[科普中国]-电能利用率

背景

电能可以转换成机械能、热能、化学能、光能等多种形式的能，全国一年消耗的电能，大约有70%的电能都是通过电动机转换为机械能而消耗的；约有16%的电能通过电热设备转换为热能，主要用于金属材料的熔炼和加热；约有8%以上的电能通过各类电光源转换为光能，主要用于各种场合的照明；约有6%的电能被电化学设备转换为化学能，用于电化学生产。由此可见，电动机（包括被拖动的生产机械）和电热设备，它是电能的主要使用者。从近几年的用电情况来看，电能的有效利用程度普遍较低，如热处理电炉全国拥有约10万余台，其容量多达480多万KW，其中的相当一部分设备非常落后、热效率低、电耗高，处理1t工件平均耗电要达1500KW·h左右，有的竟高达4000KW·h，比国外的热处理耗电要高出两倍以上。因此，节电的潜力很大。煤矿也是如此，不少用电设备效率低，存在大马拉小车，甚至存在落后淘汰的用电设备，加上管理不当，其电能浪费也是惊人的。1

电能利用率现状目前我国现使用的电气设备，普遍存在设备性能差、工艺落后和缺乏严格的管理制度等问题。

1）设备性能差。日常生产中使用的大量机电设备，有许多尚属陈旧落后的产品，其性能很差，与国外同类产品相比，中小型电动机的效率低1.5%～4%；中小型变压器的损耗高70%～90%；水泵效率低5%～10%；风机效率低10%～15%；电阻炉的热效率低15%～20%；由于长期使用，又未能得到及时改造和更新，性能更差。

2）生产工艺落后。相当一部分产品的生产工艺水平较低，致使生产周期长、产品质量差，电能利用率低、用电单位的电能损失大。

3）缺乏严格的管理制度。很多用电单位都缺少一整套相应的用电效果考评分析制度，有的根本就没有建立起用电合理化的评价标准，甚至很多单位常常是用了再算，而不是算了再用的用电模式。1

测量方法1、所需设备

①一个可程控交流电源供应器或一个自耦变压器

②一个电子负载

③一个瓦特表和两个数字万用表（其中最好有一个高精度数字万用表，用来测量电流）或者四个数字万用表（其中，一个为真有效值、高精度万用表，用来测量输入电流；一个为高精度万用表，用来测量输出电流）直流输出功率仅等于电压与电流的乘积，只需两个万用表即可测量出大小。我们将用一个高精度万用表来测量输出到负载的电流，用一个标准万用表来测量电源的输出电压。由于交流系统中电压与电流之间存在相位角，因此不能简单地将RMS 输入电压与RMS 输入电流相乘来计算输入功率。只有电源消耗的有功功率（P）才是必须考虑的。而返回到电源的无功功率Q,则不应考虑进来。

瓦特表的优点是可以准确测量输入功率，原因在于它能自动校正功率因数。如果没有瓦特表，则可使用两个万用表来测量输入电压和电流。但这种替代性方法与使用瓦特表相比，测量结果的准确性不高，并且还需要对待测电源进行断路。

直接将电压表跨接到电路板输出端，并与电子负载连接。测量输出端电压时，会不计与负载相连的电缆上的压降。在有些应用中，比如手机充电器或笔记本电脑适配器中，必须计算电缆中的损耗，此时需要从负载测量输出电压。然后将高精度电流表与负载串联，测量输出电流。

2、交流接通注意事项

电源的交流接通注意事项及瓦特表方法：使用的器件采用开/关控制方案，在检测输入电压下快速装上电源，使输出达到满载，这时就可以测量出最差情况下的效率。在大容量电容充电时，装上电源会产生非常大的浪涌电流。如果输入电流表设置为低量程，这会导致其中的保险丝熔断。

如果采用四个万用表的方法，在低输入电压和最高负载下快速装上电源后，首先应测量电源的浪涌电流。然后查阅万用表的数据手册，确认它是否能够在高输入电压下承载如此高的峰值电流。对于所有其它控制方案，接通方法将不会影响效率的测量，建议在检测时缓慢调高交流电压，以便限制浪涌电流。将瓦特表连接到电源输入端，将显示屏设置为平均模式，以便获得较稳定的读数。接通交流输入电压，将它缓慢调高到所需的检测电压。将您电源的负载增加到满载。然后关断电源，将它重新快速装回，继续完成测量。

3、读数计算

将瓦特表连接到电源输入端，将显示屏设置为平均模式，以便获得较稳定的读数。接通交流输入电压，将它缓慢调高到所需的检测电压。将您电源的负载增加到满载。然后关断电源，将它重新快速装回，继续完成测量。例如：电源输出端仪表的测量结果为4.97 伏和4.005 安。电子负载的电压读数为4.48 伏。这是由于输出电缆和万用表电压检测元件上出现了490 mV 的压降，从而突现了测量电源输出端电压的重要性。因此，输出功率 = 4.97 V 4.005 A = 19.90 瓦。瓦特表读数显示输入功率为25.76 瓦。因此，电源效率 = 19.90 瓦/25.76 瓦 = 77.3%。

4、提高准确度

在计算时，除二极管整流桥的损耗外，还应将其他输入级元件，如浪涌限制器、共模扼流圈和数字万用表的电流检测元件的损耗包括在内。要计算这些损耗，需要测量各元件在正常工作情况下的压降，然后用该压降值乘以测得的输入电流。将这些损耗计算在内，将会增大总输入功率并降低计算得出的效率。

不过，用这种方法测得的结果始终不会像用瓦特表测量输入功率一样准确。测量一系列输入及输出值，确定损耗原因电源效率与输入电压和输出负载有关。*估电源时，通常需要在几个不同的输入电压水平下测量效率，以便更好地判断出电路中的损耗究竟在何处。把得出的结果绘制在图表中，说明满载条件下效率与输入电压的关系。

接触器的选用应按满足被控制设备的要求进行，除额定工作电压应与被控设备的额定电压相同外，被控设备的负载功率、使用类别、操作频率、工作寿命、安装方式及尺寸以及经济性等是选择的依据。2

提高电能利用率措施提高电能利用率应从技术降损和管理降损两个方面共同入手,采取不同措施,做好降损工作。

1、技术降损

(1)确定负荷中心的最佳位置,减少或避免超供电半径供电的现象。

(2)提高负荷功率因数,尽量使无功就地平衡。当功率因数提高以后,负荷向系统吸取的无功功率就要减少,线路的电压损失也相应减少,线损率就会降低。

(3)根据负荷变化,适时调整输配电变压器的台数和容量,以提高变压器的利用率。

(4)淘汰高耗能变压器,提高变压器负载率。

(5)推广使用高精度、节能型电子式电能表,提高电能表计量精度。

(6)加强计量装置安装的规范化,最大限度地降低因安装工艺不标准带来的电能损失。

(7)按经济电流密度选择供电线路的截面面积。

(8)减少输配电层次,提高输电电压的等级。

2、管理降损

(1)建立线损管理制度,设立专人负责,从事线损统计、分析、考核和其它线损管理工作。

(2)建立线损分析例会制度,及时发现和纠正问题,并对以后的线损进行预测,制定降损措施。(3)建立同步抄表制度,实行高压、低压计量表同步抄表。

(4)建立定期母线电能表平衡制度,母线电能表不平衡率