随着我国经济发展速度的飞跃，有限的电气资源与日益增长的工业化需求之间的矛盾愈加激烈。为保障我国工业发展的持续稳定，工业用电应更加合理、高效、可持续。本文旨在通过对工业电气中节能设计应遵守的原则和具体策略进行探讨，以期为工业电器设计提供可持续发展的新思路。 关键词：工业电气设计 ；电气节能 我国改革开放后的工业发展迅猛，担负着经济发展及满足人民生活物质需求的重任。工业的快速发展离不开电力资源的支撑，随着工业体量的增大，我国的工业用电量需求扩张。然而电力作为二次能源，其资源的利用是建立在对石油、煤炭等不可再生资源的消耗上。我国是电资源消耗大国，所面临的能源危机更加紧迫。若不能够采取有效措施提高能源利用率、开发使用清洁能源，能源枯竭的发生则不再遥远。同时电力生产所产生的废气、废水若不经过处理，将对周围环境产生不可逆的污染，不仅影响生态环境，甚至将导致居民身体疾病。因此改革工业电气设计使其更加节能环保，是顺应时代发展的应然之意。我国也已设立相关设计团队，开始着手解决工业电气中的节能问题。并期望通过不断地技术革新，最终使我国不再面临能源枯竭的窘境。 1  工业电气设计应遵守的节能原则 工业电气设计向节能化改革是大势所趋，行业中涌现出许多电气节能方面的创新。然而由于缺乏原则性的指引，整体呈现出杂乱无章的状态，各节能操作之间衔接性差，甚至相互冲突。因此在设计电气节能方案时，应以统一的原则作为指引，使工业电气设计发挥出最大的节能效果。在提高设计方案可行性的同时还要兼顾电气设计的经济效益，同时平衡节能效果最大化与电气设施高效率运行之间的矛盾。笔者从设计整体出发，以全局视角提出以下四个原则。 1.1 不损害设备原有功能 工业电气设备的核心功能为高效率地生产工业用电。而目前许多节能设计在实际应用中会严重影响工业电气设备的原有功能。这无疑是对节能改造的理解存在偏差，为了节能效果牺牲生产效率属于严重的本末倒置。因此在节能设计时，应遵守不损害设备原有功能原则，在二者发生冲突时以保障生产效率为先。电气节能研发部门应避免急功近利的心态，在增大节能效果的同时应重点关注设备的生产效率的减损情况。 1.2 确保节能方案的可操作性 节能方案在设计完成后不能够仅停留在理论阶段，更重要的是在工业电气生产中发挥理想的效果。有些节能方案虽然在理论设计上看似合理，但对实际生产场景的预设不足，无法将设计应用到实际。这对于节能设计的时间成本及经济成本都是极大的浪费，为避免纸上谈兵的情况发生，方案设计时应考虑以下三方面 ：首先了解方案中所涉及的设备在行业中的普及性，避免出现无设备可用的情况。其次明确方案中涉及的技术是否成熟，是否具备足够的稳定性及可操作性。最后需要判断节能方案是否具备足够的经济效益，是否在投入资金后能够获得足够的收益。节能设计方案只有在满足以上条件时才有投入工业电气生产实践中的必要性。 1.3 保障节能方案的真实效果 节能效果是衡量节能方案有效性的核心指标，应确保方案实施后具备满足预期的节能水平。避免复杂的设计方案落地后发现不具有节能效果的情况发生。因此在节能方案设计时，应以节能效果为重要衡量标准。在确保节能方案的可操作性的基础上，保证方案能够达到减少能源浪费、减少污染排放的实际效果。可将可持续能源作为方案设计的突破口，为工业电气的节能设计提供有效、覆盖性强的解决路径。 2  工业电气设计中节能方案的具体措施 笔者通过长期实践经验，总结归纳出以下几方面切实可行的节能方案具体措施。包含了电气设备组合优化、配电系统模式调整和照明系统的设计等具有实践价值的方面。下文将对三类具体措施进行详细阐述，以期为节能方案的设计提供思路参考。 2.1 注重电气设备的组合优化 工业电气设备纷繁复杂，需要各设备相互连接共同构成工业电气生产系统。统计数据表明，电气设备型号的选择、设备间的连接方式、设备连接顺序的不同均会对能源消耗产生不同的影响。