MAE視代建筑電氣0 12 Vol 3供配電·建筑供配電節(jié)能韓銀鳳,趙麗,董偉,蔡麗敏(長安大學(xué)電子與控制工程學(xué)院,陜西西安710061)摘要:針對世界范圍內(nèi)能源短缺現(xiàn)狀,分析了建筑節(jié)能、建筑電氣節(jié)能、建筑供配電節(jié)能對建設(shè)節(jié)約型社會,發(fā)展節(jié)約型經(jīng)濟(jì)的重要性,并著重論述了建筑供配電節(jié)能的具體方法及措施,對建筑節(jié)能研究有重要意義。關(guān)鍵詞:節(jié)能;功率因數(shù);變壓器;經(jīng)濟(jì)運行;諧波;需用系數(shù)韓銀鳳(1988),女,碩士研究生,研究方向中圖分類號:TU852文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:16748417(2012)12002207為建筑供配電、建筑電0引言舉足輕重的作用。同時,也是保障國家能源安全保護(hù)環(huán)境、提高人民生活質(zhì)量、貫徹落實科學(xué)發(fā)展目前,全世界范圍內(nèi)均存在能源短缺及能源觀的一項重要舉措。因此,建筑電氣節(jié)能顯得尤危機(jī),有關(guān)節(jié)能、生態(tài)、環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展等為重要,如何將節(jié)能技術(shù)合理應(yīng)用到實際工程項問題已成為全社會關(guān)注的焦點,也引發(fā)了人類對目中,已是當(dāng)務(wù)之急。建筑供配電是建筑電氣節(jié)于生態(tài)環(huán)境問題的反思。我國是一個能源相對能的重要組成部分,且與人們的工作生活密切相匱乏的能源消耗大國,節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境顯得關(guān),所以研究建筑供配電節(jié)能具有重大意義。尤為重要,多方位降低能耗則是我國的艱巨任務(wù)在實際工程中建筑供配電節(jié)能措施主要著與目標(biāo)。在歐美一些發(fā)達(dá)國家,節(jié)能型建筑的比眼于以下幾個方面。例已達(dá)40%。我國能源消耗急劇增加,能源危機(jī)日益嚴(yán)重。作為能耗大戶的建筑能耗,已是影響1提高系統(tǒng)功率因數(shù)社會可持續(xù)發(fā)展的一個重大問題。為此,中央經(jīng)對于大量感性負(fù)載所需的滯后無功,由電容濟(jì)工作會議提出建設(shè)節(jié)約型社會、發(fā)展節(jié)約型經(jīng)器的超前無功來補(bǔ)償,提高個體設(shè)備或整體系統(tǒng)濟(jì)的目標(biāo),要求各地大力推廣節(jié)能型建筑。由此的電能轉(zhuǎn)換效率,進(jìn)而提高系統(tǒng)電源的利用效可見,建筑節(jié)能已成為必然。國家與地方相繼出率,減小無功功率在線路上傳輸時對應(yīng)產(chǎn)生的線臺了建筑節(jié)能相關(guān)設(shè)計規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。路損耗,進(jìn)而提高電網(wǎng)輸送效率。建筑電氣占建筑總能耗量的33%,是建筑能1.1功率因數(shù)耗大戶。一項完善的建筑電氣節(jié)能設(shè)計將為建筑在建筑供配電系統(tǒng)中,有三種功率,即有功長期低能耗運行奠定良好的基礎(chǔ),對于促進(jìn)能源功率、無功功率、視在功率。合理利用、節(jié)約能源、緩解能源緊張、加快發(fā)展循(1)有功功率。