摘要：工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)成本構(gòu)成很多,其中用電成本絕對是不可忽視的構(gòu)成之一,怎樣減少設(shè)備投資,怎樣降低企業(yè)用電成本成為大家共同關(guān)注的焦點(diǎn)。本文著眼于電氣節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則，重點(diǎn)從變壓器的選擇、供配電系統(tǒng)及線路設(shè)計(jì)、提高系統(tǒng)功率因數(shù)、照明節(jié)能、電動機(jī)節(jié)能、節(jié)電型低壓電器的選用等多個(gè)方面和角度，結(jié)合筆者在砂石骨料生產(chǎn)線設(shè)計(jì)過程當(dāng)中的應(yīng)用，對電氣節(jié)能技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)線中的部分應(yīng)用進(jìn)行論述。
關(guān)鍵詞：電氣 節(jié)能 設(shè)計(jì) 選型 砂石骨料
1 電氣節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則
電氣節(jié)能設(shè)計(jì)既不能以犧牲車間功能、損害使用需求為代價(jià)，也不能盲目增加投資、為節(jié)能而節(jié)能。因此電氣節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：
1.1 滿足生產(chǎn)車間的功能
主要包括：滿足生產(chǎn)車間不同場所、部位對照明照度的不同要求；滿足車間正常生產(chǎn)所需要的總負(fù)荷量；滿足車間生產(chǎn)的工藝要求。
1.2 考慮實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益
節(jié)能應(yīng)考慮國情，計(jì)及實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益，不能因?yàn)樽非蠊?jié)能而過高地消耗投資，增加運(yùn)行費(fèi)用，而是應(yīng)該通過比較分析，合理選用節(jié)能設(shè)備及材料，使增加的節(jié)能方面的投資，能在幾年或較短的時(shí)間內(nèi)用節(jié)能減少下來的運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行回收。
1.3 節(jié)省無謂消耗的能量
節(jié)能的著眼點(diǎn)應(yīng)是節(jié)省無謂消耗的能量。設(shè)計(jì)時(shí)首先找出哪些方面的能量消耗是與發(fā)揮車間功能無關(guān)的，再考慮采取什么措施節(jié)能。如變壓器的功率損耗、電能傳輸線路上的有功損耗，都是無用的能量損耗；又如量大面廣的照明容量，宜采用先進(jìn)的調(diào)光技術(shù)、控制技術(shù)使其能耗降低。
因此節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)把握“滿足功能、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)”的原則。具體說來，可重點(diǎn)從以下多個(gè)方面采取節(jié)能措施，將節(jié)能技術(shù)合理應(yīng)用到實(shí)際工程中。
2 變壓器的選擇
變壓器節(jié)能的實(shí)質(zhì)就是：降低其有功功率損耗、提高其運(yùn)行效率。
S11變壓器外形美觀，價(jià)格低廉，節(jié)能顯著，磁路均勻，空載損耗低、噪聲低、溫升低、免維修、效率高、體積小。S11-30~1600KVA/10 kV系列配電變壓器節(jié)能效果顯著，采用新型鐵芯材料。磁路分布均勻，大大降低了空載激磁電流和空載損耗，由于鐵芯為全斜三接縫結(jié)構(gòu)，故運(yùn)行可靠、體積小、重量輕、噪聲低、工藝性好、散熱好、溫升低、不吊芯結(jié)構(gòu)、不污染環(huán)境、免維修、效率高。 變壓器的線損，它取決于變壓器繞組的電阻及流過繞組電流的大小。因此，應(yīng)選用阻值較小的銅芯繞組變壓器。
綜合考慮各種費(fèi)用因素，且使變壓器在使用期內(nèi)預(yù)留適當(dāng)?shù)娜萘?，因此變壓器的?fù)載率應(yīng)選擇在75 %～85 %為宜。這樣既經(jīng)濟(jì)合理，又物盡其用。另一方面，因?yàn)樽儔浩髟跐M負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，其絕緣層的使用年限一般為20年，20年后通常會有性能更優(yōu)的變壓器問世，這樣就可有機(jī)會更換新的設(shè)備，從而使變壓器總趨技術(shù)領(lǐng)先水平。