因此在设计电气设备间的组合时，设计人员应仔细计算不同组合的能源利用率高低，选择其中节能效果最佳的组合方式。减少能源浪费，使无用功率降到最低，同时提高电气生产流程的机械效率。在注重节能效果的基础上确保电气生产效率达到最大化。 2.2 优化配电系统 工业电气设备的配电系统关涉到电气设备整体生产效率以及能源配置，因此是电气节能设计中的重点部分。首先要注意工业用电系统与家庭用电系统的差异，前者在电气设备的种类、数量、复杂性上与后者具有极大的差异。而配电系统在复杂环境中能够发挥更为重要的作用，工业电气体系的配电系统在节能方面具有更强的可操作性。其次，为了达到更好的节能效果，应通过配电系统对电气设备系统进行最大的简化，避免消耗无用功率。最后，应将电气设备自身运行所需的电压调整至最低状态，减少设备运行中的耗电量。从生产设备自身消耗入手，降低设备生产时的能耗。同时需注意配电系统调整方案的可操作性，避免违反上文所提到的三原则。 2.3 选择变压器注重节能高效 变压器是工业电气体系中的核心设备，其存在对工业电气生产不可或缺，是重要的设备组成部分。在电气生产过程中，电压器需要持续保持运行。因此电压器的耗电量是工业电气生产体系总体耗电中的重要部分。通过减少电压器的消耗，可以提高生产体系的节能效率。因此可以从变压器的型号入手，对不同型号的电力消耗、生产效率进行准确的计算评估，从而选择节能性最好、运行消耗最少的型号进行推广安装。然而要注意通过理论计算出的数值与实际应用间的不同，应避免不同的生产设备对变压器能耗的影响所带来的计算误差。可以在常规工业电气生产中注意记录变压器耗电量的数值，实际生产中所产生的数据对型号判定具有重要的意义。通过高效率的变压器选择，一方面可以减少生产中变压器本身所导致的用电浪费，另一方面可以同时提高电力生产效率，多角度协同发挥出最佳节能效果。 2.4 利用智能系统控制照明设备 在工业电气生产环节中，必不可少的能源消耗就是照明所需要的电力。电气生产场景对照明环境要求很高，在高亮度的基础上还需要更大的照明范围。在以往的照明体系设计中，无法做到对照明设备的精细控制，为了确保电气生产高效性，所有照明设备均长期保持最大功率运行。然而生产人员具有流动性，在没有人员参与的生产领域则不需要进行照明，部分区域不需要过高的照明亮度。通过对照明设备安装智能系统，将信息技术与建筑照明相结合，达到精细操控的效果。结合实际照明使用情况，对生产车间不同区域的亮度进行差异化调节，根据常规使用时间控制照明设备的自动开关，智能化计算自然光源与人工光源的互补模式。通过精准调配照明设备，将照明设备的能源浪费降到最低。不仅节约了电气生产的能源消耗，同时还降低了人工成本，不再需要人工对照明设备进行管理和调试。因此智能照明系统的建立对节能方案的有效实施具有重要意义。 2.5 合理调配照明系统 第一，注重自然光源的利用。这需要在生产建筑建设前就进行规划，通过建筑玻璃位置及大小、建筑朝向、建筑层高等方面的设计，确保自然光照射时间最长。这样能够尽量减少照明设备的运行时间以节约用电。在生产建筑完成后，可以通过调整窗户的大小、高度、数量等来增加光照时间。 第二，合理设计照明设备的控制方案。可以在灯具中加入光敏元件，检测自然光的强弱后调整电力照明的强弱。此外在各灯具中加入用电检测配件，及时检测用电数据并在短时间内发现高能耗照明设备产生的原因并提出针对性的节约方案。通过为照明设备配置多种类的监控元件，增强对照明系统能源消耗的数据统计，从而增强对整体资源的控制能力。 第三，使用更新节能技术的照明设备。随着时代的发展，各行业均不断发生技术突破，照明设备也不例外。相比于老旧的照明设备，目前的照明技术已成功研发出亮度更高、能耗更小、价格更低的灯具。电气生产应了解照明设备的技术更新，选择更为节能环保的照明设备，及时对落后的高能耗灯具进行替换。第四，合理布置照明设备。应充分考虑工业生产的立体空间，避免各位置不加区分的设置灯具。