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電能質量
專家診治

把電能質量問題交給領步400-056-5258

北京領步—3次諧波電流濾波器的節(jié)電降耗

返回列表來源：領步電能質量發(fā)布時間：2016-05-18分享加入收藏關注：-

實時新聞1

LB3NBF是少有的具有顯著節(jié)電效果的電能質量控制設備。雖然很多電能質量控制設備都號稱能夠節(jié)電，但是真正能夠從電費中體現出來的并不多。一些電能質量控制設備安裝上后，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。本文領步專家講帶大家一起，對LB3NBF 的節(jié)電效果進行分析。

1、電費支出的構成
要討論安裝了某種設備是否可以節(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。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罰款。當功率因數低于某個數值時，電力公司會收取額外的無功電費。
需要注意的是，目前電力公司僅關注相移功率因數，而不關注真功率因數。相移功率因數就是由于電壓、電流之間存在相位差（?）而導致的功率因數，也就是我們常說的 COS ?。實際上，諧波電流也會降低功率因數。這兩部分功率因數都考慮的綜合結果就是真功率因數。目前電力公司收取的功率因數罰款僅是相移功率因數部分的罰款。

2、如何節(jié)省電費支出
了解了電費的構成以后，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。

2.1 節(jié)省電能的極限
本節(jié)討論在一個系統中，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，只能通過司機改正不良的駕駛習慣來節(jié)省，例如少剎車，少急加速，而不能通過少運貨物來節(jié)省。
我們可以采用不同的技術手段來實現節(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。由于現有電費構成的不完整性，我們節(jié)省的電能并不是都能夠體現在電費減少里面。這就像一個司機的駕駛技術很好，比其他司機節(jié)省了 10%的燃油，但并不意味著他的工資比其他司機高 10%。

2.2 節(jié)省電費支出的努力方向
就目前的電費構成而言，節(jié)省電費支出有兩個方面可以嘗試。
第一，提高功率因數：就是看目前相移功率因數是否過低，電力公司是否在收取功率因數罰款。如果在交費單中確實存在功率因數罰款的部分，那么提高功率因數就能夠節(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罰款，那么即使提高了功率因數，也不會有明顯的電費節(jié)省。
例如，某個企業(yè)由于功率因數過低，每個月要被收繳 1000 元的功率因數罰款，那么采用無功補償的方法，將功率因數提高到電力局規(guī)定的數值以上，就可以節(jié)省 1000 元的電費支出。當然，如果電力局不收繳功率因數罰款，那么提高功率因數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。當然，我們關注的不是這種節(jié)電方式，我們關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)光來體現的。對于照明設備而言，減少發(fā)熱就是節(jié)電。當前的節(jié)能燈和 LED燈就是通過減少發(fā)熱來實現節(jié)電的。我們安裝電能質量控制設備（如LB3NBF），主要通過降低線路的熱損耗來達到節(jié)電的效果。

三次諧波電流濾波器

3、LB3NBF節(jié)電效果分析
LB3NBF的主要功能是降低系統中的三次諧波電流。而三次諧波電流是導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，就達到了節(jié)省電費的目的。
我們的思路是，先計算系統中包含三次諧波電流時，線路上的有功功率損耗。然后，再計算系統中沒有三次諧波電流時，系統線路上的有功功率損耗，兩者之差就是三次諧波電流產生的損耗。而這也是LB3NBF能夠節(jié)省的有功功率。

3.1 系統中有三次諧波電流時產生的損耗
我們用圖 1 所示的電路模型來進行分析。在分析中做以下假設：
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) 不考慮其他次數諧波電流的影響；
3) 不考慮趨膚效應對導線電阻的影響（3 次諧波的頻率為 150Hz，趨膚效應不明顯）；
4) 零線導體的截面積與相線導體的截面積相等，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) 系統的相移功率因數為 1，也就是有功功率 P=IU。

圖 1 三次諧波電流在系統中的損耗

三次諧波造成的損耗包括四個部分：
P0：3 次諧波電流在變壓器上的損耗，
P1：3 次諧波電流在相線上產生的損耗
P2：3 次諧波電流在分零線上產生的損耗
P3：3 次諧波電流在公共零線上產生的損耗
總的損耗 P 為： P= P0 + P1 + P2 + P3

P0 的計算：
暫時忽略不計。根據伊頓（Eaton）公司的報告，當負載全部為諧波源時，變壓器的效率比全部負載為線性負載時，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：

P1的計算

它在相線上產生的功耗為：

功率計算

I²R就是每根相線導體的基波頻率電流的損耗。對于三相系統，需要考慮三根相線的損耗，也就是 3×1.64=4.92。
P2 的計算：
如果分開的零線較短，電阻較小，可以忽略。
P3 的計算：
如果沒有三次諧波電流，公共零線上的電流為 0A。當三次諧波電流存在時，三次諧波電流在零線上疊加。因為，每相的三次諧波電流為 0.8I，所以在零線上疊加后，為 2.4I。因此，它在零線上產生的功耗為：

QQ截圖20160518174519

3.2 安裝LB3NBF后的節(jié)電效果
本節(jié)計算安裝LB3NBF后，P1、P3 的數值，他們與沒有安裝LB3NBF時的差值就是節(jié)電的效果。根據測試，安裝LB3NBF后，可以將相線、零線上的 3 次諧波電流減小為原來的 10%左右。因此，相線上的 3 次諧波電流從 0.8I 降低為 0.08I，零線上的 3 次諧波電流從 2.4I 降低到 0.24I。這時，線路上的損耗計算如下。
P1 的計算：
總電流有效值為：

QQ截圖20160518174603

P3 的計算：
因為，每相的三次諧波電流為 0.08I，所以在零線上疊加后，為 0.24I。因此，它在零線上產生的功耗為：

QQ截圖20160518174631

顯然，節(jié)省的電能與線路的損耗有關，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。
上面的分析計算中，沒有考慮 3 次諧波電流在變壓器上的損耗 P0 和單獨零線上的損耗 P2，如果將這兩部分也計入，節(jié)電潛能更大。

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。

QQ截圖20160518174714

表 1 給出了線路的電壓降為不同值時，節(jié)電的比例。

同樣需要指出的是，這里的計算數據忽略了三次諧波電流在變壓器和單獨零線上的損耗，如果考慮這部分，節(jié)電效果可以提高 1~2 個百分點，具體數值與變壓器的構造有關。

4、結論
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%。