設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，合理分配用電負(fù)荷、合理選擇變壓器容量和臺數(shù)，使其工作在高效區(qū)間內(nèi)，可有效減小變壓器總損耗。當(dāng)負(fù)荷率低于30 %時(shí)，應(yīng)按實(shí)際負(fù)荷換小容量變壓器；當(dāng)負(fù)荷率超過80 %并通過計(jì)算不利于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)，可放大一級容量選擇變壓器。
當(dāng)容量大而需要選用多臺變壓器時(shí)，在合理分配負(fù)荷的情況下，盡可能減少變壓器的臺數(shù)，選用大容量的變壓器。例如需要裝機(jī)容量為2000kVA，可選2臺1000kVA，不選4臺500kVA。因?yàn)榍罢呖倱p耗比后者小,且綜合經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)于后者。對分期實(shí)施的項(xiàng)目，宜采用多臺變壓器方案，避免輕載運(yùn)行而增大損耗；內(nèi)部多個(gè)變電所之間宜敷設(shè)聯(lián)絡(luò)線，根據(jù)負(fù)荷情況，可切除部分變壓器，從而減少損耗；對可靠性要求高、不能受影響的負(fù)荷，宜設(shè)置專用變壓器。
在變壓器設(shè)計(jì)選擇中，如能掌握好上述原則及措施，則既可達(dá)到節(jié)能目的，又符合經(jīng)濟(jì)合理的要求。
懷寧月山鑫峰建筑骨料項(xiàng)目變壓器負(fù)荷計(jì)算選型（上圖）
懷寧月山鑫峰建筑骨料項(xiàng)目低壓一次系統(tǒng)圖（上圖）
3 合理設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)及線路
3.1 根據(jù)負(fù)荷容量及分布、供電距離、用電設(shè)備特點(diǎn)等因素，合理設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)和選擇供電電壓，可達(dá)到節(jié)能目的。供配電系統(tǒng)應(yīng)盡量簡單可靠，同一電壓供電系統(tǒng)變配電級數(shù)不宜多于兩級。
3.2 按經(jīng)濟(jì)電流密度合理選擇導(dǎo)線截面，一般按年綜合運(yùn)行費(fèi)用最小原則確定單位面積經(jīng)濟(jì)電流密度。
3.3 由于一般工程的干線、支線等線路總長度動轍數(shù)萬米，線路上的總有功損耗相當(dāng)可觀，所以，減少線路上的損耗必須引起設(shè)計(jì)足夠重視。由于線路損耗與其電導(dǎo)率、長度成正比，與其截面成反比。為此，應(yīng)從以下幾方面入手：
3.3.1 選用電導(dǎo)率較小的材質(zhì)做導(dǎo)線。銅芯最佳，但又要貫徹節(jié)約用銅的原則。因此在滿足技術(shù)要求以及經(jīng)濟(jì)合理的條件下可采用鋁芯導(dǎo)線。
3.3.2 減小導(dǎo)線長度。主要措施有：
a. 變配電所應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心，以縮短線路供電距離，減少線路損失。低壓線路的供電半徑一般不超過200m，當(dāng)建筑物每層面積不少于10000ｍ２時(shí)，至少要設(shè)兩個(gè)變配電所，以減少干線的長度；
b. 在高層建筑中，低壓配電室應(yīng)靠近強(qiáng)電豎井，而且由低壓配電室提供給每個(gè)豎井的干線，不應(yīng)產(chǎn)生“支線沿著干線倒送電能”的現(xiàn)象，盡可能減少回頭輸送電能的支線；
c. 線路盡可能走直線，少走彎路，以減少導(dǎo)線長度；其次，低壓線路應(yīng)不走或少走回頭線，以減少來回線路上的電能損失。
3.3.3 增大線纜截面S。
a. 對于比較長的線路，在滿足載流量、動熱穩(wěn)定、保護(hù)配合、電壓損失等條件下，可根據(jù)情況再加大一級線纜截面。假定加大線纜截面所增加的費(fèi)用為Ｍ，由于節(jié)約能耗而減少的年運(yùn)行費(fèi)用為ｍ，則M/m為回收年限，若回收年限為幾個(gè)月或一、二年，則應(yīng)加大一級導(dǎo)線截面。 一般來說，當(dāng)線纜截面小于70mm２，線路長度超過100m時(shí)，增加一級線纜截面可達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的節(jié)能效果。
