浅析电气设计中的节能措施
关键词:节能措施；供配电系统；电气照明
“节能降耗”是国家的基本国策之一，随着科技的迅速发展，节能技术、节能设备也将不断提高和发展。建设资源节约型、环境友好型社会众所皆知，节能的概念更是深人人心，《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》在能效目标上明确提出:要确保到2010年，单位国内生产总值能源消耗降低20%。节能应函盖建筑、结构、设备和使用等方方面面。在此仅粗浅分析电气专业在设计中的节能措施。
1供配电系统的节能措施
负荷计算是供配电系统的设计依据，计算准确与否，对合理选择设备，安全可靠与经济运行，均起决定性作用。但是，如何进行准确的计算，这跟一个设计人员的工作经验及生活经验有关，书本上的计算公式是确定的，就拿Pj=Kd*Pe来说吧，其中Kd的确定就需要在参考规范中的取值范围的基础上，由设计人员的工作经验确定。根据负荷计算容量，供电距离及分布，用电设备特点等因素合理设计供配电系统做到系统尽量简单可靠.操作方便。变配电所应尽量靠近负荷中心，以缩短配电半经减少线路损耗。合理选择变压器容量和台数，力求使变压器的实际负荷接近设计的最佳负荷，并应适应由于季节性造成的负荷变化时能够灵活投切变压器，实现经济运行减少由于轻载运行造成的不必要电能损耗。
1.1变压器的节能设计
减少变压器的有功损耗。变压器的有功损耗按下式计算:
ΔP=Po+Kt*β2*PK
式中:
ΔP——变压器的有功损耗(KW)
Po——变压器的空载损耗(KW)
Pk——变压器的短路损耗(KW)
Β——变压器的平均负载系数
Kt——负载波动损耗系数
1)Po作为变压器的空载损耗又称铁损，它是由铁芯涡流损耗及漏磁损耗组成，其值与铁芯材料及制造工艺有关，与负荷大小无关，所以在选用变压器时最好选择低损耗、低噪声的变压器，如S10等。它们采用优质冷轧取向矽钢片，由于“取向”处理，使矽钢片的磁滞方向接近一致，减少铁芯涡流损耗，45度全斜度接缝结构使接缝密合性好，减少了漏磁损耗。
2)PK是变压器额定负载传输的损耗又称变压器线损，它取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，并与负荷率平方成正比。因此在选择变压器时应选用阻值较小的绕组，如铜芯变压器。Kt*β2PK用微分求它极值时，为β=50%时，变压器的线损最小，但在β=50%负载率时仅减少变压器的线损，并未减少变压器的铁损，因此也不是最节能的。在1.333(Po/Pk)*Se-0.75Se时变压器效率最高，运行最经济。综合初装费，变压器、高低压柜、土建投资及运行费用，又要使变压器在使用期内预留适当的余量，变压器最经济节能运行的负载率一般在70%-85%之间。
3)在选择变压器容量和台数时，应根据负荷情况，综合考虑投资和年运行费用，并根据负载曲线的变化，对负荷合理分配，选取容量与电力负荷相适应的变压器，使其工作在高效低耗区内。
1.2减少线路损耗
由于配电线路有电阻，有电流流过时就会产生功率损耗。要减少线损，就要尽量减少线路电阻。而线路的电阻R=ρL/S，即与导线电阻率ρ、导线长度L成正比，与导线截面S成反比。要减少电阻值应从以下几个方面考虑:
1)尽量选用电阻率ρ较小的导线，如铜芯导线较佳，铝线次之。
2)尽可能减少导线长度，在设计中线路应尽量走直线少走弯路，另外在低压配电中尽可能不走或少走回头路。变电所应尽可能地靠近负荷中心，以减小供电半径。
3)增大导线截面积，对于较长的线路，在满足载流量，热稳定，保护配合及电压降要求的前提下，在选定线截面时宜加大一级截面。这样增加的线路费用，可由节省能耗而减少的年运行费用补回。
1.3采用无功补偿设备，提高功率因数
功率因数提高了可以减少线路功率的损耗，从而达到节能目的〕在供配电系统中的某些用电设备如电动机、变压器、灯具的镇流器以及很多家用电器等都具有电感性，会产生滞后的无功电流，使线路电流增加，增加了线路的功率损耗。然而这部分损耗是可以避免的，有其具体方法。
