電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的對(duì)立統(tǒng)一思想探討

沈春山，王永梅，焦俊

摘要：從唯物辯證法的對(duì)立統(tǒng)一學(xué)說角度考慮，有助于深入理解電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論。以電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的典型環(huán)節(jié)為例，重點(diǎn)討論了負(fù)荷計(jì)算，電纜選擇以及低壓安全、電機(jī)選擇、照明設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)中的對(duì)立統(tǒng)一思想。通過引入電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的這類哲學(xué)思考，有效地幫助了學(xué)生更加深入和系統(tǒng)地掌握各部分知識(shí)的本質(zhì)和聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：電氣系統(tǒng);供配電;對(duì)立統(tǒng)一;教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）19-0154-02

1 引言

科技的進(jìn)步與人類對(duì)世界本源的認(rèn)識(shí)密切相關(guān)，科技哲學(xué)和當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是緊密聯(lián)系的[1]。在重大的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，如智能農(nóng)業(yè)、工業(yè)4.0等，唯物辯證法正在指導(dǎo)科學(xué)創(chuàng)新發(fā)展[2]。

理解科學(xué)技術(shù)理論背后的哲學(xué)思想，有助于我們系統(tǒng)掌握科學(xué)體系并發(fā)現(xiàn)新的問題。將唯物辯證法思想貫穿到教學(xué)設(shè)計(jì)過程中，在工學(xué)專業(yè)課程的實(shí)際教學(xué)中已經(jīng)被采用并取得效果。文獻(xiàn)[3]剖析物理實(shí)驗(yàn)課程實(shí)際案例中蘊(yùn)含的哲學(xué)思想，向?qū)W生展示和傳播哲學(xué)思想。文獻(xiàn)[4]從對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系、質(zhì)量互變、否定之否定三個(gè)方面分別列舉了物理學(xué)中的典型案例，幫助學(xué)生掌握物理學(xué)定律。文獻(xiàn)[5]把唯物辯證法思想應(yīng)用于自動(dòng)控制理論課堂教學(xué)中，介紹了自動(dòng)控制系統(tǒng)組成、分析和設(shè)計(jì)背后的哲學(xué)思想，并應(yīng)用否定之否定規(guī)律不斷持續(xù)優(yōu)化課程教學(xué)文件。文獻(xiàn)[6]挖掘橋梁檢測與加固技術(shù)課程教學(xué)中所蘊(yùn)含的辯證唯物主義思想，將本質(zhì)和現(xiàn)象、內(nèi)容與形式、原因和結(jié)果、必然性與偶然性、可能性與現(xiàn)實(shí)性這五大范疇融入有關(guān)橋梁專業(yè)課程教學(xué)，探討工程教育的理念創(chuàng)新、模式創(chuàng)新。文獻(xiàn)[7]提煉工程材料課程中的唯物辯證法知識(shí)，將其與材料科學(xué)專業(yè)知識(shí)相結(jié)合，有助于提升學(xué)生綜合思維能力。

矛盾學(xué)說即對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律學(xué)說是唯物主義辯證法理論的核心內(nèi)容[8]，有效地指引我們認(rèn)識(shí)客觀世界。電氣系統(tǒng)作為工業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)領(lǐng)域，應(yīng)在大學(xué)培養(yǎng)階段，與思政課程同向同行，積極開展課程思政教學(xué)。本文探究電氣系統(tǒng)中的唯物辯證法思想，從矛盾的同一性和斗爭性的問題、矛盾的普遍性和特殊性問題兩個(gè)方面出發(fā)，通過分析負(fù)荷計(jì)算，電纜選擇，以及低壓安全、電機(jī)選擇、照明設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)中的對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律，幫助學(xué)生運(yùn)行唯物辯證法思想更加深入和系統(tǒng)地掌握專業(yè)知識(shí)。

2 矛盾的同一性和斗爭性

電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)非常廣闊的概念，涉及從發(fā)輸電到供配電系統(tǒng)的眾多環(huán)節(jié)，例如負(fù)荷計(jì)算、電纜選擇、電壓配電安全設(shè)計(jì)、電機(jī)選擇、照明設(shè)計(jì)，以及智能化設(shè)計(jì)等。在設(shè)計(jì)過程中，通常要考慮各組成部分或者多個(gè)因素的綜合影響，這些因素彼此可能是矛盾的，既相互排斥，又相互合作，設(shè)計(jì)時(shí)需要協(xié)調(diào)彼此，尋找一個(gè)合適的狀態(tài)，以滿足系統(tǒng)的要求。

如電纜選擇需要考慮電壓降、載流量、熱穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)電流密度、機(jī)械強(qiáng)度、敷設(shè)條件等因素影響。電壓降、載流量、熱穩(wěn)定是從電氣系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠運(yùn)行的角度考慮電纜截面，經(jīng)濟(jì)電流密度是從運(yùn)營費(fèi)用、節(jié)能的角度考慮電纜截面選擇，相互之間可能會(huì)有沖突。因此規(guī)范建議，在滿足電壓降、載流量、熱穩(wěn)定要求的情況下，按照經(jīng)濟(jì)電流密度選取，且選擇較接近的一檔截面[9]。

電機(jī)容量選擇通常經(jīng)過功率初選、發(fā)熱校驗(yàn)、過載、啟動(dòng)、最大轉(zhuǎn)矩校驗(yàn)等環(huán)節(jié)，如在功率初選階段，按公式P=M*N/9550確定初選功率，其中M為額定轉(zhuǎn)矩、N為額定轉(zhuǎn)速。在功率一定的情況下，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速是一對(duì)相互制約的量。