有功功率是指用電設(shè)備將環(huán)經(jīng)濟(jì)、實現(xiàn)我國國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)、高速發(fā)展有著電能轉(zhuǎn)化為其他能,如電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械趙麗(1959—),女,副教授,研究方向為建筑供配電、建筑電氣。董偉(1959—),男,碩士研究生,研究方向為建筑供配電、建筑電氣。蔡麗敏(1988-),女,碩士研究生,研究方向為建筑供配電、建筑電氣。Ha中國煤化工CNMHG現(xiàn)代建筑電氣MAE·供配電·o 12 Vol 3(Serial No 36)2012能、電光源將電能轉(zhuǎn)化為光能,微波爐將電能轉(zhuǎn)|行缺乏經(jīng)濟(jì)性、科學(xué)性和合理性,電力系統(tǒng)管理化為熱能等對應(yīng)消耗的功率。有功功率用P表不到位且利用效率較低。提高功率因數(shù)可提高示,單位為W(瓦)。發(fā)電機(jī)與變壓器的電能供給能力。如1臺(2)無功功率。無功功率是指感性用電設(shè)100VA的變壓器,求可帶P為10kW,cosg為備工作時必須取用的一種交換功率,并非用電目0.5的電動機(jī)臺數(shù)。若將電動機(jī)cosφ提高為0.9,的,而是為達(dá)到某用電目的,必須向電源索取的又可帶幾臺?交換功率。如熒光燈的工作目的是將電能轉(zhuǎn)化(1)功率因數(shù)為0.5時可帶電動機(jī)臺數(shù):為光能,但為保證其正常啟輝,且運行時限流,就cosco =0.5必須使用鎮(zhèn)流器,而鎮(zhèn)流器要向系統(tǒng)電源索取用P10來交換的無功功率。無功功率用Q表示,單位為cosp 0.5=20 kVAvar(乏)。100(3)視在功率。視在功率是指用電設(shè)備向電源取用的總功率,用S表示,單位為VA(伏安)。(2)功率因數(shù)為0.9時,可帶電動機(jī)臺數(shù):在實際中,系統(tǒng)向電源取用的總功率為S(視0.9在功率)分為兩部分:其一為有功功率,是將電P10能轉(zhuǎn)化為其他能的對應(yīng)功率,是用電目的;其二cosp 0.9=11 kVA是無功功率,是為保證系統(tǒng)正常工作而必須付出Sr100N的交換功率,并非用電目的。實際工程中,希望有功功率在視在功率中占的比例越大越好,而無可見,提高功率因數(shù)可充分挖掘電源的利用功功率在視在功率中占的比例越小越好。電路率。由P=Bco公式可看出,在發(fā)電機(jī)發(fā)出功理論中三者關(guān)系符合功率三角形,如圖1所示。率及輸電網(wǎng)電壓一定的情況下,功率因數(shù)cosφ增大,輸電網(wǎng)電流減小。這樣可減小輸電網(wǎng)有色金屬的投入量,也相應(yīng)減小了輸電網(wǎng)的線路輸電損耗。同時,輸電網(wǎng)的線路輸送壓降減小,進(jìn)而保證了受電端用戶的電能質(zhì)量。綜上所述,提高功率因數(shù)的意義有以下幾點:(1)提高電源設(shè)備、發(fā)電機(jī)、變壓器的利用圖1功率三角形效率。(2)減小輸電網(wǎng)有色金屬的投入量。為表達(dá)電源的利用效率,將有功功率與視在功率之比定義為系統(tǒng)功率因數(shù),用功率三角形中(3)減小輸電網(wǎng)的線路輸電損耗。的阻抗角余弦cosq表示。(4)減小輸電網(wǎng)的線路輸送壓降,進(jìn)而保證受電端用戶的電能質(zhì)量P(1)(5)對于個體用電設(shè)備,可降低其向電源索顯然,cosq越大,說明總視在功率中有功成取的總視在功率分越大,電源的利用效率就越高,即功率因數(shù)的2優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計大小直接表征了電源利用效率的高低。