高層商務型公寓樓樹狀電氣結構設計方法

司圣生

0 引言

在經濟環境不斷發展的背景下，人們對居住場所的舒適度與安全度需求逐漸增大。在我國各個地區的住宅小區中，電氣結構建設以及相應的節能措施與安全措施研究越來越重要。電氣設計師在設計電氣結構過程中，首先要考慮的是電氣結構的安全性與可靠性。其次，根據實際的住宅環境以及樓體結構，對電氣結構的美觀性進行設計與優化。隨著住宅用電量與高層商務型公寓樓用電量的大幅度增加，用電負荷增長速度隨之增快，與住宅及商務型公寓樓的建設面積增長速度不成正比。

傳統的電氣結構設計方法在運作模式方面存在一定的缺陷，對于多功能住宅小區以及高層商務型公寓樓的電氣負荷計算存在一定的偏差，導致電氣結構在使用過程中電源損耗較大，尤其是高層建筑中，用電負荷與電源損耗更加嚴重。因此，為了改善傳統電氣結構設計方法的不足，本文以高層商務型公寓樓為研究對象，提出了一種新的樹狀電氣結構設計方法。

1 高層商務型公寓樓樹狀電氣結構設計方法

1.1 用電負荷的分級處理與計算

本文設計高層商務型公寓樓樹狀電氣結構前，首先針對公寓樓的具體結構，對用電負荷進行分級處理，并以分級處理結果為基礎，計算用電負荷。

根據我國電氣結構設計的相關要求與規范，本文將高層商務型公寓樓劃分為三個等級的負荷。其中，一級負荷指的是電力中斷會對民眾安全以及社會經濟發展產生嚴重影響，使部分單位的工作中斷，損壞單位重要生產設備，需要大量的人力物力進行維修后才能恢復工作秩序，屬于重要的負荷。二級負荷指的是電力中斷降低了民眾的生活質量，使部分企業出現減產的情況，公共場合發生秩序混亂。三級負荷指的是除了上述兩個級別負荷以外的其他情況，對民眾、單位、公共場所的影響較小。

對用電負荷進行分級處理，保證樹狀電氣結構的設計能夠滿足相應等級的標準要求。樹狀電氣結構的設計與用電負荷的計算結果存在較大關聯，用電負荷計算結果的誤差較大時，導致出現頻繁跳閘的現象，且電氣設備在使用一段時間后會出現負載運行，降低公寓樓供電的安全性。因此，本文采用系數計算的方法，計算高層商務型公寓樓的用電負荷，計算公式如下：

其中，K表示公寓樓設備組的運行系數；P表示公寓樓設備組e 的功率；e 表示公寓樓設備組組數。篩選公寓樓建筑中的相同相電源用戶數，并根據建筑電氣的負載變化情況，進行相應的負載計算。

1.2 設計變壓器的結構與參數

基于上述高層商務型公寓樓的用電負荷分級處理與計算結果，獲得了電氣設備的運行系數、功率以及用電負荷，接下來對電氣結構中的變壓器進行相應的設計。電氣結構中變壓器的損耗通常情況下指的是由于負荷電流過高，導致功率因數增加，從而提高了變壓器的負荷與功率損耗。

設置高層商務型公寓樓用電設備保持一定的距離，根據自然功率因數的變化，計算電力設備的無功補償容量。設置電纜線路的接入方式，根據敷設環境條件，采用電纜與變配電室的連接方式。根據高層商務型公寓樓供電區域的最大負荷，配置相應的變壓器容量，減少變壓器長期運行狀況的出現。調整變壓器的負荷率，根據變壓器的電容補償數值，調整電力設備負荷的平均有功功率。設置電氣結構中電纜的電壓等級，增加電纜接頭部位的保護盒，控制電纜線路接地線的截面面積。采用架空線路的電纜，設置電纜終端的保護范圍。

在高層商務型公寓樓中，電氣設備使用的數量較多，公寓樓整體的負載容量較高，對于變壓裝置的損耗相應較多。因此，在樹狀電氣結構設計中，變壓器的結構與參數設計至關重要。首先，分析高層商務型公寓樓的電氣狀況，確定電氣設備的額定容量、型號、使用數量與運行模式，減少電氣負載增加的情況。根據分析結果，對變壓器的結構與參數進行計算，公式為：