根据不同生产流程场所位置的不同，设计出科学合理的灯具位置布局。避免出现在照度需求高的区域出现背光或照度要求低的区域亮度过高的情形。对具有特殊需求的部分区域单独设置照明设备，差异化照明布局以提高照明能源的利用率。第四，提高空间采光面积。充分利用室内白色墙面等受光面的反射性，增加光照反射效率。对人员停留时间短暂、使用频率低的区域，设置声控或光敏感应开关以避免能源浪费。 2.6 节能设计中变压器的选择原理 变压器在节能设计中的地位十分重要，在选择时应将材质、电阻、负载率等方面作为是否高效节能的判断标准。电阻率小的变压器对电能的浪费更小。在采制方面应选择铜制变压器，对电能的利用率更高。变压器的负载率应在75%~85% 之间。多方面条件共同匹配，可以高效的选择出节能效果最优的变压器。但仍需注意挑选变压器的方案应具有实际操作性 [1]。 2.7 有效抑制谐波 谐波问题在工业电气生产中不容忽视。工业设备及电子设备之间的相互影响导致谐波电流的产生，会对工业电气生产造成极大的不利影响。除会降低电动机 4%~6% 的生产效率外，还会加速线路损耗 1.5 到 2.5 倍。对变压器产生过热的不利影响，并大幅增加铁损和铜损。谐波还会误导继电器，提高错误动作的发生概率。使电气仪表的数值不准确，产生 2%~20% 的误差。因此谐波的存在对工业电气生产危害巨大，不仅造成电气资源的浪费，还对电气的生产安全造成威胁。解决谐波问题是节能设计中的重点问题，应从多角度予以着手。一方面可以通过设备解决谐波问题。通常的操作是在变压器等特殊的用电设备上安装滤波器。滤波器分为无源和有源两种类型，二者混用将发挥最大的节能效果。通过滤波器能够有效过滤相线和中性线中的谐波电流。减少电路损耗，增强能源利用的同时不会产生负面效果，对设备的长期运行提供了有效的保障。另一方面，还可以与通信技术相结合，设计出专门的智能电气控制系统。在各设备及设备中的重要零件上安装电子元件，实时监控设备的用电状态。若发生用电状态异常可及时予以警报，并对常见故障进行智能化分析，提供可能的解决方案。提高工作人员的故障排查效率，避免逐一排查所导致的时间浪费。同时可设置预警状态，对长期偏离或大幅度偏离标准值的数据予以警报提醒，帮助工作人员提前发现可能的故障风险并予以预防 [2]。 2.8 降低电力运输中的能源损耗 电力在运输中一定会产生损耗，运输路径越长所产生的损耗越多。线路损耗不可能完全消除，但可以通过多种方式予以降低。首先，合理设计线路布局，在确保各项用电需求的基础上，尽量缩短线路长度，避免重复、无用线路的发生，提高电力运输效率。其次，选择最合适的导线截面积。截面积越大的导线产生的电流损耗越小，选择最合理的导线粗度，有效平衡生产所需电压与电流损耗之间的关系以达到资源最优配置。 2.9 减少空调系统的能源消耗 为满足不同的生产需求，应采取不同的节能措施。若生产规模较大且对温度控制需求较高，应选择多台空调协同工作。更方便于自动化设计，通过信息技术实现智能化控制以达到电力配置最优方案。同时还可以避免大功率电气同时启用所导致的超负荷故障，能够有良好的节能效果。若生产规模不大或对温度控制需求较低，空调使用非常态化的情况下，可以选择大功率的空调电气，这类空调具有变频调节功能，对冷水机组能够自动检测或手动设置在低频模式上，能够有效的减少整体空调的能源消耗 [3]。 3  结语 工业电气是我国工业发展的重要能源保障，是我国经济发展的重要支撑力量。然而目前电气资源紧张问题已愈发凸显，加快工业电气生产中的节能设计势在必行。行业人员应提高认知，充分认识到节约资源的紧迫性，加大对节能设计的探索。在保障现有的工业电力需求的同时，投入足够的人力物力研发可持续发展的新路径。为相关专业科研人员提供更好的发挥空间，通过物质奖励激发其自我提升。全行业多角度共同发力，组成电气节能设计的良好闭环。为我国解决能源危机问题提出行之有效的方案，促进我国经济长期、稳定的发展。