低压输电线路的电能损失不容忽视

低压输电线路的电能损失不容忽视苏州市市政工程设计院有限责任公司葛银红【论文摘要】文章论述了隧道低压输电线路中电能损失的严重性；提出了缩短低压输电线路对节能的重要意义和缩短低压输电线路的措施；指出了在隧道建筑中合理设置变电所、配电室位置的重要性。关键词节能低压输电电能损失输电距离线路截面变电所负荷中心节能是我国当前的重要国策之一。电气节能是节能设计中不容忽视的部分。作为建筑电气设计工作者，在工程设计中，应充分利用现有资源；合理设计供配电系统；正确选择供配电设备的容量，尽量采用节能产品；缩短低压输电线路，采取有效措施，达到既节能、环保，又节约资金的目的。本文分析了隧道电气设计中低压输电线路的电能损失，并就变电所、供电半径等几个方面，谈谈自己的看法。1.隧道低压输电线路电能损失分析北环快速路隧道是长隧道，供电距离长，用电设备量大，且分散，低压供配电系统若设计得不合理，将会造成隧道输电线路上的大量的电能损失，因此，低压供配电系统的合理设计就显得尤为重要。长期以来，因为高压输电线路很长，相关人员都较为重视，在工程设计中，也采取了按经济电流密度选择导体等节能措施。而低压输电线路因其输电距离较近，其电能损失就被长期忽视。但是，实际上低压输电线路，尤其是隧道低压输电线路的回路数量非常多，线、缆加起来的总长度也很长，其电能损失和有色金属的消耗量也非常大。所以，在工程设计中，对低压输电线路的电能损失问题，应给于高度重视。低压输电线路的截面，主要是依据导体发热允许的载流量及允许电压降等主要因素选择，电压偏差的允许值一般为额定电压的±5%。线路首端（变电所低压母线处）的电压为400V,线路蓦地（用电设备处的电压偏差为额定电压的-5%时）的电压可以为361V。假设线路采用的是截面为185mm²全塑电缆，其线路电阻为阻抗的77.5%;采用截面为70mm²的全塑电缆，其电阻为阻抗的95%；采用截面为35mm²的全塑电缆，其电阻为阻抗的99%。采用截面为25mm²以下的全塑电缆，其电抗可以忽略。可见在低压配电系统中，输电线路（尤其是小截面的线路）的电阻是非常主要的。线路中的有功和无功电流都会在线路电阻上造成电能损失。线路上总的电能损失一般为用电设备总额度功率的5%~8%,占变配电系统电能损失的比例比较大。2.隧道变电所位于负荷中心的意义变电所应位于负荷中心，在这次隧道工程设计中，我们将变电所设置在隧道的中间位置，大大地缩短了低压供电半径，减少了电能损失。不仅减少了初期投资，还提高了电能质量。而变电所位置的设置，虽然在设计规范中，早已有明确规定，但在大部分实际工程中，由于各种因素的影响，往往难以落实。由此引出的一系列问题，应引起足够的重视。（1）变电所偏离负荷中心，电能损失增大变电所偏离负荷中心，相当于用低压输电代替高压输电，采用10KV高压输电，其电压是低压380V输电电压的26.3倍，输送同样的功率(P=UI),10KV的电流比380V的电流小26.3倍，输电线路上的功率损耗与电流的平方成正比(P=I²*R)。在输电距离、线路电阻相同的情况下，380V输电的线路损耗为10KV输电线路损耗的692倍（26.3²=692）。因为低压输电与高压输电的线路截面不可能相同，低压380V输电线路的截面一般要比高压10KV输电线路的截面大20多倍。由于线路截面的加大，电能损耗就相应的减少。实际上，相同的距离，传输相同的功率，低压380V输电线路的损耗一般为高压10KV输电线路损耗的30多倍。（2）变电所偏离负荷中心，增加耗铜量因为低压380V输电采用的电缆截面，比高压10KV输电采用的电缆截面大了20多倍，所以，采用380V输电比采用10KV输电，在有色金属材料的消耗上就增加约20多倍。而且，由于低压配电系统保护级数很多，各级保护之间要有选择性，往往使上级断路器加大很多。电线、电缆的截面也相应的加大很多，这就使耗铜量也会增加。我国目前已经出现铜资源紧缺，铜材价格大幅度上升的局面，因此，合理地选择低压输电线路的截面，节约铜材就显得更为重要。（3）变电所偏离负荷中心，降低了供电质量低压供电的电流大，电压波动（偏差）也大，由于变电所偏离负荷中心，导致线路加长，更容易引起电压偏差加大，容易出现欠电压（用电高峰时）或过电压（夜间用电低谷时）的现象。