背景
電能可以轉換成機械能、熱能、化學能、光能等多種形式的能,全國一年消耗的電能,大約有70%的電能都是通過電動機轉換為機械能而消耗的;約有16%的電能通過電熱設備轉換為熱能,主要用於金屬材料的熔煉和加熱;約有8%以上的電能通過各類電光源轉換為光能,主要用於各種場合的照明;約有6%的電能被電化學設備轉換為化學能,用於電化學生產。由此可見,電動機(包括被拖動的生產機械)和電熱設備,它是電能的主要使用者。從近幾年的用電情況來看,電能的有效利用程度普遍較低,如熱處理電爐全國擁有約10萬餘台,其容量多達480多萬KW,其中的相當一部分設備非常落後、熱效率低、電耗高,處理1t工件平均耗電要達1500KW·h左右,有的竟高達4000KW·h,比國外的熱處理耗電要高出兩倍以上。因此,節電的潛力很大。煤礦也是如此,不少用電設備效率低,存在大馬拉小車,甚至存在落後淘汰的用電設備,加上管理不當,其電能浪費也是驚人的。
電能利用率現狀
目前我國現使用的電氣設備,普遍存在設備性能差、工藝落後和缺乏嚴格的管理制度等問題。
1)設備性能差。日常生產中使用的大量機電設備,有許多尚屬陳舊落後的產品,其性能很差,與國外同類產品相比,中小型電動機的效率低1.5%~4%;中小型變壓器的損耗高70%~90%;水泵效率低5%~10%;風機效率低10%~15%;電阻爐的熱效率低15%~20%;由於長期使用,又未能得到及時改造和更新,性能更差。
2)生產工藝落後。相當一部分產品的生產工藝水平較低,致使生產周期長、產品質量差,電能利用率低、用電單位的電能損失大。
3)缺乏嚴格的管理制度。很多用電單位都缺少一整套相應的用電效果考評分析制度,有的根本就沒有建立起用電合理化的評價標準,甚至很多單位常常是用了再算,而不是算了再用的用電模式。
測量方法
1、所需設備
①一個可程控交流電源供應器或一個自耦變壓器
②一個電子負載
③一個瓦特表和兩個數字萬用表(其中最好有一個高精度數字萬用表,用來測量電流)或者四個數字萬用表(其中,一個為真有效值、高精度萬用表,用來測量輸入電流;一個為高精度萬用表,用來測量輸出電流)直流輸出功率僅等於電壓與電流的乘積,只需兩個萬用表即可測量出大小。我們將用一個高精度萬用表來測量輸出到負載的電流,用一個標準萬用表來測量電源的輸出電壓。由於交流系統中電壓與電流之間存在相位角,因此不能簡單地將RMS 輸入電壓與RMS 輸入電流相乘來計算輸入功率。只有電源消耗的有功功率(P)才是必須考慮的。而返回到電源的無功功率Q,則不應考慮進來。
瓦特表的優點是可以準確測量輸入功率,原因在於它能自動校正功率因數。如果沒有瓦特表,則可使用兩個萬用表來測量輸入電壓和電流。但這種替代性方法與使用瓦特表相比,測量結果的準確性不高,並且還需要對待測電源進行斷路。
直接將電壓表跨接到電路板輸出端,並與電子負載連線。測量輸出端電壓時,會不計與負載相連的電纜上的壓降。在有些套用中,比如手機充電器或筆記本電腦適配器中,必須計算電纜中的損耗,此時需要從負載測量輸出電壓。然後將高精度電流表與負載串聯,測量輸出電流。
2、交流接通注意事項
電源的交流接通注意事項及瓦特表方法:使用的器件採用開/關控制方案,在檢測輸入電壓下快速裝上電源,使輸出達到滿載,這時就可以測量出最差情況下的效率。在大容量電容充電時,裝上電源會產生非常大的浪涌電流。如果輸入電流表設定為低量程,這會導致其中的保險絲熔斷。
