浅谈供配电和照明系统的节能设计

浅谈供配电和照明系统的节能设计

发表时间：2017-12-25T10:31:31.937Z 来源：《电力设备》2017年第24期作者：徐特勋[导读] 摘要：电能是国民经济各部门和社会日常生活的主要能源和动力，也是目前应用非常广泛的二次能源。

（浙江浙能镇海发电有限责任公司浙江宁波 315200）

摘要：电能是国民经济各部门和社会日常生活的主要能源和动力，也是目前应用非常广泛的二次能源。很多形式的能量都可以转化为电能，反之电能又能很方便的转化为能量并可以很经济的进行远距离传输。在日常生活以及工业等诸多用电领域中，电能在照明系统里发挥的作用中占据着极高的地位。

关键词：供配电照明系统 LED 节能

一、电力系统的基本概念

电力系统中各电压等级的电力线路及其联系的变电所称为电力网或电网。变电所是将来自电网的电源经变压器变换另一电压等级后，再由配电线路输送至供给用户的电能供配电场所。

二、供配电系统设计

随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，人们对有关供照明、配电、防雷接地、消防、通信等系统的要求越来越高，那么建筑的品质就必须走向科技化、多功能领域，并进一步向纵深方向和综合应用发展。合理的供配电系统设计不仅节省一次性的投资，而且对提高供电质量、节约大量的电气材料、节约运行中的电能、便于日常运行管理和维修等都具有较大的现实意义。

三、供配电系统设计规划及降低能耗

1. 输电、配电线路设计

1.1 减少能量损失

对具有相同导电体材质的不同截面导线，其电阻率与导线截面积呈反比例关系，因此，增加导线的截面积有利于降低导线的电阻率，从而减少导线的发热阻耗。在电压级数、分裂数量、导线材料的同等条件下，导线截面面积增加，按照电流的密度计算，导线的输电容量会上升到之前的百分之就是左右，按照导线的发热量计算，输电的容量也能提升。

1.2 增加输电功率

一般来说，短距离的电能输送受限于导线的热容量，从而导致其输送电流受到限制，提高输电线路的输送功能，在不改变电流升温的情况下，就要增加导线的截面面积来扩大输电功率。

2. 减小变压器的有功损耗

2.1合理安排运行方式

变压器通过相应的改变分接开关可以提高变压器运行水平，因为当加在变压器电压高于变压器分接开关的额定电压时，虽然变压器绕组中的铜损减少，但由于电压增加使得变压器磁通密度增加，铁损就相应地增加了。变压器铁芯的功率损耗与电压平方成正比。而线路的导线和变压器绕组中的功率损耗则与电压的平方成反比。提高电压质量，向用户提供合格的电能，同时也是做好降损工作的需要。若电压提高1%，则损耗下降约2%。因此，应根据负荷的变化对母线电压适时调整，降低电网的电能损耗。

2.2变压器的合理经济运行：

因电力负荷一昼夜内变动的范围较大，在选用变压器容量时必须满足各种情况的需要。所以，可以采取多台变压器并联运行的形式，并根据负荷量的大小有选择的投入运行，从而可限制变压器空载运行时间。根据负荷的变化适当改变投入运行的变压器台数，可以减少功率损耗。变压器的Δpo是不随负荷变化的，而铜损则是与通过电流的平方成正比的。当负荷小于临界负荷时，减少一台运行较为经济，当负荷大于临界负荷时，并联运行较为合理。

3 .进行电网和变压器的改造

改造迂回线路，制定合理的电网规划；结合实际负载情况，选择合理的变压器运行方式，能够实现变压器的经济运行，减少变压器的有功功率损耗。

4.使用低损耗变压器

近年来世界各国都在积极研究生产节能材料，变压器的铁心材料已发展到现在最新的节能材料——非晶态磁性材料 非晶合金铁心变压器其铁损仅为硅钢片变压器的1/5，铁损大幅度降低。非晶合金铁心变压器具有低噪声、低损耗等特点。其空载损耗仅为常规产品的1/5，且全密封免维护，运行费用极低。非晶合金铁心变压器是目前推广应用的低损耗变压器。非晶合金铁心变压器卷铁心改变了传统的叠片式铁心结构。硅钢片连续卷制，铁心无接缝，大大减少了磁阻，空载电流减少了60%-80%，提高了功率因数，降低了电网线损，改善了电网的供电品质。

四、照明系统节能设计

1.合理采用高效照明光源

LED使用低压电源，能效高，LED光源耗电量少，节约能源，以第三代半导体材料氮化镓作为LED照明光源，在同样亮度下耗电量仅为普通白炽灯的1/10。不仅如此，LED拥有令人难以置信的长寿命，其使用寿命在5万小时至10万小时之间。LED也成为了智慧城市建设之下应用的最多的照明光源。

2.合理选择控制方式

照明系统控制方式是照明节能设计的重要措施。一些场所可根据实际情况采用多种节能控制组合的方式，从而达到节电目的。PWM控制技术控制简单，灵活和动态响应好，是电力电子技术最广泛应用的控制方式。而开关电源芯片中的PWM是控制环节的关键和核心技术。所以选择一种适用于开关电源控制芯片的PWM控制电路显得尤为重要。可以采用轨到轨结构作为PWM比较器的输入级，通过PMOS管和NMOS管共同构成互补输入差分对结构来实现。通常信号摆幅会随着电源电压的降低而减小，这会使得信噪比明显减小，使噪声对电路的影响明显增大，从而得到最大输入摆幅。PWM比较器的负载可以采用差分放大器理想负载结构，PMOS锁存器等效电阻为一个负阻，与正向二极管连接起来，在完全匹配的情况下可使等效的差分阻值理论上达到无穷大，进而增益无穷大，使PWM比较器获得很高的精度。另外PMOS锁存器有正反馈特性，可显著提高比较器输出对输入的响应速度。

3.选择设计合理的照明方案

3.1采用智能照明控制系统，不仅可以降低照明管理与设备维修费用外，还对环境改善、提高工作效率都有着显著的效果。

3.2 不同的区域对照明质量的要求不同, 要求调整控制照度，以实现场景控制、定时控制、多点控制等各种控制方案。方案修改与变更的灵活性能进一步保证照明质量。

3.3 根据各区域的工作运行情况进行照度设定，并按时进行自动开、关照明，使系统能最大限度地节约能源。

结语

供配电和照明系统的节能设计，是生活个方面节能设计的重要组成部分。尤其是在我国厉行节约的大背景下。更需要重视生活各方面的节能系统设计。本文中，笔者主要是结合自身的工作实际以及自身掌握的相关理论知识，查阅相关资料，从供配电系统的能耗部分、供配电系统的节能设计、照明光源的合理选择等方面分析了该问题。节能降耗是我们每个公民的责任和义务，需要我们注重生活中的各个细节。

参考文献

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[5] 李峰，矢量控制系统中优化PWM控制策略的研究[D],天津：天津大学出版社，2004

[6]雷磊：智能家居照明系统的设计与实现[D]，西安：西安电子科技大学，2011.

作者简介

姓名：徐特勋（1973.05.11--）；性别：男，籍贯：浙江省宁波市镇海区，学历：专科，毕业于浙江省电力职工大学；现有职称：中级工程师；研究方向：发电厂及变电站。