节能灯与功率因数.docx

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节能灯与功率因数

节能灯与功率因数

这篇文章的起因是----在计算节能灯的电流时,涉及到节能灯的功率因数,同时又想到到线路（供电电源）的功率因数,二者之间的区别!

一、节能灯的说明:

节能灯的选购问题略介一二,以飨读者。

一）、细思量,节能灯的诱惑不可挡顾名思义,节能灯能节能是毋庸置疑的。

一般地,在获得同等照明程度的前提下,普通的日光灯比白炽灯节能已是人所共知的事实,而采用电子镇流器的节能灯相对于普通日光灯（它采用电磁式镇流器）更可节约40%的电能。

考察灯具节能与否不能孤立地以灯的“绝对功率值”来比较,正确的办法是看灯在单位电功率下的光能量大小（Lm/W）,换言之就是要考察其发光效率的大小。

以市场上常见的11W节能灯和60W白炽灯做比较,前者的光通量约600Lm,光效为55Lm/W,后者是630Lm,光效为11Lm/W,由光通量看,两者亮度相当,但光效上相差5倍,前者的节能效果不言而喻。

为什么会出现这样大的差异呢?

这可从以下四个方面予以解释:

1.由于节能灯并非靠物体被加热到白炽态而发光的,这就大大降低了白炽灯进行“电-光”转换时的大量热能损耗,节能灯也有灯丝,但它只起到激活电子的功能,耗电很少,这种灯属于典型的“冷光源”。

2.节能灯采用稀土三基色荧光粉,比起日光灯所用的卤素荧光粉的发光效率更高。

3.节能灯配用的电子镇流器比老式日光灯配用的电磁式镇流器输出电压的频率要高得多,前者是几万赫兹,后者只有50赫兹,高频电压能够更有效地激发荧光粉,这也是前者光效高的一个重要原因。

4.由于老式电磁式镇流器只能够提供较低的启辉电压,所以它只能配用较粗的灯管,电子式镇流器却可以很轻松地提供高启辉电压,配用细管径灯管很合适,

粗细管径的最大区别在于,细径灯管比粗径管节能约10%.不仅如此,节能灯如果只以节能论优点就太可惜了,更多的优势列举如下:

1）.功率因数高,且呈容性特征,能中和其它家电的感性成分,可以降低线路空耗。

2）.电压适应性强,启动性能好。

无论城乡,大家可能都饱受过低电压之苦,节能灯能保证180伏低压下启动（多数能在150伏下启动）,而且电压的变化并

不会带来太大的亮度改变,这比白炽灯要强的多。

3）.色还原性好。

想必不少人都有过在布店的日光灯下精心挑选的衣服拿到真日光下又后悔不迭的感受,卤素荧光粉的日光灯和白炽灯下很难准确反映物体的

颜色,只有采用三基色荧光粉的节能灯才能有最好的色还原效果。

4）.色温类型丰富。

常用的色温等级从2700K-6400K,如此丰富的色温等级足以满足家庭各个特殊情况的照明需要。

例如北方的冬季选用3000K以下的低色温

灯能获得白炽灯的“温暖”效果,相反地,若想获得清丽、明快的照明效果选用5000K以上高色灯就很合适。

5）.发热量低。

有空调的家庭对此体会最深,不难想象,空调制冷时若在室内却点燃一只火炉般的白炽灯会有什么感受。

6）.有益于眼保健。

丰富的色温和优异的色还原能带来舒服的视觉效果,更重要的是,节能灯工作于几万赫的高频状态,彻底消除了50赫工作日光灯的闪烁

感,解除了长时间灯下作业的眼疲劳感。

罗嗦这么多远不如算笔小帐来的直观,以三口之家四处照明,日平均照明5个小时,电费0.5元计,若采用60W白炽灯,年电费是:

[（60×4）/1000]×（5×360）×0.5=216元而采用同等照明效果的11瓦节能灯时,年电费却是:

[（11×4）/1000]×（5×360）×0.5=39.6元怎么样,经此一算,您心动了吗?

