淺談電氣設計中的節能方式

彭江瑞

摘 要：文章闡述了工業電氣設計中的節能原則、節能方法，從變壓器? 容量選擇、功率因數補償、照明調光設備、電動機起動設備選擇等方面，論述電氣設計中的幾種節能方法。

關鍵詞：電氣節能;變壓器損耗;功率因數;照明節能

一 、建筑電氣設計節能的原則建筑電氣節能應堅持以下三個原則：

1.滿足建筑物的功能

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

2.考慮實際經濟效益

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

3.節省無謂消耗的能量

節能的著眼點，應是節省無謂消耗的能量。首先找出哪些地方的能量消耗是與發揮建筑物功能無關的，再考慮采取什么措施節能。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，節能措施也應貫徹實用、經濟合理、技術先進的原則。

二、建筑電氣節能的途徑

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，變壓器應選用節能型的，如S9、SL9及SC8等型油浸變壓器或干式變壓器，它們都是采用優質冷軋取向矽鋼片，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°全斜接縫結構，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，這種做法有的設計人員一直沿襲至今。但是，這僅是為了節能，而沒有考慮經濟價值。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，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從以下幾方面入手。應選用電導率較小的材質做導線。減小導線長度。首先，線路盡可能走直線，少走彎路，以減少導線長度;其次，低壓線路應不走或少走回頭線，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，不至于產生支線沿著干線倒送的現象。亦即低壓配電室與豎井位置的布局上應使線路都分向前送，盡可能減少回頭輸送電能的支線。增大導線截面。首先，對于比較長的線路，除滿足載流量、熱穩定、保護的配合及電壓損失所選定的截面，再加大一級導線截面，所增加的費用為M，由于節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，則應加大一級導線截面。一般而言，導線截面小于70mm2，線路長度超過100m的增加一級導線截面比較輕易實現上述條件。其次，利用某些季節性負荷的線路，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，將空調風機、風機盤管與照明、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不用時，使同樣大的干線截面傳輸較小的電流，從而減小了線路損耗，這就相當于充分利用了季節負荷的線路。在設計中，認真落實上述三條 措施，就可減少線路上的能量損耗，達到了線路節能的目的。

3、提高系統的功率因數

提高系統的功率因數，減少無功在線路上傳輸，以達到節能的目的。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。系統中的用電設備，如電動機、變壓器、線路、氣體放電燈中的整流器都具有電感，會產生滯后的無功，需要從系統中引入超前的無功相抵消，這樣超前的無功功率就從系統經高、低壓線路傳輸到用電設備，在線路上就產生了無功損耗，而這部分損耗是可以想辦法改變的。

提高設備的自然功率因數，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低于15%的電子鎮流器;采用電感鎮流器的氣體放電燈，單燈安裝電容器等，都可使自然功率因數提高到0.85～0.95，這就可減少系統高、低壓線路傳輸的超前無功功率。由于感抗產生的是滯后的無功，可采用電容器補償，因為電容器產生的是超前的無功，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，因而也減小了無功的需求量。無功補償裝置應就地安裝，實行就地補償，這樣才能使線路上的無功傳輸減少，達到節能的目的。

4，照明部分的節能因為照明用量大而面廣，因此，照明節能的潛力很大，應從下列幾方面著手：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，它致命的弱點是發光率太低，因此目前常被各種發光率高，光色好，顯色性能優異的新光源取代。從數據可以看出低壓鈉燈和高壓鈉燈的發光率最高，但由于色溫低，光色偏暖，顯色指數在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，用于工廠廠房內照明，這也是量大面廣的照明部分;發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廠房的照明。

以上這些只是我在日常工作中所見和翻閱設計圖紙以及查閱了一些資料之后總結出來電氣節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能的地方。我們應該在完成本專業設計的同時，不斷優化設計，做到盡善盡美。