1.2提高功率因數(shù)的意義優(yōu)化設(shè)計方案的措施有:合理確定系統(tǒng)電網(wǎng)在實際工程中,由于系統(tǒng)感性負(fù)荷較多,類型;盡可能將系統(tǒng)電源設(shè)立在負(fù)荷中心,減小cos小,對應(yīng)電源在輸電線路上產(chǎn)生感性無功電不必要的線路中國煤化工妥裝,減流分量,引起較大的電網(wǎng)線路輸送損耗。系統(tǒng)運小不對稱電流ICNMHGMA圍現(xiàn)代建筑電氣No 12 Vol3 (Serial No. 36)2012·供配電·L—輸電網(wǎng)導(dǎo)線長度,km。2.1系統(tǒng)導(dǎo)線與節(jié)能負(fù)荷中心的確定過程如圖2所示。強(qiáng)電系統(tǒng)有四大類導(dǎo)線:架空線、母線、電纜、低壓絕緣導(dǎo)線。民用建筑供配電系統(tǒng)常用母線、電纜、低壓絕緣導(dǎo)線三大類。在實際系統(tǒng)中,三大類導(dǎo)線一般均用銅芯線,銅雖價格高于鋁但其綜合效應(yīng)在電專業(yè)中卻遠(yuǎn)優(yōu)于鋁,原因如下:①銅芯導(dǎo)線載流量大于相同截面鋁芯導(dǎo)線1.3倍;②在相同應(yīng)力下,鋁排變形而銅排完好無缺,對于機(jī)械強(qiáng)度及對短路電流產(chǎn)生的破壞力的圖2負(fù)荷中心的確定承受能力,銅母線是140MPa,鋁母線是70MPa,分別以電源S為中心,求出S至A、B、C、D、銅是鋁的2倍:③是銅的阻燃性優(yōu)于鋁:④銅和EF各終端負(fù)荷產(chǎn)生的線路輸送損耗總量。不鋁的電阻率p分別為001889·mm2/m和斷調(diào)整S位置,求出對應(yīng)損耗,直至損耗最小。0.0317g·mm2/m,顯然采用銅芯導(dǎo)線可減少這時的電源位置對節(jié)能而言為最佳,即為真正的輸電線路的損耗。綜上所述,銅芯導(dǎo)線在電氣照負(fù)荷中心。明系統(tǒng)中的綜合優(yōu)勢遠(yuǎn)大于鋁芯導(dǎo)線,達(dá)到了經(jīng)2.3負(fù)荷三相平衡濟(jì)性目的。建筑供配電及照明系統(tǒng)中,系統(tǒng)設(shè)計的平面在實際電氣照明工程中,終端用戶無論功能布置及系統(tǒng)方案應(yīng)盡可能做到三相對稱布置。如何,均有燈具與插座。由于燈具與插座安裝的因在電氣照明系統(tǒng)設(shè)計中,選導(dǎo)線時先選一相線特殊性因此在導(dǎo)線的敷設(shè)中,有對應(yīng)的敷設(shè)方截面,再確定另兩相線截面,進(jìn)而最終確定中性式。對于住宅、辦公室、教室、設(shè)計室、會議室等線與EE線截面。三相越接近,管線電材使用越終端用戶,其燈具的供電導(dǎo)線敷設(shè)方式多為沿頂經(jīng)濟(jì),且能耗也最小。究其原因,建筑供配電及或沿吊頂敷設(shè),而插座的供電導(dǎo)線敷設(shè)方式多為照明系統(tǒng)中終端用戶的供電形式均為三相五線沿地暗敷。選擇最適宜的敷設(shè)方式,就近敷設(shè)導(dǎo)制工作方式。中性線中通過系統(tǒng)三相負(fù)荷運行線,可大大減少供電導(dǎo)線用量,節(jié)省有色金屬,也中的不平衡電流;若系統(tǒng)三相負(fù)荷對稱運行,中相應(yīng)減少線路的輸送損耗。性線上通過電流則為零,若三相負(fù)荷越不對稱,2.2電源設(shè)在負(fù)荷中心中性線上的三相不對稱電流就越大,對應(yīng)系統(tǒng)輸在實際工程設(shè)計中,無論是變電所位置,還電線路電能的損耗也就越大。