二、精挑选,节能灯的寿命更长远别无选择,唯有扔了“电灯泡”换上节能灯。

剩下的事情就是如何在灯具店琳琅满目的节能灯中作出正确选择了。

要正确选择,了解一下节能灯的结构、参数等基本指标还是必要的。

现在市面上的节能灯多是紧凑型（CFL）的,体积很小,插口与白炽灯完全统一,可以不动原有线路直接使用。

一般地,节能灯主要是按灯管外形来分类,用英文字母来象形化地命名,例如:

H、2H形、U、2U、3U形、2D形、O形、π形和螺旋形等。

不同的外形,能适应不同的装配等需求,有的还在灯管外面罩上一个透明或磨沙的外罩,用于防护灯管和使光线均匀。

节能灯的基本参数分光参数和电参数两类,用户需要简单了解的主要有以下几项:

1.功率P:

反映灯单位时间的耗能大小,规格从5-36W不等,家庭或几个平方小面积照明时9W、11W、13W的较合适,这几种功率的灯在工艺上较为成熟,相对性能价格比较高。

10平方米以上的厅室照明可选用32W、36W直管形灯具。

2.功率因数COS?

:

该参数看似供电部门最关心,其实对于用户自己也很重要,理论研究表明:

功率因数越低,往往该灯的谐波成分越大,灯管也较容易过早地两端发黑。

一般地,质量较好的节能灯,功率因数能达到0.95以上,质量低劣的灯多在0.5-0.7之间,仅略越过电磁式镇流器的功率因数（0.5左右）一点点,名牌厂家生产的较大功率的节能灯采用有源功率因数校正（APFC）技术,它的功率因数更高,接近纯阻性的1.

3.电流谐波总量（THD）及各次分量:

THD一般应在50%以下,此值越小,谐波电流越小,功率因数越高,使用时所产生的高频干扰越少。

4.光通量（lx）有光通维持率:

前者反映灯管发光能力的高低,数值越大越好,后者表示灯管衰老的快慢,一般2000小时后的维持率应在80%以上。

5.显色指数Ra:

一般在63-85之间,此值越大表示对色彩的还原性越好。

6.色温T:

反映光的色特性,数值越大越接近日光色,数值越小越接近白炽灯的暖色调。

数值高低无优劣之分,依个人喜好而定。

一般地,东方人较偏爱暖调低色温的,西方多偏冷调高色温的。

和前述的光效等,看到这里可能更加一头雾水,究竟怎么个挑选法呢?

好,这里再提供直接的“秘技”若干,供购买时参考。

1.一般的选购常识与其它电器相似。

如选择带有长城标志和其它安全认证的产品;选择品牌知名度较高者（国内外较著名的节能灯品牌或厂家有:

飞利浦PHILIPS、美国通用GE,德国奥斯兰OSRAM、威海北洋、阳光集团、远东、建湖、上电、泗阳灯泡厂等等）;选择包装精美、外观精致、厂家地址电话齐全和技术说明完整者（不少小厂或不负责任的厂家由于批量和成本的原因常在这方面“精打细算”）。

2.看启动性能。

若店家有调压器最好,断电状态下先把调压器旋在150v（可按说明书上所列的最低启动电压指标）输出上,装上一个冷态的灯,手离开灯,接通电源能一次点燃者最好。

这里叙述如此繁琐是有道理的,因为节能灯的启动有两个特性,一是温度越高启动越容易,二是有人体接触的感应作用下灯也较容易启动。

还要提醒一下所谓的“一次点燃”问题,不少灯一开即亮,这不好,较考究的灯往往在其内部设有启动时的灯丝预热电路,启动时会有0.4秒左右延时,所以“一次点燃”应当理解为启动时闪烁最少,灯管的根部不要出现红光。

3.看工作状态。

白炽灯的购买做到上一步也就行了,节能灯则不然,启动顺利后应当把调压器旋到头,输出250V电压,高压下工作5分钟以上,让它迅速升温,看看是否出现闪烁现象,同时嗅嗅灯的上方是否有异味溢出等。

4.看干扰情况。

在我国,电磁兼容性已是电器必须通过的项目,然而,此项目检测很复杂,用户购灯时一看包装上是否有通过国家电磁兼容性测试的标志,二是带一个中短波收音机,当灯工作时,把收音机置于附近,收音要中短波无电台处发出的噪音越低,被测灯的电磁兼容性就越好。

