補(bǔ)償無(wú)功功率節(jié)電原理

1、補(bǔ)償無(wú)功功率節(jié)電原理在交流電路中，由電源供給負(fù)載率有兩種：一種是有功功率，一種是無(wú)功 功率。有功功率是保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他 形式能量（機(jī)械能、光能、熱能）的電功率。比如：5.5千瓦的電動(dòng)機(jī)就是把5.5 千瓦的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，帶動(dòng)水泵抽水或脫粒機(jī)脫粒；各種照明設(shè)備將電能轉(zhuǎn) 換為光能，供人們生活和工作照明。有功功率的符號(hào)用P表示，單位有瓦（W）、千瓦（KW ）、兆瓦（MW ）。無(wú)功功率比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換，并用來(lái)在電氣設(shè)備 中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。它不對(duì)外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。凡?有電磁線圈的電氣設(shè)備，要建立磁場(chǎng)，就要消耗無(wú)功

2、功率。比如40瓦的日光燈， 除需40多瓦有功功率（鎮(zhèn)流器也需消耗一部分有功功率）來(lái)發(fā)光外，還需 80 乏左右的無(wú)功功率供鎮(zhèn)流器的線圈建立交變磁場(chǎng)用。 由于它不對(duì)外做功，才被稱 之為“無(wú)功”。無(wú)功功率的符號(hào)用Q表示，單位為乏（Var）或千乏（kVar）。無(wú)功功率決不是無(wú)用功率，它的用處很大。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就是靠從電源 取得無(wú)用功率建立的。變壓器也同樣需要無(wú)功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn) 生磁場(chǎng)，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒(méi)有無(wú)功功率，電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，變 壓器也不能變壓，交流接觸器不會(huì)吸合。為了形象地說(shuō)明問(wèn)題，現(xiàn)舉一個(gè)例子： 農(nóng)村修水利需要挖土方運(yùn)土，運(yùn)土?xí)r用竹筐裝滿土，挑走的土好比是有功

3、功率， 挑空竹筐就好比是無(wú)功功率，竹筐并不是沒(méi)用，沒(méi)有竹筐泥土怎么運(yùn)到堤上呢？在正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率， 同時(shí)還需要從電源取 得無(wú)功功率。如果電網(wǎng)中的無(wú)功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒(méi)有足夠的無(wú)功功率 來(lái)建立正常的電磁場(chǎng)，那么，這些用點(diǎn)設(shè)備就不能維持在額定情況下工作，用電設(shè)備的端電壓就要下降，從而影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行。無(wú)功功率對(duì)供、用電產(chǎn)生一定的不良影響，主要表現(xiàn)在：（1）降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出。（2）降低輸、變壓設(shè)備的供電能力。（3）造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。（4）造成底功率因數(shù)運(yùn)行和電壓下降， 使電氣設(shè)備容量得不到充 分發(fā)揮。從發(fā)電機(jī)和高壓電線供給的無(wú)功功

4、率， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了負(fù)荷的需要，所以在電 網(wǎng)中要設(shè)置一些無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)充無(wú)功功率，以保證用戶對(duì)無(wú)功功率的需要， 這樣用電設(shè)備才能在額定電壓下工作。這就是電網(wǎng)需要裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的道 理。2、功率因數(shù)電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動(dòng)機(jī)、變壓器等，屬于既有電阻又有電感的電感性負(fù) 載。電感性負(fù)載的電壓和電流的相量間存在著一個(gè)相位差，通常用相位角©的余弦cos©來(lái)表示。Cos ©稱為功率因數(shù)，又叫力率。功率因數(shù)是反映電力用戶設(shè) 備合理使用狀況、電能利用程度和用電管理水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)。三相功率因數(shù)的計(jì)算公式為：P=COS&Q=V3uicos 日S=V3uicos&=

5、P/S式中cos©功率因數(shù)；P有功功率， kw；Q無(wú)功功率， kVar；S視在功率， kv ，A。UI用電設(shè)備的額定電壓， V 。用電設(shè)備的運(yùn)行電流， A 。功率因數(shù)分為自然功率因數(shù)、瞬時(shí)功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)。（1）自然功率因數(shù)：是指用電設(shè)備沒(méi)有安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)的功率因數(shù)，或者 說(shuō)用電設(shè)備本身所具有的功率因數(shù)。 自然功率因數(shù)的高低主要取決于用電設(shè)備的 負(fù)荷性質(zhì)，電阻性負(fù)荷（白熾燈、電阻爐）的功率因數(shù)較高，等于1。而電感性負(fù)荷（電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)）的功率因數(shù)比較低，都小于 1。（2）瞬時(shí)功率因數(shù)：是指在某一瞬間由功率因數(shù)表讀出的功率因數(shù)。瞬時(shí)功率 因數(shù)是隨著用電設(shè)備的類型、負(fù)荷的大

