電氣設計節能措施探討

鄭東東 李誠

中國市政工程中南設計研究總院有限公司，中國·湖北 武漢 430000

1 引言

節約能源是中國的基本國策。節約能源，應采取技術上可行，經濟上合理以及環境和社會可以承受的措施。節電設計是節約能源的有力措施之一。中國是一個電力短缺的國家，節約電能對于國民經濟的發展具有深遠的影響。因此，電氣設計過程中，在確保人們日常生產生活用電不受影響的基礎上，將節能降耗的設計理念融入到電氣設計中，盡可能降低能源使用和消耗。

2 電氣節能設計中應遵循的基本原則

2.1 確保工程的經濟效益

設計環節直接關系到整體項目的質量以及經濟效益，屬于至關重要的一個環節。工作人員針對電氣系統進行設計的過程之中，應當結合中國當下實際國情，確保工程的經濟效益得到不斷增長的同時，堅持以節能減排為主要方向，全面貫徹和落實科學發展觀；在實際工作開展的過程之中，還應當對于各個環節的成本進行嚴格的控制和管理，尤其是應當避免產生資金資源浪費情況[1]。為節電而花費的投資，應能夠在短期內收回。一般情況下，建議2～5年可收回節能投資費用。

此外，對于設計成本也要進行科學、合理的估算，盡可能避免資金浪費的問題，提升工程項目經濟效益水平，實現企業健康穩定以及持續性發展。

2.2 保障其功能正常發揮

相關工作人員進行電氣節能設計的過程之中應當要求切實地的保障其功能實現正常的發揮。電氣設計的人員，在設計中，應當充分考慮電氣對于人們日常生產生活的重大影響，盡可能地在保障功能正常實現的情況下，應用節能產品。

2.3 電氣設計應安全、可靠

在對電氣系統進行設計時，安全性問題也不容忽視。就電氣線路而言，必須滿足絕緣距離、熱穩定和強度等要求，才能確保配電設備和供電系統的安全運行，才能為電氣節能奠定堅實的基礎[2]。

3 改善配電系統節能設計的策略

3.1 合理選擇供電電壓和供電方式

根據用電性質，用電容量，合理選擇供電電壓和供電方式。電源電壓和供電方式應根據建設項目的負荷、電源點至建筑的距離以及地方電網可能供給的電壓與有關電力部門協商，共同確定。供電線路功率損耗計算如下式：

式中，ΔPL—有功功率損耗，kW；

In—線路電流，A；

R—線路每相的電阻，Ω；

由：

由上式可知，在負荷不變的情況下，電壓由10kV 升至20kV，功率損耗降低至原來的25%，即可降低75%。

同理，采用一回線路供電時，線路損耗為ΔPL=3In2R，采用兩回線路供電時，在供電容量和供電線路不變、線路阻抗不變的情況下，電流為原來的一半，兩回線路的線路損耗為。可看出，此時兩回線路的線路損耗降低50%。

因此，適當提高供電電壓，由雙回路或多回路供電，可有效減少線路損耗，在節能降耗方面有顯著的效果。

3.2 采用無功補償，適當提高功率因數

提高功率可節約線路損耗。如果輸電線路導線每相電阻為R，則三相輸電電路的功率損耗為：

式中，ΔP—三相輸電線路的功率損耗，kW；

R—輸電線路導線每相電阻，R；

U—線電壓，V；

I—線電流，A；

cosφ—電力線路輸送負荷的功率因數。

由上式可看出，在有功功率一定的情況下，功率損耗ΔP與功率因數cosφ的平方成反比。因此，設法提高功率因數cosφ，就可以減少功率損耗。

用電設備一般為感性，因此在電路中并入電容以補償無功容量，是提高用電設備的自然功率因數的最有效的辦法。主要的無功補償方式分為：

①變電所高壓集中補償；

②配電變壓器高壓側相對集中補償；

③變壓器低壓側集中補償；

④低壓分組補償；

⑤用電設備就地補償，等等。

3.3 變壓器的節電設計

變壓器的損耗主要有空載損耗和負載損耗兩大部分，其次還有介質損耗和雜散負荷損耗。介質損耗和雜散損耗相對很小，可忽略不計，因此在設計中，主要考慮降低空載損耗和負載損耗。

在選擇變壓器時，盡量選擇空載損耗和負載損耗值為2級或者1 級的變壓器。近年來，具有損耗低，質量輕，效率高，抗沖擊的新型低損耗變壓器已得到廣泛的應用，在節省電能和運行費用方面，已取得了顯著的經濟效果。新建工程應采用低損耗的節能型變壓器，對于舊有變壓器也應見機逐步更換或改造，以節約電能。

除選擇低損耗型變壓器外，變壓器的運行方式也需要注意以下幾點：

①在選擇變壓器容量時，應根據計算負荷，負荷性質等，條件進行選擇，避免出現“大馬拉小車”的負荷很低或重載負荷（超過80%負載率）的現象。

②向一、二類負荷供電的變壓器，當選用兩臺變壓器時，應同時使用，以降負載率和損失率。

③合理安排用電分布，不允許變壓器長期空載運行。

④根據情況，安裝照明專用變壓器。

3.4 照明節電設計

照明節能所遵循的原則是在保證照明質量，為生產、工作、學習和生活創造良好的環境前提下，盡可能地節約照明用電。因此可從以下幾個方面考慮節能的措施：

①合理確定照度水平。設計時應按相關標準確定照度水平，設計照度值與照度標準值相比誤差控制在±10%以內。

②合理確定照明方式。單純使用一般照明的方式，不利于節能。應根據具體情況，采用一般照明、分區一般照明或者混合照明的方式。

③嚴格執行標準規定的“照明功率密度”限制值LPD。設計中計算的實際LPD 值應盡可能小于此值。

④選用優質、高效的照明器材。擴大LED 燈具、節能型熒光燈、導光管等的使用。

⑤根據不同區域照明的使用情況，采用手動控制或自動控制。自動控制又包括時鐘控制、光控、紅外線控制、聲控、智能照明控制等。通過合理地控制照明燈具的啟閉以節約電能。

3.5 采用能效管理系統

近年來，能效管理系統的使用，將科學管理、自動化管理、數字化管理引入電能管理系統。能效管理系統為節能提供了數據支撐，通過該系統可發現建筑的能耗問題，制定節能行動策略，并可通過該系統驗算建筑節能效果。采用能效管理系統也成為目前節能的有效手段之一。

4 結語

設計工作應響應國家“節能減排，低碳生活”的號召，在工程的電氣設計中，做好電氣節能設計已成為一項重要環節。論文探討了供配電系統的節能措施，對常見的、有效的節能措施進行了闡述和總結。有不正之處，歡迎同行指正。