5.看工作后的表现。

最后别忘了比较一下拆卸后灯体的温度,温度越低越好,另外,测试后灯管根部会出现一段发黑的痕迹,请务必注意,此发黑段越长、越黑,灯管寿命往往越低。

6.外观验收。

灯的塑料壳必须选那种工程塑料阻燃型的。

普通塑料易变形且易燃,是禁止用于节能灯生产的。

从表面上可简单判别二者,后者表面较光滑,有光泽,前者表面有类似磨沙玻璃的质感。

另外,从灯管上看,可把多只灯放在一起比较,灯管形状和尺寸一致性较好的多为机器弯折成型,产品的一致性好,质量较容易得到保证,维修时的互换性较佳。

当然,外观上还不能有裂缝、松动和接口间被撬过的痕迹。

三、学会用,节能灯的效益更显著要发挥节能灯的效益,首要的是保证灯的长寿使用,必须注意以下几点:

1.不要在高温、高湿环境下使用。

由于现在的节能灯多是紧凑型的,它内部散热条件极差,印刷电路板布线间距很小,内部又处于高频高压工作状态,因此,高温、高湿下很容易导致磁性材料的变性、线路之间放电、晶体管的二次击穿、元件焊盘过早出现热应力缝隙等。

举例说来,在浴室和厨房使用这种灯就很不合适。

2.由于节能灯的灯管很娇嫩,与灯体的连接工艺不是很理想,在活动较多的场合如台灯上使用这种灯要借助灯自身或台灯灯罩进行灯管的防护,可以选用尺寸较小的环形（O形）节能灯,既能取得光线均匀的效果,又能得到很好的防护。

要特别注意的是,安装、拆卸这类灯时务必不要手持灯管部位,以免其受力破裂。

3.不要把这种灯装在有调光装置的灯座内,以免发生不测。

4.自行拆卸这种灯要注意,一是灯体上下两部分多为卡口而不是螺纹连接,不少用户直到把内部引线都拧断了都无法打开灯体就是此原因。

二是出现启动故障的灯,断开电源灯打开它仍有可能在某些部位残存300余伏的高电压,务必注意安全。

5.遇天气过冷或电压过低,灯出现启动不良的现象时,千万不要让灯老是处于灯管发红的大电流启动状态,可迅速关闭后再次通电,往往二次启动可以奏效。

二、下面是有关功率因数的说明

在交流电路中,电压与电流之间的相位差（Φ）的余弦叫做功率因数（不完全对）,用符号cosΦ表示,在数值上,功率因数是有功功率和视在功率的比值,即cosΦ=P/S（基本正确,但应是λ=P/S）

功率因数的大小与电路的负荷性质有关,如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1,一般具有电感或电容性负载的电路功率因数都小于1。

功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。

功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。

功率因数低,说明电路用于交变磁场转换的无功功率大,从而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。

（1）最基本分析:

拿设备作举例。

例如:

设备功率为100个单位,也就是说,有100个单位的功率输送到设备中。

然而,因大部分电器系统存在固有的无功损耗（无功功率和无功损耗是两个概念,这里混淆了效率和功率因数的概念）,只能使用70个单位的功率。

很不幸,虽然仅仅使用70个单位,却要付100个单位的费用（错误的说法）。

在这个例子中,功率因数是0.7（如果大部分设备的功率因数小于0.9时,将被罚款）,这种无功损耗主要存在于电机设备中（如鼓风机、抽水机、压缩机等）,又叫感性负载。

功率因数是马达效能的计量标准。

（2）基本分析:

每种电机系统均消耗两大功率,分别是真正的有用功（叫千瓦）及电抗性的无用功。

功率因数是有用功与总功率（不应叫总功率,应称为“视在功率”）间的比率。

功率因数越高,有用功与总功率间的比率便越高,系统运行则更有效率。

（3）高级分析:

在感性负载电路中,电流波形峰值在电压波形峰值之后发生。

两种波形峰值的分隔可用功率因数表示。

功率因数越低,两个波形峰值则分隔越大。

电网中的电力负荷如电动机、变压器、日光灯及电弧炉等,大多属于电感性负荷,这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力系统吸收有功功率,还同时吸收无功功率。