其中，表示公寓樓變壓器所需的容量參數；P表示變壓器的有功功率參數；K表示公寓樓電氣設備的用電負載系數；表示變壓器負載率系數，通常情況下取值0.85。

確定了變壓器的各項參數后，設計變壓器的結構。綜合考慮變壓器冷卻介質的不同，干式變壓器的繞組與鐵芯的冷卻介質都是空氣，不需要與絕緣油體接觸，安全性更好，因此，本文選擇冷卻介質為空氣的干式變壓器。鑒于高層商務型公寓樓的建筑結構較為復雜，諧波含量較高，變壓器內部會產生一定的磁動勢，降低電氣結構中的零序阻抗，減少電氣設備接地短路的情況。

1.3 設置供電電源與變配電室

在樹狀電氣結構的變壓器結構與參數設計完畢后，對高層商務型公寓樓的供電電源與變配電室進行設置。根據實際的高層公寓樓具體情況，設置相應的用電容量與供電需求，根據實際的需求，判斷公寓樓內是否需要設置高壓開閉場所。基于公寓樓供電設施的實際耗電量與容量，選擇電源傳輸中消耗較少的節能設計方式。

為了提高樹狀電氣結構的安全性與可靠性，設置變壓器的臺數與變壓器容量。綜合考慮高層商務型公寓樓的地理位置，設置相應的變配電室。在強弱電線進戶的設計中，選取合適的開閉站位置，結合公寓樓其他建筑物，設置開閉站的進出口結構。在樹狀電氣結構的設計中，采用母線槽配電的方式，進行放射式供電。設置用電設備的集中管理，對分散的電氣設備與電氣結構進行統一分配。在供電電源結構的設計中，采用鋁芯塑料線作為導線，具有較高的機械強度與電阻，老化速度較慢，能夠滿足高層商務型公寓樓的用電需求。

2 實驗分析

為了檢驗本文設計的高層商務型公寓樓樹狀電氣結構方法的實際應用效果，進行了如下實驗測試。

實驗環境選取江蘇省某園區內的高層商務型公寓樓，充分考慮公寓樓的結構特點與抗環境突變能力，采用并網發電的系統，接入光伏并網逆變器，為公寓樓建筑的負載提供電量。當電氣設備的發電量較低時，使用公共電網提供電力。將電氣結構設計看作一種電源儲能裝置，在處理應急狀況時，配備蓄電池儲能。

本次實驗設計串聯組件的個數不同，設置串聯組件的個數為每組15 個，將智能監控元件接入電氣結構的匯流箱中，調整發電總裝機的容量與供電半徑，跟蹤并記錄電氣設備的輸出電壓與電流變化。控制電氣設備的最大功率，使輸出功率小于最大功率，調整電氣設備的接線方式，減小功率對配電網的影響。設置電氣設備直流母線的額定電壓，在電氣結構安裝光伏組件，將并網控制器安裝在逆變裝置內，控制電氣結構的電流與電壓變化。為了防止電氣結構發生突變，控制電網的頻率與核心部件運行的穩定性。基于高層商務型公寓樓供電電壓偏差，計算出本文設計的電氣結構方法的電能指標，計算公式為：

其中，表示實際測量得到的電氣設備電壓值；U表示電氣設備的額定電壓。根據串聯組件個數的不同，將電氣結構劃分為5 組不同的結構，用序號進行標記處理。通過公式（3）計算每一組電氣結構的電能指標，判斷電能指標是否符合電氣結構設計要求與規范，結果如表1 所示。

根據表1 可知，本文設計的高層商務型公寓樓樹狀電氣結構方法的有功功率與電能指標結果均符合相關的要求與規范，能夠保障電氣裝置的安全性與可靠性。

表1 電氣結構設計的電能指標結果

3 結語

針對傳統公寓樓電氣結構設計的不足，本文進行了相應的改善與優化，設置了有效的電氣設備，嚴格按照相關的消防安全規范進行樹狀電氣結構設計。通過實驗證明，本文設計的高層商務型公寓樓樹狀電氣結構各項電能指標均符合要求與規范，實現了公寓樓的變電配電，降低了電源的損耗，為人們提供了更加安全、更加便捷的生活環境。