是建筑體內(nèi)電井或配電箱位置,均應(yīng)設(shè)在系統(tǒng)負(fù)3變壓器經(jīng)濟(jì)運行荷中心。所謂負(fù)荷中心,是指由電源至所有終端負(fù)荷用戶所產(chǎn)生的系統(tǒng)輸電線路損耗總量。影要實現(xiàn)變壓器經(jīng)濟(jì)運行,可選擇節(jié)能型變壓響線路損耗的因素有:①電網(wǎng)輸電線路長度;器;減小變壓器空載損耗(鐵損)及運行損耗(銅②2通過電網(wǎng)的電流;③輸電網(wǎng)導(dǎo)線單位長度電損);將變壓器的負(fù)荷率調(diào)整至合理區(qū)間;提高系阻值。它們之間滿足如下關(guān)系統(tǒng)功率因數(shù);治理系統(tǒng)諧波,進(jìn)而實現(xiàn)變壓器經(jīng)P=LR2)濟(jì)科學(xué)運行等措施R=RoL(3)3.1減少變壓器的有功損耗式中:P—輸電網(wǎng)功率損耗,W;變壓器有功損耗的計算公式為輸電網(wǎng)電流,A;△P=Pa+2BP(4)R—輸電網(wǎng)導(dǎo)線電阻,9;式中:△PR。—輸電網(wǎng)單位長度電阻值,P YH中國煤化工;PCNMHG24現(xiàn)代建筑電氣MMAE·供配電o 12 Vol3 (Serial No. 36)2012Pk—變壓器的短路損耗kW;4抑制系統(tǒng)諧波降低系統(tǒng)損耗B變壓器的負(fù)載率。32降低空載損耗實際建筑供配電系統(tǒng)存在大量諧波源,如氣P0作為變壓器的空載損耗,又稱鐵損,是由體放電光源、感應(yīng)電動機(jī)、電焊機(jī)、變壓器、各種鐵心渦流損耗及漏磁損耗組成,其值與鐵心材料整流器、逆變器、斬波器、開關(guān)電源及不間斷電源及制造工藝有關(guān),與負(fù)荷大小無關(guān)。所以,在選等。正弦波電壓施加在這些非線性元件上時,產(chǎn)用變壓器時,最好選擇節(jié)能型變壓器,如S9、SC8生大量諧波,出現(xiàn)電氣設(shè)備發(fā)熱、絕緣老化、損耗等其采用優(yōu)質(zhì)冷軋取向矽鋼片,由于“取向”處|增加、負(fù)荷能力下降系統(tǒng)二次計量及繼電保護(hù)理,使矽鋼片的磁疇方向接近一致,減少了鐵心出現(xiàn)誤差及誤動、干擾通信系統(tǒng)、引起系統(tǒng)諧振渦流損耗。45°全斜度接縫結(jié)構(gòu),使接縫密合性等危害。為防止危害,降低系統(tǒng)損耗,治理諧波好,減少了漏磁損耗。是非常必要的。3.3降低負(fù)載損耗4.1諧波Pk是變壓器額定負(fù)載傳輸?shù)膿p耗,又稱變諧波是指對周期性非正弦交流量進(jìn)行傅里壓器線損,取決于變壓器繞組的電阻及流過繞組葉級數(shù)分解,所得到的大于基波頻率整數(shù)倍的各電流的大小,與負(fù)荷率平方成正比。因此,在選次分量。電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生,主要在于系統(tǒng)中存在擇變壓器時,應(yīng)選用阻值較小的繞組,如銅心變大量非線性元件,如氣體放電光源、感應(yīng)電動機(jī)、壓器。電焊機(jī)、變壓器、各種整流器、逆變器、斬波器、開3.4選擇適宜的負(fù)載率關(guān)電源及不間斷電源( Uninterruptible Power負(fù)載重的計算公式如下:Supply,UPS)等,是電網(wǎng)中的主要諧波源。當(dāng)正B=S/S(5)弦波電壓施加在非線性元件上時,電流就變?yōu)榉鞘街?B—變壓器的負(fù)載率;正弦波,非正弦電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降,使Sn—變壓器額定容量;電壓波形畸變。