b. 合理調(diào)劑季節(jié)性負(fù)荷、充分利用供電線路。如將空調(diào)風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)盤管與一般照明、電開水等計(jì)費(fèi)相同的負(fù)荷，集中在一起，采用同一干線供電，既可便于用一個(gè)火警命令切除非消防用電，又可在春、秋兩季空調(diào)不用時(shí)，以同樣大的干線截面?zhèn)鬏斴^小的負(fù)荷電流，從而減小了線路損耗。
在供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，積極采取上述各項(xiàng)技術(shù)措施，就可有效減少線路上的電能損耗，達(dá)到線路節(jié)能的目的。
YJV交聯(lián)電纜技術(shù)參數(shù)（上圖）
懷寧月山鑫峰建筑骨料項(xiàng)目部分低壓電纜選型計(jì)算（上圖）
4 提高系統(tǒng)的功率因數(shù)
4.1 提高功率因素的意義
在系統(tǒng)有功功率一定的情況下，cosφ（功率因數(shù)） 越高（即減少系統(tǒng)無功功率），功率損耗將越小，所以，提高系統(tǒng)功率因素、減少無功功率在線路上傳輸，可減少線路損耗，達(dá)到節(jié)能的目的。另外，提高變壓器二次側(cè)的功率因素，可使總的負(fù)荷電流減少，故可減少變壓器的銅損，并能減少線路及變壓器的電壓損失。當(dāng)然，另一方面，提高系統(tǒng)功率因素，使負(fù)荷電流減少，相當(dāng)于增大了發(fā)配電設(shè)備的供電能力。
4.2 提高功率因素的措施
a) 減少供用電設(shè)備無功消耗，提高自然功率因素，其主要措施有：
——正確設(shè)計(jì)和選用變流裝置。
——限制電動機(jī)和電焊機(jī)的空載運(yùn)轉(zhuǎn)。
——條件允許時(shí)，采用功率因數(shù)較高的等容量同步電動機(jī)代替異步電動機(jī)，在經(jīng)濟(jì)合算的前提下，也可采用異步電機(jī)同步化運(yùn)行。
——熒光燈選用高次諧波系數(shù)低于15 %的電子鎮(zhèn)流器；氣體放電燈的電感鎮(zhèn)流器，單燈安裝電容器就地補(bǔ)償?shù)龋伎墒棺匀还β室驍?shù)提高到0.85～0.95。
b) 用靜電電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償：
按全國供用電規(guī)則規(guī)定，高壓供電的用戶和高壓供電裝有帶負(fù)荷調(diào)整電壓裝置的電力用戶，在當(dāng)?shù)毓╇娋忠?guī)定的電網(wǎng)高峰負(fù)荷時(shí)功率因素應(yīng)不低于0.9。
當(dāng)自然功率因素達(dá)不到上述要求時(shí)，應(yīng)采用電容器人工補(bǔ)償?shù)姆椒?，以滿足規(guī)定的功率因素要求。實(shí)踐表明，每千乏補(bǔ)償電容每年可節(jié)電150～200kWh，是一項(xiàng)值得推廣的節(jié)電技術(shù)。特別是對于下列運(yùn)行條件的電動機(jī)要首先應(yīng)用：
?。?）遠(yuǎn)離電源的水源泵站電動機(jī)；
?。?）距離供電點(diǎn)200m以上的連續(xù)運(yùn)行電動機(jī)；
?。?）輕載或空載運(yùn)行時(shí)間較長的電動機(jī)；
?。?）YZR、YZ系列電動機(jī)；
（5）高負(fù)載率變壓器供電的電動機(jī)。
無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)原則為：
——高、低壓電容器補(bǔ)償相結(jié)合，即變壓器和高壓用電設(shè)備的無功功率由高壓電容器來補(bǔ)償，其余的無功功率則需按經(jīng)濟(jì)合理的原則對高、低壓電容器容量進(jìn)行分配；
——固定與自動補(bǔ)償相結(jié)合，即最小運(yùn)行方式下的無功功率采用固定補(bǔ)償，經(jīng)常變動的負(fù)荷采用自動補(bǔ)償。
——分散與集中補(bǔ)償相結(jié)合，對無功容量較大、負(fù)荷較平穩(wěn)、距供電點(diǎn)較遠(yuǎn)的用電設(shè)備，采用單獨(dú)就地補(bǔ)償；對用電設(shè)備集中的地方采用成組補(bǔ)償，其他的無功功率則在變電所內(nèi)集中補(bǔ)償；
