配电线路电气设计节能措施

配电线路电气设计节能措施

彭向东

摘　要: 配电线路和变压器中存在着阻抗,它们消耗、浪费的电能是不可忽视的。为了节约电能,减少电路电能损耗,可以考虑适当加大线路截面和降低变压器的负载率,这样势必造成工程初始投资的提高。本文从变压器和配电线路两方面阐述了电气设计中输电线路的节能方法,并用偿还年限回收方法对节能问题进行论述,以求出最理想的选择。

关键词:电气设计；配电线路；节能原则；变压器节能

1 建筑电气设计节能的原则

1.1 应满足建筑物的功能

满足舒适性要求,即空调的温度及新风量;照明的照度、色温、显色指数。满足上下、左右的运输通道畅通无阻。满足特殊工艺要求,如游乐场所的一些电气设施的用电,大厅的工艺照明及电力用电等。

1.2 应节省无谓的能源损耗

首先找出哪些地方的能量消耗与发挥建筑物的功能无关,再考虑采取什么措施进行节能。如变压器的功率损耗和传输电能线路上的无功损耗都是无用的能量损耗;又如量大面广的照明容量,采用先进技术成果可使其能耗降低。总之,节能措施应本着实用、经济合理、技术先进的原则进行。

2 输电线路节能方法

2.1 减小变压器的有功损耗

变压器的有功损耗为ΔP h=P0+β2Pk

式中ΔP h———变压器的有功损耗

P0———变压器的空载损耗

Pk———变压器的有载损耗

β———变压器的负载率

2.1.1 P0为空载损耗,又称铁损,它由铁心的涡流损耗及漏磁损耗组成,是固定不变的部分。P0大小不随矽钢片的性能及铁心制造工艺而定,因此变压器应选用节能型。

2.1.2 Pk为功率传输的损耗,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, 即与负载率β的平方成正比。因此,应选用阻值较小的绕组。

2.1.3 为减少变压器损耗,当容量大而需要选用多台变压器时,在合理分配负荷的情况下,尽可能减少变压器的台数,选用大容量的变压器,如需装机容量为2000kVA,可选用2台1000kVA,而不选用4台500kVA。因为选用变压器台数少可节能。

2.2 减少输电线路上的能量损耗

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。功率损耗为

ΔP = 3Iβ2 Rβ×10- 3

式中：Iβ———相电流

Rβ———线路电阻

2.2.1 应选用电导率ρ较小的材质作导线、电缆的芯线。铜芯最佳,但又要贯彻节约用铜的原则,因此在负荷较大的二类、一类建筑中采用铜导线。在选择导线截面时,要充分考虑导线压降、损耗和供电距离与价格的关系,找出最佳截面。

2.2.2 减少导线长度。线路尽可能走直线,少走弯路,以减少导线长度。低压线路应不走或少走回头线,以减少回头线路上的电能损失。

2.2.3 变压器尽量接近负荷中心,以减少供电距离。因此当建筑物每层面积在1万m2 左右时,至少要设2个变配电所,以减少干线的长度。

2.2.4 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,不致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在布局上应使线路尽可能减少回头输送电能的支线。

2.2.5 选择线芯截面时,技术性和经济性是相互依存的两个方面。按经济电流选择电缆截面可节约总费用,节省能源,有利于环境保护,具有明显的经济效益和社会效益。按照经济电流选择的电缆截面通常大于按照载流量所选的截面,但总费用支出会很小,而且增加的初期投资一般仅需2～4年即可收回。

2.2.6 利用某些非长期负荷的输电线路,当用户不用时,可提供给长期用户作供电线路使用,以减少线路损耗。例如将空调风机、风机盘管与照明、电开水等计费相同的负载集中在一起,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;又可在春秋两季不用空调时,同样大的干线截面传输较小的电流,从而减少了线路损耗。

2.2.7 提高系统的功率因数,减少无功功率在输电线路上的传输,以达到节能的目的。线路损耗的公式展开后得ΔP =3I 2ρRβ×10- 3=(RβP2/U2+RβQ2/U2)×10- 3

式中：U———线电压

P———有功功率,单位为kW

Q———无功功率,单位为kvar

式中,前项RβP2/U2为线路上传输有功功率而引起的有功功率损耗,后项RβQ2/U2 为线路上传输无功功率而引起的无功功率损耗。有功功率是满足建筑功能所必需的,因此是不可改变的。

系统中的用电设备,如电动机、变压机、线路、气体放电灯中的整流器都具有电感,会产生滞后的无功功率,需要从系统中引入超前的无功相抵消,这样,超前的无功功率从系统经高低压线路传输到用电设备,在线路上产生了有功损耗。这部分损耗是可以想办法改变的,其措施有以下几种。

①提高设备的自然功率因数,以减少对超前无功功率的需求。

②由于感抗产生的是滞后的无功功率,可采用电容器补偿。电容器产生的是超前无功功率,两者可以抵消,即Q =Q L–Q C。因此无功补偿可以提高功率因数,减少无功需求量。

③无功补偿装置应就地安装,这样才能减少线路上的无功传输,达到节能的目的。目前,民用建筑设计中,绝大多数采用变压器低压侧或高压侧集中补偿。这种做法仅减少了区域变电站至用户处的高压线路上的无功传输,提高了用户处的功率因数。对于用户,无功仍由变压器低压母线经输电线路输送到各用户点,低压线路上的无功传输并没有减少,无功补偿也达不到节能的目的。

在我国,CBJ52—1983《工业与民用供电系统设计规范》中规定:“容量较大,负荷平稳又常期使用的用电设备的无功负荷宜单独就地补偿。”我国目前生产的自愈式静电电容器的小容量有3kvar等,可以使7.5kW及以上的电动机无功获得就地补偿。

负荷较平稳的电动机采用就地补偿,因为负载变动时,电动机端电压也变化,使电容器放电没有完成又开始充电,这时,电容器会产生无功浪涌电流,易使电机产生过电压而损坏。

在民用建筑中应改变电容器集中安装的做法,对容量超过10kW的风机、水泵、传送带等,电动机端设置就地补偿装置。但若供电距高超过20m时,也最好采用就地补偿。

3 结语

在工程的电气设计中,设计人员应考虑以上几种重要的功率线路节能方式。然而,建筑电气设计的节能潜力很大,方式很多,新节能产品不断出现,因此设计人员应精心考虑。