電氣自動化的節能設計技術探析

四川省西南機電設備進出口有限公司 胡曉毅

電氣自動化的節能設計技術探析

四川省西南機電設備進出口有限公司 胡曉毅

隨著工業技術、電氣工程技術的進步和發展，電氣自動化工程的節能設計越來越重要，電氣設計是電氣工程的靈魂，電氣設計的合理與否直接影響著企業的財務開銷、經濟成本及其生產維護。在此，簡要地談一下電氣自動化的節能設計技術。

變壓器設計；節能設計

一、引言

隨著世界能源的大規模使用及其不合理的浪費，能源的短缺越來越引起發達和發展中國家的普遍關注。其中，電力能源的耗費和電力設計也引起了人們的高度重視。人們在追求智能樓宇、博物館建筑、住宅樓和校園建筑的舒適、安逸、安全和人性化的同時，也開始注重電氣自動化工程的節能設計，既要做到合理、達到用戶使用需求，又要兼顧到節能設計。

1.變壓器的節能設計

變壓器是電力自動化工程中的重要設備，承擔著轉換電壓、電流和功率的重要作用。變壓器是耗能的大戶，當變壓器處于空載運行狀態時，低壓系統的能源損耗絕大部分是變壓器自身的運行損耗。因此，變壓器的節能設計是否合理是整個電力工程節能設計的關鍵環節。

通常，變壓器的節能設計要從下面幾個環節來考慮：

（1）減少變壓器的型材損耗。例如，變壓器用的硅鋼片、鋼材、銅線和絕緣材料、絕緣子和變壓器油等都是正常變壓器所構成所必備的材料，這些材料的設計選擇如果不合理，要消耗供電系統的大量電能，若是本著厲行節約的理念，在滿足變壓器工作要求的前提下，周密合理地選擇材料和運行介質，可為電力工程間接地節約施工成本和節約電能。

（2）為降低變壓器的電能損耗，配電線路和配電柜，應盡量選擇銅材并且采用換位導線措施，基于降低變壓器的空載損耗考慮，應降低磁密并應盡量的選取冷軋用的高質硅鋼片，在滿足設備運行要求的條件下，盡量采用較薄的硅鋼片，達到節能的目的。

（3）選用節能方式的變壓器。目前，S11和S10都是為節能的設計要求而“量身打造”這種變壓器不僅繼承了原有變壓器的優點，還具有高效的節能特性，從生產長期運行來看，節能效果比較顯著，可作為節能設計的首選變壓器。同時，設計時，要注意選擇合理的變壓器接線方式，合理的接線方式對節能的影響也十分重要，同時，在變壓器的生產運行期間，不應讓變壓器長期過載運行，使得變壓器處于超溫運行狀態，這樣不僅加速變壓器的老化，同時也增加了變壓器的電能損耗。

（4）在工廠車間或大型智能樓宇，由于生產負荷率很大，變壓器按設計規范要求通常都放置在電力負荷的中心位置，盡量地與冰凍機、空壓機、大型引風機、離心機等大的生產負荷放置在一起，這樣便于生產管理，更重要的是可以減少現場電纜的長度、減少輸配電線路的事故率，降低線路的電壓降和電能的損失，同時提高了系統的功率因數和電能的質量。

具體的放置位置要根據生產現場工藝設備的分布和實際情況來布局。對于大型的智能高層建筑，為了經濟考慮，應盡量放地下層，因為智能高層用電量大的電氣設備多數在低層。

（5）選擇適宜的變壓器容量及臺數。一般來說，變壓器的額定容量，主要根據現場實際用電的總有功功率來確定。變壓器如果選擇的容量過小，會讓變壓器長期在滿載及其過載方式下運行，久而久之，會降低變壓器的使用壽命；如果容量選擇過大，變壓器經常處在輕載的運行狀態，這樣功率因數較低，極大地浪費電力資源和設備利用率。為了多方面考慮，通常變壓器的選擇要預留20%的冗余余量，對于校園建筑電氣，因負荷較小，留10%的冗余足夠。額定容量的選擇，要把擴容和過負荷等等因素都考慮在內，如是選則過小，在繼續增加變壓器的臺數，會影響生產運行，并加大投資而造成浪費。另外也可根據負荷等級來選擇變壓器的臺數。若是選擇2臺及2臺以上的變壓器。并讓兩臺變壓器采用并聯運行方式，不但增強了電力系統的可靠性和安全性，而且也極大地提高了系統的功率因數，有利于節能設計的要求。

2.提高功率因數

功率因數是電氣運行的重要物理量，它與電氣設備的節能密切相關。功率因數如果長期控制在比較高的水平上，電力系統的無功功率就會變大，系統電能的轉化率就會變高。提高功率因數的方法：一是通過提高用戶負載率，例如對于動力電氣設備，諸如電動機，可以在滿足工藝生產要求的前提下，盡量選擇極數較少的電動機。因為少極數的電機，其起動轉矩較大，起動過程中的電流也相對較大，所以電氣設備在最快的時間內正常運行，效率很高，同時也節約電能的損耗。此外，可讓電動機實現變頻自動控制，使得電機在負載較小時，獲得較高的功率因數。當用戶的負載率控制穩定在0.7左右，會使變壓器的一次側功率因數達到最高。二是在低壓電力系統中裝設自動補償的電容柜，來補償無功功率。一般來說，其無功功率的選擇盡量控制在變壓器的20%－30%，這樣使得電力系統穩定，并且節能效果最佳。

3.電力電纜的選擇

電力電纜是輸配電系統的重要組成部分，其線路成本占總的電力工程的投資而言，相對較大，特別是電力線路長期投入使用，維護量會越來越大，所以電力電纜的選擇應謹慎選擇。

電力電纜的截面選擇：通常按照經濟電流密度的曲線和持續允許的電流來進行選擇。在一年中負荷最大的使用小時數相同的情況下，利用前者選擇電力電纜通常比按后者選擇的電纜截面要大一個等級，這樣對于電纜材料的投資和使用量非常不利。

在選擇電纜材質時，因為銅電纜價格的確比鋁電纜的價格貴許多，因此不少工程都選購了鋁電纜，其實從電力電纜的長期經濟穩定運行的角度來看，鋁電纜在安全和節能方面是不占據優勢的。但是銅電纜越粗，比相同截面的鋁電纜貴重的倍數越大，所以在保證安全的前提下，個別截面較粗的電纜可以選取鋁電纜，這個有待于探討，具體情況具體分析，但是較小截面的銅電纜比鋁電纜貴不太多，推薦選擇銅電纜。

二、合理選擇光源

為了達到照明工程的節能設計，其光源的選擇推薦選用高效能的光源，這種高效能的光源的發光效率是普通照明燈的好幾倍，可以大量的節約電力電能。

對于工廠、住宅用的衛生間及其上下樓梯間應盡量選擇節能顯著的吸頂燈為宜，雖然這類燈具的功率相對較低，但是也可以滿足人們和用戶生活的需要，所以選擇此類燈具會節約很多的電能。對于圖書館、閱覽室和超市的貨架處可以選擇緊湊型熒光燈，因為它的光通量較高，光線比較集中，適合這類場所和人們生活的實際需要，且減少了照明工程的投入成本和安裝。

三、結束語

綜上分析，電力工程的節能設計的重點是變壓器的選擇、功率因數的保持和控制，以及輸配電線路的節能設計，對于這三方面來說，還有很大的節能空間可挖，需進行周密的思考和設計。

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胡曉毅（1970—），男，四川成都人，大學本科，工程師，現供職于四川省西南機電設備進出口有限公司，研究方向：工程管理。