有必要指出的是，就地安裝無功補(bǔ)償裝置，可有效減少線路上的無功負(fù)荷傳輸，其節(jié)能效果比集中安裝、異地補(bǔ)償要好。還有一點(diǎn)，對于電梯、自動扶梯、自動步行道等不平穩(wěn)的斷續(xù)負(fù)載，不應(yīng)在電動機(jī)端加裝補(bǔ)償電容器。因?yàn)樨?fù)荷變動時(shí)，電機(jī)端電壓也變化，使補(bǔ)償電容器沒有放完電又充電，這時(shí)電容器會產(chǎn)生無功浪涌電流，使電機(jī)易產(chǎn)生過電壓而損壞。另外，如星三角起動的異步電動機(jī)也不能在電動機(jī)端加裝補(bǔ)償電容器，因?yàn)樗饎舆^程中有開路、閉路瞬時(shí)轉(zhuǎn)換，使電容器在放電瞬間又充電，也會使電機(jī)過電壓而損壞。
懷寧月山鑫峰建筑骨料項(xiàng)目配置的低壓動態(tài)無功補(bǔ)償（上圖）
5 照明部分的節(jié)能
因照明部分量大而面廣，故照明節(jié)能的潛力很大。在滿足照度、色溫、顯色指數(shù)等相關(guān)技術(shù)參數(shù)要求的前提下，照明節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)從下列幾方面著手：
5.1 選用高效光源
按工作場所的條件，選用不同種類的高效光源，可降低電能消耗，節(jié)約能源。其具體要求如下：
一般室內(nèi)場所照明，優(yōu)先采用熒光燈或小功率高壓鈉燈等高效光源，推薦采用T5細(xì)管、U型管節(jié)能熒光燈，以滿足《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50034-2013）對照明功率密度（LPD）的限值要求。不宜采用白熾燈，只有在開合頻繁或特殊需要時(shí)，方可使用白熾燈，但宜選用雙螺旋（雙絞絲）白熾燈。
高大空間和室外場所的一般照明、道路照明，應(yīng)采用金屬鹵化物燈、高壓鈉燈等高光強(qiáng)氣體放電燈。
氣體放電燈應(yīng)采用耗能低的鎮(zhèn)流器，且熒光燈和氣體放電燈必須安裝電容器，補(bǔ)償無功損耗。
5.2 選用高效燈具
除裝飾需要外，應(yīng)優(yōu)先選用直射光通比例高、控光性能合理、反射或透射系數(shù)高、配光特性穩(wěn)定的高效燈具：
采用非對稱光分布燈具。由于它具有減弱工作區(qū)反射眩光的特點(diǎn)，在一定的照度下，能夠大大改善視覺條件，因此可獲得較高的效能。
選用變質(zhì)速度較慢的材料制成的燈具，如玻璃燈罩、搪瓷反射罩等，以減少光能衰減率。室內(nèi)燈具效率不應(yīng)低于70 %（裝有遮光柵格時(shí)，不應(yīng)低于55 %）；室外燈具效率不應(yīng)低于40 %（但室外投光燈不應(yīng)低于55 %）。
5.3 選用合理的照明方案
采用光通利用系數(shù)較高的布燈方案，優(yōu)先采用分區(qū)一般照明方式。
在有集中空調(diào)且照明容量大的場所，采用照明燈具與空調(diào)回風(fēng)口結(jié)合的形式。在需要有高照度或有改善光色要求的場所，采用兩種以上光源組成的混光照明。室內(nèi)表面采用高反射率的淺色飾面材料，以更加有效地利用光能。
5.4 照明控制和管理
?。?）充分利用自然光，根據(jù)自然光的照度變化，分組分片控制燈具開停。設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)增加照明開關(guān)點(diǎn)，即每個(gè)開關(guān)控制燈的數(shù)量不要過多，以便管理和有利節(jié)能。
?。?）對大面積場所的照明設(shè)計(jì)，采取分區(qū)控制方式，這樣可增加照明分支回路控制的靈活性，使不需照明的地方不開燈，有利節(jié)電。
?。?）有條件時(shí)，應(yīng)盡量采用調(diào)光器、定時(shí)開關(guān)、節(jié)電開關(guān)等控制電氣照明。公共場所照明，可采用集中控制的照明方式，并安裝帶延時(shí)的光電自動控制裝置。
?。?）室外照明系統(tǒng)，為防止白天亮燈，最好采用光電控制器代替照明開關(guān)，以利節(jié)電。
?。?）在插座面板上設(shè)置翹板開關(guān)控制，當(dāng)用電設(shè)備不使用時(shí)，可方便切斷插座電源，消除設(shè)備空載損耗、達(dá)到節(jié)電的目的。
懷寧月山鑫峰建筑骨料項(xiàng)目部分建筑物室內(nèi)照明配置（上圖）
6 電動機(jī)的節(jié)能
6.1 選用高效率電動機(jī)
