中小型化工厂的电气节能设计

[摘要]文章阐述了工业电气节能设计的重要性，分析了工业供配电设计申的节能要点，从选择节能型供配电设备等方面讨论了设计中的节能方法。

[关键词]工业电气；节能设计；照明节能设计

[中图分类号]TM923　[文献标识码]A　[文章编号]1007-7723(2007)07-0031-0003

建设资源节约型社会，是我国的基本国策。能源是人类社会生存和发展的重要物质基础，也是我们全面建设小康社会加快推进社会主义现代化的重要物资基础。2007年4月广西壮族自治区建设厅组织了广西的各家设计院及施工单位的技术人员进行了建筑节能岗位培训；旨在推进节电、节能工作。

在此话题下，笔者作为在工业供配电设计及建筑电气专业设计两个领域从业多年的技术员，谈谈在工厂供配电设计中，如何尽可能地控制电的低效率利用和选用符合国家节能标准的配电设备。

一、提高变压器的效能

(一)选择高效节能变压器，提高资源利用率

配电用变压器是配电系统常用的主要电源设备，又是其自身消耗一定电源的设备，通电运行后长期在电网上运行，一般只在检修时才退出电网。选择不当其本身耗电量的累积值将很大，因此要选择节能变压器的能效标准，节能变压器是空载、负载损耗相对小的变压器。例如S7系列与S9相比，铁损高出11％，铜损高出28％；而新型变压器S10、S11比S9还要节能，S10型比S9的空载、负载损耗低10％。变压器一般使用寿命长达几十年，用高效节能型变压器替代高能耗电变压器，不但可提高能源转换效率，而且在寿命期节电效果相当可观。

(二)合理地计算，选择变压器容量

变压器额定容量应能满足全部用电负载的需要，但不应使变压器长期处于过负载状态下运行。变压器的经常性负载应在变压器额定容量的60％，这时运行效率最高。变压器“大马拉小车”不仅使变压器的容量没有充分利用，而且降低了变压器的运行效率(增加了损耗率)，这对变压器的运行和投资来说都是一种浪费。因此，变压器容量不能按变压器的最佳负荷率来选择，而应略高于变压器的最佳负荷率，一般设75％～85％较为合理。

(三)采用无功功率补偿，提高功率因数

提高功率因数可减少线路无功功率的损耗，从而达到节约电能的目的。提高功率因数的措施，包括提高用电设备的自然功率因数和进行人工无功功率补偿，降低无功损耗。人工补偿措施，一般采用固定的静电电容补偿。补偿装置的设置分为集中补偿和分散补偿。

对于化工厂而言，由于其主要配电设施集中于变配电所，所以变配电所以集中补偿为主。

二、低压配电线路节能措施

根据现行的供配电设计手册，对于低压电缆配电线路截面的选择大多认为由于输容量小、线路不长，如按经济电流密度选择导线截面，往往造成截面偏大。所以，低压电缆线路是按发热(温升)条件选择导体截面；按电压损失效验所选截面，往往忽略了经济电流密度对低压线路截面选择的重要性。而建筑电气设计手册中指出：年最大负荷利用小时Tm＞5000h且线路长度超过20米时还应按经济电流密度选择导体截面。经济电流密度见表1。

目前，广西工联工业工程咨询设计有限公司设计的项目多为化工厂和油库，由于其场所多为爆炸及火灾危险环境，而变(配)电所又必须设在爆炸及危险区外，这就造成了低压配电线路距离较长。从负载性质来看聚氯乙稀、烧碱等化工装置中大部分负荷属于连续性负荷，年运行时间都在5000h以上，而且用电设备台数多、用电量大，因此，低压电缆线路长年线损是相当大的。

由于配电线路有电阻，有电流通过时就会产生功率损耗，其公式为：

Ap=3I²R.10³ (1)

式中，△P——三相输电线路的功率损耗(kw)

I——线电流(A)；R——线路相电阻(Ω)

其中线路电阻(R)在通过电流不变时，线路长度越长则电阻值越大。如果在一个工程中，由于线路上下纵横交错、数量很大，造成大量的电能损耗，那么减少线路能耗必须引起设计人员的足够重视。在具体工程中，线路上电流是不变的，那么要减少线损，只能尽量减少线路电阻。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，如铜芯导线较好，铝芯线较次；

(2)尽量减少导线铺设长度，在设计中配电线路应尽量走直线少走弯路，变电所在符合设计规范要求的前提下，尽量靠近负荷中心，以减少供电半径；

(3)增大导线截面。对长期运行负载的电缆截面适当放大一级，不仅有直接的经济效益；而且还有利于线路与保护装置的配合，有利于供电系统的安全运行，而供电可靠又是一种间接的经济效益。这种效益对运行工厂因停电而影响生产时体会最深。另外，适当放大电缆截面为工厂挖潜改造、设备更新增容创造了有利条件。

三、工厂照明的节能设计

工业厂房是根据工艺生产产品不同而定的生产重要地，由于有些厂房其结构高大、灯具悬挂高、照明空间大等诸多特点决定了其照明的基本要求。由于识别对象的特殊性，所以照明方式要合理；照明质量要高，包括显色指数高、光效高；照明分布要均匀合理。

目前，照明设计节能评价指标采用照明功率密度(LPD)来衡量，实际计算的照明功率密度值应该符合《建筑照明设计标准》(GB50034-2004)的要求，照明节能设计应主要包括以下几个方面。

(一)节能光源的选用

照明光源的选用应符合国家现行相关标准的规定。应根据不同的使用场合，选用合适的照明光源，所选用的照明光源应具有尽可能的光效，以达到照明节能的效果。

(二)节能型镇流器选用

推广使用低损耗、性能优的光源电子附件，高压钠灯、金属卤化物灯应配用节能型电感镇流器；因气体放电光源功率因数低，应采用单灯电容补偿的方式，将功率因数提高到0.9以上。

(三)合理的节能照明设计

在厂房照明设计中，应根据使用场所的使用功能，而不能一味追求灯具的均匀布置；应根据工艺设备布置及了解工艺操作人员的工作面，采用一般照明加局部照明的混合照明方式。既要满足一般照明的最基本照度要求，又要满足有特殊要求的场所，多设置局部照明(如医药厂的加药间、产品包装机等流水作业生产线)，既能够节省电能，又能够达到较高的照度要求，也避免了因亮度分布不均匀而影响视觉的弊端；另一方面，充分利用自然光，正确选择自然采光。在建筑厂房中，应尽可能地配置大窗，使光从不同的角度射入厂房，而又无强烈刺眼光。与此同时，充分利用室内受光面的反射性，能有效地提高光的利用率，如白色墙面的反射系数可达到70％～80％，能起到很好的节能作用。

另外，在照明设计中，除了采用高效节能的光源和照明灯具外，还要在照明控制方面合理控制。如厂区内应在必要情况下实行照明分区或采用多开关控制，每个开关控制4～6支灯泡；对于户外路灯照明可分多路控制，设置全夜灯和半夜灯，以节约用电。

工厂供配电设计是一门综合性的科学，由于各地条件不同，各个工程都有其自身特点，这就要求广大设计人员认真研究，做出切合实际的节电方案，不能只贪图省事省力，大量沿用以往的设计图纸，而应该不断应用新的节能产品和技术，这样才能完成一份质量优良的设计图纸。

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