机械工厂设计中降损节能措施
2003年以来，我国相当一部分的地区电力出现不同程度的紧张，个别地方需拉闸限电，开源节流成为我国今后一段时期的重中之重。机械工厂作为我国耗电大户之一（数量多、总装机容量大），如何降低无效电能损耗，降低成本，提高经济效益已成为工厂设计人员及管理人员一项重要任务之一，鉴于上述原因，笔者就机械工厂如何实行节约电能这一问题作一探讨，对配电设备、照明灯具及材料的选择和减少无功损耗上进行论述。
1、优化选材，从源头上扼制能耗的产生
选择能耗较小的配电设备、照明器具及管线材料是实现用电节能的基本措施。
1.1配电变压器容量的选择
a.工作时间长，满负荷率低的设备包括：各种机床、木工机械、焊机等设备，这类设备特点是同时系数小，数量多，根据笔者经验，变压器负荷率可选取80%~85%。
b.工作时间长，满负荷率高的设备包括：各种电炉及附带变压器、远红外电热干燥箱、冷冻空调设备、生产及生活用通风机、球磨机、粉碎机等。此类设备特点是同时系数大、数量较少、单机容量大，设计时，宜在降压变电所设置多台变压器同时运行，低压母线分段运行方式，这样在不使用这些设备时，可停运一台变压器，降低变压器总损耗。
c.工作时间短，满负荷率高的设备包括：给排水泵、循环泵等辅助生产用设备，在此类设备所占总装机容量比例不大时（小于10%），可不予考虑或只在用电高峰时考虑变压器最高负荷率。
d.工作时间短，满负荷率低的设备包括：金属、机修装配车间用起重机、实验室用试验设备、检测设备。此类设备可予不考虑负荷。
以上四类负荷基本涵盖了机械工厂生产、生活的动力用电设备，通过对不同设备的工作性质的分类分析，可使变压器容量降低，从而降低变压器的运行损耗。
计算变压器容量时，首先要计算好总负荷，一般总负荷可由、总视在计算功率乘以同时系数确定，然后计算变压器的总负荷，其值为：变压器总负荷（kvA）=无功补偿后的总负荷（kv·A）+变压器损耗（kv·A）（有功损耗与无功损耗矢量和），最后确定变压器的容量为：变压器总负荷÷变压器负荷率。变压器负荷率一般取75%~85%为宜。
1.2配电变压器型号
选择高效低能耗的配电变压器具有重要的意义。目前国内广泛采用的S9型配电变压器的空载损耗与S7相比平均降低了8%，负载损耗平均降低了25%左右，然而SCB系列在节能上有更大的优势。下表列出这几种变压器的损耗情况。
注：以上均以额定电压为10kv，额定容量为1000kvA为例。
从上表可以看出，SCB8系列空载及负载损耗最低，S9型次之。由于机械工厂对环境要求不高，加之SCB8系列干式变压器价格昂贵（同容量干式变压器比油浸式价格高1倍）一般可选用S9型油浸式变压器，但从长期运行看选用SCB8型变压器较为经济。
2.采用节能型电器设备
交流电动机的降损节电：
机械工厂中的水泵、轴流风机、机床用传动设备应采用高效节能的电动机，如Y系列及其派生的系列电动机具有体积小、重量轻、噪声低、起动性能好和绝缘水平高等优点。如采用YX系列高效电动机其效率比Y系列又提高3%，电动机负载率75%~100%之间运行时间可获得高效率。根据负荷变化情况选择交流电动机的调速方式是降损节能又一有效措施，故机械工厂内水泵、轴流风机等电动机可考虑配置变频调速控制器。
3.合理放置配电间位置
机械工厂中的设备数量种类多，容量相差悬殊，配电间位置确定应与工艺人员密切配合，使其尽量靠近负荷中心，以缩短配电线路的长度，减少电能的额外损失。为降低传输过程中的损耗，供电线缆宜采用铜线。对大容量远距离的用电设备进行压降校验，必要时适当放当放大一级截面选配线缆。
