基于電力金具能耗及其節(jié)能

摘要：電力金具在電力運(yùn)行中十分重要，電力金具的選擇與使用直接影響到電力運(yùn)行安全。本文首先分析了電力金具耗能的機(jī)理及耗能測(cè)試的結(jié)果，接著從電力金具的新型材料及安裝技術(shù)方面闡述了城市電網(wǎng)改造中大力推廣的新型節(jié)能電力金具的使用情況，提出了新型節(jié)能電力金具研發(fā)的必要性。

關(guān)鍵詞：電力金具;能耗;節(jié)能

0.引言

我國目前的電力金具以鐵制材料為主，結(jié)構(gòu)上屬于閉合電磁回路，且直接安裝在裸露的導(dǎo)線上，當(dāng)導(dǎo)線中有大電流通過時(shí)，電力金具就會(huì)處于交變電磁場(chǎng)中，由于電力金具在導(dǎo)線中使用較多，因此造成的能耗也比較大。發(fā)達(dá)國家很早就對(duì)鐵制類電力金具的能耗損失進(jìn)行研究，并推廣使用節(jié)能型的電力金具，之后我國也開始生產(chǎn)節(jié)能型的電力金具，由于對(duì)建設(shè)投入資金與運(yùn)行成本持續(xù)回收率之間的關(guān)系認(rèn)識(shí)不夠深刻，因此其涵蓋面相對(duì)較小。隨著社會(huì)不斷發(fā)展，城鄉(xiāng)電網(wǎng)也需要不斷改進(jìn)，可見對(duì)耗能較大的鐵制電力金具進(jìn)行節(jié)能改造十分必要。

1.電力金具能耗分析

在鐵、鋁等金屬材料的影響下，電力金具能耗問題不可避免，在導(dǎo)線配合下閉合磁路的形成受到工頻交流電的影響，這就使得感應(yīng)電流自成閉合回路，磁場(chǎng)強(qiáng)度變化明顯強(qiáng)于金具內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化，這是渦流損耗與磁滯損耗發(fā)生的主要原因。變壓器鐵損與電力金具耗能相對(duì)應(yīng)，然而這其中也存在一定差異。彼此絕緣的硅鋼片構(gòu)成了變壓器的鐵芯，從用電角度分析，整塊鐵芯在變薄之后由于硅的滲入使得電導(dǎo)率有所減小，這是降低損耗的重要方面。作為一個(gè)渾然的整體，電力金具無論是結(jié)構(gòu)還是工藝都更加利于電磁損耗。

1.1電力金具耗能機(jī)理

電力金具耗能的產(chǎn)生，主要是由于其鐵磁材料在線路運(yùn)行，造成磁滯損耗和渦流損耗，這兩部分損耗疊加造成了金具電能損失。同時(shí)，電能損失會(huì)產(chǎn)生熱量，金具內(nèi)的導(dǎo)線的溫度也相應(yīng)升高，達(dá)到過熱狀態(tài)時(shí)會(huì)傳導(dǎo)給金具，從而影響金屬的機(jī)械力學(xué)性能。此外，隨著導(dǎo)線內(nèi)的電流不斷增大，磁滯損耗會(huì)以磁通密度的1.6-2.0次方增加，渦流損耗則以磁通密度的二次方增加。自然界的物質(zhì)按其磁性能來分，有鐵磁物質(zhì)和非鐵磁物質(zhì)兩大類，鐵、鎳、鈷等金屬及其合金具有一定的磁性，鐵磁物質(zhì)在外界磁場(chǎng)的作用下，會(huì)進(jìn)行一個(gè)磁化過程，當(dāng)外界磁場(chǎng)作用于鐵磁物質(zhì)時(shí)，磁場(chǎng)力會(huì)使原本雜亂無章的磁疇進(jìn)行有規(guī)則的排列。鐵質(zhì)材料在交變磁場(chǎng)的作用下，由于小磁疇交變磁化會(huì)導(dǎo)致其來回翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的摩擦里會(huì)造成鐵芯發(fā)熱，從而產(chǎn)生能量損耗，即鐵磁材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度總是比外加的磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化滯后，其損耗為磁滯損耗。鐵質(zhì)材料的電力金具，只要在交變磁場(chǎng)作用下，就會(huì)產(chǎn)生磁滯損耗。另外，導(dǎo)電的材料在交變電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)下，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，導(dǎo)體本身會(huì)跟著產(chǎn)生旋渦狀的感應(yīng)電流，鐵芯中的渦流要消耗鐵芯的能量使鐵芯發(fā)熱，產(chǎn)生渦流損耗。降低渦流損耗的一般方法是采用新技術(shù)、新材料及新工藝，通過減少電力金具本身的電阻，從而減少熱量損耗;而對(duì)于鐵芯損耗來說，其中的磁滯損耗是由本身的材料所決定的。

1.2電力金具耗能測(cè)試

針對(duì)電力金具的耗能問題，國外早已進(jìn)行相關(guān)研究并試圖對(duì)金具進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)。電力金具耗能測(cè)試中，其電磁損失與導(dǎo)線溫升數(shù)據(jù)表明，金具中導(dǎo)線的溫度比空氣中高出17℃左右。如果通過300A的電流，相應(yīng)線夾所損耗的功率就達(dá)57w左右。線路中的電力金具很多且覆蓋面較廣，其能耗損失還是比較大的。磁性材料和非磁性材料構(gòu)成的電力金具，其耗能數(shù)值具有很大的差異。鑄鐵懸垂線夾的耗能隨電流增加而增大，反之，鋁合金線夾則不存在過大的能耗損失。根據(jù)以上試驗(yàn)，可以斷定電力金具確實(shí)存在嚴(yán)重的耗能問題。

