基于電力金具能耗及其節能

摘要：電力金具在電力運行中十分重要，電力金具的選擇與使用直接影響到電力運行安全。本文首先分析了電力金具耗能的機理及耗能測試的結果，接著從電力金具的新型材料及安裝技術方面闡述了城市電網改造中大力推廣的新型節能電力金具的使用情況，提出了新型節能電力金具研發的必要性。

關鍵詞：電力金具;能耗;節能

0.引言

我國目前的電力金具以鐵制材料為主，結構上屬于閉合電磁回路，且直接安裝在裸露的導線上，當導線中有大電流通過時，電力金具就會處于交變電磁場中，由于電力金具在導線中使用較多，因此造成的能耗也比較大。發達國家很早就對鐵制類電力金具的能耗損失進行研究，并推廣使用節能型的電力金具，之后我國也開始生產節能型的電力金具，由于對建設投入資金與運行成本持續回收率之間的關系認識不夠深刻，因此其涵蓋面相對較小。隨著社會不斷發展，城鄉電網也需要不斷改進，可見對耗能較大的鐵制電力金具進行節能改造十分必要。

1.電力金具能耗分析

在鐵、鋁等金屬材料的影響下，電力金具能耗問題不可避免，在導線配合下閉合磁路的形成受到工頻交流電的影響，這就使得感應電流自成閉合回路，磁場強度變化明顯強于金具內的磁感應強度變化，這是渦流損耗與磁滯損耗發生的主要原因。變壓器鐵損與電力金具耗能相對應，然而這其中也存在一定差異。彼此絕緣的硅鋼片構成了變壓器的鐵芯，從用電角度分析，整塊鐵芯在變薄之后由于硅的滲入使得電導率有所減小，這是降低損耗的重要方面。作為一個渾然的整體，電力金具無論是結構還是工藝都更加利于電磁損耗。

1.1電力金具耗能機理

電力金具耗能的產生，主要是由于其鐵磁材料在線路運行，造成磁滯損耗和渦流損耗，這兩部分損耗疊加造成了金具電能損失。同時，電能損失會產生熱量，金具內的導線的溫度也相應升高，達到過熱狀態時會傳導給金具，從而影響金屬的機械力學性能。此外，隨著導線內的電流不斷增大，磁滯損耗會以磁通密度的1.6-2.0次方增加，渦流損耗則以磁通密度的二次方增加。自然界的物質按其磁性能來分，有鐵磁物質和非鐵磁物質兩大類，鐵、鎳、鈷等金屬及其合金具有一定的磁性，鐵磁物質在外界磁場的作用下，會進行一個磁化過程，當外界磁場作用于鐵磁物質時，磁場力會使原本雜亂無章的磁疇進行有規則的排列。鐵質材料在交變磁場的作用下，由于小磁疇交變磁化會導致其來回翻轉，產生的摩擦里會造成鐵芯發熱，從而產生能量損耗，即鐵磁材料的磁感應強度總是比外加的磁場強度的變化滯后，其損耗為磁滯損耗。鐵質材料的電力金具，只要在交變磁場作用下，就會產生磁滯損耗。另外，導電的材料在交變電流產生的交變磁場下，會產生感應電動勢，導體本身會跟著產生旋渦狀的感應電流，鐵芯中的渦流要消耗鐵芯的能量使鐵芯發熱，產生渦流損耗。降低渦流損耗的一般方法是采用新技術、新材料及新工藝，通過減少電力金具本身的電阻，從而減少熱量損耗;而對于鐵芯損耗來說，其中的磁滯損耗是由本身的材料所決定的。

1.2電力金具耗能測試

針對電力金具的耗能問題，國外早已進行相關研究并試圖對金具進行了結構設計改進。電力金具耗能測試中，其電磁損失與導線溫升數據表明，金具中導線的溫度比空氣中高出17℃左右。如果通過300A的電流，相應線夾所損耗的功率就達57w左右。線路中的電力金具很多且覆蓋面較廣，其能耗損失還是比較大的。磁性材料和非磁性材料構成的電力金具，其耗能數值具有很大的差異。鑄鐵懸垂線夾的耗能隨電流增加而增大，反之，鋁合金線夾則不存在過大的能耗損失。根據以上試驗，可以斷定電力金具確實存在嚴重的耗能問題。

