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关键词:工程设计;安全供电;节能降耗
中图分类号:S611 文献标识码: A
引言:能源的短缺越来越引起发达和发展中国家的普遍关注。其中,电力能源的耗费和电力设计也引起了人们的高度重视。人们在追求智能楼宇、博物馆建筑、住宅楼和校园建筑的舒适、安逸、安全和人性化的同时,也开始注重电气自动化工程的节能设计,既要做到合理、达到用户使用需求,又要兼顾到节能设计。
一、电气工程设计原则
1、优化供配电设计。促进电能合理利用
在做水库工程电气设计时首先考虑的是适用性,就是要能为水工设备的运行提供必要的动力:为在水库建筑物内创造良好的人工环境提供必要的能源;应该满足用电设备对于负荷容量、电能质量与供电可靠性的要求;应能保证电气设备对于控制方式的要求,从而使电气设备的使用功能得到充分的发挥。做到供电系统高效、灵活、稳定、易控、多样、便捷、畅通。其次考虑的是安全性,电气线路应有足够的绝缘距离、绝缘强度、负荷能力、热稳定与动稳定的裕度;确保供电、配电与用电设各的安全运行:有可靠的防雷装置:防雷击技术措施;在水库特殊功能的场合下还应有防静电、防浪涌的技术措施;按水利建筑物的重要性与火灾潜在危险程度设置相应必要的技术措施。在满足水库电气工程的实用性和安全性的基础上,利用先进的技术,优化供配电设计。促进电能合理利用。
2、提高设备运行效率。减少电能的直接或间接损耗
在满足水工建筑物对使用功能的要求和确保安全的前提下,尽可能减少建设投资,最大限度的减少电能与各种资源的消耗。选用节能设备、均衡负荷、补偿无功、减少线路损耗、降低运行与维护费用,提高电源的综合利用率,提高设备运行效率、减少电能的间接或直接损耗。
3、合理调整负荷,选取合理的设计系数,提高负荷率和设备利用率在满足水工建筑物对使用功能的要求和确保安全的前提下,设计时尽可能提高电能质量、合理调整负荷、选取合理的设计系数、在特殊用电的情况下选择合理的节能措施,提高负荷率和设备利用率节约电能。
二、供电节能技术
1、减少电能传输的损耗
电路线路上必然会存在电阻,因此只要有电流通过线路就会产生有功功率能耗,对于这样一种形式的能量损失,我们就需要根据其能耗的机理来进行设计处理,考虑到线路上的电流是不允许改变的,因此就只能够在线路的电阻上做文章,也就是说,只要能够在不影响线路正常运行的状况下减小线路上的电阻,就能够有效的起到节能的作用。我们更进一步的来探讨,与线路电阻有关的是线路自身的电导、线路截面和线路的长度,相应的节能方式也就可以分为三个大类:一是选用电导率比较小的金属材质来作为线路的输电导线;二是尽可能的减少线路的长度,这一点可以通过线路少走弯路、不走回头路来实现;三是适当的增大导线截面的面积。
2、变压器的节能设计
变压器是电力自动化工程中的重要设备,承担着转换电压、电流和功率的重要作用。变压器是耗能的大户,当变压器处于空载运行状态时,低压系统的能源损耗绝大部分是变压器自身的运行损耗。因此,变压器的节能设计是否合理是整个电力工程节能设计的关键环节。通常,变压器的节能设计要从下面几个环节来考虑:
(1)减少变压器的型材损耗。例如,变压器用的硅钢片、钢材、铜线和绝缘材料、绝缘子和变压器油等都是正常变压器所构成所必备的材料,这些材料的设计选择如果不合理,要消耗供电系统的大量电能,若是本着厉行节约的理念,在满足变压器工作要求的前提下,周密合理地选择材料和运行介质,可为电力工程间接地节约施工成本和节约电能。
(2)为降低变压器的电能损耗,配电线路和配电柜,应尽量选择铜材并且采用换位导线措施,基于降低变压器的空载损耗考虑,应降低磁密并应尽量的选取冷轧用的高质硅钢片,在满足设备运行要求的条件下,尽量采用较薄的硅钢片,达到节能的目的。
(3)选用节能方式的变压器。目前,S11和S10都是为节能的设计要求而“量身打造”这种变压器不仅继承了原有变压器的优点,还具有高效的节能特性,从生产长期运行来看,节能效果比较显著,可作为节能设计的首选变压器。同时,设计时,要注意选择合理的变压器接线方式,合理的接线方式对节能的影响也十分重要,同时,在变压器的生产运行期间,不应让变压器长期过载运行,使得变压器处于超温运行状态,这样不仅加速变压器的老化,同时也增加了变压器的电能损耗。
