浅谈电气设计中的节能方式

彭江瑞

摘 要：文章阐述了工业电气设计中的节能原则、节能方法，从变压器  容量选择、功率因数补偿、照明调光设备、电动机起动设备选择等方面，论述电气设计中的几种节能方法。

关键词：电气节能;变压器损耗;功率因数;照明节能

一 、建筑电气设计节能的原则建筑电气节能应坚持以下三个原则：

1.满足建筑物的功能

即满足照明的照度、色温、显色指数;某些特殊环境满足空气流通所需风机及其风量;满足上下、左右的运输通道畅通无阻;满足生产工艺要求，如生产场所的一些电气设施的用电，车间的生产照明及电力用电等。

2.考虑实际经济效益

节能应按国情考虑实际经济效益，不能因为节能而过高地消耗投资，增加运行费用。而是应该让增加的部分投资，能在几年或较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。

3.节省无谓消耗的能量

节能的着眼点，应是节省无谓消耗的能量。首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的，再考虑采取什么措施节能。如变压器的功率损耗，传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗。因此，节能措施也应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。

二、建筑电气节能的途径

1.减少变压器的有功功率损耗

变压器的有功功率损耗如下式表示：△Pb=Po+Pkβ2其中：△Pb--变压器有功损耗（KW）;Po--变压器的空载损耗（KW）;Pk--变压器的有载损耗（KW）;β--变压器的负载率。Po部分为空载损耗又称铁损，它是由铁芯的涡流损耗及漏磁损耗组成，是固定不变的部分，大小随矽钢片的性能及铁芯制造工艺而定。所以，变压器应选用节能型的，如S9、SL9及SC8等型油浸变压器或干式变压器，它们都是采用优质冷轧取向矽钢片，由于"取向"处理，使矽钢片的磁畴方向接近一致，以减少铁芯的涡流损耗;45°全斜接缝结构，使接缝密合性好，以减少漏磁损耗。Pk是传输功率的损耗，即变压器的线损，决定于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，即负载率β的平方成正比。因此，应选用阻值较小的绕组，可采用铜芯变压器。从Pkβ2用微分求它的极值，在β=50%处每千瓦的负载，变压器的能耗最小。因此，在80年代中期设计的民用建筑，变压器的负载率绝大部分在50%左右，在实际使用中有一半变压器没有投入运行，这种做法有的设计人员一直沿袭至今。但是，这仅是为了节能，而没有考虑经济价值。事实上50%负载率仅减少了变压器的线损，并没有减少变压器的铁损，因此也不是最节能的措施。

2.减少线路上的能量损耗

由于线路上存在电阻，有电流流过时，就会产生有功功率损耗。其公式如下：△P=3IΦ2R×10-3（KW）  式中：IΦ--相电流（A）R--线路电阻（Ω）。在一个工程中，线路左右上下纵横交错，小工程线路全长不下万米，大工程更是不计其数，所以线路上的总有功损耗是相当可观的，减少线路上的能耗必须引起设计重视。线路上的电流是不能改变的，要减少线路损耗，只有减小线路电阻。线路电阻R=P×L/S，即线路电阻与电导P成正比，与线路截面S成反比，与线路长度L成正比，因此减少线路的损耗应从以下几方面入手。应选用电导率较小的材质做导线。减小导线长度。首先，线路尽可能走直线，少走弯路，以减少导线长度;其次，低压线路应不走或少走回头线，以减少往返线路上的电能损失;第三，变压器尽量接近负荷中心，以减少供电距离，当建筑物每层平面在10000m2左右时，至少要设两个变配电所，以减少干线的长度;第四，在高层建筑中，低压配电室应靠近竖井，而且由低压配电室提供给每个竖井的干线，不至于产生支线沿着干线倒送的现象。亦即低压配电室与竖井位置的布局上应使线路都分向前送，尽可能减少回头输送电能的支线。增大导线截面。首先，对于比较长的线路，除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面，再加大一级导线截面，所增加的费用为M，由于节约能耗而减少的年运行费用为m，则M/m为回收年限，若回收年限为几个月或一、二年，则应加大一级导线截面。一般而言，导线截面小于70mm2，线路长度超过100m的增加一级导线截面比较轻易实现上述条件。其次，利用某些季节性负荷的线路，这些用户不用时，可提供给常期用户作供电线路使用，以减少线路和电阻。例如，将空调风机、风机盘管与照明、电开水等计费相同的负荷，集中在一起，采用同一干线供电，既可便于用一个火警命令切除非消防用电，又可在春秋两季空调不用时，使同样大的干线截面传输较小的电流，从而减小了线路损耗，这就相当于充分利用了季节负荷的线路。在设计中，认真落实上述三条 措施，就可减少线路上的能量损耗，达到了线路节能的目的。

