淺談電氣設(shè)計中的節(jié)能方式

彭江瑞

摘 要：文章闡述了工業(yè)電氣設(shè)計中的節(jié)能原則、節(jié)能方法，從變壓器? 容量選擇、功率因數(shù)補償、照明調(diào)光設(shè)備、電動機起動設(shè)備選擇等方面，論述電氣設(shè)計中的幾種節(jié)能方法。

關(guān)鍵詞：電氣節(jié)能;變壓器損耗;功率因數(shù);照明節(jié)能

一 、建筑電氣設(shè)計節(jié)能的原則建筑電氣節(jié)能應(yīng)堅持以下三個原則：

1.滿足建筑物的功能

即滿足照明的照度、色溫、顯色指數(shù);某些特殊環(huán)境滿足空氣流通所需風(fēng)機及其風(fēng)量;滿足上下、左右的運輸通道暢通無阻;滿足生產(chǎn)工藝要求，如生產(chǎn)場所的一些電氣設(shè)施的用電，車間的生產(chǎn)照明及電力用電等。

2.考慮實際經(jīng)濟效益

節(jié)能應(yīng)按國情考慮實際經(jīng)濟效益，不能因為節(jié)能而過高地消耗投資，增加運行費用。而是應(yīng)該讓增加的部分投資，能在幾年或較短的時間內(nèi)用節(jié)能減少下來的運行費用進行回收。

3.節(jié)省無謂消耗的能量

節(jié)能的著眼點，應(yīng)是節(jié)省無謂消耗的能量。首先找出哪些地方的能量消耗是與發(fā)揮建筑物功能無關(guān)的，再考慮采取什么措施節(jié)能。如變壓器的功率損耗，傳輸電能線路上的有功損耗都是無用的能量損耗。因此，節(jié)能措施也應(yīng)貫徹實用、經(jīng)濟合理、技術(shù)先進的原則。

二、建筑電氣節(jié)能的途徑

1.減少變壓器的有功功率損耗

變壓器的有功功率損耗如下式表示：△Pb=Po+Pkβ2其中：△Pb--變壓器有功損耗（KW）;Po--變壓器的空載損耗（KW）;Pk--變壓器的有載損耗（KW）;β--變壓器的負載率。Po部分為空載損耗又稱鐵損，它是由鐵芯的渦流損耗及漏磁損耗組成，是固定不變的部分，大小隨矽鋼片的性能及鐵芯制造工藝而定。所以，變壓器應(yīng)選用節(jié)能型的，如S9、SL9及SC8等型油浸變壓器或干式變壓器，它們都是采用優(yōu)質(zhì)冷軋取向矽鋼片，由于"取向"處理，使矽鋼片的磁疇方向接近一致，以減少鐵芯的渦流損耗;45°全斜接縫結(jié)構(gòu)，使接縫密合性好，以減少漏磁損耗。Pk是傳輸功率的損耗，即變壓器的線損，決定于變壓器繞組的電阻及流過繞組電流的大小，即負載率β的平方成正比。因此，應(yīng)選用阻值較小的繞組，可采用銅芯變壓器。從Pkβ2用微分求它的極值，在β=50%處每千瓦的負載，變壓器的能耗最小。因此，在80年代中期設(shè)計的民用建筑，變壓器的負載率絕大部分在50%左右，在實際使用中有一半變壓器沒有投入運行，這種做法有的設(shè)計人員一直沿襲至今。但是，這僅是為了節(jié)能，而沒有考慮經(jīng)濟價值。事實上50%負載率僅減少了變壓器的線損，并沒有減少變壓器的鐵損，因此也不是最節(jié)能的措施。

2.減少線路上的能量損耗

由于線路上存在電阻，有電流流過時，就會產(chǎn)生有功功率損耗。其公式如下：△P=3IΦ2R×10-3（KW）? 式中：IΦ--相電流（A）R--線路電阻（Ω）。在一個工程中，線路左右上下縱橫交錯，小工程線路全長不下萬米，大工程更是不計其數(shù)，所以線路上的總有功損耗是相當可觀的，減少線路上的能耗必須引起設(shè)計重視。線路上的電流是不能改變的，要減少線路損耗，只有減小線路電阻。線路電阻R=P×L/S，即線路電阻與電導(dǎo)P成正比，與線路截面S成反比，與線路長度L成正比，因此減少線路的損耗應(yīng)從以下幾方面入手。應(yīng)選用電導(dǎo)率較小的材質(zhì)做導(dǎo)線。減小導(dǎo)線長度。首先，線路盡可能走直線，少走彎路，以減少導(dǎo)線長度;其次，低壓線路應(yīng)不走或少走回頭線，以減少往返線路上的電能損失;第三，變壓器盡量接近負荷中心，以減少供電距離，當建筑物每層平面在10000m2左右時，至少要設(shè)兩個變配電所，以減少干線的長度;第四，在高層建筑中，低壓配電室應(yīng)靠近豎井，而且由低壓配電室提供給每個豎井的干線，不至于產(chǎn)生支線沿著干線倒送的現(xiàn)象。亦即低壓配電室與豎井位置的布局上應(yīng)使線路都分向前送，盡可能減少回頭輸送電能的支線。增大導(dǎo)線截面。首先，對于比較長的線路，除滿足載流量、熱穩(wěn)定、保護的配合及電壓損失所選定的截面，再加大一級導(dǎo)線截面，所增加的費用為M，由于節(jié)約能耗而減少的年運行費用為m，則M/m為回收年限，若回收年限為幾個月或一、二年，則應(yīng)加大一級導(dǎo)線截面。一般而言，導(dǎo)線截面小于70mm2，線路長度超過100m的增加一級導(dǎo)線截面比較輕易實現(xiàn)上述條件。其次，利用某些季節(jié)性負荷的線路，這些用戶不用時，可提供給常期用戶作供電線路使用，以減少線路和電阻。例如，將空調(diào)風(fēng)機、風(fēng)機盤管與照明、電開水等計費相同的負荷，集中在一起，采用同一干線供電，既可便于用一個火警命令切除非消防用電，又可在春秋兩季空調(diào)不用時，使同樣大的干線截面?zhèn)鬏斴^小的電流，從而減小了線路損耗，這就相當于充分利用了季節(jié)負荷的線路。在設(shè)計中，認真落實上述三條 措施，就可減少線路上的能量損耗，達到了線路節(jié)能的目的。

