電纜設計與電氣節能
電纜設計與電氣節能
【摘要】隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的不斷高速發(fā)展，人類(lèi)的精神文明以及物質(zhì)文明也得到了質(zhì)的飛躍和升華，在追求電氣精美的層次上對于電氣的節能要求也越來(lái)越高。
而電力以及電磁波的產(chǎn)生和傳輸以及應用都要采用電纜作為連接和傳輸的主要部件，電纜作為傳輸電能的唯一途徑，為了能夠使節能效果更佳的明顯，加強對電纜設計變得至關(guān)重要。
由于電氣節能措施大多數存在投資高、效果不明顯的特征，投資收益達不到預期的效果，會(huì )使得開(kāi)發(fā)商降低電氣節能的應用程度。
本文針對電纜設計與電氣節能展開(kāi)了探討和研究，通過(guò)實(shí)際的工程案例，闡述了在電纜設計中，選擇合理電纜截面以及敷設方式，從而降低線(xiàn)路的電能損耗，從而達到節能的目的，僅供參考。
【關(guān)鍵詞】電纜設計;經(jīng)濟電流密度;電氣節能;應用
全球資源的緊缺已經(jīng)成為社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展的重要阻礙因素，而我國正處于經(jīng)濟發(fā)展的增長(cháng)期，能源對經(jīng)濟增長(cháng)的約束作用已經(jīng)越來(lái)越明顯，節能已經(jīng)成為我國國計民生的大事。
社會(huì )的生產(chǎn)生活都離不開(kāi)電力的作用，而電力的傳輸和應用都是以電纜作為傳輸和連接的部件，為了能夠盡最大可能的實(shí)現電氣節能效果就必須要對電纜進(jìn)行科學(xué)合理的設計。
1. 工程概況
本工程是對某企業(yè)的綜合樓設計，其總建筑面積約為35000�O，其中地下兩層，地上二十層，其工程主要有實(shí)驗室、廚房、餐廳、會(huì )議室和辦公室，而工程的設計主要有電氣節能和電纜設計，相關(guān)專(zhuān)業(yè)人士已經(jīng)對綜合樓進(jìn)行了評估和驗證，此建筑工程屬于一類(lèi)高層建筑，屬于一級負荷用戶(hù)。
其具體的工程概況如表1所示[1]。
表1 某單位綜合樓工程概況
序號 層數 功能
1 地下二層 變電所、庫房、消防間、制冷機房
2 地下一層 廚房、餐廳、風(fēng)機房、食品庫
3 一層 餐廳
4 2～6層 多媒體教室、會(huì )議室、辦公室
5 7～12層 員工宿舍
6 13～20層 實(shí)驗室，儀器設備室、辦公室
2. 電纜設計截面選擇基本原則
2.1 機械強度原則
電纜在安裝運行過(guò)程中會(huì )受到各種客觀(guān)因素的制約性影響，電纜處于一種露天作業(yè)的環(huán)境，在設計的過(guò)程中就需要充分的考慮風(fēng)、雪、雨、冰以及溫度等自然環(huán)境因素對電纜的影響。
因此，為了能夠保證電纜的安全運行，在設計過(guò)程中一定要對周邊環(huán)境進(jìn)行考察，機械強度要選擇最佳的導線(xiàn)截面。
一般情況下，用于低壓架空線(xiàn)路的鋁絞線(xiàn)和鋼芯鋁絞線(xiàn)的截面積不能小于16mm?，其中配電線(xiàn)路的每一相導體截面規格如表2所示[2]。
表2 導體最小允許截面
布線(xiàn)形式
線(xiàn)路用途 導體最小截面
銅 鋁
電纜和絕緣電線(xiàn) 電力和照明線(xiàn)路 1.5 2.5
信號和控制線(xiàn)路 0.5 --
裸導體 電力線(xiàn)路 10 16
信號和控制線(xiàn)路 4 --
絕緣電線(xiàn)和電纜柔性連接 任何用途 0.75 --
特低壓電路 0.75 --
2.2 經(jīng)濟密度原則
選擇導線(xiàn)既要考慮經(jīng)濟性，又要考慮安全性。
導線(xiàn)截面偏大，線(xiàn)順就小，但會(huì )增加線(xiàn)路投資;導線(xiàn)截面偏小，線(xiàn)損就偏大，而且安全系數也小。