如果採用四個萬用表的方法,在低輸入電壓和最高負載下快速裝上電源後,首先應測量電源的浪涌電流。然後查閱萬用表的數據手冊,確認它是否能夠在高輸入電壓下承載如此高的峰值電流。對於所有其它控制方案,接通方法將不會影響效率的測量,建議在檢測時緩慢調高交流電壓,以便限制浪涌電流。將瓦特表連線到電源輸入端,將顯示屏設定為平均模式,以便獲得較穩定的讀數。接通交流輸入電壓,將它緩慢調高到所需的檢測電壓。將您電源的負載增加到滿載。然後關斷電源,將它重新快速裝回,繼續完成測量。
3、讀數計算
將瓦特表連線到電源輸入端,將顯示屏設定為平均模式,以便獲得較穩定的讀數。接通交流輸入電壓,將它緩慢調高到所需的檢測電壓。將您電源的負載增加到滿載。然後關斷電源,將它重新快速裝回,繼續完成測量。例如:電源輸出端儀表的測量結果為4.97 伏和4.005 安。電子負載的電壓讀數為4.48 伏。這是由於輸出電纜和萬用表電壓檢測元件上出現了490 mV 的壓降,從而突現了測量電源輸出端電壓的重要性。因此,輸出功率 = 4.97 V 4.005 A = 19.90 瓦。瓦特表讀數顯示輸入功率為25.76 瓦。因此,電源效率 = 19.90 瓦/25.76 瓦 = 77.3%。
4、提高準確度
在計算時,除二極體整流橋的損耗外,還應將其他輸入級元件,如浪涌限制器、共模扼流圈和數字萬用表的電流檢測元件的損耗包括在內。要計算這些損耗,需要測量各元件在正常工作情況下的壓降,然後用該壓降值乘以測得的輸入電流。將這些損耗計算在內,將會增大總輸入功率並降低計算得出的效率。
不過,用這種方法測得的結果始終不會像用瓦特表測量輸入功率一樣準確。測量一系列輸入及輸出值,確定損耗原因電源效率與輸入電壓和輸出負載有關。*估電源時,通常需要在幾個不同的輸入電壓水平下測量效率,以便更好地判斷出電路中的損耗究竟在何處。把得出的結果繪製在圖表中,說明滿載條件下效率與輸入電壓的關係。
接觸器的選用應按滿足被控制設備的要求進行,除額定工作電壓應與被控設備的額定電壓相同外,被控設備的負載功率、使用類別、操作頻率、工作壽命、安裝方式及尺寸以及經濟性等是選擇的依據。
提高電能利用率措施
提高電能利用率應從技術降損和管理降損兩個方面共同入手,採取不同措施,做好降損工作。
1、技術降損
(1)確定負荷中心的最佳位置,減少或避免超供電半徑供電的現象。
(2)提高負荷功率因數,儘量使無功就地平衡。當功率因數提高以後,負荷向系統吸取的無功功率就要減少,線路的電壓損失也相應減少,線損率就會降低。
(3)根據負荷變化,適時調整輸配電變壓器的台數和容量,以提高變壓器的利用率。
(4)淘汰高耗能變壓器,提高變壓器負載率。
(5)推廣使用高精度、節能型電子式電能表,提高電能表計量精度。
(6)加強計量裝置安裝的規範化,最大限度地降低因安裝工藝不標準帶來的電能損失。
(7)按經濟電流密度選擇供電線路的截面面積。
(8)減少輸配電層次,提高輸電電壓的等級。
2、管理降損
(1)建立線損管理制度,設立專人負責,從事線損統計、分析、考核和其它線損管理工作。
(2)建立線損分析例會制度,及時發現和糾正問題,並對以後的線損進行預測,制定降損措施。(3)建立同步抄表制度,實行高壓、低壓計量表同步抄表。
(4)建立定期母線電能表平衡制度,母線電能表不平衡率<2%。
(5)建立計量表管理制度,提高計量準確度。
(6)加強營業管理,加強打擊竊電及私拉亂接力度。