值得注意的是三相平衡，三相线路之间的负荷要保持平衡，无论是照明还是单相用电设备，在三相上所接负荷尽量保持大小相等或相差很小，因为随着数控机床电焊机及固态开关等非线性负载在机械工厂中的大量使用，使得电气装置内的谐波和谐波电流含量加大，从而使导线电流超出正常负载电流，造成电能损耗。
4.降低无功损耗
机械工厂中大量的用电设备造成了无功电能损失，无功功率补偿是实现节电节能的又一重大措施。无功补偿装置一般设于变配电室的低压母线上进行集中补偿，这样可减少电力系统的无功功率传输到配电线路上的电流，因此减少了这部分线路的电能损耗。但对车间内部来讲，由于无功仍从低压母线经干支线送到设备端，因此，电压损失及电能损耗没有得到根本改善，从而没能达到完满的节能效果。若想从根本上补偿无功，最理想的方法是从设备端采取无功补偿措施，但这种方法对于电机数量多、起动方式名异的机械工厂来说，实行起来非常困难，困为随着补偿电容器数量的增多，其故障率相应增加，最终影响工作效率。为此，笔者根据经验，设计中一般在车间支干线配电箱内采用并联的金属膜自愈式低压电容器对运行的机床设备进行整体无功补偿，这样即避免了设备因负载变动或反复起停对电容器的损坏，又起到了减少支干线的电能损耗，同时减小了线缆线径及开关。
在实际中采用这种补偿方法还应注意，补偿容量不宜过大。应按下式选择补偿电容的无功容量：Qc≤3UNI。（kVar）
式中：Qc—无功功率补偿容量（kVar）
UN—电源额定线电压（kV）
I。—干、支线中电动机空载计算电流（A）
5.照明节能
照明负荷虽然在机械工厂总负荷中所占比例很小（约5%~10%），但灯具如选择不当，长期运行积累的损耗也相当惊人。为此，机械工厂照明应尽量选用发光效率较高的节能型荧光灯，金属卤化物灯。尽量减少白炽灯的使用。选择镇流器时也应注意几点：1.电子镇流器虽然无功功率补偿效果好，但只适用于周围环境对电子干扰要求不高的场合。2.如周围环境对电子干扰要求较高最好选择电感式镇流器或复合式镇流器来弥补电子镇流器的不足。
1、优化选材，从源头上扼制能耗的产生
选择能耗较小的配电设备、照明器具及管线材料是实现用电节能的基本措施。
1.1配电变压器容量的选择
a.工作时间长，满负荷率低的设备包括：各种机床、木工机械、焊机等设备，这类设备特点是同时系数小，数量多，根据笔者经验，变压器负荷率可选取80%~85%。
b.工作时间长，满负荷率高的设备包括：各种电炉及附带变压器、远红外电热干燥箱、冷冻空调设备、生产及生活用通风机、球磨机、粉碎机等。此类设备特点是同时系数大、数量较少、单机容量大，设计时，宜在降压变电所设置多台变压器同时运行，低压母线分段运行方式，这样在不使用这些设备时，可停运一台变压器，降低变压器总损耗。
c.工作时间短，满负荷率高的设备包括：给排水泵、循环泵等辅助生产用设备，在此类设备所占总装机容量比例不大时（小于10%），可不予考虑或只在用电高峰时考虑变压器最高负荷率。
d.工作时间短，满负荷率低的设备包括：金属、机修装配车间用起重机、实验室用试验设备、检测设备。此类设备可予不考虑负荷。
以上四类负荷基本涵盖了机械工厂生产、生活的动力用电设备，通过对不同设备的工作性质的分类分析，可使变压器容量降低，从而降低变压器的运行损耗。
计算变压器容量时，首先要计算好总负荷，一般总负荷可由、总视在计算功率乘以同时系数确定，然后计算变压器的总负荷，其值为：变压器总负荷（kvA）=无功补偿后的总负荷（kv·A）+变压器损耗（kv·A）（有功损耗与无功损耗矢量和），最后确定变压器的容量为：变压器总负荷÷变压器负荷率。变压器负荷率一般取75%~85%为宜。
1.2配电变压器型号
