功率因數(shù)補償

1、功率因數(shù)補償功率因數(shù)補償概述 在交流電路中，電壓與電流之間的相位差 (Φ) 的余弦叫做功率因數(shù)，用符號 cosΦ 表示，在數(shù)值上， 功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值， 即 cosΦ=P/S 。 電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動機(jī)、變壓器、日光燈及電弧爐等， 大多屬于電感性負(fù)荷，這些電感性的設(shè)備在運行過程中不僅 需要向電力系統(tǒng)吸收有功功率，還同時吸收無功功率。因此 在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器無功補償設(shè)備后，將可以提供補償 感性負(fù)荷所消耗的無功功率，減少了電網(wǎng)電源側(cè)向感性負(fù)荷 提供及由線路輸送的無功功率。減少了無功功率在電網(wǎng)中的 流動，可以降低輸配電線路中

2、變壓器及母線因輸送無功功率 造成的電能損耗，這種措施稱作功率因數(shù)補償。 功率因數(shù)補償?shù)睦碚摲治龉β室驍?shù)的大小與電路的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)，如白熾燈泡、 電阻爐等電阻負(fù)荷的功率因數(shù)為 1，一般具有電感或電容性 負(fù)載的電路功率因數(shù)都小于 1。功率因數(shù)是電力系統(tǒng)的一個 重要的技術(shù)數(shù)據(jù)。功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個 系數(shù)。功率因數(shù)低，說明電路用于交變磁場轉(zhuǎn)換的無功功率 大，從而降低了設(shè)備的利用率， 增加了線路供電損失。 所以， 供電部門對用電單位的功率因數(shù)有一定的標(biāo)準(zhǔn)要求。 (1)最基本分析： 拿設(shè)備作舉例。 例如： 設(shè)備功率為 100 個單位， 也就是說，有 100 個單位的功率輸送到設(shè)備中。然而，

3、因大 部分電器系統(tǒng)存在固有的無功損耗，只能使用 70 個單位的 功率。很不幸，雖然僅僅使用 70 個單位，卻要付 100 個單 位的費用。在這個例子中，功率因數(shù)是0.7（如果大部分設(shè)備的功率因數(shù)小于 0.9 時，將被罰款 ），這種無功損耗主要存在 于電機(jī)設(shè)備中 （如鼓風(fēng)機(jī)、抽水機(jī)、壓縮機(jī)等 ），又叫感性負(fù) 載。功率因數(shù)是馬達(dá)效能的計量標(biāo)準(zhǔn)。（2）基本分析：每種電機(jī)系統(tǒng)均消耗兩大功率，分別是真正的有用功（叫千瓦 ）及電抗性的無用功。功率因數(shù)是有用功與總功率間的比率。 功率因數(shù)越高，有用功與總功率間的比率便越高，系統(tǒng)運行 則更有效率。 （3）高級分析：在感性負(fù)載電路中，電流 波形峰值在電壓波形峰值

4、之后發(fā)生。兩種波形峰值的分隔可 用功率因數(shù)表示。 功率因數(shù)越低， 兩個波形峰值則分隔越大。 保爾金能使兩個峰值重新接近在一起，從而提高系統(tǒng)運行效 率。功率因數(shù)補償方法 無功補償?shù)闹饕康木褪翘嵘a償系統(tǒng)的功率因數(shù)。因 為供電局發(fā)出來的電是以 KVA 或者 MVA 來計算的， 但是收 費卻是以 KW ，也就是實際所做的有用功來收費，兩者之間 有一個無效功率的差值， 一般而言就是以 KV AR 為單位的無 功功率。大部分的無效功都是電感性，也就是一般所謂的電動機(jī)、變壓器、日光燈 …… ，幾乎所有的無效功 都是電感性，電容性的非常少見。也就是因為這個電感性的

5、存在，造成了系統(tǒng)里的一個 KV AR 值，三者之間是一個三角 函數(shù)的關(guān)系KVA的平方=KW 的平方+KVAR的平方簡單來講，在上面的公式中， 如果今天的 KVAR 的值為零的 話，KVA就會與KW相等，那么供電局發(fā)出來的1KVA的電就等于用戶 1KW 的消耗，此時成本效益最高，所以功率 因數(shù)是供電局非常在意的一個系數(shù)。用戶如果沒有達(dá)到理想 的功率因數(shù)，相對地就是在消耗供電局的資源，所以這也是 為什么功率因數(shù)是一個法規(guī)的限制。目前就國內(nèi)而言功率因 數(shù)規(guī)定是必須介于電感性的 0.91之間，低于0.9，或高于 1.0都需要接受處罰。這就是為什么我們必須要把功率因數(shù) 控制在一個非常精密的范圍，過多過少

6、都不行。供電局為了提高他們的成本效益要求用戶提高功率因數(shù)，那提高功 率因數(shù)對我們用戶端有什么好處呢？通過改善功率因數(shù)，減少了線路中總電流和供電系統(tǒng)中的電氣元件，如變 壓器、電器設(shè)備、 導(dǎo)線等的容量， 因此不但減少了投資費用， 而且降低了本身電能的損耗。藉由良好功因值的確保，從而減少供電系統(tǒng)中的電壓損失，可以使負(fù)載電壓更穩(wěn) 定，改善電能的質(zhì)量?？梢栽黾酉到y(tǒng)的裕度，挖掘出了發(fā)供電設(shè)備的潛力。如果系統(tǒng)的功率因數(shù)低，那么在既有 設(shè)備容量不變的情況下， 裝設(shè)電容器后， 可以提高功率因數(shù)，增加負(fù)載的容量。 舉例而言，將 1000KVA 變壓器之功 率因數(shù)從 0.8 提高到 0.98 時：補償前：1000&

