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LB3NBF是少有的具有顯著節(jié)電效果的電能質(zhì)量控制設(shè)備。雖然很多電能質(zhì)量控制設(shè)備都號稱能夠節(jié)電,但是真正能夠從電費中體現(xiàn)出來的并不多。一些電能質(zhì)量控制設(shè)備安裝上后,雖然電流明顯降低,但是并沒有明顯減少電費支出。還有些設(shè)備,安裝后連電流都沒有明顯減小,如果電流都沒有減小,那么更談不上節(jié)電了。 本文領(lǐng)步專家講帶大家一起,對LB3NBF 的節(jié)電效果進(jìn)行分析。
1、電費支出的構(gòu)成
要討論安裝了某種設(shè)備是否可以節(jié)省電費,首先需要了解電力公司是如何收取電費的。
電力公司向企業(yè)收交的電費包括兩部分,一部分是有功電費,另一部分是無功電費。有功電費就是電度表上顯示出的讀數(shù)。無功電費的收取方法通常是通過罰款的方式收取。也就是我們常說功率因數(shù)罰款。當(dāng)功率因數(shù)低于某個數(shù)值時,電力公司會收取額外的無功電費。
需要注意的是,目前電力公司僅關(guān)注相移功率因數(shù),而不關(guān)注真功率因數(shù)。相移功率因數(shù)就是由于電壓、電流之間存在相位差(?)而導(dǎo)致的功率因數(shù),也就是我們常說的 COS ?。實際上,諧波電流也會降低功率因數(shù)。這兩部分功率因數(shù)都考慮的綜合結(jié)果就是真功率因數(shù)。目前電力公司收取的功率因數(shù)罰款僅是相移功率因數(shù)部分的罰款。
2、如何節(jié)省電費支出
了解了電費的構(gòu)成以后,我們可以知道,要節(jié)省電費,一個是減小有功功率,另一個是提高相移功率因數(shù)。
2.1 節(jié)省電能的極限
本節(jié)討論在一個系統(tǒng)中,我們究竟可以節(jié)省多少電能,更主要的是介紹一種分析節(jié)能效益的方法。使讀者能夠判斷市場的一些節(jié)電產(chǎn)品的真?zhèn)巍?nbsp;
首先,我們需要樹立一個觀念,這就是:只有被浪費掉的電能才能夠被節(jié)省,真正用來作功的能量是無法節(jié)省的。 這是一個通用的概念,不僅適合于節(jié)電。例如,汽車要節(jié)省燃油,只能通過司機(jī)改正不良的駕駛習(xí)慣來節(jié)省,例如少剎車,少急加速,而不能通過少運(yùn)貨物來節(jié)省。
我們可以采用不同的技術(shù)手段來實現(xiàn)節(jié)電,但是我們能夠獲得的Z大節(jié)電效益就是我們浪費掉的那部分。例如,如果一個系統(tǒng)浪費的電能在 1~4%的范圍,那么這個范圍就是節(jié)電的Z大潛能。任何節(jié)電方法號稱能夠超過這個范圍都是不符合科學(xué)的。 需要注意的是,節(jié)能并不意味著節(jié)省電費支出。由于現(xiàn)有電費構(gòu)成的不完整性,我們節(jié)省的電能并不是都能夠體現(xiàn)在電費減少里面。這就像一個司機(jī)的駕駛技術(shù)很好,比其他司機(jī)節(jié)省了 10%的燃油,但并不意味著他的工資比其他司機(jī)高 10%。
2.2 節(jié)省電費支出的努力方向
就目前的電費構(gòu)成而言,節(jié)省電費支出有兩個方面可以嘗試。
第一,提高功率因數(shù):就是看目前相移功率因數(shù)是否過低,電力公司是否在收取功率因數(shù)罰款。如果在交費單中確實存在功率因數(shù)罰款的部分,那么提高功率因數(shù)就能夠節(jié)省這部分開支,甚至還能夠獲得獎勵。如果目前的電費支出中沒有包含功率因數(shù)罰款,那么即使提高了功率因數(shù),也不會有明顯的電費節(jié)省。
例如,某個企業(yè)由于功率因數(shù)過低,每個月要被收繳 1000 元的功率因數(shù)罰款,那么采用無功補(bǔ)償?shù)姆椒?,將功率因?shù)提高到電力局規(guī)定的數(shù)值以上,就可以節(jié)省 1000 元的電費支出。當(dāng)然,如果電力局不收繳功率因數(shù)罰款,那么提高功率因數(shù)就不能獲得電費的節(jié)省。