3、提高系統(tǒng)的功率因數(shù)

提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少無功在線路上傳輸，以達到節(jié)能的目的。線路損耗的公式展開后得下列計算式： △P=3IΦ2R×10-3=（RP2/UL2+RQ2/UL2）10-3（KW）式中：UL--線電壓（V）P--有功功率（KW）Q--無功功率（KVar）前項RP2/UL2為線路上傳輸有功功率而引起的功率損耗，后項RQ2/UL2為線路上傳輸無功功率而引起的功率損耗。有功功率是滿足建筑物功能所必須的，因此是不可變的。系統(tǒng)中的用電設(shè)備，如電動機、變壓器、線路、氣體放電燈中的整流器都具有電感，會產(chǎn)生滯后的無功，需要從系統(tǒng)中引入超前的無功相抵消，這樣超前的無功功率就從系統(tǒng)經(jīng)高、低壓線路傳輸?shù)接秒娫O(shè)備，在線路上就產(chǎn)生了無功損耗，而這部分損耗是可以想辦法改變的。

提高設(shè)備的自然功率因數(shù)，以減少對超前無功的需求，可有效改變無功損耗;熒光燈可采用高次諧波系數(shù)低于15%的電子鎮(zhèn)流器;采用電感鎮(zhèn)流器的氣體放電燈，單燈安裝電容器等，都可使自然功率因數(shù)提高到0.85～0.95，這就可減少系統(tǒng)高、低壓線路傳輸?shù)某盁o功功率。由于感抗產(chǎn)生的是滯后的無功，可采用電容器補償，因為電容器產(chǎn)生的是超前的無功，兩者可以相互抵消，即Q=QL-QC，因此無功補償，可以提高功率因數(shù)，因而也減小了無功的需求量。無功補償裝置應(yīng)就地安裝，實行就地補償，這樣才能使線路上的無功傳輸減少，達到節(jié)能的目的。

4，照明部分的節(jié)能因為照明用量大而面廣，因此，照明節(jié)能的潛力很大，應(yīng)從下列幾方面著手：采用高效光源。白熾燈過去用得最廣泛，因為它便宜，安裝維護簡單，它致命的弱點是發(fā)光率太低，因此目前常被各種發(fā)光率高，光色好，顯色性能優(yōu)異的新光源取代。從數(shù)據(jù)可以看出低壓鈉燈和高壓鈉燈的發(fā)光率最高，但由于色溫低，光色偏暖，顯色指數(shù)在40～60之間，顏色失真度大，只能在路燈或廣場照明用，其中顯色指數(shù)在60的高顯色性鈉燈可與汞燈組成混合燈，用于工廠廠房內(nèi)照明，這也是量大面廣的照明部分;發(fā)光率很高的金屬鹵化物燈，三基色熒光燈及稀土金屬熒光燈，由于色溫范圍廣，自3200K～4000K，光色選擇性好，顯色指數(shù)又高，可達80～95，顏色失真度小，尤其金屬鹵化物燈對人的皮膚顯色性非凡好，因此除用作展廳的照明外，還廣泛用在車站的候車室、碼頭的候船室以及舞臺的燈光照明等;一般熒光燈及稀土金屬熒光燈可用在辦公樓、住宅的照明;熒光高壓汞燈、自整流高壓汞燈、鈉燈及三者組合的混光燈常用于生產(chǎn)廠房的照明。

以上這些只是我在日常工作中所見和翻閱設(shè)計圖紙以及查閱了一些資料之后總結(jié)出來電氣節(jié)能的一些措施和方法，希望能為廣大讀者提供參考借鑒之用。當然，在實際工程中，還有很多其他可以節(jié)能的地方。我們應(yīng)該在完成本專業(yè)設(shè)計的同時，不斷優(yōu)化設(shè)計，做到盡善盡美。