電纜設計與電氣節能
電纜設計與電氣節能
【摘要】隨著社會經濟的不斷高速發展，人類的精神文明以及物質文明也得到了質的飛躍和升華，在追求電氣精美的層次上對于電氣的節能要求也越來越高。
而電力以及電磁波的產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，會使得開發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了探討和研究，通過實際的工程案例，闡述了在電纜設計中，選擇合理電纜截面以及敷設方式，從而降低線路的電能損耗，從而達到節能的目的，僅供參考。
【關鍵詞】電纜設計;經濟電流密度;電氣節能;應用
全球資源的緊缺已經成為社會經濟發展的重要阻礙因素，而我國正處于經濟發展的增長期，能源對經濟增長的約束作用已經越來越明顯，節能已經成為我國國計民生的大事。
社會的生產生活都離不開電力的作用，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現電氣節能效果就必須要對電纜進行科學合理的設計。
1. 工程概況
本工程是對某企業的綜合樓設計，其總建筑面積約為35000�O，其中地下兩層，地上二十層，其工程主要有實驗室、廚房、餐廳、會議室和辦公室，而工程的設計主要有電氣節能和電纜設計，相關專業人士已經對綜合樓進行了評估和驗證，此建筑工程屬于一類高層建筑，屬于一級負荷用戶。
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、風機房、食品庫
3 一層 餐廳
4 2～6層 多媒體教室、會議室、辦公室
5 7～12層 員工宿舍
6 13～20層 實驗室，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
電纜在安裝運行過程中會受到各種客觀因素的制約性影響，電纜處于一種露天作業的環境，在設計的過程中就需要充分的考慮風、雪、雨、冰以及溫度等自然環境因素對電纜的影響。
因此，為了能夠保證電纜的安全運行，在設計過程中一定要對周邊環境進行考察，機械強度要選擇最佳的導線截面。
一般情況下，用于低壓架空線路的鋁絞線和鋼芯鋁絞線的截面積不能小于16mm?，其中配電線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
布線形式
線路用途 導體最小截面
銅 鋁
電纜和絕緣電線 電力和照明線路 1.5 2.5
信號和控制線路 0.5 --
裸導體 電力線路 10 16
信號和控制線路 4 --
絕緣電線和電纜柔性連接 任何用途 0.75 --
特低壓電路 0.75 --
2.2 經濟密度原則
選擇導線既要考慮經濟性，又要考慮安全性。
導線截面偏大，線順就小，但會增加線路投資;導線截面偏小，線損就偏大，而且安全系數也小。
供配電線路在滿足電壓損失的短路熱穩定的前提下，年最大負荷運行時間小于4000h，可按導體載流量選擇導線截面;年最大負荷運行時間大于4000h但小于7000h，宜按經濟電流密度選擇導線截面;年最大負荷運行時間大于7000h，應按經濟電流密度選擇導線截面。
按經濟電流密度選擇導線、電纜截面的方法是經濟選型。
按載流量選擇線芯截面時，只計算初始投資;按經濟電流選擇時，除計算初始投資外，還要考慮經濟壽命期內導線損耗費用，二者之和應最小。
當減少線芯截面時，初始投資減少，但線路損耗費用增大;反之增大線芯截面時，線路損耗減少，但初始投資增加，某一截面區內，二者之和(總費用)最少，即為經濟截面。
電纜導體經濟電流密度算法
2.2.1.推薦經濟電流密度算法[3]：
(式1)
(式2)
(式3)
(式4)
(式5)
將式1代入式5得到：
式中A-與導體截面有關的單位長度成本的可變部分[元/(m・mm?)];
j-電纜導體經濟電流密度(A/mm?);Imax-最大負荷電流(A);
N-電纜使用的經濟壽命(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(元);
D-附加發電成本[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對應的年最大負荷損耗小時h;Sec-電纜導體的經濟截面(mm?)
2.2.2.計算時，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，該市非工經營峰-平段平均電價(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
電纜在敷設的過程中，為了保證電纜運輸的安全性，電纜應優先采用梯級橋架敷設。
由于橋架對電纜周圍的空氣流通所產生的阻力比較的小，而且散熱效果較之于其他形式更加的良好，從一定程度上說電纜的額定載流量相對較大，能夠滿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，施工人員的技術水平不是很高，從一定程度上會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技術含量較高的設備產品，節能輕質高強電纜橋架是高科技產品的代表，其中具有節能、輕質以及高強耐腐的特性。
此新型節能是依據材料力學的原理特征，來變革傳統的平板結構，從而提高橋架的機械強度，當電纜的內置環境溫度達到標準的空間范圍時，散熱的效果會十分的明顯，從整體效果上來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，提高通風散熱效果
由于建筑工程的風機房和食品庫對溫度和通風散熱的要求比較的高，因此，在進行電纜敷設的過程中一定要注意有針對性的進行施工，保證整個工程施工的質量能夠達到標準要求。
電纜安裝過程中，需綜合考量工程變電所以及電纜夾層的通風效果，針對工程中電纜相對比較密集的場所，其散發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，每一個功能間對燈光照明的要求都不相同，會議室、多媒體室以及實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，對各功能進行綜合分析來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，由于工程建設過程中，照明電能需求十分大，為了能夠保證照明的質量，有效的實現電氣節能效果可充分的利用電能以及太陽能資源，從而力求最大限度的減少照明系統中的能源損耗，相關的技術工作人員可根據工程的實際需求和功能對照明的光度、色溫以及顯色指數進行科學合理的設定和調整。
為了能夠保證照明系統設計的科學合理性，必須針對工程建筑的不同面積和高度的房間來選擇照明燈具，通過專業計算來選擇燈具的最佳配光值，從而來提高光的利用率，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選擇性價比最高的照明系統，實現節能效果[4]。
4.2 優化電氣系統設計，加強審核監管力度
由于綜合樓工程施工過程中，每一個施工工序的要求都會存在一定的差異性，從一定程度上來說會導致整個之間的連續性不夠強。
因此，為了能夠全面控制整個工程節能效果，就必須在施工之前要進行整體的系統設計。
為了能夠盡最大可能的實現電氣節能的效果，相關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。
相關的設計工作者在優化系統設計方案時，需及時的與業主進行有效溝通，結合工程具體情況，根據符合的特點以及建筑的使用功能進行全面綜合的考慮，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，不同樓層在進行變壓器安裝的過程中，必須要根據實際的用電需求進行變壓器的安裝。
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阻抗，因此，在運行的過程中會存在大量的消耗和浪費電能的現象。
為了能夠使變壓器實現節約電能損耗的效果，需根據工程具體情況來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程中所產生的負載率盡最大可能的接近最佳負載率，就必須要根據實際狀況來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濟效益，同時還能夠提升變壓器的節能效果。
相關的技術工作人員需根據符合的實際大小來合理安排變壓器運行的臺數，以求達到變壓器最小的自身損耗。
結束語
綜上所述，對電纜設計與電氣節能進行分析具有極高的研究價值，在電纜設計過程中一定要重視截面原則，尤其要注意電力電纜經濟選擇，并選擇合理的電纜敷設方式，從而降低線路損耗，實現節能目標。
為了能夠有效的提高電氣節能效果，相關的工作人員需要根據工程實際狀況來對電力系統節能方案進行設計，不斷的優化照明和變壓器系統，從而降低整個電力系統的能源損耗。
參考文獻：
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