电能的测量与节能

观察与思考

图7－实－8所示是安装在家庭的电能表，你能说出电能表上的铭牌数据分别表示什么吗？会从电能表上观察家庭每月的用电量吗？本节将学习电能表的相关知识与技能。

图7－实－8　单相感应式电能表

一、电能的测量

计量电能一般用电能表，又称电度表，俗称电表。它是累计用户一段时间内消耗电能多少的仪表，在工业和民用配电线路中应用广泛。电能表按工作原理分有感应式、电子式两大类。

其中常用的感应式电能表结构工艺较简单、价格低廉、直观、动态连续、停电不会丢失数据。按用途可分为单相电能表、三相三线电能表和三相四线电能表。其中，单相电能表主要是用于计量一段时间内家庭的所有电器用电量的总和，而用三相电能表则用于计量电站、厂矿和企业用电。

【例7－4－1】电烤箱的额定电压为220V，额定功率为1000W，把它接到220V的工频交流电源上工作。求电烤箱的电阻值和电流。如果连续使用0．5小时，它所消耗的电能是多少？

【解】　电烤箱接在220V交流电源上，它工作在额定状态，这时流过的电流就是额定电流，将电烤箱看成纯电阻负载，所以

它的电阻值为

工作0．5小时消耗的电能为

W＝Pt＝1000×0．5W·h＝0．5kW·h

即0．5度电。

1．单相电能表的铭牌

在电能表的铭牌上都标有一些字母和数字，图7－实－9所示是某单相电能表的铭牌。其中DD228表示电能表的型号，DD表示单相电能表，数字228为设计序号。一般家庭使用就选用DD系列的电能表，设计序号可以不同。220V、50Hz是电能表计量电能时的额定电压和工作频率，它必须与电源规格相符合。5（10）A是电能表的标定电流值和最大电流值，标定电流表示电能表计量电能时的标准计量电流；最大电流是指电能表长期工作在误差范围内所允许通过的最大电流。1200r／（kWh）表示电能表的额定转速是每千瓦时1200转。

图7－实－9　某单相电能表的铭牌

2．电能表的接线方式

电能表的接线方式分为直接接入式和经互感器接入式。家庭用电量一般较少，因此单相电能表通常采用直接接入式，即电能表直接接入线路上，接线方式如图7－实－10所示。

图7－实－10　单相电能表的接线方式

3．电能表的读数

若某用户月初电能表示数如图7－实－11（甲）所示，月末电能表示数如图7－实－11（乙）所示，则该用户一个月用电量是多少？

图7－实－11　电能表的读数

月初电能表示数：2066kWh

月末电能表示数：2080．4kWh

则该用户一个月的用电量为：W＝2080．4kWh－2066kWh＝14kWh

4．新型电能表

由于微电子技术，计算机技术和通信技术的高速发展，出现的高准确度、长寿命且能远程自动抄表等多种功能的全电子式电能表，取代传统的感应式电能表已势在必行。普通电子式电能表如图7－实－12所示。

图7－实－12　单相电子式电能表

由于应用了数字技术，预付费电能表、分时计费电能表、多用户电能表、多功能电能表纷纷登场，进一步满足了科学用电、合理用电的需求。

二、节能

电能是人们日常生活和企业生产必不可少的能源。随着人们生活水平的提高，电力供需矛盾日益突出，大力开展节约电能成为缓减供电紧张的当务之急。

环保专家算过一笔账，按火力发电计算，每节约一度电就相当于节省0．4kg的标准煤和4L纯净水，同时减少了0．272kg碳粉尘、0．997kg二氧化碳和0．03kg二氧化硫的排放。

日常生活中的电能消耗主要是家用电器，每个人都应该有节电的意识，并应从小处做起。如：选用节能灯，如果每个家庭换上一只节能型荧光灯，那么全国每年就能相应减少10%的照明用电；照明领域的新科LED灯具节能效果更为可观，研究资料表明，由于LED是冷光源，半导体照明自身对环境没有任何污染，与白炽灯、荧光灯相比，节电效率可以达到90%以上。在同样亮度下，耗电量仅为普通白炽灯的1／10，荧光灯管的1／2。如果用LED取代我们传统照明的50%，每年我国节省的电量就相当于一个三峡电站发电量的总和，其节能效益十分可观。选用节能型家电；合理使用空调，据专家测算，一台1．5匹分体式单冷空调机，如果温度调高1℃，运行10h计算能节省点0．5kW；把电视机的音量和亮度调至最佳状态，音量过大、亮度过强都会过度消耗电能；电冰箱应放在阴凉通风处，使用时尽量减少开门次数和时间；避免计算机、电视、热水器等长期处于待机状态；在离开办公室、教室等公共场所时，要随手关灯……

