家用节电器的节电分析

家用节电器的节电分析

李炳华（悉地国际建筑设计顾问有限公司 100013）

晏浚博、岳云涛、周彬（北京建筑工程学院100044）

摘要 近年来市场上出现了许多家用节电器，本文对市场上畅销的三种家用节电器进行试验和分析，分别对液晶电视机、冰箱、节能灯以及住户住宅进行对比试验和测量，结果表明：这类节电器节电效果不佳，多数情况下起不到节电的作用，并且它们对电能质量产生不良的影响。

关键词 节电器 能耗 电能质量 谐波 功率因数 PF

Analysis of energy saving tohousehold energy saver

Abstract: In recent years household Energy Saver hasappeared on the market. This paper introduces the experiment and analysis aboutthree type of Energy Saver which sold very well. The test of LCD TV, refrigerator,compact fluorescent lamp (CFL) and one dwelling house was taken for comparison.The results show that these Energy Savers have poor energy-saving effect inmost cases and they have harmful effect on the power quality during using theseEnergy Saver.

Keywords: energy saver, energyconsumption, power quality, harmonic, power factor, PF

1 引言

自从电力系统被应用以来，由于电能计量的出现，节电器也就相继出现了。节电器经过几十年的发展，已经广泛应用于各类电器中，随着对电能质量和绿色用电的重视，慢慢发现节电器所造成的一些问题，有的节电器不仅不能节电，还会造成电能的浪费以及对电网的污染。笔者在市场上三个畅销品牌的家用节电器进行对比试验研究，分析节电器的节能效果和对电能质量的影响。

1.1 节电器

节电器是指在不影响电器的原有功能的前提下，能够节约电能的电气装置^[1]。相对于电网来说，节电器是一种负载，因此它自身的能耗必须相当低才能达到节电的效果。

一直以来人们都是针对不同负载类型而使用不同类型的节电器，因此按照负载类型，节电器可分为照明节电器、电机节电器、空调节电器和箱式节电器等^[1]。这些节电器的控制原理不尽相同：利用正弦跟踪技术，抑制和减少供电线路中的冲击电流和瞬变及高次谐波；利用滤波和能量吸收技术，吸收动力设备反相电势的能量，并回馈给负载。现在市场上出现了家用节电器，根据商家宣传，只要在家里插座上插上节电器即可节电，而不必针对单一负载。由于家庭使用负载种类复杂，因此可以认为它们是通用型的节电器，适合多种负荷。

目前市场上充斥着多种品牌的家用节电器，它们宣传自己的节电效果好，每月节省电量能达到25%-35%，操作方便，只需插在空置的插座上或者延长的电源接线板上即可。为了检测家用节电器的实际效果，笔者购买了市场上销售量较多的三种节电器进行试验。

1.2 功率定义

为了评价节电器的节电效果，需要分别测量未使用节电器和使用节电器的相同时间内，负载的用电量。为了能直观的看出节电器对负载功率的影响，且因为电器的功率是时刻变化的，就需要定义一个时间段内的平均功率。本文将电器使用时间段内的平均有功功率、无功功率、视在功率分别用下面三个公式定义。

电器使用时间段内的有功功率：

式中：W——为电器使用时间段内产生的有功电度，单位Wh；

——为电器投入使用的时间，单位h。

电器使用时间段内的无功功率：

式中：Wq——为电器使用时间段内产生的无功电度，单位Var·h；

——为电器使用的时间段，单位h。

电器使用时间段内的视在功率：

式中：Ws——为电器使用时间段内产生的视在电度，单位Vah；

为电器使用的时间段，单位h。

2 节电器的试验及数据分析

2.1 试验器材

节电器从市场上直接采购，销量排行靠前，分别用a、b、c表示。家用电器和照明灯具为住户正在使用的设备。设备及器材见表1。

表1 试验器材

2.2 试验内容

（1）节电器产品说明书中的使用条件为：

1. 将本产品插在住在内空置的插座上或者延长的电源接线板上即可，一般来说，插在用电量较大的线路上或功率大的电器设备附近效果更佳，如果家里电器多或分支多，可以考虑使用多套本产品。

2. 如果房屋类似于乡镇自建房（一表多层），使用时将本产品插在用电设备较为集中的楼层或顶楼，并请使用合格的电源插座。

3. 插在上面后最好不要再经常取下或断电，以发挥产品最佳功效，使用时间越久，效果越好越全面。

因此，如图1所示，本试验将被测电器设备、综合测量仪、节电器置于同一个接线板上，测量符合产品说明书的要求。综合测量仪要检测功率、电度等参数，它同时采集电压、电流等信号。

图1 等效电路图

（2）本试验将在电视机、15只22W节能灯和冰箱稳定工作（冰箱稳定工作是指压缩机工作）后开始测量，分别记录无节电器、使用节电器a、使用节电器b、使用节电器c时的数据。本试验为了满足长时间使用节电器的条件，还选择了一户生活规律的住户进行试验，并且节电器插在靠近住户进线处的插座上，测试时间为24小时。