2.電力節(jié)能金具的研究

針對(duì)新型電力節(jié)能金具的設(shè)計(jì)與研制并非僅僅是在材料上以鋁合金替代可鍛鑄鐵材料，還應(yīng)側(cè)重對(duì)全新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究。新型的節(jié)能耐強(qiáng)電力金具，主要是進(jìn)行結(jié)構(gòu)方面的改進(jìn)，將螺栓型的結(jié)構(gòu)改進(jìn)為楔塊結(jié)構(gòu)，可以解決U形螺栓緊固時(shí)形成線接觸時(shí)產(chǎn)生的導(dǎo)線蠕變及緊固力變小的缺點(diǎn)。此外，鋁合金材料的相對(duì)比重遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鐵質(zhì)材料，線夾的整體質(zhì)量也會(huì)減輕很多。新的節(jié)能型線夾在相同結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線中使用時(shí)，其質(zhì)量僅為傳統(tǒng)線夾1/2-1/3，這樣，電力施工比較方便，工作效率也得到了大幅提高，還保障了電網(wǎng)的安全性。節(jié)能金具不僅僅采用了新材料、結(jié)構(gòu)，在制造加工工藝方面，采用的是液態(tài)模鍛、低壓鑄造等先進(jìn)的加工工藝，不僅可以降低能耗損失，而且金具的結(jié)構(gòu)輕巧且通用性好。此外，節(jié)能金具中采用到的高強(qiáng)度鋁合金材料，其金屬結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，表面不易被氧化，在各種外界環(huán)境的影響下不會(huì)產(chǎn)生銹蝕，鐵質(zhì)材料的表面雖然采用表面鍍鋅工藝進(jìn)行腐蝕防范，但是此表面處理工藝也有高耗能和高污染特點(diǎn)。

節(jié)能金具具有一定的經(jīng)濟(jì)性，在其加工制造過程中先進(jìn)工藝的使用可以節(jié)約能源，在運(yùn)行中可為電力企業(yè)節(jié)能降耗。傳統(tǒng)的電力金具主要以可鍛鑄鐵為材料，采用鑄造加工工藝，產(chǎn)品最終還需要表面鍍鋅。鑄造和鍍鋅都是高耗能和高污染的特種加工工藝。新型節(jié)能金具主要以高強(qiáng)度鋁合金為主，加工時(shí)，主要采用擠壓、壓鑄等先進(jìn)工藝，沒有表面鍍鋅工藝，減輕了能耗和污染。電力運(yùn)行和試驗(yàn)都證明了節(jié)能金具的節(jié)能效應(yīng)，舉例說明，目前電力企業(yè)使用較多的NLD型耐張線夾在500A電流通過時(shí)，其能耗值為65w，假設(shè)每年使用時(shí)間為8000h，每千瓦時(shí)工業(yè)電價(jià)為0.6元，這樣每只金具的能耗損失金額就是312元，如果每年使用10000多套，總能耗損失可達(dá)31.2萬多，可見，節(jié)能金具可帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。此外，節(jié)能金具采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以保證電力設(shè)備零故障、免檢修，增長其壽命，還能減少營運(yùn)中的安全事故，大幅度降低了電力維修費(fèi)用。

在投入使用之初，節(jié)能金具的價(jià)格是高于傳統(tǒng)金具的，但是如果從技術(shù)角度、經(jīng)濟(jì)性價(jià)比方面進(jìn)行分析比較，便可得出節(jié)能金具的推廣使用其市場(chǎng)前景更為廣闊。節(jié)能金具的價(jià)格約為傳統(tǒng)電力金具的1.5-2倍，采用節(jié)能金具無疑會(huì)提高電力企業(yè)在施工中的成本，但是如果計(jì)算其后期形成的節(jié)能效果，不僅在短期內(nèi)可收回初始投資，而且長此實(shí)行下去，會(huì)產(chǎn)生更為顯著的經(jīng)濟(jì)效益。通過對(duì)電力企業(yè)使用的NLD耐強(qiáng)線夾和WKH節(jié)能型耐張線夾進(jìn)行分析比較，根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表示，兩種線夾的初始成本相差75元，一年后的差價(jià)為238.4元，兩年后差價(jià)為540.8元，三年后的差價(jià)為843.2元，在電力運(yùn)行中采用節(jié)能金具，僅一年就可收回全部投資，并取得高價(jià)值的節(jié)能效益，三年后其節(jié)能效益的數(shù)據(jù)更是較為可觀。從當(dāng)前電力工業(yè)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)分析，無論是智能電網(wǎng)建設(shè)、環(huán)境保護(hù)還是節(jié)能減排理念的落實(shí)都需要首先對(duì)高能耗和高污染電力金具進(jìn)行淘汰，加快高效節(jié)能電力金具的研發(fā)速度，真正滿足智能電網(wǎng)和電力工業(yè)的實(shí)際發(fā)展需求。

3.結(jié)束語

綜上所述，電力金具的使用量較大且覆蓋面廣，使用新型的節(jié)能電力金具可獲得很好的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益，并可降低施工中的勞動(dòng)強(qiáng)度，并可提高工作效率。目前，節(jié)能金具的推廣使用中，還存在宣傳工作不到位的問題，很多用戶對(duì)節(jié)能金具的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效果的認(rèn)識(shí)還不夠深入，電力企業(yè)可以通過成功的案例讓用戶認(rèn)識(shí)到節(jié)能金具帶來的較為長遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。目前，國家電網(wǎng)也在不斷改革中，因此，使用新型材料、結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理、施工方便的節(jié)能金具代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高耗能、重量及結(jié)構(gòu)都較大的電力金具，是電力配網(wǎng)建設(shè)、改造和發(fā)展的必然要求。

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