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電纜設(shè)計與電氣節(jié)能
電纜設(shè)計與電氣節(jié)能
【摘要】隨著社會經(jīng)濟的不斷高速發(fā)展，人類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(jié)能要求也越來越高。
而電力以及電磁波的產(chǎn)生和傳輸以及應(yīng)用都要采用電纜作為連接和傳輸?shù)闹饕考�，電纜作為傳輸電能的唯一途徑，為了能夠使節(jié)能效果更佳的明顯，加強對電纜設(shè)計變得至關(guān)重要。
由于電氣節(jié)能措施大多數(shù)存在投資高、效果不明顯的特征，投資收益達不到預(yù)期的效果，會使得開發(fā)商降低電氣節(jié)能的應(yīng)用程度。
本文針對電纜設(shè)計與電氣節(jié)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(shè)計中，選擇合理電纜截面以及敷設(shè)方式，從而降低線路的電能損耗，從而達到節(jié)能的目的，僅供參考。
【關(guān)鍵詞】電纜設(shè)計;經(jīng)濟電流密度;電氣節(jié)能;應(yīng)用
全球資源的緊缺已經(jīng)成為社會經(jīng)濟發(fā)展的重要阻礙因素，而我國正處于經(jīng)濟發(fā)展的增長期，能源對經(jīng)濟增長的約束作用已經(jīng)越來越明顯，節(jié)能已經(jīng)成為我國國計民生的大事。
社會的生產(chǎn)生活都離不開電力的作用，而電力的傳輸和應(yīng)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(xiàn)電氣節(jié)能效果就必須要對電纜進行科學(xué)合理的設(shè)計。
1. 工程概況
本工程是對某企業(yè)的綜合樓設(shè)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(shè)計主要有電氣節(jié)能和電纜設(shè)計，相關(guān)專業(yè)人士已經(jīng)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(fù)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(shù) 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、會議室、辦公室
5 7～12層 員工宿舍
6 13～20層 實驗室，儀器設(shè)備室、辦公室
2. 電纜設(shè)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(yè)的環(huán)境，在設(shè)計的過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(shè)計過程中一定要對周邊環(huán)境進行考察，機械強度要選擇最佳的導(dǎo)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(dǎo)體截面規(guī)格如表2所示[2]。
表2 導(dǎo)體最小允許截面
布線形式
線路用途 導(dǎo)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(dǎo)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(jīng)濟密度原則
選擇導(dǎo)線既要考慮經(jīng)濟性，又要考慮安全性。
導(dǎo)線截面偏大，線順就小，但會增加線路投資;導(dǎo)線截面偏小，線損就偏大，而且安全系數(shù)也小。
供配電線路在滿足電壓損失的短路熱穩(wěn)定的前提下，年最大負(fù)荷運行時間小于4000h，可按導(dǎo)體載流量選擇導(dǎo)線截面;年最大負(fù)荷運行時間大于4000h但小于7000h，宜按經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)線截面;年最大負(fù)荷運行時間大于7000h，應(yīng)按經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)線截面。
按經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)線、電纜截面的方法是經(jīng)濟選型。
按載流量選擇線芯截面時，只計算初始投資;按經(jīng)濟電流選擇時，除計算初始投資外，還要考慮經(jīng)濟壽命期內(nèi)導(dǎo)線損耗費用，二者之和應(yīng)最小。
當(dāng)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(qū)內(nèi)，二者之和(總費用)最少，即為經(jīng)濟截面。
電纜導(dǎo)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(dǎo)體截面有關(guān)的單位長度成本的可變部分[元/(m・mm?)];
j-電纜導(dǎo)體經(jīng)濟電流密度(A/mm?);Imax-最大負(fù)荷電流(A);
N-電纜使用的經(jīng)濟壽命(年);Np-每回路相導(dǎo)體的數(shù)量;
Nc-傳輸同型號電纜和負(fù)載值的回路數(shù)量;P-電價(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(fù)荷利用小時對應(yīng)的年最大負(fù)荷損耗小時h;Sec-電纜導(dǎo)體的經(jīng)濟截面(mm?)