第二,減少有功功率:例如,某個商廈,大屏幕廣告的功率是 50kW,如果將廣告照明的時間縮短 1 小時,每天節(jié)省 50 度電,每個月可以節(jié)省 1500 度電。當(dāng)然,我們關(guān)注的不是這種節(jié)電方式,我們關(guān)注的是在保證同樣的照明時間條件下,如何省電。我們要節(jié)省除了用來使屏幕發(fā)光的能量以外的能量,這部分主要是線路的熱損耗。 大部分電能的有功功率是以發(fā)熱和發(fā)光來體現(xiàn)的。對于照明設(shè)備而言,減少發(fā)熱就是節(jié)電。當(dāng)前的節(jié)能燈和 LED燈就是通過減少發(fā)熱來實現(xiàn)節(jié)電的。我們安裝電能質(zhì)量控制設(shè)備(如LB3NBF),主要通過降低線路的熱損耗來達(dá)到節(jié)電的效果。
3、LB3NBF節(jié)電效果分析
LB3NBF的主要功能是降低系統(tǒng)中的三次諧波電流。而三次諧波電流是導(dǎo)致線路能量損耗的主要原因,這部分能量損耗屬于有功功率。因此,只要節(jié)省掉這部分損耗,就達(dá)到了節(jié)省電費的目的。
我們的思路是,先計算系統(tǒng)中包含三次諧波電流時,線路上的有功功率損耗。然后,再計算系統(tǒng)中沒有三次諧波電流時,系統(tǒng)線路上的有功功率損耗,兩者之差就是三次諧波電流產(chǎn)生的損耗。而這也是LB3NBF能夠節(jié)省的有功功率。
3.1 系統(tǒng)中有三次諧波電流時產(chǎn)生的損耗
我們用圖 1 所示的電路模型來進(jìn)行分析。在分析中做以下假設(shè):
1) 三次諧波電流占基波電流的 80%(這符合電腦、節(jié)能燈、LED 屏等情況);
2) 不考慮其他次數(shù)諧波電流的影響;
3) 不考慮趨膚效應(yīng)對導(dǎo)線電阻的影響(3 次諧波的頻率為 150Hz,趨膚效應(yīng)不明顯);
4) 零線導(dǎo)體的截面積與相線導(dǎo)體的截面積相等,他們的電阻都為 R;
5) 分析計算中,只考慮基波和 3 次諧波(單項供電線路中的諧波絕大部分為 3 次諧波);
6) 系統(tǒng)的相移功率因數(shù)為 1,也就是有功功率 P=IU。
圖 1 三次諧波電流在系統(tǒng)中的損耗
P0 的計算:
暫時忽略不計。根據(jù)伊頓(Eaton)公司的報告,當(dāng)負(fù)載全部為諧波源時,變壓器的效率比全部負(fù)載為線性負(fù)載時,低 1%。也就是,P0 可以按照 1%估算。
P1 的計算:
包含三次諧波電流時,總電流有效值為:
它在相線上產(chǎn)生的功耗為:
P3 的計算:
顯然,節(jié)省的電能與線路的損耗有關(guān),這符合上面給出的“浪費的電能才能被節(jié)省”的原則,浪費的電能越多,節(jié)省的電能越多。
3.3LB3NBF節(jié)電的功率分析方法
線路損耗可以用線路上的電壓來表示,設(shè)線路上的電壓降為 U,額定電流為 I,則線路的損耗為 IU。 用線路的電壓降表示更加方便,因為這個數(shù)值是Z容易實測得到。 如果電壓降為額定電壓的 1%,就意味著線路上的損耗為額定功率的 1%。額定功率用 P 表示,則線路損耗為 0.01P。
4、結(jié)論
1) LB3NBF確實具有明顯的節(jié)省電費的效果;
2) LB3NBF的節(jié)電效果來自于它能夠降低配電系統(tǒng)線路損耗,特別是降低零線的損耗;
3) 一般諧波治理措施由于僅在變壓器下端的母線上治理,不會有顯著電效果。要通過諧波治理取得節(jié)電的效果,必須在諧波源處治理,通過降低線路損耗來獲得節(jié)省電費的效果;
4) 工業(yè)配電系統(tǒng)中,由于沒有零線,即使在諧波源處治理,所獲得的節(jié)電效果低于 2%。
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