3、提高系统的功率因数

提高系统的功率因数，减少无功在线路上传输，以达到节能的目的。线路损耗的公式展开后得下列计算式： △P=3IΦ2R×10-3=（RP2/UL2+RQ2/UL2）10-3（KW）式中：UL--线电压（V）P--有功功率（KW）Q--无功功率（KVar）前项RP2/UL2为线路上传输有功功率而引起的功率损耗，后项RQ2/UL2为线路上传输无功功率而引起的功率损耗。有功功率是满足建筑物功能所必须的，因此是不可变的。系统中的用电设备，如电动机、变压器、线路、气体放电灯中的整流器都具有电感，会产生滞后的无功，需要从系统中引入超前的无功相抵消，这样超前的无功功率就从系统经高、低压线路传输到用电设备，在线路上就产生了无功损耗，而这部分损耗是可以想办法改变的。

提高设备的自然功率因数，以减少对超前无功的需求，可有效改变无功损耗;荧光灯可采用高次谐波系数低于15%的电子镇流器;采用电感镇流器的气体放电灯，单灯安装电容器等，都可使自然功率因数提高到0.85～0.95，这就可减少系统高、低压线路传输的超前无功功率。由于感抗产生的是滞后的无功，可采用电容器补偿，因为电容器产生的是超前的无功，两者可以相互抵消，即Q=QL-QC，因此无功补偿，可以提高功率因数，因而也减小了无功的需求量。无功补偿装置应就地安装，实行就地补偿，这样才能使线路上的无功传输减少，达到节能的目的。

4，照明部分的节能因为照明用量大而面广，因此，照明節能的潜力很大，应从下列几方面着手：采用高效光源。白炽灯过去用得最广泛，因为它便宜，安装维护简单，它致命的弱点是发光率太低，因此目前常被各种发光率高，光色好，显色性能优异的新光源取代。从数据可以看出低压钠灯和高压钠灯的发光率最高，但由于色温低，光色偏暖，显色指数在40～60之间，颜色失真度大，只能在路灯或广场照明用，其中显色指数在60的高显色性钠灯可与汞灯组成混合灯，用于工厂厂房内照明，这也是量大面广的照明部分;发光率很高的金属卤化物灯，三基色荧光灯及稀土金属荧光灯，由于色温范围广，自3200K～4000K，光色选择性好，显色指数又高，可达80～95，颜色失真度小，尤其金属卤化物灯对人的皮肤显色性非凡好，因此除用作展厅的照明外，还广泛用在车站的候车室、码头的候船室以及舞台的灯光照明等;一般荧光灯及稀土金属荧光灯可用在办公楼、住宅的照明;荧光高压汞灯、自整流高压汞灯、钠灯及三者组合的混光灯常用于生产厂房的照明。

以上这些只是我在日常工作中所见和翻阅设计图纸以及查阅了一些资料之后总结出来电气节能的一些措施和方法，希望能为广大读者提供参考借鉴之用。当然，在实际工程中，还有很多其他可以节能的地方。我们应该在完成本专业设计的同时，不断优化设计，做到尽善尽美。