(4)在工厂车间或大型智能楼宇,由于生产负荷率很大,变压器按设计规范要求通常都放置在电力负荷的中心位置,尽量地与冰冻机、空压机、大型引风机、离心机等大的生产负荷放置在一起,这样便于生产管理,更重要的是可以减少现场电缆的长度、减少输配电线路的事故率,降低线路的电压降和电能的损失,同时提高了系统的功率因数和电能的质量。具体的放置位置要根据生产现场工艺设备的分布和实际情况来布局。对于大型的智能高层建筑,为了经济考虑,应尽量放地下层,因为智能高层用电量大的电气设备多数在低层。
3、供配电系统的设计
通过供配电系统的合理设计来实现节能无疑是最为直接也最为有效的方式之一,具体来说可以从以下三个方面来着手进行:一是尽可能的减少配电的级别,这样能够有效的提高供配电系统的稳定性和可靠性;二是要要结合实际的用电状况来对供配电的状况进行确定,尽可能的保证变压器处于负荷的中心位置,这样就能够最大程度的降低供电半径,从而实现电力节能,并且,这样一种节能方式还能够一定程度上提高供电的质量。
4、照明节能
在电气自动化的节能设计中,还可以通过照明节能来实现,具体来说同样是有两种方式,一种就是直接利用高效光源,传统的白炽灯虽然简单便宜,但是其发光的效率比较低;另一种就是充分的利用自然光,这就需要对构筑物的门窗进行扩大,或者是对建筑物或者是构筑物选择一个较好的朝向。
结束语:
电气系统也随着社会的发展在不断的进步,而对于电气自动化中的节能技术而占也正处于发展阶段。现在的节能技术能够达到节能的效果,而今后研究的节能技术将会朝着更好的方向发展。而现在要做好电气自动化的节能设计则应该从导线的选择到最后安装的完成都应该做到最好,并且还要让节能技术在电气系统中发挥到最好的效果。
参考文献:
[1]刘江,浅析220 kV变电电气自动化[期刊论文]-中国科技博览2010(26)
[2]刘沫然,发电厂电气自动化技术分析[期刊论文]-科学时代(上半月)2010(4)
关键词:建筑电气;供配电系统;设计
中图分类号:TU2 文献标识码:A
就目前而言,在满足相应设计规范,实现预定功能的前提下,电气设计师对同一或同类建筑可能做出多种配电方案。各方案的特点会有所不同。在很多具体工程中,因受到多方面因素的限制,配电方案的合理性、灵活性、实用性等优点不可能同时兼备,但我们可以在设计工作中认真总结,广泛交流,统筹兼顾,扬长避短,力求做到最优。建筑供配电系统设计的目的,就是要采用一切可能的、恰当的技术手段,在数量上、质量上满足各种用电设备在正常事故状况下的不同用电要求,保证供电的安全和可靠,同时考虑技术与经济的统一。
一、供配电系统设计的规范要点
供配电系统设计应贯彻执行国家的经济技术指标,做到保障人身安全,供电可靠,技术先进和经济合理。在设计中,必须从全局出发,统筹兼顾,按负荷性质、用电容量、工程特点,以及地区供电特点,合理确定设计方案。还应注意近远期结合,以近期为主。设计中尽量采用符合国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。
1.负荷分级及供电要求
电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失及影响的程度分为一级、二级、三级负荷。独立于正常电源的发电机组,供电网络中独立于正常的专用馈电线路,以及蓄电池和干电池可作为应急电源。二级负荷的供电系统,应由两线路供电。必要时采用不间断电源(UPS)。
一级负荷:一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者;或将在政治上,经济上造成重
大损失者;或中断将影响有重大政治经济意义的用电单位的正常工作者。
1.2 二级负荷:二级负荷为中断供电将在政治上,经济上产生较大损失的负荷,如主要设备损坏,大量产品报废等;或中断供电将影响重要的用电单位正常的工作负荷,如交通枢纽、通信枢纽等;或中断供电将造成秩序混乱的负荷等。
