电流和电压对用电的影响（功率因素是舞台用电安全的隐形杀手）

三相零线带2倍电流? -低功因导致

越来越多的状况是"零线发烫"?

但是很多三相电源柜没有监测"零线电流",

照理说:

三相系统如果平衡了,零线通常不带电流

但是透过监测零线电流

却发现led大屏系统当中即使三相电源平衡了，但是零线电流却是相线的两倍!

这可以归咎于

设备的电源供应器的功率因素pf值太低

产生的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变。

像荧光灯、调光灯、计算机等负载，由于功率因素偏移会产生大量的奇次谐波，其中3次谐波的含量较多，可达40%；

三相配电线路中，三个相线的谐波会在中性在线会迭加，使中性线的电流值可能超过相线的电流。

*感谢 王治国先生提供这一宝贵的经验分享

低价竞争牺牲了功率因素

伴随着开关电源的普及加上低价竞争

我们必须对于功率因素”特别”留心

现在许多大屏上配的电源功率因素是较低的

他一样能点亮大屏

但是对于电网产生的冲击深远超乎你我想象

常见的LED 大屏电源 功率因素偏低

图片来自网络截图/图片版权属于该公司所有

首先我们要知道浪费了多少

由于计算牵扯COS比较繁杂所以我们透过使用这个在线计算器来便于计算

https://www.omnicalculator.com/physics/power-factor

看这表格可能还不够直觉有问题我们透过图来看看

有没有发现我们的电源使用率很糟糕!

而且!!

可能使整个电网工作在一个危险的状态下

甚至插头通过数倍的电流!

(上例功率因素0.5状况下,视在功率的电流量是实功的2倍)

在这种状况下

请问! LED屏按照消耗功率大量并接还安全吗? 不用减半处理吗?

类似的问题在以前可能不严重

因为早期的灯具是卤素灯是电阻型负载

功率因素较好…

也比较耗电不会并接...

换了LED很多观念需要改变!!

研究是怎么开始的

在10月底在一场庙会活动当中

有一个轿子亮化工程所配的发电机连续使用8小时之后烧毁了

他是220V单相 22~26A(5060~5720W)的负载

却烧掉了7600W的发电机

但是把轿子接上市电之后却正常运行!

这个轿子的灯光是使用开关电源供应器转成直流12V

去驱动2811 LED

轿子内部有大量的开关电源电源

因此问题被指向开关电源的功率因素

经过与开关电源制造商确认

功率因素低至0.4~0.6

明显导致大量虚功电流!

LED灯具电源供应器

图片来自网络截图 图片版权属于该公司所有

不经一事不长一智

在台湾地区大部分演出使用

LED灯具 LED大屏 大功率发电机供电

你说!这状况跟"轿子亮化工程 发电机"是不是很像呢?

现在LED灯 LED 大屏大量普及却忽视了电源供应器的PF功率因素

大家在算功率时沿用了P=UI,却少了PF的变数?

会不会也像上面说的那样把大功率发电机烧了呢?

我们需要注意到的是:

功率因素低的设备由于电压不变,

这就会迫使电网必须提供更多的电流

才能在电流电压偏移的状况下,挤出足够的能量!

而这些电流是你之前没有注意的

功率因素PF太差会导致什么呢?

1.线缆可能过载

>在不换设备下得加粗线缆产生不必要的线缆投资

2.供电设备可能崩溃

>契约容量错误不够用

>功因太差被罚款

>需要额外投入功因平衡设备

3.发电机评估余量失准

>需要额外投入更多的发电机

>发电机故障导致演出失败

4.对于电网产生谐波

5.其他演出电网上的各环节风险-电网上莫名发烫

这个观点在飞利浦的

power-factor-white-paper 当中被证实了

https://www.docs.lighting.philips.com/en_gb/oem/download/xitanium-led-drivers-outdoor/power-factor-white-paper.pdf

升级改造后的LED照明系统的总能耗（消耗的无功 有功功率）可能会明显高于升级前使用的传统照明系统。

同样的问题也适用于一些室内应用（例如学校），其中照明是主要的电力消耗负荷，而没有其他大功率设备。

了解LED装置在满载和调光模式下功率因子的相关性非常重要，以防止能源（成本）节约受到影响

功率因素是什么

下面我们继续引用该白皮书的说明

功率因子（PF）

表示电源电压与连接到该电源电压的负载所消耗电流之间的相移。

当电感性或电容性负载连接到（正弦形）电源电压时，

电源电压和电源电流之间出现相移。

当将纯电阻负载（例如白炽灯）连接到电源电压时，电压和电流将具有相同的相位。该电流为真实电流（瓦特电流），并以能量的形式转换，在这种情况下，热量在白炽灯中耗散。

见下图：

感性负载：当将纯感性负载（如理想线圈）连接到电源时，电流滞后于电源电压90°。

相移为90°，即下图中的5ms。

这种电流称为感应无功电流，不会在负载中转化为能量形式。

电容性负载：

当将纯电容性负载（如理想电容器）连接至电源时，电流超前电源电压90°。

相移为-90°，这种电流称为电容无功电流，在负载中也不会转化为能量。

无功功率是在电网和连接到电网的电气设备之间来回传输的电能，而不会转换为其他形式的能量，如运动、光、热等。实际上什么也没有发生，这种无功电流在网络中流动，没有带来价值。

在传统照明系统的中，可通过补偿电容器补偿感应无功电流。

该电容器引入容性无功电流，该电流（部分）补偿来自镇流器的感性无功电流。

那事情严重性在哪呢?

• 电流与电压的乘积等于能量电流与电压不同步导致需要更多电流才能运行(所以导致了许多人用较粗的电线留出余量)
• 在错误时间出现的交流电”电流高峰”成为电网的负担
• 不一致的电压/电流导致了电网上的谐波

很多人会说:

X反正场地有功因调整柜

X反正就多付点功因罚款

X反正发电机功率叫大一点的

X反正电线粗点没事

这是非常不负责任的态度,让自己的演出电力网络陷入不安全状态

现在把电线加粗减少单一在线负载

只是权宜之计…头痛医头/脚痛医脚

事实上

欧盟LED灯具ERP能效认证当中对于功率因素有要求:

灯具功率小于或等于2W,无功率因素要求;

2W至5W,PF值要求大于0.4;

5W至25W,PF值大于0.5;

功率大于25W,PF值大于0.9

我们可以借鉴这个标准来要求我们自己的大屏与灯具

这是非常正确.理智的要求:

要从设备采购就抓起

功率因素就近处理!

选择有PFC功率因素控制的设备/电源!

• 可以减少电线投资!
• 减少功因调整设备成本!

我们列了这张表让您知道各部分怎么处理

结束语-从源头解决

低功率因素产物-谐波

就像家户产生的污水一样又排回取水的河流(电网)里

要解决河流里的污水比例

最好的方式就是让取用的人把这些水用光(PF=1)

后面很多麻烦事情就不会发生!!

因此对于大屏/灯光都要求电源供应器选择PFC有功因调整的机种

会是非常明智的选择

高质量电源功率因素表现良好

市场上有功率因素可以矫正的PFC高质量电源可以选择

重视安全 正确连接

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