提高電動機(jī)的效率和功率因素，是減少電動機(jī)的電能損耗的主要途徑。與普通電動機(jī)相比，高效電動機(jī)的效率要高3 %～6 %，平均功率因數(shù)高7～9％，總損耗減少20％～30％，因而具有較好的節(jié)電效果。所以在設(shè)計(jì)和技術(shù)改造中，應(yīng)選用高效率電動機(jī)，以節(jié)省電能。另一方面要看到，高效電機(jī)價(jià)格比普通電機(jī)要高20％～30％，故采用時(shí)要考慮資金回收期，即能在短期內(nèi)靠節(jié)電費(fèi)用收回多付的設(shè)備費(fèi)用。一般符合下列條件時(shí)可選用高效電機(jī)：
?。?）負(fù)載率在0.6以上；
?。?）每年連續(xù)運(yùn)行時(shí)間在3000h以上；
?。?）電機(jī)運(yùn)行時(shí)無頻繁啟、制動(最好是輕載啟動，如風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載)；
（4）單機(jī)容量較大。
6.2 選用交流變頻調(diào)速裝置
推廣交流電機(jī)調(diào)速節(jié)電技術(shù)，是當(dāng)前我國節(jié)約電能的措施之一。采用變頻調(diào)速裝置，使電機(jī)在負(fù)載下降時(shí)，自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，從而與負(fù)載的變化相適應(yīng)，即提高了電機(jī)在輕載時(shí)的效率，達(dá)到節(jié)能的目的。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)變頻的種類和需調(diào)速的電機(jī)設(shè)備，選用適合的變頻調(diào)速裝置。
6.3 選用軟啟動器設(shè)備
比變頻器價(jià)格便宜的另一種節(jié)能措施是采用軟啟動器。軟啟動器設(shè)備是按起動時(shí)間逐步調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角，以控制電壓的變化。由于電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)，因此起動平穩(wěn)，起動完畢，則全壓投入運(yùn)行。軟啟動器也可采用測速反饋、電壓負(fù)反饋或電流正反饋，利用反饋信息控制可控硅導(dǎo)通角，以達(dá)到轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的變化而變化。軟啟動器通常用在電機(jī)容量較大、又需要頻繁啟動的水泵類設(shè)備中，以及附近用電設(shè)備對電壓的穩(wěn)定要求較高的場合。因?yàn)樗鼜膯拥竭\(yùn)行，其電流變化不超過三倍，可保證電網(wǎng)電壓的波動在所要求的范圍內(nèi)。但由于它是采用可控硅調(diào)壓，正弦波未導(dǎo)通部分的電能全部消耗在可控硅上，不會返回電網(wǎng)。因此，它要求散熱條件較好、通風(fēng)措施完善。
7 節(jié)電型低壓電器的選用
設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)積極選用具有節(jié)電效果的新系列低壓電器，以取代功耗大的老產(chǎn)品，例如：
（1) 用RT20、RT16（NT）系列熔斷器取代RT0系列熔斷器；
（2) 用JR20、T系列熱繼電器取代JR0、JR16系列熱繼電器；
?。?) 用AD1、AD系列新型信號燈取代原XD2、XD3、XD5和XD6老系列信號燈；
?。?) 選用帶有節(jié)電裝置的交流接觸器。大中容量交流接觸器加裝節(jié)電裝置后，接觸器的電磁操作線圈的電流由原來的交流改變?yōu)橹绷魑?，既可省去鐵芯和短路環(huán)中絕大部分的損耗功率，還可降低線圈的溫升及噪聲，從而取得較高的節(jié)電效益，每臺平均節(jié)電約50W，一般節(jié)電率高達(dá)85％以上。
綜上所述，骨料生產(chǎn)線電氣的節(jié)能潛力也是很大的，應(yīng)在設(shè)計(jì)中精心考慮各種可行的技術(shù)措施。同時(shí)，在選用節(jié)能的新設(shè)備時(shí)，應(yīng)具體了解其原理、性能、效果，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行比較后，再合理選定節(jié)能設(shè)備，以真正達(dá)到有效節(jié)能的目的。
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編輯：金哲