從電擊防護(hù)安全的角度考慮，低壓配電TT系統(tǒng)中電源側(cè)和用戶設(shè)備側(cè)的接地電阻存在矛盾關(guān)系，規(guī)范要求滿足公式RA*Ia<=50V，其中RA表示為外露可導(dǎo)電部分的接地電阻和保護(hù)導(dǎo)體電阻之和，Ia為故障回路的動(dòng)作電流。但并不是說要求用戶側(cè)設(shè)備接地電阻越小越好，該公式主要是為了說明使與保護(hù)連接的設(shè)備外露可導(dǎo)電部分的對(duì)地電壓不超過50V，而所有與系統(tǒng)電源側(cè)接地極并聯(lián)的接地電阻應(yīng)該越小越好[10]。

照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)中非常重要的環(huán)節(jié)是平均照度設(shè)計(jì)，一般有平均照度Eav下限的要求，但同時(shí)考慮的綠色環(huán)保，對(duì)照明功率密度LPD有限制要求，Eav和LPD這時(shí)就存在制約關(guān)系，一方面滿足LPD限值就需要Eav的設(shè)置上限，而照度要求需要Eav設(shè)置下限，此時(shí)需要按照有關(guān)規(guī)范要求綜合考慮選擇燈具類型和數(shù)量[11]。

電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中諸如此類的情況較多，需要設(shè)計(jì)者具有較高的綜合分析能力，在大學(xué)課程教學(xué)階段，引導(dǎo)學(xué)生利用對(duì)立統(tǒng)一的思想去分析和總結(jié)問題，逐步提供其綜合設(shè)計(jì)能力。

3 矛盾的普遍性和特殊性

矛盾的普遍性和特殊性涉及的概念較多，其中一個(gè)重要的概念是主要矛盾和次要矛盾，他們之間相互依存、相互影響、相互轉(zhuǎn)化。在電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，在分析和解決問題時(shí)，要看到主要矛盾和矛盾的主要方面，堅(jiān)持和抓住重點(diǎn)，又要看到次要矛盾和矛盾的次要方面，全面地看問題，特別是注意兩者的轉(zhuǎn)化條件[8]。下面具體分析某負(fù)荷計(jì)算案例，闡述抓住主要矛盾的思想。

案例分析：某地區(qū)新建一棟高度為66米住宅建筑，地下一層設(shè)置10kV變電站一座，10kV部分采用單母線接線，設(shè)置10/0.4主變一臺(tái)，正?？梢詭控?fù)荷運(yùn)行。變電站0.4kV另設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)一臺(tái)滿足重要負(fù)荷的應(yīng)急供電。假設(shè)已經(jīng)計(jì)算出變電站負(fù)荷中一級(jí)二級(jí)負(fù)荷為96.6kW（除消防負(fù)荷），消防負(fù)荷為118kW（其中含火災(zāi)時(shí)未切除的非消防負(fù)荷12.75kW）。負(fù)荷率取1，發(fā)電機(jī)額定功率因素取0.85，總負(fù)荷的計(jì)算效率取0.8，請按照穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)組的最小容量（不考慮海拔和連續(xù)運(yùn)行等降容情況）。

根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ16-2008-3.5.1條規(guī)定，一二級(jí)負(fù)荷確定應(yīng)急電源容量，這個(gè)一二級(jí)負(fù)荷也就是應(yīng)急電源正常范圍內(nèi)的負(fù)荷。另《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊》第四版規(guī)定負(fù)荷計(jì)算時(shí)一般不包括平時(shí)使用很少的消防設(shè)備。如何確定該案例中的柴油發(fā)電機(jī)容量，我們需要從問題的主要矛盾入手。應(yīng)急發(fā)電機(jī)工作時(shí)是應(yīng)對(duì)緊急情況的，這種緊急情況包括變電站故障斷電、火災(zāi)產(chǎn)生等情況，前者需要柴油發(fā)電機(jī)為所有平時(shí)工作的一二級(jí)負(fù)荷供電，如疏散照明、備用照明、普通客梯等，后者為發(fā)生火災(zāi)情況下的消防設(shè)備供電，如消火栓水泵、噴淋水泵以及消防時(shí)不切除的安防系統(tǒng)用電設(shè)備等。負(fù)荷最大的情況，就是柴油發(fā)電機(jī)容量選擇的主要矛盾。因此《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ16-2008-3.5.3條規(guī)定：（1）消防設(shè)備負(fù)荷大于火災(zāi)切除的非消防設(shè)備負(fù)荷時(shí)，計(jì)算負(fù)荷取“消防設(shè)備負(fù)荷+火災(zāi)時(shí)未切除的非消防設(shè)備負(fù)荷”;（2）消防設(shè)備負(fù)荷小于火災(zāi)切除的非消防設(shè)備負(fù)荷時(shí)，可不計(jì)入消防設(shè)備負(fù)荷。按照上述規(guī)定，也就是柴油發(fā)電機(jī)取下述兩者情況較大值：（1）非消防設(shè)備負(fù)荷;（2）消防設(shè)備負(fù)荷與火災(zāi)時(shí)未切除的非消防設(shè)備負(fù)荷之和。矛盾轉(zhuǎn)換的臨界條件就是大小比較。