1.3 三级负荷:三级负荷为不属于前两级负荷者。对供电无特殊要求。
2.电源及供电系统
供配电系统的设计,除一级负荷别重要的负荷外,不应按一个电源系统检修或者故障的同时另外一个电源又发生故障的情况进行设计。需要两回电源线路的用电单位,应采用同级电压供电;但根据各级负荷的不同需要及地区供电的条件,也可以采用不同的电压供电。供电系统应简单可靠,同一电压供电系统的变配电级数不应多于两级。高压配电系统应采用放射式。根据负荷的容量和分布,配变电所应靠近负荷中心。
3.电压选择和电能质量
用电单位的供电电压应根据用电容量,用电设备的特性,供电距离,供电线路的回路数,当地公共电网的现状及其发展规划等因素,经济技术比较确定。
二、建筑供配电系统设计原则
建筑供配电自动化系统应遵循稳定可靠性原则、规范性原则、分层分布式原则、独立原则、分散和灵活开放性原则等。要保证供配电的稳定,宜选用技术成熟且通过国家检测检验机构认定的,经过现场运行考验的综合保护与测量于一体的自动化系统;供配电自动化系统的设计应执行国家和行业制定的相关标准、规范、规定等;系统的各种接口规约应逐步采用国家或行业标准执行,对特殊的通讯规约应具备详尽的规约文本,并通盘考虑直流系统及计量系统的建设;分层分布顾名思义即按不同的建筑楼层进行分布,以充分应用现场总线等通讯技术楼层内数据交换问题;由于供配电系统的特殊性,自动化系统保护功能也相应独立,不能依赖于其他的控制设备,而应设置专门装置;单元之间的装置需要较高的可靠性和抗干扰能力,能向全分散全下放化过渡,结构平台应灵活方便系统扩展且具备与建筑自动化其他系统集成的能力。
三、高层建筑供电系统的设计
1.负荷等级的计算。负荷等级的确定应按有关规范进行,一般情况下,高层建筑负荷等级也可按以下确定:一级负荷包括疏散楼梯、消防电梯前室及地下室的应急照明、消防水泵、排烟风机、消防电梯等;二级负荷包括部分客梯电力、生活泵电力;三级负荷包括一、二级负荷以外的其他用电负荷。
2.供电电源。供配电系统设计中,为保证供电系统的合理性,要求根据负荷等级采取相应的供电措施。各级负荷的供电电源应满足设计规范的相关规定。对高层建筑来说,一般没有特别重要负荷,且一级负荷容量较小,因此采用两路市政电源供电或一路市政电源加应急发电机组供电均可满足要求,后者在工程应用中较为常见。供电电源采用一路独立的l0KV 高压电源,由市政区域变配电站引入至小区首层开关房.低压配电电压采用380/220V。设置柴油发电机,以确保消防设备用电。
3.变配电所的设置。一般应根据负荷容量、负荷分布以及建筑物功能分区的实际情况,与相关专业协调确定变配电所的位置以及数量。变压器容量应根据计算容量选择,变压器的负荷率一般取70%~85%。低压线路的供电半径一般不宜超过200m,当供电容量超过500KW,供电距离超过200m时,宜考虑增设变配电所。只要条件许可,变配电所的位置应尽量靠近负荷中心,从而简化了配电系统,有利于增强系统的稳定性与安全性,同时也减少了线缆的使用量,降低因线路造成的电能损耗.由于首层空间的商业价值比较高,一般高层建筑的变配电所设于负一层,便于通过地下停车库的车道运输变配电设备。
4.高低压供电系统结线型式及运行方式。对于高层建筑,其高低压供电系统结线型式及运行方式一般做如下设计:高压系统采用一路l0kV 高压进线,结线型式采用单母线运行方式;变压器低压侧采用单母线分段结线型式,每台变压器对应接一段母线,母线段之间采用母联开关联络,正常情况下各段母线分列单独运行,母联开关打开,当其中一台变压器故障退出运行时,母联开关手动合上,由同组的另一台变压器保证部分重要负荷的供电,当故障的变压器恢复供电后,母联开关自动打开,恢复正常运行方式。母联开关与进线开关应具有电气联锁功能并加机械联锁,以防止电源倒送。变压器低压侧设置应急母线段,由正常电源与备用柴油发电机电源经双电源切换开关向该母线段供电,以保证应急情况下一级负荷的供电,双电源切换开关设有电气和机械联锁,防止发生向市电反供,消防负荷均采用双回路供电,在末端配电箱切换。