供配電線(xiàn)路在滿(mǎn)足電壓損失的短路熱穩定的前提下，年最大負荷運行時(shí)間小于4000h，可按導體載流量選擇導線(xiàn)截面;年最大負荷運行時(shí)間大于4000h但小于7000h，宜按經(jīng)濟電流密度選擇導線(xiàn)截面;年最大負荷運行時(shí)間大于7000h，應按經(jīng)濟電流密度選擇導線(xiàn)截面。
按經(jīng)濟電流密度選擇導線(xiàn)、電纜截面的方法是經(jīng)濟選型。
按載流量選擇線(xiàn)芯截面時(shí)，只計算初始投資;按經(jīng)濟電流選擇時(shí)，除計算初始投資外，還要考慮經(jīng)濟壽命期內導線(xiàn)損耗費用，二者之和應最小。
當減少線(xiàn)芯截面時(shí)，初始投資減少，但線(xiàn)路損耗費用增大;反之增大線(xiàn)芯截面時(shí)，線(xiàn)路損耗減少，但初始投資增加，某一截面區內，二者之和(總費用)最少，即為經(jīng)濟截面。
電纜導體經(jīng)濟電流密度算法
2.2.1.推薦經(jīng)濟電流密度算法[3]：
(式1)
(式2)
(式3)
(式4)
(式5)
將式1代入式5得到：
式中A-與導體截面有關(guān)的單位長(cháng)度成本的可變部分[元/(m・mm?)];
j-電纜導體經(jīng)濟電流密度(A/mm?);Imax-最大負荷電流(A);
N-電纜使用的經(jīng)濟壽命(年);Np-每回路相導體的數量;
Nc-傳輸同型號電纜和負載值的回路數量;P-電價(jià)(元);
D-附加發(fā)電成本[元/(kW・年)];F-定義的輔助量(元/W);
Q-定義的輔助量;r-定義的輔助量;ζ-年最大負荷利用小時(shí)對應的年最大負荷損耗小時(shí)h;Sec-電纜導體的經(jīng)濟截面(mm?)
2.2.2.計算時(shí)，一般取N=30年，D=252元/(kW・年)，現值系數[Q/(1+i%)】=11.2，公共建筑低壓配電系統一般采用TN-S系統形式，Np=4，YJV-1kV(3+2)電纜平均值A=2.276，COSΦ=0.8.
以本工程建筑中的辦公為例，其Tmax=4000h，ζ=2750h，該市非工經(jīng)營(yíng)峰-平段平均電價(jià)(10kV)P=0.79元/kWh，將上述已知參數代入上面公式F=108.6(元/W)
3. 電纜敷設的注意事項
3.1 敷設間距保證合理性，強化梯級橋架敷設
電纜在敷設的過(guò)程中，為了保證電纜運輸的安全性，電纜應優(yōu)先采用梯級橋架敷設。
由于橋架對電纜周?chē)目諝饬魍ㄋa(chǎn)生的阻力比較的小，而且散熱效果較之于其他形式更加的良好，從一定程度上說(shuō)電纜的額定載流量相對較大，能夠滿(mǎn)足電力供應系統的需求。
3.2 應用新型節能橋架，重視電纜排布規范性
由于工程施工過(guò)程中電纜敷設和電氣節能的工藝要求比較嚴格，施工人員的技術(shù)水平不是很高，從一定程度上會(huì )嚴重影響工程的電纜敷設以及電氣節能的效果。
電纜敷設可選擇科學(xué)技術(shù)含量較高的設備產(chǎn)品，節能輕質(zhì)高強電纜橋架是高科技產(chǎn)品的代表，其中具有節能、輕質(zhì)以及高強耐腐的特性。
此新型節能是依據材料力學(xué)的原理特征，來(lái)變革傳統的平板結構，從而提高橋架的機械強度，當電纜的內置環(huán)境溫度達到標準的空間范圍時(shí)，散熱的效果會(huì )十分的明顯，從整體效果上來(lái)看十分有利于提高電纜的載流量值。
3.3 建立溫度檢測系統，提高通風(fēng)散熱效果
由于建筑工程的風(fēng)機房和食品庫對溫度和通風(fēng)散熱的要求比較的高，因此，在進(jìn)行電纜敷設的過(guò)程中一定要注意有針對性的進(jìn)行施工，保證整個(gè)工程施工的質(zhì)量能夠達到標準要求。
電纜安裝過(guò)程中，需綜合考量工程變電所以及電纜夾層的通風(fēng)效果，針對工程中電纜相對比較密集的場(chǎng)所，其散發(fā)的熱量主要集中在局部，為了能夠使溫度保持在一定的標準范圍之內，就必須要采用機械通風(fēng)的形式有效的降低局部溫度，從而建立溫度檢測系統，提高通風(fēng)散熱效果。
4. 提高電氣節能效果的對策探析