6、小和電壓的高低而時(shí)刻在變化。（3）加權(quán)平均功率因數(shù)：是指在一定時(shí)間段內(nèi)功率因數(shù)的平均值，其計(jì)算公式 為：提高功率因數(shù)的方法有兩種， 一種是改善自然功率因數(shù)， 另一種是安裝 人工補(bǔ)償裝置。無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆N類和特點(diǎn)1 集中補(bǔ)償在高低壓配電所內(nèi)設(shè)置若干組電容器， 電容器接在配電母線上， 補(bǔ)償供電范 圍內(nèi)的無(wú)功功率，如圖 1 所示。 1.2組合就地補(bǔ)償（分散就地補(bǔ)償）電容器接在 高壓配電裝置或動(dòng)力箱的母線上，對(duì)附近的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，如圖 2 所示。2 單獨(dú)就地補(bǔ)償將電容器裝于箱內(nèi)， 放置在電動(dòng)機(jī)附近， 對(duì)其單獨(dú)補(bǔ)償。 圖 3 為電容器直接 接在電動(dòng)機(jī)端子上或保護(hù)設(shè)備末端， 一般不需要電容器用的操作

7、保護(hù)設(shè)備， 稱為 直接單獨(dú)就地補(bǔ)償。油井使用電容補(bǔ)償器后，無(wú)功功率和視在功率下確實(shí)很明顯，但是為什么有 功功率和單井有功電量都上升了。 這樣的話， 究竟是節(jié)電了還是耗電增加了？無(wú) 功補(bǔ)償見(jiàn)到效果，應(yīng)該有哪些體現(xiàn)？單井有功電量應(yīng)該有什么反應(yīng)？請(qǐng)專家賜 教！答：一般的用電負(fù)載都有線圈，如異步電動(dòng)機(jī)繞組、電器的線圈等。線圈消耗感性無(wú)功（即常稱為滯后無(wú)功） ，電容則消耗容性無(wú)功（即常稱為超前無(wú)功） 。無(wú)功功率是不消耗能量的功率， 只是在交流電的半個(gè)周期內(nèi)暫時(shí)將電能以磁場(chǎng) （感性無(wú)功）或電場(chǎng)（容性無(wú)功）的形式儲(chǔ)存起來(lái)，然后再另外半個(gè)周期內(nèi)將所 儲(chǔ)存的能量返還給電網(wǎng)。雖然無(wú)功不消耗電能，但是要儲(chǔ)存電功率就

8、必須通過(guò)增加電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。而電流 的增加，電網(wǎng)傳輸線路的損耗將增大。 所以增加無(wú)功本身不消耗功率， 而是增加 電流使電能傳輸?shù)膿p耗增加。此外，由于電流的增加，供配電設(shè)備的負(fù)擔(dān)加重， 負(fù)載能力下降。因此，應(yīng)該進(jìn)行補(bǔ)償。否則，電業(yè)部門將增收一定的額外收費(fèi)以 作線路損耗和其它因此而造成的費(fèi)用。你說(shuō)：油井使用電容補(bǔ)償器后，無(wú)功功率和視在功率下降確實(shí)很明顯，但是為若油井或單井設(shè)備的工作量沒(méi)有什么有功功率和單井有功電量都上升了？其實(shí), 增加，有功功率和單井有功電量都不會(huì)上升。你說(shuō)的情況可能是：1無(wú)功功率占視在功率的比重上升了，或者說(shuō)功率因 數(shù)上升了?；蛘哒f(shuō)是由于電網(wǎng)電流下降，可以增加負(fù)載。2、油井或單井的用

9、點(diǎn)設(shè)備增加，因才可能使有功電量上升。對(duì)于第一種情況，應(yīng)該說(shuō)是省電了，或能量損耗減少了；對(duì)于第二種情況， 不能說(shuō)不是節(jié)電，應(yīng)該說(shuō)提高了供電設(shè)備的效率。也就是說(shuō)，如果不補(bǔ)償，同樣 的供電設(shè)備和線路提供不了那么多的有功功率， 現(xiàn)在補(bǔ)償后能夠提供那么多的有 功功率是設(shè)備的效率或利用率增加了，也是有很高的經(jīng)濟(jì)效益的。補(bǔ)償電容器的主要作用是通過(guò)補(bǔ)償無(wú)功來(lái)提高用電設(shè)備的功率因數(shù)，所以說(shuō)從用電部門來(lái)講不會(huì)有什么集體的不同感覺(jué)，有功電量的消耗也不會(huì)有明顯增 加，但無(wú)功的消耗一定是明顯降低的，由于供電局向工業(yè)企業(yè)供電時(shí)無(wú)功消耗也 是計(jì)費(fèi)的，著也就是說(shuō)用電企業(yè)會(huì)因無(wú)功消耗的降低而節(jié)約很大一筆開支，在許多地區(qū)，如果企

