如何看懂电力公司账单?

机电双语学堂2019-07-11 07:04:34

你也许对电气原理与公式毫无兴趣,但你一定想知道电费账单上花的是什么钱。有的企业在电费上花了很多冤枉钱,却浑然不知。


先来看两张电费账单,第一张:


这是一张普通民用电费发票,用电量为331+52=383度,电费的计算为331×0.617(峰价)+52×0.307(谷价)=204.23+15.96=220.19元。


这张账单没啥问题,谁都看得懂。这里需指出电量的概念和单位。电量就是消耗的电能,电量、功率、时间可类比于距离、速度、时间,因此,电功率就是做功的速度,即电量=电功率×用电时间


没有特别的名称来表示电量单位,就用功率的单位“千瓦”和时间的单位“小时”连起来表示---千瓦时,即我们常说的“度”。1度电能使25W的灯泡亮40个小时,1000W的电饭煲烧1小时,1匹的空调开1.36小时,等等。


第二张:这是某企业收到的电费账单。


这张单子比民用电单子复杂多了,请放大了看倒数第四行。有功电量29500,无功电量7500,这是什么意思呢?这就要说到有功功率和无功功率了。

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交流电功率如何定义

与直流电功率不同的是,交流电有有功功率和无功功率之分。


有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率,也就是将电能转换为目标形式能量(如光能、机械能、热能)的电功率。


比如,各种照明设备将电能转换为光能,供人们生活和工作照明;5.5kW的电动机就是把5.5kW的电力转换为机械能,带动水泵抽水或脱粒机脱粒。


无功功率比较抽象,它是在电气设备中建立和维持磁场所需的电功率。凡是有电磁线圈的电气设备,要建立磁场,就要从电网吸取无功功率。


比如,40W的日光灯,除需40W有功功率来发光外,还需80VAR左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它对提供目标能量没有贡献,才被称之为"无功"。


但无功功率并非真的是无用功,它的用处很大。电动机工作时需要建立和维持旋转磁场,使转子转动,从而带动机械运动,电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率,才能使变压器的一次线圈产生磁场,在二次线圈感应出电压。因此,没有无功功率,电动机就不会转动,变压器也不能变压,交流接触器就不会吸合。

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电功率是否等于有功功率+无功功率

那么用户消耗的电功率是不是有功功率和无功功率的简单相加呢?这里就要说到负载性质了。交流电通过不同负载时,其电压和电流不一定是同步变化的,比如,电感负载,其电流的建立在电压建立之后。 


在交流电路中,电压与电流之间的相位差(相位角 φ)的余弦叫做功率因数(Power Factor,简称PF),用cosφ表示。如白炽灯泡、电阻炉等电阻负载的功率因数为1(φ=0°),一般具有电感或电容性负载的电路功率因数都小于1。如图1所示。



图1 不同负载的功率因数


这就有了功率三角形,如图2所示。


图2 功率三角形


水平直角边表示有功功率,竖直直角边表示无功功率,斜边称为视在功率(即总功率)。图2中各字母含义如下:

定义

S:视在功率(apparent power),单位kVA(kilo Volt Ampere);

Q:无功功率(reactive power),单位kVAR(kilo Volt Ampere Reactive);

P:有功功率(active power),单位kW(kilo Watt)

U:交流电压(AC voltage)

I:交流电流(AC current)

φ:相位角(phase angle)


所以,在数值上,功率因数是有功功率和视在功率的比值,发电厂需要提供的视在功率是根号有功功率和无功功率的平方和,即:



如果你类比一下啤酒原理,就不难理解PF(啤酒好坏,估计也有个啤酒因数衡量吧)。我们不要喝泡沫,但没了泡沫的酒还是啤酒吗?




功率计算举例:

400V、30A的单相感性负载,电流滞后电压40°。则根据功率三角形

S= 400V x 30A/ 1000 = 12 kVA ;

Q= 400V x 30A x sin 40° / 1000 = 7.7135 kVAR ;

P= 400V  x 30A  x cos 40°/1000 =  9.1925 kW 。

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功率因数高点好,还是低点好

作为电力公司(utility company),他希望给用户提供的电功率尽可能用来作有用功,因为收电费是按有功电量计算的。普通居民用户的电能表计量的是有功功率消耗,而不计无功功率消耗。但是,工业工厂用电就不一样了。


工业车间里有大量的感性负载(如各种电机),如果功率因数低,电路用于交变磁场转换的无功功率就大, 这样就降低了设备的利用率,增加了线路供电损失。


所以,供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求,如果达不到标准(如0.9以上),就要对企业罚款(power factor penalty)。反之,则给予奖励。


仍拿啤酒作例子,显然,第三杯啤酒泡沫最多,相当于无功功率最高,功率因数最低,浪费的美元最多。


 

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如何提高功率因数?

为了免遭电力公司罚款,必须提高功率因数,以减少无功功率,所以大型工厂都安装无功补偿设备(power factor correction unit),其实就是安装电容(capacitor),目的是把电流和电压所差的相位角补回来,这样就不需消耗电网的功率了。如图3所示。



图3 带功率因数补偿的电力流

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还记得那第二张账单吗?

我们整理放大了看。


有功总电量=8860+9570+7710+1140+930+1290=29500(千瓦时);这些是要付钱的,按峰、平、谷单价将最后一栏金额相加,再加基本电费12000元,共计33741.60元;可这与最后的结算电费(33499.54元)不符啊?少付了242.06元。


我们从账单上发现,该用户的功率因数0.97,大大超出规定的0.9(力调标准),所以电力公司给予奖励。查表得调整系数-0.75(负值代表奖励),奖励(力调电费)=33741.60×0.75=242.06元。注:力调就是功率因数调整的意思。


最后结算电费是33741.6-242.06=33499.54元。



现在该对你的电费账单(utility bill)有新的认识了吧?看懂它真的很重要。希望你的消费明明白白,作为企业主,要管理好设备,采取措施,比如加装电容补偿装置,降低功率因数,争取少罚款。


好了,今天讲的问题全部属于交流电范畴,直流电没有功率因数的问题。结束之前,奉上视频《What is power factor》,形象生动,相信你已不难听懂它。

 What is power factor



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