1)提高用电设备的功率因数，采用功率因数高的设备或采取就地补偿的方式。在设计中尽可能采用功率因数高的用电设备如同步电动机等，电感性用电设备可选用有补偿电容器的用电设备(如配有电容补偿的荧光灯)等。
2)用静电电容器进行无功补偿，电容器可产生超前无功电流抵消用电设备的滞后无功电流从而达到提高功率因数同时又减少整体无功电流。在具体工程设计中有采用分散就地补偿和高低压柜集中补偿等方式，可根据具体情况决定。
1.4谐波治理
谐波产生的干扰不可忽视，谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，给周围的通信系统和公用电网以外的设备带来危害。谐波的存在会使变压器或电动机的能耗增加，即造成铜损、铁损和漏磁损增加，使发电机的铜损、铁损增加；谐波电流使输电线路的附加损耗增加，同时由于输电线路阻抗频率特性，线路电阻随频率的升高而增加，造成电缆产生“集肤效应”现象，这些对于节能都是很不利的，所以必须加强对谐波的管理。电网及用电设备对谐波均有相应的限制要求，并应采取相应的谐波治理方法。
2电气照明的节能措施
照明节能设计就是在保证不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下，力求减少照明系统中光能损失，从而最大限度的利用电能、太阳能。照明装置必须在不浪费能源的条件下符合对特定室内作业或活动的照明要求，即在建立优质高效的照明环境基础上，去实施节约能源。通常的节能措施有以下几种:
1)充分利用自然光，这是照明节能的重要途径之一。自然光可以通过人工照明加以补充，人工照明既可以补充自然光的不足，还可以制造完全有别于自然光效果的气氛从而大大节约人工照明电能。
2)选用高光效、长寿命光源，有利于环境保护，并获得长期运行的经济效益。照明设计规范规定了各种场所的照度标准、视觉要求、照明功率密度等等。照度标准是不可随意降低，也不宜随便提高的，要有效地控制单位面积灯具安装功率。根据照明质量要求合理选择光源，一般房间(场所)应优先采用高光效的荧光灯(如T5,T8管)及紧凑型荧光灯，高大车间、厂房、体育馆场及道路、广场、户外作业场所等的照明宜采用高压钠灯、金属卤化物灯等高效气体放电光源，白炽灯和卤钨灯用于对颜色、照明质量以及调光性能有高度要求的情况。并日在满足眩光限制和配光要求的条件下，应选用光通衰减少，光通量保持率高的灯具。
3)推广使用低能耗性能优的电器附件，如电子镇流器、节能型电感镇流器等。公共建筑场所内的荧光灯宜选用带有无功补偿的灯具，紧凑型荧光灯优先选用电子镇流器，高压钠灯、金属卤化物灯应采用节能型电感镇流器或电子镇流器。电子镇流器具有高功率因数、无频闪、无噪声、启动快速可靠等特点。
4)改进灯具控制方式，采用各种节能型开关、智能照明控制器等，不但能营造良好的光环境，还利于节约能源。根据照明使用特点可采取分区控制灯光或适当增加照明开关点。卧房、病房、客房等床头灯可采用调光开关，高级客房采用节电钥匙开关，公共场所及室外照明可采用程序控制或光电、声控开关，走道、楼梯等人员短暂停留的公共场所可采用节能自熄开关，酒店大堂、餐厅等需要有几种灯光场景要求的场所均可采用智能照明控制系统白动控制管理，以达到最佳的照明效果。
5)照明灯具应定期维护清理，并宜按照光源的寿命或点亮时间，定期更换光源。加强维护管理，以发挥照明设施的效能。
6)对宿舍区，住宅等照明用电量采取单独计量，即设置电度表，以减少电能的浪费。
建筑电气的节能设计潜力很大，设计人员在设计中应精心考虑，做到精心设计。电气行业是个发展迅速的行业，设计人员在平时不但要总结经验，还要积极学习节能新技术，使用节能新材料，考虑合适的照明方式、设备、控制系统和利用可用的自然光，谨慎地选择照明系统、使用自动或人工开关或调光器等，通过科学、合理的设计，在符合各种技术指标，满足功能需求的前提下，采用切实可行的节能措施，既能达到需求的效果，又能达到真正节约电能的目的。
参考文献:
[1]杨彤.现代电气节能设计.电气应用.2005
[2]王志祥.业与民用建筑电气设计节能办法.应用能源技术.2005