7、amp;#215;0.8=800KW補償后： 1000×0.98=980KW同樣一臺 1000KV A 的變壓器，功率因數(shù)改變后，它就 可以多承擔(dān) 180KW 的負(fù)載。 減少了用戶的電費支出； 透過上述各元件損失的減少及功率因數(shù)提高的電費優(yōu)惠。 此外，有些電力電子設(shè)備如整流器、變頻器、開關(guān)電源等； 可飽和設(shè)備如變壓器、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)等；電弧設(shè)備及電光 源設(shè)備如電弧爐、日光燈等，這些設(shè)備均是主要的諧波源， 運行時將產(chǎn)生大量的諧波。 諧波對發(fā)動機(jī)、 變壓器、 電動機(jī)、 電容器等所有連接于電網(wǎng)的電器設(shè)備都有大小不等的危害， 主要表現(xiàn)為產(chǎn)生諧波附加損耗，使得設(shè)備過載過熱以及諧波 過電

8、壓加速設(shè)備的絕緣老化等。并聯(lián)到線路上進(jìn)行無功補償?shù)碾娙萜鲗χC波會有放大作用，使得系統(tǒng)電壓及電流的畸變更加嚴(yán)重。另外，諧波電 流疊加在電容器的基波電流上，會使電容器的電流有效值增 加，造成溫度升高，減少電容器的使用壽命。 諧波電流 使變壓器的銅損耗增加，引起局部過熱、振動、噪音增大、 繞組附加發(fā)熱等。 諧波污染也會增加電纜等輸電線路的 損耗。而且諧波污染對通訊質(zhì)量有影響。當(dāng)電流諧波分量較 高時，可能會引起繼電保護(hù)的過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)的誤 動作。 因此，如果系統(tǒng)量測出諧波含量過高時，除了電 容器端需要串聯(lián)適宜的調(diào)諧（detuned）電抗外，并需針對負(fù) 載特性專案研討加裝諧波改善裝置。功率因數(shù)補

9、償?shù)囊饬x功率因數(shù)是交流電路的重要技術(shù)數(shù)據(jù)之一。功率因數(shù)的 高低，對于電氣設(shè)備的利用率和分析、研究電能消耗等問題 都有十分重要的意義。 所謂功率因數(shù)，是指任意二端網(wǎng) 絡(luò)（與外界有二個接點的電路）兩端電壓 U 與其中電流 I 之 間的位相差的余弦。在二端網(wǎng)絡(luò)中消耗的功率是指平均功 率，也稱為有功功率，它等于由此可以看出，電路中消耗的功率P,不僅取決于電壓 V與電流I的大小，還與功率 因數(shù)有關(guān)。而功率因數(shù)的大小，取決于電路中負(fù)載的性質(zhì)。 對于電阻性負(fù)載，其電壓與電流的位相差為0，因此，電路的功率因數(shù)最大（） ；而純電感電路，電壓與電流的位相差 為π 2，并且是電壓超前電流；在純電容

10、電路中，電 壓與電流的位相差則為（ π 2），即電流超前電壓。 在后兩種電路中， 功率因數(shù)都為 0。對于一般性負(fù)載的電路， 功率因數(shù)就介于 0與 1 之間。 一般來說， 在二端網(wǎng)絡(luò)中， 提高用電器的功率因數(shù)有兩方面的意義，一是可以減小輸電線路上的功率損失； 二是可以充分發(fā)揮電力設(shè)備 （如發(fā)電機(jī)、 變壓器等） 的潛力。 因為用電器總是在一定電壓 U 和一定有 功功率 P 的條件下工作，由公式 可知，功率因數(shù)過低， 就要用較大的電流來保障用電器正常工作，與此同時輸電線 路上輸電電流增大， 從而導(dǎo)致線路上焦耳熱損耗增大。 另外， 在輸電線路的電阻上及電源的內(nèi)組上的電壓降，都與用電器

11、 中的電流成正比，增大電流必然增大在輸電線路和電源內(nèi)部 的電壓損失。因此，提高用電器的功率因數(shù)，可以減小輸電 電流，進(jìn)而減小了輸電線路上的功率損失。 提高功率因 數(shù)，可以充分發(fā)揮電力設(shè)備的潛力，這也不難理解。因為任 何電力設(shè)備，工作時總是在一定的額定電壓和額定電流限度 內(nèi)。工作電壓超過額定值，會威脅設(shè)備的絕緣性能；工作電 流超過額定值，會使設(shè)備內(nèi)部溫度升得過高，從而降低了設(shè) 備的使用壽命。對于電力設(shè)備，電壓與電流額定值的乘積， 稱為這臺設(shè)備的額定視在功率S額即 S額=U額I額也稱它為設(shè)備的容量，對于發(fā)電機(jī)來說，這個容量就是發(fā)電 機(jī)可能輸出的最大功率，它標(biāo)志著發(fā)電機(jī)的發(fā)電潛力，至于 發(fā)電機(jī)實際輸出多大功率，就跟用電器的功率因數(shù)有關(guān)，用 電器消耗的功率為 功率因數(shù)高，表示有功功率占額定視 在功率的比例大， 發(fā)電機(jī)輸出的電能被充分地利用了。 例如， 發(fā)電機(jī)的容量若為 15000 千伏安，當(dāng)電力系統(tǒng)的功率因數(shù)