建筑电气设计中的安全性和节能性保障措施研究

建筑电气设计中的安全性和节能性保障措施研究

陈纪兵

四川盛泰建筑勘察设计有限公司眉山分公司

摘要：电气设计是建筑设计的一部分，直接影响建筑的使用功能。新形势下，家庭内使用的电器数量增加，用电功率明显提升，对电气设计提出更高的要求，安全性和节能性成为关注要点。文章针对建筑电气设计问题进行探究，结合工程案例，从建筑电气设计遵循的原则、电气设计中的安全性保障措施、节能性保障措施三个方面进行分析，以供同行参考，提高电气设计质量。

关键词：建筑工程；电气设计；安全性；节能性；保障措施

1．工程概况

某商业建筑，地下1层、地上4层，建筑总高度22.8 m，总建筑面积约14.5万m2，其中地下建筑面积2.37万m2，地上建筑面积12.13万m2。本工程的电气系统复杂，其中电气系统包括托管机房、汽车充电桩、电视电话、网络信号覆盖等；智能化系统包括火灾自动报警、智能安防、入侵报警、智能泊车监控、24 h设备监控、变配电智能监控等。整个电气系统的耗电量大，总负荷达到14200 kVA，共设置3个变电所。

2．建筑电气设计遵循的原则

2.1 安全性

电力虽然是一种能源，但使用时也有危险性。现代建筑项目中，电气设备的类型和数量不断增多，整个建筑结构都有穿插和覆盖，设计不当容易带来安全隐患。因此，安全性是电气设计的首要原则，其中线路要分布在墙体内，电气设备要在适当的位置，对接口处进行保护，并设置警示标志。

2.2 节能性

低碳环保、节能减排的大背景下，提高资源使用率，兼顾经济效益和环保效益成为一个重点。电气设计遵循节能性原则，是因为目前的建筑功能越来越丰富，电气设备、家用电器众多，优化了居住和办公环境的同时，也增加了城市供电压力。因此，节能设计就是在不影响使用效果的前提下，最大程度上降低电能消耗。

2.3 经济性

设计是施工依据，设计对建筑的施工成本有显著影响。在有限的投入条件下，为了实现最优效果，就要遵循经济性原则。经济性的电气设计，主要从以下角度考虑：①材料选购时，结合市场价格变化，提高采购流程的透明度；②线路和设备选择时，在性能符合要求的情况下尽量降低成本；③优化施工方案，加快施工进度，避免出现专业碰撞、返工等问题。

2.4 智能性

智能化是现代社会的一大发展趋势，在信息技术的支持下，建筑电气设计也要遵循智能性原则，例如备用发电机自启动、电梯自动控制、空调系统自动控制等。随着智能家居、物联网的广泛应用，电气设备的智能化需求不断提高，必须在设计环节进行宏观考量，充分发挥出智能电气系统的技术优势[1]。

3．建筑电气设计中的安全性保障措施

本工程中，以低压配电系统为例，安全性设计要点介绍如下。

3.1 自动切断电源装置

为保证用电安全，使用自动切断电源装置是必要的，能降低居民遭受的伤害。低压配电系统设计时，结合建筑特点、电气设备需求进行规划，一般采用多点位连接方式。例如：①TN系统在设备发生短路时、电流过大时，发挥出保护作用，基于电流保护器下对短路问题、超负荷装置进行保护。②TT系统，主要解决导电问题，当电器金属外壳和接地保护系统直接作用时，系统及时切断电源。合理设计自动切断电源装置，不仅提高了用电安全性，还能降低后续维修费用[2]。

3.2 主接线安全控制

低压系统的主接线有多个分支，一旦电力系统出现故障，就会影响电气设备的应用效率。对此，可采用集成取电方式，保证低压配电系统的安全性，同时控制施工成本。例如：采用交流放射式（树干供电），交流电压为380V/220V，能对系统主接线产生保护作用。若负荷量一般，可将集中供电、树干供电相结合。设计时注重主接线安全控制，可有效降低安全事故发生率。

3.3 合理选择备用电源

本工程用户数量多，为应对区域性停电现象，电气设计时应合理选择备用电源，对安全性进行判断分析。重点内容有：①如果是单台机组，要控制额定容量，要求低于1500 kVA。②主电源断电后，备用电源可自启动，降低停电造成的损失。③发电机要分批投入，将投入时间错开，以便电流恢复。④恢复供电时适当延迟，防止电源负荷过大带来危险和损失。

