摘要：节能环保是在经济发展上世界公认的准则，降低单位产品能耗是各行业共同努力的方向，作为建筑企业降低电能消耗是节能环保首要之义。本文就施工节电方法做较综合的分析，以图带动同仁的共鸣，为降低建筑产品单位能耗做出努力。
关键词：施工临时用电；节电方法；节电设计
0 引言
节约环保是我国的基本国策，“节能就是环保”，节约用电不仅能有效缓解国家电力供应紧张的状况，保证国民经济持续健康发展，也是施工企业降低项目生产成本，提高经济效益的手段，同时减少能源消耗，更有利于保护我们赖以生存的环境。
1 建筑工地用电现状分析
1.1建筑工地使用的电动机多是小容量、低转速的感应电动机，其额定功率因数很低，约0.7左右。还有许多两相运行的焊接设备（电焊机、点焊机、对焊机等），这些感性负载功率因数更低。
1.2建筑工地上的电动机负载变化很大，容量选择总以最大负载为标准，实际使用时往往处在轻载状态。电动机在轻载下运行对功率因数影响极大，因为感应电动机空载时所消耗的无功功率是额定负载时无功功率的60%-70%。
1.3工地上变压器负载变化也相当大，施工周期有高峰和低谷，与四季及气候变化有很大关系。从年平均来看，变压器的负载往往只有50%，而变压器的空载无功功率占满载无功功率的80%。可见，不论是电动机还是变压器，在低负载时，要求输出的有功功率P减少了，但使用的无功功率Q却并不少，这样tgΦ=Q/P就变大，相应 cosΦ变小。
1.4由于建筑工地的临时用电思想，乱拉乱接的现象相当严重，供电接线方式不合理，线路过长，导线截面与负载也不配套，造成线路无功损耗增大，以致功率因数下降。
1.5有的变压器长期超负荷，短路损耗大，有的变压器长期轻载，空载损耗惊人。
1.6建筑安装单位大量使用电焊机、对焊机以及空调安装、木工加工设备机床，而这些设备的辅助工作时间比较长，占全部工作时间的45%-65%，造成这些设备处在轻载或空载状态下运行，从而浪费了部分有功功率和大量的无功功率。
1.7一些建筑工地上单相、两相负载比较多，加上乱接电源现象严重，造成三相负载不平衡，中性点漂移，便产生了中性线电流和中性线损耗。
1.8建筑工地上低压铝芯线与铜芯线的连接多不装铜铝过渡接线端子，直接将铝线与铜线进行压接，用垫圈和螺母紧固。显然，两种材质不同的铝线与铜端子的接触电阻加大，消耗大量电能。由于连接不可靠易造成接触不良而断电。
1.9由于临时用电观点作祟，破旧、断芯、断股橡皮线在工地上使用，在断芯、断股处产生电火花，既不安全也消耗电能。
1.10由于许多建筑工地管理不善，部分工地长明灯无人问津，白白浪费电能，建筑企业大量使用民工，一旦进人冬季，民工用电炉取暖、烧水也是屡见不鲜，也会浪费电能。
2 节约用电的方法
2.1、周密计算确定变电所位置
当工地附近有高压电网时，可在工地设降压变电所，将电压从10KV降到380/220V。变电所有效供电半径不宜超过300m。大型工地可根据用电情况分设几个变电所供电。
在施工组织设计中，一定要认真调查研究周密考虑，把负荷中心搞清楚，确定好变电所位置，尽可能缩短低压线路长度，以降低线路损耗和电压损耗。
据验算线路负荷为500KVA，全年用电时间假定为2000h，变压器向用电中心移近180m，则每年可节约电能53200KW•h，按每KW•h电费0.86元计算，每年可节约人民币45752元，而180m高压电缆与低压电缆相比，约少投资17000元。可见，确定好变电所位置，具有较高的经济意义。
2.2、正确地估算用电量，合理确定变压器容量
在施工组织设计中，正确地估算施工用电量，选择适当的配电变压器也十分重要。