2.電力節能金具的研究

針對新型電力節能金具的設計與研制并非僅僅是在材料上以鋁合金替代可鍛鑄鐵材料，還應側重對全新結構設計的研究。新型的節能耐強電力金具，主要是進行結構方面的改進，將螺栓型的結構改進為楔塊結構，可以解決U形螺栓緊固時形成線接觸時產生的導線蠕變及緊固力變小的缺點。此外，鋁合金材料的相對比重遠遠小于鐵質材料，線夾的整體質量也會減輕很多。新的節能型線夾在相同結構的導線中使用時，其質量僅為傳統線夾1/2-1/3，這樣，電力施工比較方便，工作效率也得到了大幅提高，還保障了電網的安全性。節能金具不僅僅采用了新材料、結構，在制造加工工藝方面，采用的是液態模鍛、低壓鑄造等先進的加工工藝，不僅可以降低能耗損失，而且金具的結構輕巧且通用性好。此外，節能金具中采用到的高強度鋁合金材料，其金屬結構穩定，表面不易被氧化，在各種外界環境的影響下不會產生銹蝕，鐵質材料的表面雖然采用表面鍍鋅工藝進行腐蝕防范，但是此表面處理工藝也有高耗能和高污染特點。

節能金具具有一定的經濟性，在其加工制造過程中先進工藝的使用可以節約能源，在運行中可為電力企業節能降耗。傳統的電力金具主要以可鍛鑄鐵為材料，采用鑄造加工工藝，產品最終還需要表面鍍鋅。鑄造和鍍鋅都是高耗能和高污染的特種加工工藝。新型節能金具主要以高強度鋁合金為主，加工時，主要采用擠壓、壓鑄等先進工藝，沒有表面鍍鋅工藝，減輕了能耗和污染。電力運行和試驗都證明了節能金具的節能效應，舉例說明，目前電力企業使用較多的NLD型耐張線夾在500A電流通過時，其能耗值為65w，假設每年使用時間為8000h，每千瓦時工業電價為0.6元，這樣每只金具的能耗損失金額就是312元，如果每年使用10000多套，總能耗損失可達31.2萬多，可見，節能金具可帶來可觀的經濟效益。此外，節能金具采用先進的結構設計，可以保證電力設備零故障、免檢修，增長其壽命，還能減少營運中的安全事故，大幅度降低了電力維修費用。

在投入使用之初，節能金具的價格是高于傳統金具的，但是如果從技術角度、經濟性價比方面進行分析比較，便可得出節能金具的推廣使用其市場前景更為廣闊。節能金具的價格約為傳統電力金具的1.5-2倍，采用節能金具無疑會提高電力企業在施工中的成本，但是如果計算其后期形成的節能效果，不僅在短期內可收回初始投資，而且長此實行下去，會產生更為顯著的經濟效益。通過對電力企業使用的NLD耐強線夾和WKH節能型耐張線夾進行分析比較，根據有關數據表示，兩種線夾的初始成本相差75元，一年后的差價為238.4元，兩年后差價為540.8元，三年后的差價為843.2元，在電力運行中采用節能金具，僅一年就可收回全部投資，并取得高價值的節能效益，三年后其節能效益的數據更是較為可觀。從當前電力工業面臨的嚴峻挑戰分析，無論是智能電網建設、環境保護還是節能減排理念的落實都需要首先對高能耗和高污染電力金具進行淘汰，加快高效節能電力金具的研發速度，真正滿足智能電網和電力工業的實際發展需求。

3.結束語

綜上所述，電力金具的使用量較大且覆蓋面廣，使用新型的節能電力金具可獲得很好的節能效果和經濟效益，并可降低施工中的勞動強度，并可提高工作效率。目前，節能金具的推廣使用中，還存在宣傳工作不到位的問題，很多用戶對節能金具的節能和經濟效果的認識還不夠深入，電力企業可以通過成功的案例讓用戶認識到節能金具帶來的較為長遠的經濟效益。目前，國家電網也在不斷改革中，因此，使用新型材料、結構先進合理、施工方便的節能金具代替傳統的高耗能、重量及結構都較大的電力金具，是電力配網建設、改造和發展的必然要求。

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