试论电缆设计与电气节能的分析

【摘要】随着社会经济的不断高速发展，人类的精神文明以及物质文明也得到了质的飞跃和升华，在追求电气精美的层次上对于电气的节能要求也越来越高。而电力以及电磁波的产生和传输以及应用都要采用电缆作为连接和传输的主要部件，电缆作为传输电能的唯一途径，为了能够使节能效果更佳的明显，加强对电缆设计变得至关重要。由于电气节能措施大多数存在投资高、效果不明显的特征，投资收益达不到预期的效果，会使得开发商降低电气节能的应用程度。本文针对电缆设计与电气节能展开了探讨和研究，通过实际的工程案例，阐述了在电缆设计中，选择合理电缆截面以及敷设方式，从而降低线路的电能损耗，从而达到节能的目的，仅供参考。

【关键词】电缆设计；经济电流密度；电气节能；应用

全球资源的紧缺已经成为社会经济发展的重要阻碍因素，而我国正处于经济发展的增长期，能源对经济增长的约束作用已经越来越明显，节能已经成为我国国计民生的大事。社会的生产生活都离不开电力的作用，而电力的传输和应用都是以电缆作为传输和连接的部件，为了能够尽最大可能的实现电气节能效果就必须要对电缆进行科学合理的设计。

1. 工程概况

本工程是对某企业的综合楼设计，其总建筑面积约为35000O，其中地下两层，地上二十层，其工程主要有实验室、厨房、餐厅、会议室和办公室，而工程的设计主要有电气节能和电缆设计，相关专业人士已经对综合楼进行了评估和验证，此建筑工程属于一类高层建筑，属于一级负荷用户。其具体的工程概况如表1所示[1]。

表1 某单位综合楼工程概况

序号 层数 功能

1 地下二层 变电所、库房、消防间、制冷机房

2 地下一层 厨房、餐厅、风机房、食品库

3 一层 餐厅

4 2～6层 多媒体教室、会议室、办公室

5 7～12层 员工宿舍

6 13～20层 实验室，仪器设备室、办公室

2. 电缆设计截面选择基本原则

2.1 机械强度原则

电缆在安装运行过程中会受到各种客观因素的制约性影响，电缆处于一种露天作业的环境，在设计的过程中就需要充分的考虑风、雪、雨、冰以及温度等自然环境因素对电缆的影响。因此，为了能够保证电缆的安全运行，在设计过程中一定要对周边环境进行考察，机械强度要选择最佳的导线截面。一般情况下，用于低压架空线路的铝绞线和钢芯铝绞线的截面积不能小于16mm?，其中配电线路的每一相导体截面规格如表2所示[2]。

表2 导体最小允许截面

布线形式

线路用途 导体最小截面

铜 铝

电缆和绝缘电线 电力和照明线路 1.5 2.5

信号和控制线路 0.5 --

裸导体 电力线路 10 16

信号和控制线路 4 --

绝缘电线和电缆柔性连接 任何用途 0.75 --

特低压电路 0.75 --

2.2 经济密度原则

选择导线既要考虑经济性，又要考虑安全性。导线截面偏大，线顺就小，但会增加线路投资；导线截面偏小，线损就偏大，而且安全系数也小。

供配电线路在满足电压损失的短路热稳定的前提下，年最大负荷运行时间小于4000h，可按导体载流量选择导线截面；年最大负荷运行时间大于4000h但小于7000h，宜按经济电流密度选择导线截面；年最大负荷运行时间大于7000h，应按经济电流密度选择导线截面。

按经济电流密度选择导线、电缆截面的方法是经济选型。按载流量选择线芯截面时，只计算初始投资；按经济电流选择时，除计算初始投资外，还要考虑经济寿命期内导线损耗费用，二者之和应最小。当减少线芯截面时，初始投资减少，但线路损耗费用增大；反之增大线芯截面时，线路损耗减少，但初始投资增加，某一截面区内，二者之和（总费用）最少，即为经济截面。

电缆导体经济电流密度算法

2.2.1.推荐经济电流密度算法[3]：

（式1）

（式2）

（式3）

（式4）

（式5）

将式1代入式5得到：

式中A-与导体截面有关的单位长度成本的可变部分[元/（m・mm?）]；

j-电缆导体经济电流密度（A/mm?）；Imax-最大负荷电流（A）；

N-电缆使用的经济寿命（年）；Np-每回路相导体的数量；

Nc-传输同型号电缆和负载值的回路数量；P-电价（元）；

D-附加发电成本[元/（kW・年）]；F-定义的辅助量（元/W）；

Q-定义的辅助量；r-定义的辅助量；ζ-年最大负荷利用小时对应的年最大负荷损耗小时h；Sec-电缆导体的经济截面（mm?）

2.2.2.计算时，一般取N=30年，D=252元/（kW・年），现值系数[Q/（1+i%）】=11.2，公共建筑低压配电系统一般采用TN-S系统形式，Np=4，YJV-1kV（3+2）电缆平均值A=2.276，COSΦ=0.8.