（3）测量仪器设定为5分钟取一次值，测量数据包括：有功电度、无功电度、视在电度、最大功率、最小功率、最大无功功率、最小无功功率、最大视在功率、最小视在功率、平均电流、平均功率因数、最大功率因数、最小功率因数、平均基波功率因数、最大基波功率因数、最小基波功率因数、电流总谐波畸变率、总谐波电流、电压总谐波畸变率、总谐波电压等。

2.3 数据及其分析

（1）节电器对家用电器的能耗影响

表2和图2、表3和图3、表4和图4分别为液晶电视稳定工作140分钟、冰箱工作80分钟、15个22W节能灯工作150分钟的能耗和平均功率数据表。

表2 液晶电视140分钟能耗表

图2 液晶电视能耗图

由表2和图2可知，液晶电视使用三种节电器后有功电度和有功功率略有增加，无功功率和无功电度增加十分明显，自然地，视在功率和视在电度有不同程度的增加。

表3 冰箱能耗表

图3 冰箱能耗图

由表3和图3可知，电冰箱使用三种节电器后有功电度和有功功率也略有增加，无功功率和无功电度有近35倍的最大增幅，视在功率和视在电度显著增加。

表4 节能灯能耗表

图4 节能灯能耗图

由表4和图4可知，节能灯使用三种节电器后有功电度和有功功率变化不大，无功功率和无功电度增加十分明显，视在功率和视在电度有不同程度的增加。

结论1：对单个家电而言，这三种节电器没有明显的节能效果，反而在多数情况下呈现出耗能的特征。

（2）节电器对家用电器电能质量的影响

表5、表6、表7分别为液晶电视稳定工作140分钟、冰箱工作80分钟、15个22W节能灯工作150分钟的电能质量参数表。

表5 液晶电视电能质量表

图5 液晶电视电能质量图

通过表5和图5可知，液晶电视使用三种节电器后电流均有不同程度的增加，功率因数PF和cosφ都有降低，谐波电流均有增加。因此使用节电器后电能不但没有降低，反而会增加用户电费的支出，同时电能质量受到影响。

表6 冰箱电能质量表

图6 冰箱电能质量图

通过表6和图6可知，冰箱使用三种节电器后电流增加非常明显，尤其使用节电器b后电流是使用前的2.36倍。功率因数PF和cosφ降低明显，导致无功功率大幅度增加。谐波电流也有不同程度的增加。因此对电冰箱来说，使用节电器后电能显著增加，用户电费支出也会明显增加。同时使用节电器后电能质量会受到一定程度的影响。

表7 节能灯电能质量表

图7 节能灯电能质量图

由表7和图7可知，节能灯使用三种节电器后电流略有增加，功率因数PF和cosφ呈现下降特征，总谐波电流略有增加，但不明显，而总谐波电流畸变率略有下降。因此对节能灯来说，使用节电器后电流增加会影响到用户电费的支出。

结论2：对单个家电而言，这三种节电器对电能质量有不同程度的影响，尤其对功率因数和谐波影响比较明显。

（3）节电器对住户的电能损耗及电能质量的影响

本研究对北京某住户使用节电器进行24小时监测，该住户建筑面积约165m²，三室两厅二卫，商品房。测量数据见表8和表9。

表8 住户24小时能耗表

图8 住户24小时能耗图

图9 住户24小时功率图

由表8、图8和图9可知，使用三种节电器对住户有功电度和有功功率影响有大有小，增减幅度在13%以内；而对无功功率和无功电度成倍增加，影响十分明显；视在功率和视在电度在多数情况下呈现增加的特征。

表9 住户24小时电能质量表

图10 住户24小时电能质量图

通过表9和图10可以看出，在住户进线处使用三种节电器各24小时，使用节电器a后电流略有减小，其它两个节电器电流有所增加；功率因数PF和cosφ呈现下降特征，这是我们不希望的结果；总谐波电流两种节电器b、c有所增加，节电器a略有减小，但不明显。

结论3：对单户住宅而言，这三种节电器没有表现出明显的节能效果，有些情况下呈现耗能的特征；同时节电器对电能质量有不同程度的影响，尤其对功率因数影响比较明显。

3 结论

综上所述，可以得出如下结论：

1. 对单个家电和住宅而言，这类节电器没有表现出明显的节能效果，有些情况下呈现耗能的特征；

2. 使用这类节电器会严重影响电能质量，会大大增加无功功耗，降低电路的功率因数；

3. 使用这类节电器存在谐波含量增加的风险。

目前家用节电器没有统一的标准，希望用户谨慎购买、使用节电器。也希望相关部门能够尽快制定标准，对市场上的节电器进行严格监管。

参考文献

[1] 李炳华,宋镇江.建筑电气节能技术及设计指南, 中国建筑工业出版社,2011.11