5.电能计量装置。商业用电采用高压计量,居民用电采用低压计量到户。商业高压10kV 进线侧装设专用计量柜,安装有功电度表、无功电度表;变压器低压侧不同用户的供电回路分别装设有功电度表,监视仪表根据供电部门及建设方要求设置。为了方便管理,一般商铺分户电表集中设于每层电表间或配电间,住宅用户采用一户一表,九层以下(包括九层)的住宅楼,电表箱可集中设于首层电表间内;九层以上的住宅楼,电表箱分设于每层的电井内,为方便管理可设置远程抄表系统,梯灯及电梯用电单独计量,由住户分摊。
6.备用电源和应急电源。自备柴油发电机组的容量按照需供电的最大稳定负荷,计算时分别考虑消防情况和非消防情况下必须保证的电源容量,取其较大者。 当市电中断时,柴油发电机组应立即启动,并在15s内投入正常带负荷运行;当市电恢复时,机组自动退出工作并延时停机。
四、结束语
总之,高层建筑供配电系统就应该贯彻经济、合理、技术和材料先进的原则,仔细斟酌具体的设计细节,保证在建造时可以合理分配各个部件安装到位尽量减少误差达到安全的标准,设备的选择要按地点和位置来进行最佳的配置。在现在高层建筑供配电系统中最主要的是在建造完成后使用时的安全。因此,在对高层建筑供配电系统进行设计时,其负荷容量计算是否准确,供电电源选择及变配电所布置是否合理,供配电系统是否经济,运行是否能保持稳定、安全等方面,将决定其最终成果的优劣。
参考文献:
【关键词】民用建筑;供配电系统;设计问题
目前,随着我国社会主义市场经济的不断发展与人民生活水平的不断提高,民用建筑中居民用电量越来越高,我国目前的状况还无法与国外发达国家相比,因此,供配电设计人员应该意识到其中的差距,有责任将设计做到更加经济、合理、实用,让有限的资金充分发挥出其应有的作用。多年来,由于在民用建筑小区供配电设计中存在的不合理性,导致国家电能出现大量的消耗与浪费现象,同时更使得居民的电器设备使用年限缩短。当然,困扰我国民用建筑用电问题的还包括由于我国工业水平的提升与国民经济水平的增长而导致的能源匮乏。在民用建筑供配电设计中还应注意节能策略的研究。
1 民用建筑供配电设计中常见的问题
近年来,由于很多很多民用建筑供配电的设计者缺乏对设计原则的理解,以及在一些规范条文理解上存在的差异,导致设计非常不合理,最终出现过分浪费、投资消耗过高、给居民带来安全隐患、使用不方便等问题。在民用建筑供配电设计中主要会遇到如下问题。
1)缺乏对相关规范的了解。我国《10kV及以下变电所涉及规范》中明确做出规定:变配电房不能设置在浴室、经常积水的地下室、厕所等地方,并且也不能与这些场所相毗邻。一般而言,民用建筑小区住宅楼在设计时通常将电配电房设计在一层,楼上的卫生间位置设置局部夹层。但是这种设计通常会由于屏蔽性能差、降噪处理措施不到位等原因而导致楼上住户的频繁投诉。我国于2011年最新颁布并实施的《住宅建筑电气设计规范》中明确规定:当配变电所设在住宅建筑内时,配变电所不应设在住户的正上方、正下方、贴邻和住宅建筑疏散出口的两侧,不应该设置在住宅建筑低下的最底层。这些规定都比较明确的要求住宅楼下不能设置变配电房。
2)供电设备的设置不符合规范。根据我国《民用建筑电气设计规范》中规定:当消防用电负荷为二级并采用交流电源供电时,宜采用双回路树干式供电,并按防火分区设置自动切换应急照明配电箱。当采用集中蓄电池或灯具内附电池组时,可由单回线路树干式供电,并按防火分区设置应急照明配电箱。但是,在实际设计中,由存在着在理解上的偏差,民用建筑供配电设计人员、民用建筑的审查人员、校对人员经常会要求在住宅楼消防电梯前室的一两个应急灯也要求单独设置双电源切换箱。从设计的经济性考虑,这样做很明显比较浪费。如果在民用建筑的每一层的每个防火分区都设置应急照明配电箱,那就更不合理了。