S——變壓器運行中的實際容量。4.2諧波的危害由于變壓器在運行過程中,外界負(fù)荷經(jīng)常變諧波對系統(tǒng)的危害主要體現(xiàn)在以下幾方面化,因此應(yīng)采取一段時間內(nèi)的平均負(fù)荷率。從理(1)諧波電流通過變壓器,可使變壓器鐵心論而言,用微分求極值,在負(fù)載率β=50%時,變損耗明顯增加,進(jìn)而使變壓器發(fā)熱,降低其過載壓器能耗最小,但此時僅減少變壓器的線損,并能力縮短使用壽命。未減少變壓器的鐵損,因此也不是最節(jié)能的。考(2)諧波電流通過電動機(jī),不僅會使電動機(jī)慮到變壓器初裝費高低壓柜、土建投資及各項鐵心損耗增加而且嚴(yán)重時,會使電動機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)運行費用,要使變壓器在使用期內(nèi)預(yù)留適當(dāng)?shù)娜萆駝蝇F(xiàn)象,影響機(jī)械加工產(chǎn)品的質(zhì)量量,變壓器最經(jīng)濟(jì)的節(jié)能運行負(fù)載率一般應(yīng)為(3)由于容抗與頻率成反比,電容器對諧波75%~85%。阻抗很小,因此諧波對電容器影響更為突出,易3.5實施無功補(bǔ)償發(fā)生電容器過負(fù)荷甚至燒毀現(xiàn)象。對變壓器所在系統(tǒng)實施電容器組無功補(bǔ)償,(4)諧波電流可使電力系統(tǒng)電能損耗與電提高系統(tǒng)功率因數(shù),可提高變壓器的負(fù)載能力,壓損耗增加。在變壓器容量一定的情況下,提高了利用效率。(5)諧波使二次計量出現(xiàn)誤差,二次繼電保積極治理系統(tǒng)諧波,減小變壓器鐵心損耗護(hù)裝置發(fā)生誤動作減小變壓器輸出端不平衡電流,提高變壓器負(fù)荷(6)在三相中國煤化工由于流能力,延長使用壽命使變壓器經(jīng)濟(jì)、合理科學(xué)過大量的3次及CNMHG成中性地運行線過熱。TY中國煤化工CNMHG規(guī)代建筑電氣MAE·供配電·12 Vol3(Serial No 36)2012度。所以,綜合考慮系統(tǒng)幾種因素,認(rèn)真分析,找7電氣設(shè)備額定效率。到需用系數(shù)取值。在滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行條5.3提高需用系數(shù)的科學(xué)性與合理性件下,做到安全、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理、節(jié)能。在實際工程設(shè)計中,應(yīng)充分考慮不同建筑功5.1需用系數(shù)在實際工程中應(yīng)用能間用電同時系數(shù)不同,需用系數(shù)取值不同。如在實際建筑供配電工程中,電氣設(shè)備銘牌數(shù)相同的一棟樓做職工宿舍或做旅店時,用電同時據(jù)不能參與系統(tǒng)設(shè)計,所以,為完成系統(tǒng)設(shè)計,必率不同,需用系數(shù)取值也不同。同為酒店,客房須根據(jù)實際建筑功能間中電氣設(shè)備的布置情況數(shù)不同時,客房數(shù)多的同時用電率小于客房數(shù)少統(tǒng)計負(fù)荷量。統(tǒng)計電力負(fù)荷的目的是為供電系的,前者需用系數(shù)取值相對較小。民用建筑電氣統(tǒng)設(shè)計提供正常狀態(tài)下的系統(tǒng)理論數(shù)據(jù)(計算數(shù)設(shè)計規(guī)范中,住宅的需用系數(shù)是隨著戶數(shù)的遞增據(jù)),并以其為依據(jù)設(shè)計一、二次系統(tǒng),即選擇設(shè)而減小。