2.2.2.計算時，一般取N=30年，D=252元/(kW・年)，現(xiàn)值系數(shù)[Q/(1+i%)】=11.2，公共建筑低壓配電系統(tǒng)一般采用TN-S系統(tǒng)形式，Np=4，YJV-1kV(3+2)電纜平均值A(chǔ)=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)營峰-平段平均電價(10kV)P=0.79元/kWh，將上述已知參數(shù)代入上面公式F=108.6(元/W)
3. 電纜敷設(shè)的注意事項
3.1 敷設(shè)間距保證合理性，強化梯級橋架敷設(shè)
電纜在敷設(shè)的過程中，為了保證電纜運輸?shù)陌踩�，電纜應(yīng)優(yōu)先采用梯級橋架敷設(shè)。
由于橋架對電纜周圍的空氣流通所產(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，從一定程度上說電纜的額定載流量相對較大，能夠滿足電力供應(yīng)系統(tǒng)的需求。
3.2 應(yīng)用新型節(jié)能橋架，重視電纜排布規(guī)范性
由于工程施工過程中電纜敷設(shè)和電氣節(jié)能的工藝要求比較嚴(yán)格，施工人員的技術(shù)水平不是很高，從一定程度上會嚴(yán)重影響工程的電纜敷設(shè)以及電氣節(jié)能的效果。
電纜敷設(shè)可選擇科學(xué)技術(shù)含量較高的設(shè)備產(chǎn)品，節(jié)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(jié)能、輕質(zhì)以及高強耐腐的特性。
此新型節(jié)能是依據(jù)材料力學(xué)的原理特征，來變革傳統(tǒng)的平板結(jié)構(gòu)，從而提高橋架的機械強度，當(dāng)電纜的內(nèi)置環(huán)境溫度達到標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)，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，在進行電纜敷設(shè)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(zhì)量能夠達到標(biāo)準(zhǔn)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(fēng)效果，針對工程中電纜相對比較密集的場所，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(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，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(tǒng)，提高通風(fēng)散熱效果。
4. 提高電氣節(jié)能效果的對策探析
4.1 合理設(shè)計照明系統(tǒng)，提高照明節(jié)能效果
由于此工程是綜合樓設(shè)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(shè)備室在施工中就需要提前做好電氣節(jié)能的設(shè)計，對各功能進行綜合分析來選擇最佳的節(jié)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(shè)過程中，照明電能需求十分大，為了能夠保證照明的質(zhì)量，有效的實現(xiàn)電氣節(jié)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(tǒng)中的能源損耗，相關(guān)的技術(shù)工作人員可根據(jù)工程的實際需求和功能對照明的光度、色溫以及顯色指數(shù)進行科學(xué)合理的設(shè)定和調(diào)整。
為了能夠保證照明系統(tǒng)設(shè)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選擇照明燈具，通過專業(yè)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(jié)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(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)能效果[4]。
4.2 優(yōu)化電氣系統(tǒng)設(shè)計，加強審核監(jiān)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(dǎo)致整個之間的連續(xù)性不夠強。
因此，為了能夠全面控制整個工程節(jié)能效果，就必須在施工之前要進行整體的系統(tǒng)設(shè)計。
為了能夠盡最大可能的實現(xiàn)電氣節(jié)能的效果，相關(guān)的設(shè)計工作者需不斷的強化工程的電氣節(jié)能工作，對各項電氣設(shè)備采取有效的節(jié)能措施，科學(xué)合理的設(shè)定電力系統(tǒng)節(jié)能方案。
節(jié)能設(shè)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(biāo)準(zhǔn)。
相關(guān)的設(shè)計工作者在優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計方案時，需及時的與業(yè)主進行有效溝通，結(jié)合工程具體情況，根據(jù)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(shè)計方案。
政府職能部門也要不斷的提高對電氣節(jié)能設(shè)計的審核監(jiān)管力度，對電氣節(jié)能的設(shè)計圖紙需不斷的審查，一定要達到國家的電氣節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。
4.3 提高變壓器規(guī)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(jù)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(chǔ)性設(shè)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(xiàn)象。
為了能夠使變壓器實現(xiàn)節(jié)約電能損耗的效果，需根據(jù)工程具體情況來適當(dāng)降低變壓器的負(fù)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(xiàn)象。
為了能夠使變壓器在運行的過程中所產(chǎn)生的負(fù)載率盡最大可能的接近最佳負(fù)載率，就必須要根據(jù)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(jīng)濟效益，同時還能夠提升變壓器的節(jié)能效果。
相關(guān)的技術(shù)工作人員需根據(jù)符合的實際大小來合理安排變壓器運行的臺數(shù)，以求達到變壓器最小的自身損耗。
結(jié)束語
綜上所述，對電纜設(shè)計與電氣節(jié)能進行分析具有極高的研究價值，在電纜設(shè)計過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(shè)方式，從而降低線路損耗，實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。
為了能夠有效的提高電氣節(jié)能效果，相關(guān)的工作人員需要根據(jù)工程實際狀況來對電力系統(tǒng)節(jié)能方案進行設(shè)計，不斷的優(yōu)化照明和變壓器系統(tǒng)，從而降低整個電力系統(tǒng)的能源損耗。
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