论NBF节电效果

　　目前，很多企业采取了谐波治理措施后，都没有获得明显的节电效益。而航天706所研发生产的产品NBF零线谐波电流阻断器(以下简称NBF)却有显著的节电效果。

　　NBF的主要功能是降低系统中的三次谐波电流。而三次谐波电流是导致线路能量损耗的主要原因，这部分能量损耗属于有功功率。因此，只要节省掉这部分损耗，就达到了节省电费的目的。

　　我们首先计算系统中包含三次谐波电流时，线路上的有功功率损耗。然后再计算系统中没有三次谐波电流时，系统线路上的有功功率损耗，两者之差就是三次谐波电流产生的损耗。而这也是NBF能够节省的有功功率。

　　1、系统中有三次谐波电流时产生的损耗

　　我们用图1所示的电路模型来进行分析。在分析中做以下假设：

　　三次谐波电流占基波电流的80%(这符合电脑、节能灯、LED屏等情况);不考虑其他次数谐波电流的影响;不考虑趋肤效应对导线电阻的影响(3次谐波的频率为150Hz，趋肤效应不明显);零线导体的截面积与相线导体的截面积相等，他们的电阻都为R;分析计算中，只考虑基波和3次谐波(单项供电线路中的谐波绝大部分为3次谐波);系统的相移功率因数为1，也就是有功功率P=IU。

　　图1 三次谐波电流在系统中的损耗

　　三次谐波造成的损耗包括四个部分：

　　P0：3次谐波电流在变压器上的损耗;P1：3次谐波电流在相线上产生的损耗;P2：3次谐波电流在分零线上产生的损耗;P3：3次谐波电流在公共零线上产生的损耗。

　　总的损耗P为：

　　P= P0 + P1 + P2 + P3

　　P0的计算：暂时忽略不计。根据伊顿(Eaton)公司的报告，当负载全部为谐波源时，变压器的效率比全部负载为线性负载时，低1%。也就是，P0可以按照1%估算。

　　P1的计算：包含三次谐波电流时，总电流有效值为：

　　I (1² + 0.8²)^1/2 = 1.28I

　　它在相线上产生的功耗为：

　　P1 = (1.28I)² ×R = 1.64(I²R)

　　(I²R)就是每根相线导体的基波频率电流的损耗。对于三相系统，需要考虑三根相线的损耗，也就是3×1.64(I²R)=4.92(I²R)。

　　P2的计算：如果分开的零线较短，电阻较小，可以忽略。

　　P3的计算：如果没有三次谐波电流，公共零线上的电流为0A。 当三次谐波电流存在时，三次谐波电流在零线上叠加。因为，每相的三次谐波电流为0.8I，所以在零线上叠加后，为2.4I。因此，它在零线上产生的功耗为：

　　P3 = (2.4I)² R = 5.76(I²R)

　　总的功率损耗为：P1+P3 = (4.92 + 5.76)(I²R) = 10.68(I²R)。

　　2、NBF零线电流阻断器后的节电效果

　　根据测试，安装NBF零线电流阻断器后，可以将相线、零线上的3次谐波电流减小为原来的10%左右。因此，相线上的3次谐波电流从0.8I降低为0.08I，零线上的3次谐波电流从2.4I降低到0.24I。

　　这时，线路上的损耗计算如下。

　　P1的计算：总电流有效值为：

　　(1² + 0.08²)^1/2 ≈ 1

　　它在相线上产生的功耗为：

　　P1´ = I²R

　　对于三相系统，需要考虑三根相线的损耗，也就是3(I²R)。

　　P3的计算：因为每相的三次谐波电流为0.08I，所以在零线上叠加后，为0.24I。因此，它在零线上产生的功耗为：

　　P3´  = (0.24I)² R = 0.058(I²R)≈0

　　公共零线上的功耗接近为0。

　　安装NBF后，总的功率损耗为：P1´+P3´= ( 3+ 0)(I²R) = 3(I²R)

　　所以，安装NBF后，节电效果为：

　　(P1+P3)- (P1´+P3´)= 10.68(I²R)- 3(I²R) = 7.68(I²R)

　　上面的分析计算中，没有考虑3次谐波电流在变压器上的损耗P0和单独零线上的损耗P2，如果将这两部分也计入，节电潜能更大。

　　3、NBF零线电流阻断器节电的功率分析方法

　　线路损耗可以用线路上的电压来表示，设线路上的电压降为U，额定电流为I，则线路的损耗为IU。用线路的电压降表示更加方便，因为这个数值是zui容易实测得到。如果电压降为额定电压的1%，就意味着线路上的损耗为额定功率的1%。额定功率用P表示，则线路损耗为0.01P。

表1线路的电压降为不同值时节电的比例

　　需要指出的是，这里的计算数据忽略了三次谐波电流在变压器和单独零线上的损耗，如果考虑这部分，节电效果可以提高1~2个百分点，具体数值与变压器的构造有关。

　　因此，我们可以看出航天706所生产的NBF零线谐波电流阻断器确实具有明显的节省电费的效果。它的节电效果来自于它能够降低配电系统线路损耗，特别是降低零线的损耗。