尤其是过电压的危害更大，而且会严重缩短用电设备的寿命，甚至烧毁用电设备。综上所述，变电所深入负荷中心的重要意义有以下三点：①减少电能的损耗；②节约大量的铜（铝）芯电缆及电缆敷设等相关费用，节约初投资；③提高供电质量，减少用电设备的损坏，延长用电设备寿命，降低维护工作量。然而，目前的实际状况却很不理想。在现有和待建的工程中，其变电所真正位于负荷中心的很少，大多数都偏离或远远偏离负荷中心（为某一栋建筑物供电的变电所，设在该本建筑物的边角）。长此以往，形成了见怪不怪、熟视无睹的局面，并没有引起设计人员的重视。上世纪80年代，在建设北京某大饭店时，其变电所设在了该饭店大楼的后面，距大楼50m（内有8台变压器），用铜量很多，仅此一个工程，就用掉了华北地区全年的铜材供应指标，不仅增加了初投资，增加了大量的电能损耗，也降低了电能质量。3.隧道二级低压配电室、电缆井处于合理位置的重要性目前，二级低压配电室和电缆井，偏离其线路配出中心的现象也很严重。而它们每偏离最佳位置1m，电缆长度（电流路径需要一来一回）就要增加约1.5m,相当于变电所偏离负荷中心约1.5m。所以，二级配电室、电缆（竖）井位于最佳位置，可以有效的缩短低压输电线路的长度，既节材、节能，又可提高供电质量。变电所、二级低压配电室、电缆竖井等，普遍偏离最佳位置的原因，主要是在工程设计过程中，确定它们的位置时，常常是建筑设计师（个别时候是业主）说了算，因为他们对上述问题的严重性不十分了解，对电气专业人员的意见不够重视。因此往往将变电所、配电室、电气竖井设在了不合适的位置。因为线路上的电能损耗是看不见、摸不着的，难以引起人们的重视，因此这种不合理的设计，对于用户来说就习以为常了。目前，我国正在大力提倡节能，电气专业的设计者们，应该借此东风，大力宣传，引起各有关人士对电气专业节能的足够重视与合作，扭转目前这种严重的不合理局面。4.隧道低压输电距离的控制我在设计隧道低压输电线路时，为了缩短低压输电线路的长度，措施之一就是限制供电半径。⑴供电半径的含义是指输电导线、电缆的长度（含室内、室外、水平、垂直线路的长度），而不是从建筑平面图中量出来的直线距离。这一点必须特别注意。室外电缆常常需要沿道路敷设，一般不走斜线，且基本上是拐直角弯。进出隧道还有预留20m的备用长度。隧道内线路的长度要考虑水平和垂直两部分，水平部分一般沿检修通道等敷设，要拐很多弯；还要考虑由检修通道引出后的支路与干线的走向不同，线路很可能要走许多回头路；电线、电缆的两端要留施工、检修备用长度等。总之，线路的实际长度，往往远大于其平面图上的直线距离。⑵低压380/220V供电半径（输电距离）的控制在对低压380/220V供电的最大半径（线路长度）进行宏观控制，建议参考《全国民用建筑工程设计技术措施》2.3.1条的规定：“当供电距离大于250m时，计算负荷大于100KVA宜采用高压供电”。此规定只是对供电半径粗略的限制，不是硬性规定，在确定某工程的供电半径时，应根据该工程的具体情况，按照电线、电缆允许的载流量及最大电压降的限制，结合当地的电源条件、投资等因素，进行综合考虑，确定技术、经济合理的供电方案。⑶照明支线长度的控制是由最末一级照明配电箱（隧道工程设在检修通道内）到最末端一个灯的支线长度，一般要求不宜超过40m。这是按支线不超过其允许最大电压降（约为额定电压的2%）的宏观控制值。在确定照明配电箱位置时，要考虑线路的水平拐弯和垂直部分的长度。⑷尽量做到三相负荷平衡、减少谐波，从而减少中性线中的电流，这不但减小了中性线上的电能损失，同时减小了线路的电压降。如果中性线上无电流，则仅在相线上有压降和电能损失，会有效地提高供电质量、节能，且有利于供电安全。⑸合理地补偿无功功率。因为无功电流同样可在线路上造成电能损失和电压降。所以，合理地补偿无功功率，减小无功电流，可减小电能损失和电压降，提高供电质量。以上所列各项节能措施，都是本人在设计隧道供配电系统时的一些体会，都是面广量大、简单易行、一举多得的有效措施，值得从事建筑电气设计和施工的同行们借鉴、推广。