建筑工地施工用电一般上分为动力用电和照明用电两大类。还可以分为照明、电动机和电焊机用电三大类，目前有关施工用电量估算的计算公式繁多，有些错将电动机的千瓦数、交流电焊的千伏安数、照明用电的千瓦数三者直接相加，有的把直流电的基本概念用到交流电路上，从而使变电配电设备选用不当，从诸多的计算公式中筛选出如下两种公式进行施工用电量的估算，比较切合实际。
2.3、提高供电线路功率因数
提高功率因数的方法主要在如何减少电力系统中各部分所需的无功功率，特别是减少负载的无功功率。
目前建筑工地供电线路功率因数普遍偏低，据调查，一般都在0.6左右，甚至更低。功率因数低所引起的不利影响是多方面的，我们从P=3UIcosΦ这个关系式可以分析：一方面，当要求输出功率P不变时，当cosΦ小，则I就大，显然线路损耗就大；另一方面，若输电线路在一定压降下，当cosΦ小时，则P也就小，即用同样的设备其有效输送容量减少，浪费了设备，増加了投资。可见，提高功率因数具有重大意义。
针对上述原因，我们可以从加强施工用电管理，提高变压器、电动机的负载率，加强规划，尽量使供电线路布局趋于合理等方面来提高功率因数。此外，可以在供电线路中接入补偿电容，用电容电流来补偿电感电流，从而达到补偿感性负理所消耗的无功功率，提高功率因素。
目前，在10/0.4KV供电系统中，广泛应用△接法并联电容补偿方法，对提高功率因数，降低电网损耗效果显著。
现在说明提高功率因数的实际意义，某工程使用315KV变压器一台，变电所高压侧安装有功和无功电度表，低压侧安装电流表和电压表，从每天耗用的有功和无功电能数值中，根据公式tgΦ=无功电能/有功电能，求出平均Φ角为52.4°，功率因数cosΦ=0.61。若从低压侧的电流表来看，通常电流在380A范围内变动，315KVA变压器的额定电流为463A。说明负荷电流已经达到额定值的82%。但是，根据P=3UIcosΦ关系式得出该变压器实际输出功率仅为153KW，说明该项目供电系统损耗很大，而设备利用率很低。针对这种情况，该项目采用△接法并联电容补偿方法来提高功率因数，若将功率因数补偿到cosΦ′=0.9（即Φ′=25.8）时，则根据Q=P（tgΦ-tgΦ′），求得Q=125KVar，实际使用130KVar。该厂采用YY0.4-10-3型电容器，再加上支架、开关、放电装置等，总共投资10500元。
当cosΦ′=0.9时，输出功率仍153KW，而电流I=PI 3UcosΦ′=258A。我们知道线损与电源平方成正比，这样与补偿前的电流380A相比，线损降低到原来的46%。另外，由于电流只有246A，输出功率只有153KW，说明该项目使用250KVA的变压器已经足够，因为240KVA的变压器额定压流为357A，负荷电流258A占额定值的70%，还有30%的裕量为生产发展留有余地。下面列表说明提高功率因数、更换变压器容量以后的主要经济效益。
从表中可以看出，除设备费可以节约3300元以外，每月可节省电费支出4604元，二个月左右便可以收回补偿电容的全部投资。
该项目实例说明，采用补偿电容器以后，提高了功率因数，改善了用电质量，节约了电能，对施工企业挖潜改造是一项行之有效的好办法，值得施工企业推广。
2.4、平衡三相负载
施工工地为了达到三相负载平衡，必须从用电管理制度着手，在施工组织设计阶段就必须充分调查研究，根据不同用电设备，按照负荷性质分类，尽量做到三相负载趋于平衡。特别是用户接电必须向工地主管电气工程师书面申请（注明用电容量和负载性质），待审批后，方能在某号线路上，未经主管电气工程师允许，任何人不得擅自在供电线路上接电。
现举实例说明平衡三相负载可以节电的实际意义。
采用对称分量法，中性线电流Io与三相电流I1、I2、I3关系式如下：