4.1 合理設計照明系統，提高照明節能效果
由于此工程是綜合樓設計，每一個(gè)功能間對燈光照明的要求都不相同，會(huì )議室、多媒體室以及實(shí)驗室和儀器設備室在施工中就需要提前做好電氣節能的設計，對各功能進(jìn)行綜合分析來(lái)選擇最佳的節能照明燈具。
照明消耗的電能在電力總消耗量中的比重十分高，由于工程建設過(guò)程中，照明電能需求十分大，為了能夠保證照明的質(zhì)量，有效的實(shí)現電氣節能效果可充分的利用電能以及太陽(yáng)能資源，從而力求最大限度的減少照明系統中的能源損耗，相關(guān)的技術(shù)工作人員可根據工程的實(shí)際需求和功能對照明的光度、色溫以及顯色指數進(jìn)行科學(xué)合理的設定和調整。
為了能夠保證照明系統設計的科學(xué)合理性，必須針對工程建筑的不同面積和高度的房間來(lái)選擇照明燈具，通過(guò)專(zhuān)業(yè)計算來(lái)選擇燈具的最佳配光值，從而來(lái)提高光的利用率，達到電氣節能的效果。
針對不同燈具的性能以及建筑的使用功能來(lái)選擇性?xún)r(jià)比最高的照明系統，實(shí)現節能效果[4]。
4.2 優(yōu)化電氣系統設計，加強審核監管力度
由于綜合樓工程施工過(guò)程中，每一個(gè)施工工序的要求都會(huì )存在一定的差異性，從一定程度上來(lái)說(shuō)會(huì )導致整個(gè)之間的連續性不夠強。
因此，為了能夠全面控制整個(gè)工程節能效果，就必須在施工之前要進(jìn)行整體的系統設計。
為了能夠盡最大可能的實(shí)現電氣節能的效果，相關(guān)的設計工作者需不斷的強化工程的電氣節能工作，對各項電氣設備采取有效的節能措施，科學(xué)合理的設定電力系統節能方案。
節能設計方案一定要具備極強的合理性和實(shí)用性，必須以保證電力運行的安全性和可靠性為根本標準。
相關(guān)的設計工作者在優(yōu)化系統設計方案時(shí)，需及時(shí)的與業(yè)主進(jìn)行有效溝通，結合工程具體情況，根據符合的特點(diǎn)以及建筑的使用功能進(jìn)行全面綜合的考慮，從而確定出最合理的設計方案。
政府職能部門(mén)也要不斷的提高對電氣節能設計的審核監管力度，對電氣節能的設計圖紙需不斷的審查，一定要達到國家的電氣節能標準。
4.3 提高變壓器規范性，降低電能損耗
在綜合樓工程施工中，不同樓層在進(jìn)行變壓器安裝的過(guò)程中，必須要根據實(shí)際的用電需求進(jìn)行變壓器的安裝。
變壓器是電力運行的重要基礎性設備，由于變壓器本身就存在著(zhù)阻抗，因此，在運行的過(guò)程中會(huì )存在大量的消耗和浪費電能的現象。
為了能夠使變壓器實(shí)現節約電能損耗的效果，需根據工程具體情況來(lái)適當降低變壓器的負載率，盡最大可能的降低變壓器的有功功率損耗，從而來(lái)提高變壓器的運行效率，降低不必要的電能損耗現象。
為了能夠使變壓器在運行的過(guò)程中所產(chǎn)生的負載率盡最大可能的接近最佳負載率，就必須要根據實(shí)際狀況來(lái)尋找最佳的變壓器容量，從一定程度上能夠有效的提高遍野器的經(jīng)濟效益，同時(shí)還能夠提升變壓器的節能效果。
相關(guān)的技術(shù)工作人員需根據符合的實(shí)際大小來(lái)合理安排變壓器運行的臺數，以求達到變壓器最小的自身?yè)p耗。
結束語(yǔ)
綜上所述，對電纜設計與電氣節能進(jìn)行分析具有極高的研究?jì)r(jià)值，在電纜設計過(guò)程中一定要重視截面原則，尤其要注意電力電纜經(jīng)濟選擇，并選擇合理的電纜敷設方式，從而降低線(xiàn)路損耗，實(shí)現節能目標。
為了能夠有效的提高電氣節能效果，相關(guān)的工作人員需要根據工程實(shí)際狀況來(lái)對電力系統節能方案進(jìn)行設計，不斷的優(yōu)化照明和變壓器系統，從而降低整個(gè)電力系統的能源損耗。
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