摘 要：本文首先是從節(jié)能的三個最基本的原則開始分析，緊隨其后，文章主要從三個方面探討了變壓器節(jié)能的具體手段和措施，它們分別包括對于有功功率的抑制，對于線路上的能源損耗的減少，以及對于系統(tǒng)的功率因數(shù)的提高。最后的一個節(jié)能措施，也就是對于系統(tǒng)的功率因數(shù)的提高，則涉及到相位差的問題，這說明必須要既從幅度上面進(jìn)行考量，又要從相位上面來進(jìn)行考量，這二者是缺一不可的。

關(guān)鍵詞：補償系數(shù)；電阻器節(jié)能；途徑；照明指數(shù)

一、電氣節(jié)能的三原則

從某種程度來說，這種節(jié)能是由于工業(yè)社會的發(fā)展，人們的生活質(zhì)量和生活水平極大地提高而引起的。但是，無論如何去節(jié)約能源，我們必須去本著三個最基本的原則來進(jìn)行分析與實施，這三個最基本的原則在這里羅列如下：

（一）功能性原則

節(jié)能的本質(zhì)工作，是對于能源的浪費現(xiàn)象做到一種遏制作用，而不是完全不使用電能。節(jié)能的同時，必須要注意的一點是，它必須要滿足消費者最原始的需求，所消耗的電氣資源必須要保證照明用的電器設(shè)備的溫度，照度，顯色指數(shù)等等指標(biāo)符合一般性的規(guī)定，對于房屋里面的一些用電設(shè)備和耗電設(shè)施來說，它也要符合一般性的工藝需求。這是一種基于功能性原則的考量，在完全不失去功能性原則的基礎(chǔ)之上，才能談及電氣設(shè)備以及電氣能源的節(jié)約問題，否則，這一切都將是空談。

（二）經(jīng)濟效益原則

節(jié)能的工作，它的本質(zhì)目的是保護(hù)環(huán)境資源，同時，盡可能少地消耗電氣能源，盡量做到電氣能源這一二次能源可以循環(huán)性地重復(fù)再利用。但是，它又必須符合一個經(jīng)濟效益原則。對于經(jīng)濟效益原則來說，我們不能因為自己所倡導(dǎo)的節(jié)能工作，而將所有的人力物力都投資進(jìn)去。我們在具體的節(jié)能措施或者說是節(jié)能方式中，必須要與經(jīng)濟利益彼此相互結(jié)合起來。在節(jié)能的同時，必須要考慮到經(jīng)濟利益是存在的，在每一次能源節(jié)約行動的同時，一定要關(guān)注它是否符合經(jīng)濟效益原則。如果說它的所耗費的投資額度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了節(jié)約能量所帶來的經(jīng)濟價值了，就不應(yīng)該過多地把資金投入到該項能源節(jié)約保護(hù)上面去，否則就顯得非常不劃算。

（三）無謂消耗原則

有一些能源是完全可以去避免的，對于這些能源來說，它們可以統(tǒng)稱為“無謂消耗”。對于這樣的一些電能，可以從源頭上進(jìn)行一些抑制，將其的需求量減為最少。這是一種“無謂消耗”，本來是可以完全去避免的，它和一些一般性的消耗不太一樣。比如，變壓器中的內(nèi)阻的一些消耗，在傳輸線上由于導(dǎo)線的原因的一些消耗，這樣消耗是無可避免的。因為，既然有內(nèi)阻存在，這種消耗就必須去延續(xù)，只有那種完全不消耗內(nèi)阻的導(dǎo)線（例如理想環(huán)境下的一些無內(nèi)阻導(dǎo)線），這些能源的消耗才可以達(dá)到真正的避免。而對于有些能源的消耗來說，它們其實是屬于一種“無用消耗”的。比如在施工人員出門的時候，沒有將自己的照明等予以關(guān)閉，而造成的無端的浪費，這樣一種情況，就是無用的消耗。對于這些能源來說，則必須要予以清理，否則，將會因為這些無謂消耗的能源堆積如山，而給整個節(jié)能工作帶來一大堆的麻煩。其次，它又反映出了某種技術(shù)性和關(guān)鍵性因素，例如，對于照明來說，完全可以采用一些先進(jìn)的技術(shù)以及較為綠色的照明方式將它的能耗盡量降低。