以本工程建筑中的办公为例，其Tmax=4000h，ζ=2750h，该市非工经营峰-平段平均电价（10kV）P=0.79元/kWh，将上述已知参数代入上面公式F=108.6（元/W）

3. 电缆敷设的注意事项

3.1 敷设间距保证合理性，强化梯级桥架敷设

电缆在敷设的过程中，为了保证电缆运输的安全性，电缆应优先采用梯级桥架敷设。由于桥架对电缆周围的空气流通所产生的阻力比较的小，而且散热效果较之于其他形式更加的良好，从一定程度上说电缆的额定载流量相对较大，能够满足电力供应系统的需求。

3.2 应用新型节能桥架，重视电缆排布规范性

由于工程施工过程中电缆敷设和电气节能的工艺要求比较严格，施工人员的技术水平不是很高，从一定程度上会严重影响工程的电缆敷设以及电气节能的效果。电缆敷设可选择科学技术含量较高的设备产品，节能轻质高强电缆桥架是高科技产品的代表，其中具有节能、轻质以及高强耐腐的特性。此新型节能是依据材料力学的原理特征，来变革传统的平板结构，从而提高桥架的机械强度，当电缆的内置环境温度达到标准的空间范围时，散热的效果会十分的明显，从整体效果上来看十分有利于提高电缆的载流量值。

3.3 建立温度检测系统，提高通风散热效果

由于建筑工程的风机房和食品库对温度和通风散热的要求比较的高，因此，在进行电缆敷设的过程中一定要注意有针对性的进行施工，保证整个工程施工的质量能够达到标准要求。电缆安装过程中，需综合考量工程变电所以及电缆夹层的通风效果，针对工程中电缆相对比较密集的场所，其散发的热量主要集中在局部，为了能够使温度保持在一定的标准范围之内，就必须要采用机械通风的形式有效的降低局部温度，从而建立温度检测系统，提高通风散热效果。

4. 提高电气节能效果的对策探析

4.1 合理设计照明系统，提高照明节能效果

由于此工程是综合楼设计，每一个功能间对灯光照明的要求都不相同，会议室、多媒体室以及实验室和仪器设备室在施工中就需要提前做好电气节能的设计，对各功能进行综合分析来选择最佳的节能照明灯具。照明消耗的电能在电力总消耗量中的比重十分高，由于工程建设过程中，照明电能需求十分大，为了能够保证照明的质量，有效的实现电气节能效果可充分的利用电能以及太阳能资源，从而力求最大限度的减少照明系统中的能源损耗，相关的技术工作人员可根据工程的实际需求和功能对照明的光度、色温以及显色指数进行科学合理的设定和调整。

为了能够保证照明系统设计的科学合理性，必须针对工程建筑的不同面积和高度的房间来选择照明灯具，通过专业计算来选择灯具的最佳配光值，从而来提高光的利用率，达到电气节能的效果。针对不同灯具的性能以及建筑的使用功能来选择性价比最高的照明系统，实现节能效果[4]。

4.2 优化电气系统设计，加强审核监管力度

由于综合楼工程施工过程中，每一个施工工序的要求都会存在一定的差异性，从一定程度上来说会导致整个之间的连续性不够强。因此，为了能够全面控制整个工程节能效果，就必须在施工之前要进行整体的系统设计。为了能够尽最大可能的实现电气节能的效果，相关的设计工作者需不断的强化工程的电气节能工作，对各项电气设备采取有效的节能措施，科学合理的设定电力系统节能方案。节能设计方案一定要具备极强的合理性和实用性，必须以保证电力运行的安全性和可靠性为根本标准。

相关的设计工作者在优化系统设计方案时，需及时的与业主进行有效沟通，结合工程具体情况，根据符合的特点以及建筑的使用功能进行全面综合的考虑，从而确定出最合理的设计方案。政府职能部门也要不断的提高对电气节能设计的审核监管力度，对电气节能的设计图纸需不断的审查，一定要达到国家的电气节能标准。

4.3 提高变压器规范性，降低电能损耗

在综合楼工程施工中，不同楼层在进行变压器安装的过程中，必须要根据实际的用电需求进行变压器的安装。变压器是电力运行的重要基础性设备，由于变压器本身就存在着阻抗，因此，在运行的过程中会存在大量的消耗和浪费电能的现象。为了能够使变压器实现节约电能损耗的效果，需根据工程具体情况来适当降低变压器的负载率，尽最大可能的降低变压器的有功功率损耗，从而来提高变压器的运行效率，降低不必要的电能损耗现象。

为了能够使变压器在运行的过程中所产生的负载率尽最大可能的接近最佳负载率，就必须要根据实际状况来寻找最佳的变压器容量，从一定程度上能够有效的提高遍野器的经济效益，同时还能够提升变压器的节能效果。相关的技术工作人员需根据符合的实际大小来合理安排变压器运行的台数，以求达到变压器最小的自身损耗。

结束语

综上所述，对电缆设计与电气节能进行分析具有极高的研究价值，在电缆设计过程中一定要重视截面原则，尤其要注意电力电缆经济选择，并选择合理的电缆敷设方式，从而降低线路损耗，实现节能目标。为了能够有效的提高电气节能效果，相关的工作人员需要根据工程实际状况来对电力系统节能方案进行设计，不断的优化照明和变压器系统，从而降低整个电力系统的能源损耗。

参考文献：

[1]黄伟，牛铭，王斐等.超导电缆应用于铝厂节能的可靠性分析[J].现代电力，2010，27（3）：25-30.

[2]王自立.关于高层建筑住宅楼电气设计中节能措施的探讨[J].城市建设，2010，11（13）：277-278.

[3]上海现代建筑设计（集团）有限公司.建筑节能设计统一技术措施（电气）[D].中国建筑工业出版社，2009，09：34-35.

[4]亢旭红.某医学院科教楼照明系统及电缆的设计与研究[D].长安大学，2013，02（23）：106.