同理,酒店、寫字樓職工宿舍樓也應(yīng)考備、導(dǎo)線,進(jìn)行二次系統(tǒng)整定。統(tǒng)計電力負(fù)荷是慮相應(yīng)遞減梯度。將設(shè)備銘牌數(shù)據(jù)科學(xué)地轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)理論數(shù)據(jù),包對建筑工地、車間的電氣設(shè)備群,酒店與辦括系統(tǒng)損耗與尖峰電流的計算,根據(jù)系統(tǒng)計算數(shù)公樓空調(diào)等,應(yīng)對電氣設(shè)備的負(fù)荷率給予重點考據(jù)選擇的導(dǎo)線、設(shè)備,能保證其正常使用壽命,也慮,需用系數(shù)取值就會更科學(xué)、合理。保證了整個系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、合理地運行。實際工程中力求提高電氣設(shè)備的工作效率。實際工程中統(tǒng)計負(fù)荷量的方法有多種需用如提高電氣設(shè)備功率因數(shù)減小電氣設(shè)備損耗,系數(shù)法是其中一種,且在民用建筑中應(yīng)用最為減小系統(tǒng)諧波提高電氣設(shè)備的制造工藝等均廣泛?？筛纳齐姎庠O(shè)備的電能與其他能之間的轉(zhuǎn)換5.2需用系數(shù)法的物理意義效率。供配電系統(tǒng)在實際運行中的負(fù)荷容量往往實際工程設(shè)計中,由系統(tǒng)負(fù)荷實際分布情況小于其銘牌容量,這是由于系統(tǒng)設(shè)備工作的同時確定系統(tǒng)供電負(fù)荷中心,即系統(tǒng)電源位置;選擇率是隨機(jī)變化的,且設(shè)備的負(fù)荷情況不同,工作最住供電路徑,力求在保證電網(wǎng)正常運行條件下方式也不同。考慮到上述情況及系統(tǒng)、設(shè)備的工減小電網(wǎng)總長度;使用電阻率小的銅芯輸電導(dǎo)線作效率,在統(tǒng)計系統(tǒng)負(fù)荷量時引入科學(xué)的計算系減小電網(wǎng)輸電損耗;提高電力系統(tǒng)供電電源電能數(shù)K,稱為需用系數(shù)。質(zhì)量,均可達(dá)到提高系統(tǒng)電網(wǎng)傳輸效率目的。需用系數(shù)的定義為6結(jié)語P(6)全世界范圍內(nèi)均存在能源短缺及能源危機(jī)。式中:P——系統(tǒng)有功計算負(fù)荷,W;中央提出建設(shè)節(jié)約型社會、發(fā)展節(jié)約型經(jīng)濟(jì)的要P—系統(tǒng)設(shè)備容量,W;求,實現(xiàn)建筑節(jié)能、建筑電氣節(jié)能、建筑供配電節(jié)K一系統(tǒng)需用系數(shù)能成為當(dāng)務(wù)之急。建筑供配電節(jié)能在建筑電氣需用系數(shù)的物理意義為節(jié)能中具有舉足輕重的作用。對建筑供配電節(jié)KK能的具體方法和措施的分析為實際工程節(jié)能提們nN供了理論支持。式中:Kx—系統(tǒng)用電設(shè)備同時系數(shù)K1——負(fù)荷系數(shù),運行設(shè)備并非全滿載,設(shè)備組在系統(tǒng)出現(xiàn)最大負(fù)荷時,運行設(shè)備實際功率與設(shè)備組總?cè)萘繀文超中國煤化工Ps之比,一般情況下K1<1CNMHGm—供電線路傳輸效率[1]曹祥紅,張華,陳繼斌,建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計[M]TY中國煤化工CNMHG