3.4 筛选漏电断路器

漏电保护器是低压配电系统漏电的防线，主要对接零、接地进行保护[3]。选择漏电保护器，要确定各项额定标准，根据分断时间要求进行选型，见表1、表2。另外，采用多种接触模式进行触电防护，保证电力系统运行安全。

表1  一般型漏电保护器的分断时间

表2  延时型漏电保护器的分断时间

3.5 注重接地保护设计

接地保护设计的安全性要点有：①保护接地的电阻≤4Ω。②系统设计时，若使用插头自插座接入电源至用电设备的系统，插头应带有专用保护接地插脚，使保护接地在电源接入前接通、电源撤除后断开。③保护接地干线的允许电流，≥供电网最大负载线路相线允许载流量的50%。若是单独用电设备，共接地线的允许电流≥供电分支网络相线允许载流量的1/3。④保护接地线的最小截面见表3，并采取中性线接地及保护接地线的措施。

表3  保护接地线的最小截面积（单位：mm2）

4．建筑电气设计中的节能性保障措施

本工程中，变压器的损耗较大，节能性设计措施介绍如下。

4.1 选择变压器设备

变压器的型号选择是一个关键，在保证电气系统稳定运行的前提下，应选择节能环保型的设备。依据我国现行规范标准，S13及以上的智能变压器均属于节能型设备，主要性能参数见表4。从加工材料角度看，相比于合金变压器，非晶硅铝合金变压器的空载功率损耗减小60%-80%，具有较高的节能效果[4]。

表4  S13变压器主要技术参数

4.2 选择变压器容量

在变压器容量选择上，应根据实际用途划分动力负载、生活区负载，以保证装置稳定运行。如果供电系统负载较大需从远处输电，或接近重要的电力节点，可设置具有独立功能的变压器。确定变压器数量后，采用计量算法分析数据，降低变压器的实际空载损耗，实现节能目标。

4.3 控制功率因数

控制电器的功率因数，也能降低变压器功率损耗，设计要点有两个：①提高自然功率因数。变压器在轻载、空载条件下运行时，无效功率约为20%，可根据实际情况提高变压器设备的效率，大幅提高自然电源功率利用因数，从而减小变压器的电能损耗。②设置无功补偿。通过并联无功补偿装置，提高线路功率的损失因数，也能实现变压器的节能效果。结合实际应用，主要分为就地补偿、集中补偿、分散补偿三种类型。以就地补偿为例，适用于无功补偿方法稳定、用电容变量差很多的低压供电输送负荷，直接并联无功补偿装置，实现节能效果。

4.4 抑制变压器谐波

电气系统的谐波问题，也会增加变压器损耗，如果谐波影响较明显，可在变压器端采用谐波抑制措施。如下图1，在变压器二次接线使用Dyn11接线组别，能将谐波传动输出电流在谐波传动绕组内部串联起来，形成谐波传动环流，避免同时产生两个谐波传动输出电流；通过耦合谐波传递器，对谐波直接控制，最终降低能耗。值得注意的是，设计时还要采用谐波耐压、高温保护措施，以保证变压器运行稳定性[5]。

图1  变压器谐波抑制Dyn11接线方式

5．结语

综上所述，建筑电气设计遵循安全性、节能性、经济性、智能性原则。文章结合工程案例，阐述了低压配电系统的安全性设计要点，总结了变压器的节能性设计措施。实践证实；安全性和节能性设计的应用，在保证电气系统安全稳定运行的同时，有效降低了能耗，具有推广价值。

参考文献：

[1] 闫峰.民用智能建筑电气设计中的变压器节能技术与应用[J].低温建筑技术,2022,44(1):45-48.

[2] 黄文彪.针对高层建筑电气设计中低压配电系统安全性分析[J].居舍,2021(23):91-92,96.

[3] 吕力玮.浅谈建筑电气设计中的节能技术措施[J].冶金与材料,2021,41(1):110-111.

[4] 王家涛. 智能化建筑电气工程的设计与应用研究[D].湖北工业大学,2017.

[5] 忻国祥,嵇立勇.建筑电气设计的安全性和节能性研究[J].中国设备工程,2020(13):192-193.