無功補(bǔ)償功率節(jié)電原理

1、無功補(bǔ)償功率節(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?。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備，要建立磁場(chǎng)，就要消耗無功功率。比如4

2、0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）來發(fā)光外，還需80乏左右的無功功率供鎮(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“無功”。無功功率的符號(hào)用Q表示，單位為乏（Var）或千乏（kVar）。 無功功率決不是無用功率，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用功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，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，沒有無功功率，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。為了形象地說明問題，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功率，挑空竹筐就好比是無功功

3、率，竹筐并不是沒用，沒有竹筐泥土怎么運(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功功率。如果電網(wǎng)中的無功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場(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功功率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了負(fù)荷的需要

4、，所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一些無功補(bǔ)償裝置來補(bǔ)充無功功率，以保證用戶對(duì)無功功率的需要，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= Q=UIcos S=UI cos=P/S 式中cos功率因數(shù)； P有功功率，kw； Q無功功率，kVar； S視在功率，kv，A。 U用

5、電設(shè)備的額定電壓，V。 I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)備沒有安裝無功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)的功率因數(shù)，或者說用電設(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

6、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)行無功補(bǔ)償，如圖2所示。 1. 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

7、是節(jié)電了還是耗電增加了？無功補(bǔ)償見到效果，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。線圈消耗感性無功（即常稱為滯后無功），電容則消耗容性無功（即常稱為超前無功）。 無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)（感性無功）或電場(chǎng)（容性無功）的形式儲(chǔ)存起來，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)。 雖然無功不消耗電能，但是要儲(chǔ)存電功率就必須通過增加電流來實(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

8、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：油井使用電容補(bǔ)償器后，無功功率和視在功率下降確實(shí)很明顯，但是為什么有功功率和單井有功電量都上升了？其實(shí)，若油井或單井設(shè)備的工作量沒有增加，有功功率和單井有功電量都不會(huì)上升。 你說的情況可能是：1、無功功率占視在功率的比重上升了，或者說功率因數(shù)上升了?；蛘哒f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)該說是省電了，或能量損耗減少了；對(duì)于第二種情況，不能說不是節(jié)電，應(yīng)該說提高了供電設(shè)備的效率。也就是說，如果不補(bǔ)償，

9、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補(bǔ)償無功來提高用電設(shè)備的功率因數(shù)，所以說從用電部門來講不會(huì)有什么集體的不同感覺，有功電量的消耗也不會(huì)有明顯增加，但無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)無功消耗也是計(jì)費(fèi)的，著也就是說用電企業(yè)會(huì)因無功消耗的降低而節(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

10、在能量轉(zhuǎn)換過程中建立交變磁場(chǎng)，在一個(gè)周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等，這種功率叫無功功率。電力系統(tǒng)中，不但有有功功率平衡，無功功率也要平衡。 有功功率、無功功率、視在功率之間的關(guān)系如圖1所示 QS= S式中S視在功率，KVA P有功功率，KW PQ無功功率，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，則所需的無功功率越大。如果無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

11、將增加線路損耗。為此，國(guó)家供用電規(guī)則規(guī)定：無功電力應(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硎牵喊丫哂腥菪怨β守?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)荷所需要的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率補(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、自身損耗小。 采用并

12、聯(lián)電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)闹饕饔茫? 1. 提高功率因數(shù) 如圖2所示? 圖中 P有功功率 S1補(bǔ)償前的視在功率 S1 S2Q2 S2補(bǔ)償后的視在功率 Q1補(bǔ)償前的無功功率 2 1 Q2補(bǔ)償后的無功功率 P 1補(bǔ)償前的功率因數(shù)角 圖二 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，無功功率補(bǔ)償以后（補(bǔ)償量Qc=Q1-Q2），功率因數(shù)角由1減小到2，則cos2cos1提高了功率因數(shù)。 1. 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 1. P=3 式中P有功功率，KWU額定電壓，KV； R線路總電阻，?。 由此可見，當(dāng)功率因數(shù)cos提高以后，線路中功

13、率損耗大大下降。 1. 改善電壓質(zhì)量 線路中電壓損失U的計(jì)算公式 U=3 Q1 S1 式中P有功功率，KW； S2 Q無功功率，Kvar； Q2 U額定電壓，KV； 21R線路總電阻，； P 圖三X 線路感抗，?。 由上式可見，當(dāng)線路中，無功功率Q減小以后，電壓損失U也就減小了。 1. 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+P，可見，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，可以求出無功補(bǔ)償容量 Qc, (kvar)或 (kvar)式中P最大負(fù)荷月的平均有功功率，KW； tg1、tg2補(bǔ)償前后功率因數(shù)角的正切值； cos1、cos2補(bǔ)償前后功率因數(shù)值。 可利用查表法，查出每1