某供电线路每相线电阻为R，中性线电阻为r（线路感抗X很小，可忽略不计），三相电流分别为70A、50A、30A，利用上式求得中性线电流：
Io=702+502+302-（70x50）-（50x30）-（70x30）=34.64A
三相平衡后三相电流分别为50A、50A、50A，中性电流为零。
根据公司P=UI=I2R，调整前的损失为：
△P1=[（702+502+302）R+34.642r]x10-3
=[8300R+1200r]x10-3（KW）
调整后的损失为：
△P2=（502+502+502）Rx10-3=7500Rx10-3（KW）
每月少损耗电能为：
△A={[（8300R+1200r）x10-3]-7500Rx10-3}x24x30
=[（800R+1200r）x10-3]x720
=0.72x（800R+1200r）（KW•h）
设线路电阻R=r=0.1Ω，则
△A=0.72x（800x0.1+1200x0.1）=144（KW•h）
显然，这是个不小的数字，说明平衡三相负载可以节约大量电能。
因此，为了达到节电的目的，必须使供电回路中的负载做到在接线方式上对称，并力求在实际运行中使三相负载接近平衡。这是一项不需要付出经济代价而能取得较大实效的节电技术措施。
2.5、降低供电线路接触电阻
目前供电线路中，存在大量的铝与铝及铜与铝之间的连接。
在铝与铝连接中，因铝是一种活泼金属，表面易生成氧化铝，而氧化铝是一种不良导体，这样恶性循环的结果，使接触电阻急剧增加达到几十倍甚至几千倍。防止氧化的措施很多，比较简单而行之有效的方法是在连接之前用钢丝刷刷去表面氧化铝，并涂上一层中性凡士林，当两个接触面互相压紧后，接触表面的凡士林便被挤出，包围了导体而隔绝了空气的侵蚀，防止铝的氧化。
在铜与铝连接中，铜与铝之间产生电位差，由于空气或雨水中含盐溶液的侵蚀，形成了“电池”效应，已致产生严重的腐蚀，使表面接触不良，増大了接触电阻。为了防止腐蚀，铜与铝接触处应仔细维护，使它不易受潮，形不成“电池”效应。当然，采用铜铝过渡接头可以从根本上解决这类腐蚀问题。
目前一种行之有效的节电材料—电接触导电膏问世。导电膏是高分子有机原料，由抗氧化稳定剂和特殊的导电微粒组成的一种中性导线敷料，其节电效果显著。经测试表明，使用导电膏可明显降低导电搭接处的接触电阻（比未涂敷下降25%-95%）和温升（比未涂敷下降25%-75%），还可降低接触电压降和防止搭接处电子腐蚀，总有效率达99.5%。现场涂敷方便，每100cm2搭接面仅5g，约人民币5元，材料费仅占节电费的1%-3%，即5元的投资可获得近百元的经济效益。
综上所述，电接触导电膏不仅可以取代电气连接点搭接时（特别是铝材电气连接点）所需涂敷的中性凡士林，而且可以适度代替铜铝过渡接头以及搪锡、镀银等传统工艺。
2.6、采用新技术新装置
（1）配电变压器
变压器一次侧功率因数不仅与负荷的功率因数有关，而且与负载率有关。若变压器满载运行，一次侧功率因数仅比二次侧降低3%-5%，若变压器轻载运行，当负载率小于0.6时，一次侧的功率因素就显著下降，可达11%-18%。所以，变压器在负载率为0.6以上运行时才较经济，一般在75%-80%比较合适。为了充分利用设备和提高功率因数，电力变压器不宜作轻载运行。当变压器的负荷经常低于其容量的30%时，则需换用容量较小的变压器。在条件允许的地方，最好采用两台变压器并列运行，或把生产用电、生活用电与照明分开用不同的变压器供电，这样，可以在轻载情况下，将一台变压器退出运行，以减少变压器的损耗，并提高供电的可靠性。