二、對于電氣節(jié)能的三個主要措施

（一）對于有功功率的抑制

變壓器的有功功率損耗如下式表示：△Pb=Po+Pk*β^2其中：△Pb——變壓器有功損耗（KW）；Po——變壓器的空載損耗（KW）；Pk——變壓器的有載損耗（KW）；β——變壓器的負(fù)載率。

由以上公式表明，變壓器的有功損耗等于變壓器的空載損耗加上變壓器的有載損耗乘以變壓器的負(fù)載率的平方。這里，需要首先解釋一下各個變量的不同的含義。就整個公式來說，它主要包含了兩個方面的意義，首先是方程的有功功率損耗和無功功率損耗這一對概念。對于無功功率這一概念，它主要指的是，在一段電路中，它并沒有外加一些電器設(shè)備，或者說沒有加入一些具備有意義功率的負(fù)載的情況。也就是說，在無功功率電路中，整個電路系統(tǒng)僅僅具備有空載損耗，并沒有過多的有功損耗發(fā)生。在這樣一種情況下，它的電阻損耗往往是變壓器的內(nèi)阻損耗或者是一些傳輸導(dǎo)線的損耗。值得一提的是，在傳輸線較長的電路中，傳輸導(dǎo)線上發(fā)生的傳輸損耗是不容忽視的，所以它的損耗值必須予以考慮。對于傳輸線上的一些具體的負(fù)載來說，它們的損耗要略大于傳輸線上的損耗，那么，主要的損耗來源則在變壓器的有載損耗上面。而對于這一個變量來說，它必須要考慮到一個系數(shù)，就是變壓器的負(fù)載率。對于不同的變壓器來說，它的負(fù)載率都是不一樣的。我們可以模擬一個簡單的滑動變阻器電路，其中只有一個固定的電壓源（我們假設(shè)這樣一個電壓源是具備一定的內(nèi)阻的，假設(shè)內(nèi)阻的值為r）和一個電阻可變的滑動變阻器。在這樣的情況下，我們可以利用微分的辦法輕松得到，當(dāng)滑動變阻器Rp的內(nèi)阻的大小與固定電源的內(nèi)阻大小相等的情況下，滑動變阻器Rp當(dāng)前的功率值是最大的。與此同時，該滑動變阻器的負(fù)載率為β=50%。此時的變壓器的負(fù)載率是最低的，它的節(jié)能程度可以達(dá)到一種理論上的最大值。但是，這樣的一個情況其實是得不償失的，它的問題主要出現(xiàn)在過多地強調(diào)理論性，而并沒有考慮經(jīng)濟效益。比如，如果按照以上的方式進(jìn)行節(jié)能的話，雖然在理論上確實可以得到最低的負(fù)載率，但它卻需要安裝雙電源進(jìn)線，為了加大變壓器的具體容量，則必須要加大初裝費的投入，由此則必須要支付更多的價格。對于此來說，其實是得不償失的。也就是說，雖然我們按照負(fù)載率最小的方式進(jìn)行對有功功率的限制，但是由于初裝費用過高，所以投入產(chǎn)品比其實并不劃算，它其實違背了我們之前提過的電氣系統(tǒng)節(jié)能三原則中的第二個原則，也就是經(jīng)濟效益原則，而這一原則最終導(dǎo)致了該方案的最終杜絕。

所以說，整個有功功率的限制，主要取決于對于變壓器的空載損耗和變壓器的有載損耗這兩方面進(jìn)行一定的，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。在具體的調(diào)節(jié)過程中，必須考慮到功能性原則與經(jīng)濟效益原則并重這一局面，唯有如此，才能真正做到對有功功率的限制。

（二） 減少線路上的能量損耗

由于線路上存在電阻，有電流流過時，就會產(chǎn)生有功功率損耗。其公式如下：△P=3IΦ2R×10-3（KW）

式中：IΦ——相電流（A）

R——線路電阻（Ω）

由于導(dǎo)線在單位長度上面的電阻率是比較小的，所以在1m左右的導(dǎo)線上，并不存在多大的熱損耗，它不會有多大的功率流失。但是，我們必須要注意這樣一個情況，當(dāng)導(dǎo)線的長度達(dá)到一定的值的時候，它的導(dǎo)線電阻損耗就不能再忽略不計了。經(jīng)過科學(xué)的分析與測算，當(dāng)導(dǎo)線的長度為100米的時候，它就相當(dāng)于消耗了一個功率為100W的電燈泡。對于一段導(dǎo)線來說，我們可以根據(jù)如下的表達(dá)式進(jìn)行更加細(xì)致的討論：