选择高效低能耗的配电变压器具有重要的意义。目前国内广泛采用的S9型配电变压器的空载损耗与S7相比平均降低了8%，负载损耗平均降低了25%左右，然而SCB系列在节能上有更大的优势。下表列出这几种变压器的损耗情况。
注：以上均以额定电压为10kv，额定容量为1000kvA为例。
从上表可以看出，SCB8系列空载及负载损耗最低，S9型次之。由于机械工厂对环境要求不高，加之SCB8系列干式变压器价格昂贵（同容量干式变压器比油浸式价格高1倍）一般可选用S9型油浸式变压器，但从长期运行看选用SCB8型变压器较为经济。
2.采用节能型电器设备
交流电动机的降损节电：
机械工厂中的水泵、轴流风机、机床用传动设备应采用高效节能的电动机，如Y系列及其派生的系列电动机具有体积小、重量轻、噪声低、起动性能好和绝缘水平高等优点。如采用YX系列高效电动机其效率比Y系列又提高3%，电动机负载率75%~100%之间运行时间可获得高效率。根据负荷变化情况选择交流电动机的调速方式是降损节能又一有效措施，故机械工厂内水泵、轴流风机等电动机可考虑配置变频调速控制器。
3.合理放置配电间位置
机械工厂中的设备数量种类多，容量相差悬殊，配电间位置确定应与工艺人员密切配合，使其尽量靠近负荷中心，以缩短配电线路的长度，减少电能的额外损失。为降低传输过程中的损耗，供电线缆宜采用铜线。对大容量远距离的用电设备进行压降校验，必要时适当放当放大一级截面选配线缆。
值得注意的是三相平衡，三相线路之间的负荷要保持平衡，无论是照明还是单相用电设备，在三相上所接负荷尽量保持大小相等或相差很小，因为随着数控机床电焊机及固态开关等非线性负载在机械工厂中的大量使用，使得电气装置内的谐波和谐波电流含量加大，从而使导线电流超出正常负载电流，造成电能损耗。
4.降低无功损耗
机械工厂中大量的用电设备造成了无功电能损失，无功功率补偿是实现节电节能的又一重大措施。无功补偿装置一般设于变配电室的低压母线上进行集中补偿，这样可减少电力系统的无功功率传输到配电线路上的电流，因此减少了这部分线路的电能损耗。但对车间内部来讲，由于无功仍从低压母线经干支线送到设备端，因此，电压损失及电能损耗没有得到根本改善，从而没能达到完满的节能效果。若想从根本上补偿无功，最理想的方法是从设备端采取无功补偿措施，但这种方法对于电机数量多、起动方式名异的机械工厂来说，实行起来非常困难，困为随着补偿电容器数量的增多，其故障率相应增加，最终影响工作效率。为此，笔者根据经验，设计中一般在车间支干线配电箱内采用并联的金属膜自愈式低压电容器对运行的机床设备进行整体无功补偿，这样即避免了设备因负载变动或反复起停对电容器的损坏，又起到了减少支干线的电能损耗，同时减小了线缆线径及开关。
在实际中采用这种补偿方法还应注意，补偿容量不宜过大。应按下式选择补偿电容的无功容量：Qc≤3UNI。（kVar）
式中：Qc—无功功率补偿容量（kVar）
UN—电源额定线电压（kV）
I。—干、支线中电动机空载计算电流（A）
5.照明节能
照明负荷虽然在机械工厂总负荷中所占比例很小（约5%~10%），但灯具如选择不当，长期运行积累的损耗也相当惊人。为此，机械工厂照明应尽量选用发光效率较高的节能型荧光灯，金属卤化物灯。尽量减少白炽灯的使用。选择镇流器时也应注意几点：1.电子镇流器虽然无功功率补偿效果好，但只适用于周围环境对电子干扰要求不高的场合。2.如周围环境对电子干扰要求较高最好选择电感式镇流器或复合式镇流器来弥补电子镇流器的不足。
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