NBF的節(jié)電效果分析

時間：2020-01-05作者：北京航天愛威電子技術(shù)有限公司瀏覽：652

　　NBF的主要功能是降低了系統(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(fèi)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NBF能夠節(jié)省的有功功率。

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。在分析中作以下假設(shè)：

　?、?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)

　?、诓豢紤]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)

　?、?零線導(dǎo)體的截面積與相線導(dǎo)體的截面積相等

　?、?單路線路(不考慮回流線)電阻按照5%電壓降(額定電流下)，因此，也就是：R = 0.05(U/I)，U是額定電壓(220V)，I是線路的額定電流。

　?、尴到y(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

　　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(chǎn)生的損耗

　　P2：3次諧波電流在分零線上產(chǎn)生的損耗

　　P3：3次諧波電流在公共零線上產(chǎn)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。

　　P1的計算：

　　包含三次諧波電流時，總電流有效值為：

　　I (1² + 0.8²)^1/2 = 1.28I　　

      它在相線上產(chǎn)生的功耗為：

　　P1 = (1.28I)²X0.05(U/I) = 0.082(IU)

　　也就是，每根相線上的功耗為單相額定功率8.2%。對于三相系統(tǒng)，需要考慮三根相線的損耗，但是這個比例不變。

　　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(dāng)三次諧波電流存在時，三次諧波電流在零線上疊加。因?yàn)?，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(chǎn)生的功耗為：

　　P3 = (2.4I)²X0.05(U/I) = 0.288(IU)

　　也就是，公共零線上的功耗為單相額定功率的28.8%，若考慮三相總的額定功率，則零線上的損耗為總功率的9.6%。

　　總的功率損耗為：P1+P3，大約占總額定功率的17.8%。

2.安裝NBF后的節(jié)電效果

　　本節(jié)計算安裝NBF后，P1、P3的數(shù)值，他們與沒有安裝NBF時的差值就是節(jié)電的效果。

　　根據(jù)測試，安裝NBF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：

　　(1²+ 0.08²)^1/2 ≈ 1

　　它在相線上產(chǎn)生的功耗為：

　　P1'= I²×0.05(U/I) = 0.05(IU)

　　也就是，每根相線上的功耗為單相額定功率5%，這主要是三次諧波以外的電流產(chǎn)生的損耗。在三相系統(tǒng)中，這個比例不變。

　　P3的計算：

　　因?yàn)?，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(chǎn)生的功耗為：

　　P3'= (0.24I)² ×0.05(U/I) = 0.00288(IU)

　　也就是，公共零線上的功耗為單相額定功率的0.288%，若考慮三相總的額定功率，則為0.096%，可以忽略不計。

　　安裝NBF后，總的功率損耗為：P1'+P3'，大約占總額定功率的5%。

　　所以，安裝NBF后，節(jié)電效果為：

　　(P1+P3)－ (P1'+P3')= 17.8% - 5% = 12.8%

　　上面的計算中，沒有考慮3次諧波電流在變壓器上的損耗P0和單獨(dú)零線上的損耗P2，如果將這兩部分也計入，節(jié)電潛能較大。顯然，作為節(jié)能效果的估算，采用比較保守的數(shù)值是可以接受的。

3.補(bǔ)充分析

　　按照浪費(fèi)越多，節(jié)省的潛力越大的原理，如果線路電阻較小，意味著浪費(fèi)的電能較少，節(jié)電的效果也就越小。

　　表1給出了線路的電壓降為不同值時，節(jié)電的比例。

線路電壓降	2%	3%	4%	5%
安裝NBF后的節(jié)電率	2.17%	5.66%	9.23%	12.8%

　　同樣需要指出的是，這里的數(shù)據(jù)忽略了三次諧波電流在變壓器和單獨(dú)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(diǎn)，具體數(shù)值與變壓器的構(gòu)造有關(guān)。


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