早期电力系统中大量运行的是旧式变压器，电能损耗大。笔者建议建筑企业对旧型号变压器进行有计划有步骤地更新，以国家重点推广的节能产品SL7、S7、S9系列低损耗电力变压器来取代，以便充分发挥新型变压器的节电和经济效果。对于容量为1000KVA变压器，当计算负荷系数K=40%～100%时，SL7比SJL1全年可节电9000～40000KW•h，节约年运行费1350～6000元，比SJL全年可节电26000～39000KW•h，节约年运行费3900～5850元，比SJ3全年可节电41000～62000KW•h，节约年运行费6150～9300元，虽然其价格稍高（比SJL1、约高20%），但增加投资的补偿年限很短。目前国内S9系列低损耗变压器与旧型号SJ系列相比，空载损耗减少50%-65%，负载损耗减少30%-50%，与SL7和S7系列变压器相比，空载损耗平均减少5.6%，负载损耗平均减少23.33%，因此S9系列低损耗变压器是国内目前生产的损耗最低的节能变压器之一。
（2）电动机
异步电动机是建筑企业常用的动力设备，也是消耗无功功率的主要设备，有些企业电动机所需的无功功率基至高达总功率的70%左右。因此，电动机的容量应根据负载特性和运行状况合理选择，优先选用节能产品，如Y系列节能电动机，对国家列为淘汰产品的电动机应逐步更换为节能产品。目前正在运行的电动机，如负载经常低于40%，则应予更换，对空载率高于60%的电动机，应加装限制电动机空载远行的控制装置。
建筑工地使用的电动机，经常处于轻重载交替或轻载下运行，因此功率因数和效率都相当低，电能损耗比较大。目前使用JDI型“Y-△”自动转换节电器能有效提高电动机在轻载时的功率因数和效率，比传统方法节约有功电能5%～30%，降低无功损耗50%～70%。
目前，DJ-1系列轻载节电器（采用单芯四柱式三相电抗器作为轻载降压节电元件，用于负载率≤0.4经常轻载运行的电动机）、QJZ系列自耦减压起动器（采用四柱式单铁芯自编变压器取代旧型号E型铁芯自耦变压器，可以减少绕组压阵，提高起动性能，节约起动电耗20%左右）和QJZ-C系列起动型节电器（即是起动器，又是轻载节电器，功能同QJZ、DJ-1）相继问世。这些设备都是国内目前节电效果显著，广泛采用更新换代的节电控制设备，在施工现场使用比较适合。
另外，国内研制的ECMJ系列交流电动机就地补偿电容器和三相BCD型就地补偿并联电容器。为进一步推广低压电动机无功功率就地补偿技术创造了有利条件，也是当前适用于低压电网节电效果比较理想的一种实用技术。
（3）电焊机
电焊机是一种常用的低压电气设备，由于其间断性的工作特点，很多时间处在空载运行状态，消耗大量电能。电焊机加装空载自动延时断电装置，限制空载损耗则是一项行之有效的节电措施，据有关资料介绍，对17～40KVA交流电焊机进行测试，加装空载自动延时断电装置后，在通常情况下，每台焊机每天按8小时计算，可节约有功电能5～8KW•h，无功电能17～25Kvar•h，其投资可在1～2年内从节电效益中得到补偿。
3 结束语
以上综合分析了施工节电的各项技术措施，鉴于建筑施工企业流动性大，人员岗位变化较快，如果没有规范化的组织措施，没有健全的制度作保证，再先进合理的技术措施也不可能得到很好的落实，只有先进的技术措施与严格的组织措施双管齐下，加强全方位的综合用电管理，方能取得良好的经济效益及社会效益。
参考文献：
[1]中华人民共和电力工业部电力建设安全工作规程
[2]杨杰.浅谈目前常用的几项节电技术.《江西能源》2006（1）
论文作者:王振光
论文发表刊物:《基层建设》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/13
标签：变压器论文; 功率因数论文; 负载论文; 电动机论文; 电能论文; 功率论文; 电流论文; 《基层建设》2017年第7期论文;