3)选择电缆及导体截面时考虑欠周全。在民用建筑供配电设计中,很多设计人员在对电缆及导体的截面积选择进行设计时,通常只对负荷计算出的电流满足要求即可,根本不考虑用电设备的端电压,远距离供电。例如:在高层民用建筑中的电梯、建筑屋顶的小风机等设备。由于电能在传输过程中存在线路的电压损失问题,当电能传输到用电设备端时,此时的电压已经无法满足电压的偏差与电机启动的要求。我国《供配电系统设计规范》中明确规定:对用电设备端电压的偏差允许值的要求为:电动机为±5%,一般工作场所的照明为±5%,而对于那些远离变电所的小面积一般工作场所的照明、应急照明、道路照明、警卫照明等为+5%、-10%。而对于其他用电设备而言,如果没有特殊的规定,则应为±5%。
2供配电系统设计中的疑难问题
2.1防雷与接地
防雷与接地问题是供配电系统设计中的一大重点,也是难点。当下,主要的防雷设备有:接闪器和避雷器,其中,前者直接接受雷击,避雷针是接闪器上接受雷击的金属,如果是金属线接受雷击,则被称之为避雷线;如果是金属带接受雷击,则被称之为避雷带。后者在实现防雷功能时需要与相应的被保护设备并联,装设在设备的电源侧。在雷雨天气,线路上出现雷击过电压时,避雷器的火花间隙将会被击穿,过电压通过避雷器对大地进行放电,有效的保护了各种电气设备,阀式和排气式是两种主要的避雷器型式。架设避雷线是主要的防雷措施之一,但存在造价高的缺点,对于35kV的架空线路来说,通常只在变配电所的进出段架设避雷线。而对于10kV及以下的线路来说,装设避雷线的成本太高,通常不予架设。室外配电装置的防雷一般都是通过装设避雷针来实现的。另外,如果变配电所所处位置附近存在较高的建筑物,建筑物上的防雷设施能够对变配电所实施保护,就无需再单独为变配电所设置防雷保护。在高压侧装设必要的避雷器,其主要目的是为了保护主变压器,防止雷电冲击波入侵到变配电所中。对于接地来说,当设备和装置正常运行时,接地线中是没有电流流过的。当设备发生故障时,接地线中会流过接地故障电流。接地线与接地体一起构成了接地装置。
2.2供配电系统的抗干扰设计
工业工程中供配电系统不断实施自动化,计算机系统、PLC系统等的使用会对电力系统造成了干扰,其中的电气功能模块有可能无法正常工作,最终导致整个系统的故障。另外,这些干扰信号还会通过感应、传导等方式进入到二次设备中,一旦干扰水平超过了电子设备的耐受能力,这些设备将会出现不正常动作。由于干扰信号的产生和对系统造成的干扰都十分复杂,因此解决起来也十分困难。
首先,对于变配电所系统来说,在干扰作用下,各类开关设备和测量系统的安全可靠性都会受到影响。变配电所系统中的常见干扰有:电源干扰、线路干扰以及电磁干扰等。频率和电压的干扰是电源引入产生的干扰,解决电源干扰的主要措施有:变压和稳压,整流和滤波等,这样不仅能够降低集中供电的危险,公共阻抗与公共电源间的耦合也会得到缓解,有利于电源的散热。
同时,对于交流电的引入线,应该采用通导率较大的粗导线,采用双绞线作为直流输出线,合理设置配线的长度。需要对电源设置相应的监视电路,其功能是对电源电压的瞬时短路和瞬间压降以及各种干扰进行监视。在变压器的进线侧需要安装避雷器,另外还需要利用避雷针和避雷线形成避雷网。对传输线路的干扰来说,在长线传输过程中发生单相接地故障、或是外界干扰线号的侵入、不合理的中性点设置等都会产生干扰信号。对传输过程中出现的干扰进行抑制,首先是选择合适的传输线,一般选择同轴电缆及双绞线,其中,前者的组成
包括一根空心的圆柱导体以及内导线,并且两者与外界之间需要通过绝缘材料隔离开来。这种电缆的优点在于具有较强的抗干扰能力和稳定的数据传输特性,并且价格较便宜。后者被封装于绝缘外套中,形成一种传输介质,其构成的环路改变了电磁感应的方向,能够抵抗电磁干扰。其次是采用在线监测技术抗干扰。将各种保护,如:过电流保护、零序电流保护等装设在检测设备上,对线路的绝缘状况进行检测。在抑制电磁干扰上,可以采用屏蔽和接地抗干扰两种措施。良好的接地保护能够实现电流经过地线阻抗时产生的感应电压的消除,防止磁场和电位差造成的影响。对于干扰的抑制来说,接地是最为重要的方法,另外,与屏蔽相结合能够抵抗大部分的电磁干扰问题。
3 总结
总之,随着民用建筑的不断完善与发展,供配电设计作为其中的一项重要内容必须引起设计人员的高度重视,设计必须规范,考虑电气未来飞速发展的趋势,努力实现民用建筑供配电设计的经济性、稳定性、可靠性、安全性。
参考文献