因此在电网中安装并联电容器无功补偿设备后,将可以提供补偿感性负荷所消耗的无功功率,减少了电网电源侧向感性负荷提供及由线路输送的无功功率。

由于减少了无功功率在电网中的流动,因此可以降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗,这就是无功补偿的效益。

无功补偿的主要目的就是提升补偿系统的功率因数。

因为供电局发出来的电是以KVA或者MVA来计算的,但是收费却是以KW,也就是实际所做的有用功来收费,两者之间有一个无效功率的差值,一般而言就是以KVAR为单位的无功功率。

大部分的无效功都是电感性,也就是一般所谓的电动机、变压器、日光灯……,几乎所有的无效功都是电感性,电容性的非常少见。

也就是因为这个电感性的存在,造成了系统里的一个KVAR值,三者之间是一个三角函数的关系:

KVA的平方=KW的平方+KVAR的平方

简单来讲,在上面的公式中,如果今天的KVAR的值为零的话,KVA就会与KW相等,那么供电局发出来的1KVA的电就等于用户1KW的消耗,此时成本效益最高,所以功率因数是供电局非常在意的一个系数。

用户如果没有达到理想的功率因数,相对地就是在消耗供电局的资源,所以这也是为什么功率因数是一个法规的限制。

目前就国内而言功率因数规定是必须介于电感性的0.9~1之间,低于0.9,或高于1.0都需要接受处罚。

这就是为什么我们必须要把功率因数控制在一个非常精密的范围,过多（过多?

什么叫过多?

）过少都不行。

供电局为了提高他们的成本效益要求用户提高功率因数,那提高功率因数对我们用户端有什么好处呢?

①通过改善功率因数,减少了线路中总电流和供电系统中的电气元件,如变压器、电器设备、导线等的容量,因此不但减少了投资费用（对用户,一般是增加投资不是减少）,而且降低了本身电能的损耗。

②藉由良好功因值的确保,从而减少供电系统中的电压损失,可以使负载电压更稳定,改善电能的质量。

③可以增加系统的裕度,挖掘出了发供电设备的潜力。

如果系统的功率因数低,那么在既有设备容量不变的情况下,装设电容器后,可以提高功率因数,增加负载的容量。

举例而言,将1000KVA变压器之功率因数从0.8提高到0.98时:

补偿前:

1000×0.8=800KW

补偿后:

1000×0.98=980KW

同样一台1000KVA的变压器,功率因数改变后,它就可以多承担180KW的负载。

④减少了用户的电费支出;透过上述各元件损失的减少及功率因数提高的电费优惠。

此外,有些电力电子设备如整流器、变频器、开关电源等;可饱和设备如变压器、电动机、发电机等;电弧设备及电光源设备如电弧炉、日光灯等,这些设备均是主要的谐波源,运行时将产生大量的谐波。

谐波对发动机、变压器、电动机、电容器等所有连接于电网的电器设备都有大小不等的危害,主要表现为产生谐波附加损耗,使得设备过载过热以及谐波过电压加速设备的绝缘老化等。

并联到线路上进行无功补偿的电容器对谐波会有放大作用,使得系统电压及电流的畸变更加严重。

另外,谐波电流叠加在电容器的基波电流上,会使电容器的电流有效值增加,造成温度升高,减少电容器的使用寿命。

谐波电流使变压器的铜损耗增加,引起局部过热、振动、噪音增大、绕组附加发热等。

谐波污染也会增加电缆等输电线路的损耗。

而且谐波污染对通讯质量有影响。

当电流谐波分量较高时,可能会引起继电保护的过电压保护、过电流保护的误动作。

因此,如果系统量测出谐波含量过高时,除了电容器端需要串联适宜的调谐（detuned）电抗外,并需针对负载特性专案研讨加装谐波改善装置。

国标19510的定义也是一样的

3.13

线路功率因数circuitpowerfactor

由灯的控制装置与其专用的一支或若干支灯所组成的系统的功率因数

3.14

高功率因数镇流器highpowerfactorballast

线路功率因数至少为0.85（超前或滞后）的镇流器。

注1:

功率因数0.85已将电流波形的失真考虑在内

注2:

在北美,高功率因数至少为0.9。