对于企业节约用电，要从管理和技术上对用电进行改革，要制定相应的规章制度，严格控制电能的使用；加强照明管理，确保照明设施的有效利用，避免浪费；合理利用工业余热进行生产活动。

三、功率因数的提高

1．功率因数提高的意义

功率因数是指用电负荷的有功功率与视在功率的比值。功率因数的大小与电路的负载性质有关，如白炽灯泡、电阻炉等电阻性负载的功率因数为1，一般具有电感或电容性负载的功率因数都小于1。电力用户的用电设备，如变压器、异步电动机、电力线路等，除从电力系统吸收有功功率外，还要吸取无功功率、完成电磁能量转换，才能做功。电路的无功功率大，降低了电源设备容量的利用率，也增加了电力系统输电过程中有功功率的损耗。所以供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。

功率因数低会引起以下不良后果：

1）电源设备的容量不能得到充分利用。因为发电机、变压器等电源设备在保证输出的电压和电流不超过额定值的情况下，cosφ愈低，发电设备输出的有功功率就愈小，设备容量利用愈不充分。如一台容量为100kVA的变压器，若负载的cosφ＝1，则此变压器就能输出100kW的有功功率；若负载的cosφ＝0．5，则此变压器就能输出50kW的有功功率，说明变压器的容量不能被充分利用。

2）增加了电路上的功率损耗和电压降。根据，当电路的有功功率P和电压U一定时，cosφ越小，电路中的电流就越大，这就增加了电路和设备上的功率损耗。

因此，提高电路的功率因数对合理科学地使用电能、提高设备利用率和节约电能有着重要的意义。

2．提高功率因数的方法

提高功率因数并非改变用电设备本身的功率因数，而是在保证设备正常工作不受影响的前提下，提高整个电路的功率因数。

1）提高用电设备自身的功率因数。合理选择和使用用电设备，避免“大马拉小车”现象。如异步电动机和变压器，当实际负荷比额定容量小得多时，其功率因数非常低。

2）采用人工补偿无功功率。实际中可使用电路电容器或调相机，一般多采用在感性负载两端并联电容器的方法。

如图7－实－13所示电路，当开关S打开时，是一个RL串联的感性电路（如荧光灯电路），当开关S闭合时，就在感性负载上并接了电容器。

分析：

当开关S打开时，电感性负载电路的矢量图如图7－实－14（a）所示，电压超前电流φ1。

当开关S闭合时，电感性负载并接电容器后电路的矢量图如图7－实－14（b）所示，电压超前电流φ。

由矢量图可知，感性负载并接电容后，φ＜φ1，则cosφ提高了，从而达到了提高功率因数的目的。

图7－实－13　感性负载并接电容器电路

图7－实－14　感性负载并接电容器后的矢量图

技术与运用

我国能效标识等级

按照国家标准相关规定，目前我国的能效标识将能效分为五个等级。为蓝白背景的彩色标识，分为1、2、3、4、5共5个等级：

等级1表示产品达到国际先进水平，最节电，即耗能最低；

等级2表示比较节电；

等级3表示产品的能源效率为我国市场的平均水平；

等级4表示产品能源效率低于市场平均水平；

等级5是市场准入指标，低于该等级要求的产品不允许生产和销售。

能效标识为背部有粘性的，顶部标有“中国能效标识”（CHINAENERGYLABEL）字样的彩色标签，一般粘贴在产品的正面面板上。电冰箱能效标识的信息内容包括产品的生产者，型号，能源效率等级、24小时耗电量、各间室容积、依据的国家标准号。空调能效标识的信息包括：产品的生产者，型号，能源效率等级、能效比、输入功率、制冷量、依据的国家标准号。

不同等级分别由不同的颜色和长度来表示。最短的是深绿色，代表“未来四年的节能方向”，也就是国际先进水平，其次是绿色、黄色、橙色和红色。等级指示色标是根据色彩所代表的情感安排的，其中红色代表禁止，橙色、黄色代表警告，绿色代表环保与节能。

思考与练习

1．单相电能表上的“5（10）A”分别表示_____和_____。

2．家庭用电量一般较少，因此单相电能表通常采用_____方式。

3．新型电能表主要以_____电能表为主。