NBF的节电效果分析

NBF的主要功能是降低了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。

我们的思路是，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。在分析中作以下假设：

① 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)

②不考虑其他次数谐波电流的影响

③ 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)

④ 零线导体的截面积与相线导体的截面积相等

⑤ 单路线路(不考虑回流线)电阻按照5%电压降(额定电流下)，因此，也就是：R = 0.05(U/I)，U是额定电压(220V)，I是线路的额定电流。

⑥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。

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)2X0.05(U/I) = 0.082(IU)

也就是，每根相线上的功耗为单相额定功率8.2%。对于三相系统，需要考虑三根相线的损耗，但是这个比例不变。

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)2X0.05(U/I) = 0.288(IU)

也就是，公共零线上的功耗为单相额定功率的28.8%，若考虑三相总的额定功率，则零线上的损耗为总功率的9.6%。

总的功率损耗为：P1+P3，大约占总额定功率的17.8%。

2.安装NBF后的节电效果

本节计算安装NBF后，P1、P3的数值，他们与没有安装NBF时的差值就是节电的效果。

根据测试，安装NBF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‘= I2×0.05(U/I) = 0.05(IU)

也就是，每根相线上的功耗为单相额定功率5%，这主要是三次谐波以外的电流产生的损耗。在三相系统中，这个比例不变。

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)2×0.05(U/I) = 0.00288(IU)

也就是，公共零线上的功耗为单相额定功率的0.288%，若考虑三相总的额定功率，则为0.096%，可以忽略不计。

安装NBF后，总的功率损耗为：P1‘+P3‘，大约占总额定功率的5%。

所以，安装NBF后，节电效果为：

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

上面的计算中，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。显然，作为节能效果的估算，采用比较保守的数值是可以接受的。

3.补充分析

按照浪费越多，节省的潜力越大的原理，如果线路电阻较小，意味着浪费的电能较少，节电的效果也就越小。

表1给出了线路的电压降为不同值时，节电的比例。

同样需要指出的是，这里的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。