探究民用建筑配电系统的节能设计

探究民用建筑配电系统的节能设计摘要：本文结合自身工作经验，主要针对在民用建筑配电系统中的节能设计进行阐述，详细介绍了几种节能措施，提出合理选定供电中心，并通过实例的粗略的计算与比较，提出采用较高电压线路深入负荷中心,尽量减少低压线路长度,降低系统的线路损耗。关键词：节能；系统耗损；配电系统中图分类号：TE08文献标识码：A文章编号：前言实际上,建筑电气设计的节能潜力很大,在工程设计中应精心考虑,采用各种措施节约电能,同时应满足科学性、经济性的要求。由于我国属于典型的冬冷夏热气候,采暖、空调能耗都很高,这些决定了我国建筑能耗基数大。因此,在建筑节能技术上的微小改进,节约的能源总量都是十分可观的。尤其与发达国家相比,在技术上我国处于相对落后状态,这更决定了我国的建筑节能工作潜力很大。只要我们能够科学规划,努力研究,认真实施,我国的建筑节能工作就一定能取得很大的成绩,以达到节能和缓解我国能源紧张的局面。1供配电系统的节能措施:供配电系统的节能设计应从以下几个方面进行考虑,并采取有效的节能措施。1.1通过负荷计算合理配置系统变压器容量和台数,使变压器的实际负荷接近设计的最佳负荷。提高变压器的技术经济效益,减少系统的固定损耗。负荷计算是供电系统设计中确定变压器容量及台数的重要依据。通常在方案设计阶段采用单位指标法。根据目前我国的用电水平和装备标准,各种建筑类别的用电指标及变压器装置指标不宜超出全国民用建筑工程设计技术措施一节能专篇中规定的指标。在施工图设计阶段通常采用需要系统法进行负荷计算。民用建筑中用电设备主要为照明(含插座)、空调、动力(水泵、风机、电梯等)以及与各类建筑物配套的专用设备如:厨房设备、洗衣设备、舞台机械设备、舞台照明设备,医用CT及光设备等。各类建筑物都有各自的运行方式和特点。虽然在负荷计算中需要系数的取值要根据其运行方式和特点确定。在负荷计算中应注意以下几点：(1)用电设备组中的备用设备容量不计入设备容量。(2)消防的专用设备(仅在火灾发生时使用的设备)容量不计入设备容量。(3)配电干线和变压器的计算容量除了考虑需要系数Kx处,还应根据各用电设备之间的同期运行情况再乘以一个同时系数Kt。Kt值一般取0.80.9,力求使变压器的实际负荷接近设计的最佳负荷。负荷计算是供配电系统的设计依据。也是电气节能设计中减少固定损耗和减少设备投资不可缺少的内容和措施。2合理选定供电中心即将变压器设置在负荷中心,采用较高电压线路深入负荷中心,尽量减少低压线路长度,降低系统的线路损耗。在民用建筑工程选择供电中心(变电所)时,工程的设计人员、使用人员及管理人员往往从减少设备房面积,设计简单,管理方便及节省投资等方面考虑,仅按满足低圧线路供电半径及末端电压质量的要求确定变电所的位置(通常供电半径200m250m考虑),其结果往往选择变压器容量大,台数多而集中的供电中心。而对采用较高电压线路深入负荷中心,合理选择配电变压器的设置,缩短低压配电线路,降低系统的线路损耗,提高系统的整体节能效果的节能措施考虑不足。笔者通过下面一个实例的粗略计算与比较来说明采用高电压线路深入负荷中心(高压供电到楼)是降低线路损耗,提高供配电系统整体节能效果最有效的措施。例如:由三幢建筑面积为10000m2的高层主楼及其连体裙房和地下室构成总建筑面积为30000m2的一个公共建筑。各幢高层建筑(配电坚井)间的配电距离(S)约为100米。每幢高层建筑用电设备计算容量约为8000kw。供电方案一:采用集中设置一处10kV变电所,内设二台1600kVA、10/0.4kV干式变压器,经低圧总配电室分别采用低压电缆对三幢主楼供电。