10、業(yè)能將功率因數(shù)提高到 0.9以上的，供電局會(huì)返還一定比例的電 費(fèi)作為獎(jiǎng)勵(lì)，如果你單位的功率因數(shù)較高，建議你去當(dāng)?shù)氐墓╇姴块T咨詢一下。電網(wǎng)中的許多點(diǎn)設(shè)備是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的。 它們?cè)谀芰哭D(zhuǎn)換過(guò)程中建 立交變磁場(chǎng)，在一個(gè)周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等， 這種功率叫無(wú)功功率。 電力系統(tǒng)中，不但有有功功率平衡，無(wú)功功率也要平衡。有功功率、無(wú)功功率、視在功率之間的關(guān)系如圖1所示| QS=,pLQ2S “式中-S視在功率，KVAP有功功率，KWPQ無(wú)功功率，kvar圖一©角為功率因數(shù)角，它的余弦（cos© ）是有功功率與視在功率之比即 cos© =P/S稱為功率因數(shù)。由

11、功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用電企業(yè)功率因數(shù)cos©越小，則所需的無(wú)功功率越大。如果無(wú)功功率不是由電容器提供， 則必須由輸電系 統(tǒng)供給，為滿足用電的要求，供電線路和變壓器的容量需增大。這樣，不僅增加 供電投資、降低設(shè)備利用律，也將增加線路損耗。為此，國(guó)家供用電規(guī)則規(guī)定： 無(wú)功電力應(yīng)就地平衡，用戶應(yīng)在提高用電自然功率因數(shù)的基礎(chǔ)上， 設(shè)計(jì)和裝置無(wú) 功補(bǔ)償設(shè)備，并做到隨其負(fù)荷和電壓變動(dòng)及時(shí)投入或切除， 防止無(wú)功倒送。還規(guī) 定用戶的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)， 否則供電部門可以拒絕提高功率因數(shù)， 防 止無(wú)功倒送，從而節(jié)約電能，提高運(yùn)行質(zhì)量都具有非常重要的意義。補(bǔ)償?shù)幕驹硎牵喊丫?/p>

12、有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并連接在同一 電路，能量在兩種負(fù)荷之間相互交換。 這樣，感性負(fù)荷所需要的無(wú)功功率可由容 性負(fù)荷輸出的無(wú)功功率補(bǔ)償。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外廣泛采用并聯(lián)電容器作為無(wú)功補(bǔ)償裝置。這種方法安裝方便、建 設(shè)周期短、造價(jià)低、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便、自身?yè)p耗小。采用并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕饔茫?、 提高功率因數(shù)如圖2所示圖中Q1Q2P有功功率51 補(bǔ)償前的視在功率52 補(bǔ)償后的視在功率Q1補(bǔ)償前的無(wú)功功率Q2補(bǔ)償后的無(wú)功功率© 1補(bǔ)償前的功率因數(shù)角© 2補(bǔ)償后的功率因數(shù)角由圖示中可以看出，在有功功率 P一定的前提下，無(wú)功功率補(bǔ)償以后（補(bǔ)償量Qc=Q1-Q2）,功率因數(shù)

13、角由© 1©減小到© 2,貝U cos© 2>cos© 1提高了功率因 數(shù)。2、降低輸電線路及變壓器的損耗三相電路中，功率損耗 P的計(jì)算公式為 P=3P2RU2(cos)2(kw)式中P有功功率，KWU額定電壓，KV ;R線路總電阻，？。由此可見(jiàn)，當(dāng)功率因數(shù)cos©提高以后，線路中功率損耗大大下降3、改善電壓質(zhì)量線路中電壓損失厶U的計(jì)算公式u=3pR Q.XlU(kv)4#Q1.a. - iQ2 :I圖三式中P有功功率，KW;Q無(wú)功功率， Kvar ；U額定電壓，KV ;R線路總電阻，？；X線路感抗，？。由上式可見(jiàn)，當(dāng)線路中，無(wú)

14、功功率 Q減小以后，電壓損失 U也就減小了 4、提高設(shè)備出力如圖3所示，由于有功功率P=S - cos ©，當(dāng)供電設(shè)備的視在功率S 一定時(shí), 如果功率因數(shù)cos©提高，即功率因數(shù)角由© 1到©2,則設(shè)備可以提供的有功功 率P也隨之增大到P+AP,可見(jiàn)，設(shè)備的有功出力提高了。電容器容量的選者：電容器安裝容量的選者，可根據(jù)使用目的的不同，按改善功率因數(shù)，提高運(yùn)行 電壓和降低線路損失等因素來(lái)確定。按改善功率因數(shù)確定補(bǔ)償容量的方法簡(jiǎn)便、明確，為國(guó)內(nèi)外所通用。根據(jù)功率 補(bǔ)償圖（如圖2）中功率之間的向量關(guān)系，可以求出無(wú)功補(bǔ)償容量Qc,QcQ-Q 2 = p tg3 - P -tgj = P(tg3 -tg) (kvar)-1 Q(kvar)1 _1_91(COSR)式中P最大負(fù)荷月的平均有功功率， KW ;tg© 1、tg© 2補(bǔ)償前后功率因數(shù)角的正切值；cos© 1、cos© 2補(bǔ)償前后功率因數(shù)