對于一段傳輸線來說，如何讓那其能量的損耗最小呢？我們可以根據(jù)如上的表達(dá)式來進(jìn)行討論。如上圖所示，對于電阻的長度的更改，可以采取盡量鋪設(shè)“筆直的線路”，而盡量減少“彎曲的線路”這種方式來進(jìn)行避免。而對于電阻率來說，我們可以考慮買電阻率盡量小的導(dǎo)線。例如，在具體的施工中，關(guān)于這方面的技術(shù)實施，則主要考慮如下兩類情況：當(dāng)該建筑為一類建筑的時候，則主要采用銅芯對傳輸線進(jìn)行架設(shè)，而當(dāng)該建筑為三類建筑或者是四類建筑的時候，則主要采用鋁芯來對傳輸線進(jìn)行假設(shè)。關(guān)于橫截面積來說，在這里則不考慮將其進(jìn)行增寬處理。這同樣是考慮到了之前所提到的“經(jīng)濟效益原則”。很顯然地，當(dāng)橫截面積增大之后，根據(jù)公式來說，單位長度的導(dǎo)線上所消耗的功率確實變少了，也就是說，如果我們僅僅考慮功能性原則的話，這樣的方案確實是可行的，但是，它僅僅考慮到了一個方面，如果我們引入“經(jīng)濟效益原則”的話，則馬上會發(fā)現(xiàn)，做到這一點，其實是不太劃算的。因為對于一段導(dǎo)線來說，它的橫截面可以類比地近似為圓形。也就是說，它的直徑每增大一倍，其橫截面所需要消耗的材料約等于原來的四倍左右，這顯然是非常不劃算的。所以，對于橫截面積這一可變變量來說，將其放著不動，似乎可以說是最為理想的選擇。

（三）提高系統(tǒng)的功率因數(shù)

提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少無功在線路上傳輸，以達(dá)到節(jié)能的目的。

線路損耗的公式展開后得下列計算式：

△P=3IΦ2R×10-3=（RP2/UL2+RQ2/UL2）10-3（KW）

式中：UL——線電壓（V）

P——有功功率（KW）

Q——無功功率（KVar）

眾所周知，一個變壓器設(shè)備的功率是由有功功率和無功功率這兩者結(jié)合起來的。但是，這僅僅是從振幅方面分析了這三者之間的關(guān)系，而另外一個非常不容忽視的地方，則是從相位的角度來對這三者進(jìn)行細(xì)致的分析。這里，就有必要引入功率因數(shù)這樣一個概念。功率因數(shù)這樣一個概念存在兩種不同的定義方式，其中一種定義方式是定義為P/S的形式，也就是說，它相當(dāng)于有功功率與視在功率的比值。它的另外一種表示方式則如下：也就是說，它的最大值是不可能超過1的，而且有一定的相位關(guān)系。所以，在提高功率因數(shù)方面，常常需要增加一個無功功率來進(jìn)行補償，使得整個相位差為0或者是2PI的整數(shù)倍。在加入這樣一個補償條件之后，就可以使得功率因數(shù)趨近于1，而這樣的一種變換，則可以減少無功功率在線路上的傳輸，也就達(dá)到了節(jié)能的目的。

綜上所述，這里主要運用了三種方式來達(dá)到了電氣節(jié)能的目的，其中包括對于有功功率的抑制，減少傳輸線上的內(nèi)阻的消耗以及提高系統(tǒng)的功率因數(shù)這三個方面。這三個方面可謂是彼此相呈而缺一不可的，不能降其進(jìn)行孤立地，分開地對待。

三、結(jié)語

本文內(nèi)容的脈絡(luò)結(jié)構(gòu)其實較為簡單，它主要是基于以上三個原則進(jìn)行的。對于節(jié)能原則來說，主要涉及到了如下三個方面，它們包括功能性原則，經(jīng)濟效益原則和無謂消耗原則。

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