变电所及总配电室设置在其中一幢主楼地下室。若一个工作电流(I)为100A、三相380/220V的负荷回路,采用截面为50mm2铜芯交联电缆配电。查工业与民用配电设计手册得出电缆的电阻R为0.4358/km,感抗X为0.0798/km。粗略计算中忽略感抗,则正常运行中此段线路(仅计算变电所低压配电室到一幢主楼的配电竖井)上的损耗功率为P=I2RS=1002(A)0.435()0.1(km)=435W。一幢用电设备计算容量为800kW的主楼,其正常运行中低压线路总电流约为1350A1730A,按15条100A供电线路作粗略计算,则一幢主楼在变电所(变压器)到其负荷中心(配电竖井)这一段线路上总损耗功率约为15P=15435(W)=6525WU6.53kW。供电方案二:采用在三幢主楼筒芯(配电竖井)附近分别设置一处10kV变电所,内设二台500kVA、10/0.4kV干式变压器,其中一个变电所兼作区域高压配电室,采用10kV截面为95mm2铜芯交联电缆对三个变电所供电。从高压配电室到另两幢主楼变电所的配电距离仍为100m。查工业与民用配电设计手册得出电缆电阻R为0.2298/km。感抗X为0.096/km,同样忽略感抗,按二台变压器运行负荷率85%计算,由高压配电室对变电所供电线路的工作电流为I=0.852500(kVA)/310(kV)=49.1(A)。则在正常运行情况下,此段(仅计算高压配电室到一幢主楼的变电所)线路上的总损耗功率为:P=I2RS=49.12(A)0.229()0.1(km)=55.2W0.055kW。通过以上粗略计算可以看出,在同样满足一幢10000m2用电设备计算容量为800kW的民用建筑正常运行情况下,采用集中设置一个变电所方案时,在配电线路上总损耗功率约为6.53kW。而采用分散设置变电所,变压器设置在负荷中心,即高压线路供电到楼的方案时,在配电线路上总损耗功率约为0.055Kw。两种方案结果相比，后者比前者节能效果提高了120倍,线路损耗减小了6.48kW。按年平均负荷利用率17.3%约1500小时计(全年36024=8641小时)。每年减少电能损耗6.48(kW)1500(小时)=9720kWh(度)。在本案例中还应乘以2,因为有两幢主楼情况相同。从以上的分析和粗略的实例比较,笔者认为在确定一个工程供配电方案时,设计人员应认真分析建筑物用电负荷的分布,在满足使用要求的的情况下,应尽量避免采用集中设置大容量的变电所而采用小容量变压器靠近负荷中心,即高压供电到楼的方案。采用分散设置方案虽然增加了变压器的台数及高压配装置,但减小单台变压器的容量,降低了对高、低压配电装置对系统短路条件下的通断能力和动、热稳定要求。虽然增多了变电所的用房,但合理配置高,低压配电装置采用占地面积小的紧凑型开关柜(1000kVA以下变压器可采用负荷开关一熔断器组合电器,不采用真空断路器)减少变电所的使用面积。虽然增加少量的高压线路,但大大减少了低压线缆的用量(如上例中增加一根100米的10kV高压电缆,可减少15根100米的低压电缆)。虽然增加一定的固定损耗(仅占系统总损耗1020%)但大大降低了可变损耗(占系统损耗的8090%)使系统整体节能效果明显提高。虽然增加了一次工程的投资(是否有明显增加,笔者存有疑问,但未作深入探讨)但节约了长期运行费用。虽然增加了设计人员,施工人员及管理人员(供电部门)的工作量,但与一个提高整体节能效果后的供电系统长期运行为国家节能降耗国策的贡献相比是值得的,也是应该的。3结语供配系统的节能措施除了以上提到的二点外,离不开采用先进有效的节能产品和控制工艺,离不开采取各种提高系统功率因数的节能措施,但合理