级，增加电缆接头部位的保护盒，控制电缆线路接地线的截面面积。采用架空线路的电缆，设置电缆终端的保护范围。

在高层商务型公寓楼中，电气设备使用的数量较多，公寓楼整体的负载容量较高，对于变压装置的损耗相应较多。因此，在树状电气结构设计中，变压器的结构与参数设计至关重要。首先，分析高层商务型公寓楼的电气状况，确定电气设备的额定容量、型号、使用数量与运行模式，减少电气负载增加的情况。根据分析结果，对变压器的结构与参数进行计算，公式为：

其中，表示公寓楼变压器所需的容量参数；P表示变压器的有功功率参数；K表示公寓楼电气设备的用电负载系数；表示变压器负载率系数，通常情况下取值0.85。

确定了变压器的各项参数后，设计变压器的结构。综合考虑变压器冷却介质的不同，干式变压器的绕组与铁芯的冷却介质都是空气，不需要与绝缘油体接触，安全性更好，因此，本文选择冷却介质为空气的干式变压器。鉴于高层商务型公寓楼的建筑结构较为复杂，谐波含量较高，变压器内部会产生一定的磁动势，降低电气结构中的零序阻抗，减少电气设备接地短路的情况。

1.3 设置供电电源与变配电室

在树状电气结构的变压器结构与参数设计完毕后，对高层商务型公寓楼的供电电源与变配电室进行设置。根据实际的高层公寓楼具体情况，设置相应的用电容量与供电需求，根据实际的需求，判断公寓楼内是否需要设置高压开闭场所。基于公寓楼供电设施的实际耗电量与容量，选择电源传输中消耗较少的节能设计方式。

为了提高树状电气结构的安全性与可靠性，设置变压器的台数与变压器容量。综合考虑高层商务型公寓楼的地理位置，设置相应的变配电室。在强弱电线进户的设计中，选取合适的开闭站位置，结合公寓楼其他建筑物，设置开闭站的进出口结构。在树状电气结构的设计中，采用母线槽配电的方式，进行放射式供电。设置用电设备的集中管理，对分散的电气设备与电气结构进行统一分配。在供电电源结构的设计中，采用铝芯塑料线作为导线，具有较高的机械强度与电阻，老化速度较慢，能够满足高层商务型公寓楼的用电需求。

2 实验分析

为了检验本文设计的高层商务型公寓楼树状电气结构方法的实际应用效果，进行了如下实验测试。

实验环境选取江苏省某园区内的高层商务型公寓楼，充分考虑公寓楼的结构特点与抗环境突变能力，采用并网发电的系统，接入光伏并网逆变器，为公寓楼建筑的负载提供电量。当电气设备的发电量较低时，使用公共电网提供电力。将电气结构设计看作一种电源储能装置，在处理应急状况时，配备蓄电池储能。

本次实验设计串联组件的个数不同，设置串联组件的个数为每组15 个，将智能监控元件接入电气结构的汇流箱中，调整发电总装机的容量与供电半径，跟踪并记录电气设备的输出电压与电流变化。控制电气设备的最大功率，使输出功率小于最大功率，调整电气设备的接线方式，减小功率对配电网的影响。设置电气设备直流母线的额定电压，在电气结构安装光伏组件，将并网控制器安装在逆变装置内，控制电气结构的电流与电压变化。为了防止电气结构发生突变，控制电网的频率与核心部件运行的稳定性。基于高层商务型公寓楼供电电压偏差，计算出本文设计的电气结构方法的电能指标，计算公式为：

其中，表示实际测量得到的电气设备电压值；U表示电气设备的额定电压。根据串联组件个数的不同，将电气结构划分为5 组不同的结构，用序号进行标记处理。通过公式（3）计算每一组电气结构的电能指标，判断电能指标是否符合电气结构设计要求与规范，结果如表1 所示。

根据表1 可知，本文设计的高层商务型公寓楼树状电气结构方法的有功功率与电能指标结果均符合相关的要求与规范，能够保障电气装置的安全性与可靠性。

表1 电气结构设计的电能指标结果

3 结语

针对传统公寓楼电气结构设计的不足，本文进行了相应的改善与优化，设置了有效的电气设备，严格按照相关的消防安全规范进行树状电气结构设计。通过实验证明，本文设计的高层商务型公寓楼树状电气结构各项电能指标均符合要求与规范，实现了公寓楼的变电配电，降低了电源的损耗，为人们提供了更加安全、更加便捷的生活环境。