电气自动化的节能设计技术探析

四川省西南机电设备进出口有限公司 胡晓毅

电气自动化的节能设计技术探析

四川省西南机电设备进出口有限公司 胡晓毅

随着工业技术、电气工程技术的进步和发展，电气自动化工程的节能设计越来越重要，电气设计是电气工程的灵魂，电气设计的合理与否直接影响着企业的财务开销、经济成本及其生产维护。在此，简要地谈一下电气自动化的节能设计技术。

变压器设计；节能设计

一、引言

随着世界能源的大规模使用及其不合理的浪费，能源的短缺越来越引起发达和发展中国家的普遍关注。其中，电力能源的耗费和电力设计也引起了人们的高度重视。人们在追求智能楼宇、博物馆建筑、住宅楼和校园建筑的舒适、安逸、安全和人性化的同时，也开始注重电气自动化工程的节能设计，既要做到合理、达到用户使用需求，又要兼顾到节能设计。

1.变压器的节能设计

变压器是电力自动化工程中的重要设备，承担着转换电压、电流和功率的重要作用。变压器是耗能的大户，当变压器处于空载运行状态时，低压系统的能源损耗绝大部分是变压器自身的运行损耗。因此，变压器的节能设计是否合理是整个电力工程节能设计的关键环节。

通常，变压器的节能设计要从下面几个环节来考虑：

（1）减少变压器的型材损耗。例如，变压器用的硅钢片、钢材、铜线和绝缘材料、绝缘子和变压器油等都是正常变压器所构成所必备的材料，这些材料的设计选择如果不合理，要消耗供电系统的大量电能，若是本着厉行节约的理念，在满足变压器工作要求的前提下，周密合理地选择材料和运行介质，可为电力工程间接地节约施工成本和节约电能。

（2）为降低变压器的电能损耗，配电线路和配电柜，应尽量选择铜材并且采用换位导线措施，基于降低变压器的空载损耗考虑，应降低磁密并应尽量的选取冷轧用的高质硅钢片，在满足设备运行要求的条件下，尽量采用较薄的硅钢片，达到节能的目的。

（3）选用节能方式的变压器。目前，S11和S10都是为节能的设计要求而“量身打造”这种变压器不仅继承了原有变压器的优点，还具有高效的节能特性，从生产长期运行来看，节能效果比较显著，可作为节能设计的首选变压器。同时，设计时，要注意选择合理的变压器接线方式，合理的接线方式对节能的影响也十分重要，同时，在变压器的生产运行期间，不应让变压器长期过载运行，使得变压器处于超温运行状态，这样不仅加速变压器的老化，同时也增加了变压器的电能损耗。

（4）在工厂车间或大型智能楼宇，由于生产负荷率很大，变压器按设计规范要求通常都放置在电力负荷的中心位置，尽量地与冰冻机、空压机、大型引风机、离心机等大的生产负荷放置在一起，这样便于生产管理，更重要的是可以减少现场电缆的长度、减少输配电线路的事故率，降低线路的电压降和电能的损失，同时提高了系统的功率因数和电能的质量。

具体的放置位置要根据生产现场工艺设备的分布和实际情况来布局。对于大型的智能高层建筑，为了经济考虑，应尽量放地下层，因为智能高层用电量大的电气设备多数在低层。

（5）选择适宜的变压器容量及台数。一般来说，变压器的额定容量，主要根据现场实际用电的总有功功率来确定。变压器如果选择的容量过小，会让变压器长期在满载及其过载方式下运行，久而久之，会降低变压器的使用寿命；如果容量选择过大，变压器经常处在轻载的运行状态，这样功率因数较低，极大地浪费电力资源和设备利用率。为了多方面考虑，通常变压器的选择要预留20%的冗余余量，对于校园建筑电气，因负荷较小，留10%的冗余足够。额定容量的选择，要把扩容和过负荷等等因素都考虑在内，如是选则过小，在继续增加变压器的台数，会影响生产运行，并加大投资而造成浪费。另外也可根据负荷等级来选择变压器的台数。若是选择2台及2台以上的变压器。并让两台变压器采用并联运行方式，不但增强了电力系统的可靠性和安全性，而且也极大地提高了系统的功率因数，有利于节能设计的要求。

2.提高功率因数

功率因数是电气运行的重要物理量，它与电气设备的节能密切相关。功率因数如果长期控制在比较高的水平上，电力系统的无功功率就会变大，系统电能的转化率就会变高。提高功率因数的方法：一是通过提高用户负载率，例如对于动力电气设备，诸如电动机，可以在满足工艺生产要求的前提下，尽量选择极数较少的电动机。因为少极数的电机，其起动转矩较大，起动过程中的电流也相对较大，所以电气设备在最快的时间内正常运行，效率很高，同时也节约电能的损耗。此外，可让电动机实现变频自动控制，使得电机在负载较小时，获得较高的功率因数。当用户的负载率控制稳定在0.7左右，会使变压器的一次侧功率因数达到最高。二是在低压电力系统中装设自动补偿的电容柜，来补偿无功功率。一般来说，其无功功率的选择尽量控制在变压器的20%－30%，这样使得电力系统稳定，并且节能效果最佳。

3.电力电缆的选择

电力电缆是输配电系统的重要组成部分，其线路成本占总的电力工程的投资而言，相对较大，特别是电力线路长期投入使用，维护量会越来越大，所以电力电缆的选择应谨慎选择。

电力电缆的截面选择：通常按照经济电流密度的曲线和持续允许的电流来进行选择。在一年中负荷最大的使用小时数相同的情况下，利用前者选择电力电缆通常比按后者选择的电缆截面要大一个等级，这样对于电缆材料的投资和使用量非常不利。

在选择电缆材质时，因为铜电缆价格的确比铝电缆的价格贵许多，因此不少工程都选购了铝电缆，其实从电力电缆的长期经济稳定运行的角度来看，铝电缆在安全和节能方面是不占据优势的。但是铜电缆越粗，比相同截面的铝电缆贵重的倍数越大，所以在保证安全的前提下，个别截面较粗的电缆可以选取铝电缆，这个有待于探讨，具体情况具体分析，但是较小截面的铜电缆比铝电缆贵不太多，推荐选择铜电缆。

二、合理选择光源

为了达到照明工程的节能设计，其光源的选择推荐选用高效能的光源，这种高效能的光源的发光效率是普通照明灯的好几倍，可以大量的节约电力电能。

对于工厂、住宅用的卫生间及其上下楼梯间应尽量选择节能显著的吸顶灯为宜，虽然这类灯具的功率相对较低，但是也可以满足人们和用户生活的需要，所以选择此类灯具会节约很多的电能。对于图书馆、阅览室和超市的货架处可以选择紧凑型荧光灯，因为它的光通量较高，光线比较集中，适合这类场所和人们生活的实际需要，且减少了照明工程的投入成本和安装。

三、结束语

综上分析，电力工程的节能设计的重点是变压器的选择、功率因数的保持和控制，以及输配电线路的节能设计，对于这三方面来说，还有很大的节能空间可挖，需进行周密的思考和设计。

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胡晓毅（1970—），男，四川成都人，大学本科，工程师，现供职于四川省西南机电设备进出口有限公司，研究方向：工程管理。