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無(wú)功補償原理
電網(wǎng)中的電力負荷如電動(dòng)機、變壓器等,大部分屬于感性負荷,在運行過(guò)程中需向這些設備提供相應的無(wú)功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無(wú)功補償設備以后,可以提供感性負載所消耗的無(wú)功功率,減少了電網(wǎng)電源向感性負荷提供、由線(xiàn)路輸送的無(wú)功功率,由于減少了無(wú)功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng),因此可以降低線(xiàn)路和變壓器因輸送無(wú)功功率造成的電能損耗,這就是無(wú)功補償。
無(wú)功補償原理
當電網(wǎng)電壓的波形為正弦波,且電壓與電流同相位時(shí),電阻性電氣設備如白熾燈、電熱器等從電網(wǎng)上獲得的功率P等于電壓U和電流I的乘積,即:P=U×I。
電感性電氣設備如電動(dòng)機和變壓器等由于在運行時(shí)需要建立磁場(chǎng),此時(shí)所消耗的能量不能轉化為有功功率,故被稱(chēng)為無(wú)功功率Q。此時(shí)電流滯后電壓一個(gè)角度φ。在選擇變配電設備時(shí)所根據的是視在功率S,即有功功率和無(wú)功功率的矢量和: 無(wú)功功率為:
有功功率與視在功率的比值為功率因數:
cosf=P/S
無(wú)功功率的傳輸加重了電網(wǎng)負荷,使電網(wǎng)損耗增加,系統電壓下降。故需對其進(jìn)行就近和就地補償。并聯(lián)電容器可補償或平衡電氣設備的感性無(wú)功功率。當容性無(wú)功功率QC等于感性無(wú)功功率QL時(shí),電網(wǎng)只傳輸有功功率P。根據國家有關(guān)規定,高壓用戶(hù)的功率因數應達到0.9以上,低壓用戶(hù)的功率因數應達到0.85以上。
如果選擇電容器功率為Qc,則功率因數為:
cosφ= P/ (P^2 + (QL-Qc)^2)^1/2
在實(shí)際工程中首先應根據負荷情況和供電部門(mén)的要求確定補償后所需達到的功率因數值,然后再計算電容器的安裝容量:
Qc = P(tanf1 - tanf2)=P〔(1/cos2f1-1)1/2-(1/cos2f2-1)1/2〕
式中:
Qc一電容器的安裝容量,kvar
P一系統的有功功率,kW
tanφ1--補償前的功率因數角, cosf1--補償前的功率因數
tanφ2--補償后的功率因數角, cosf2--補償后的功率因數[1]
在大系統中,無(wú)功補償還用于調整電網(wǎng)的電壓,提高電網(wǎng)的穩定性。
在小系統中,通過(guò)恰當的無(wú)功補償方法還可以調整三相不平衡電流。按照wangs定理:在相與相之間跨接的電感或者電容可以在相間轉移有功電流。因此,對于三相電流不平衡的系統,只要恰當地在各相與相之間以及各相與零線(xiàn)之間接入不同容量的電容器,不但可以將各相的功率因數均補償至接近1,而且可以使各相的有功電流達到平衡狀態(tài)?;驹?/span>
無(wú)功補償
電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分:一是有功功率;二是無(wú)功功率。直接消耗電能,把電能轉變?yōu)闄C械能、熱能、化學(xué)能或聲能,利用這些能作功,這部分功率稱(chēng)為有功功率;不消耗電能,只是把電能轉換為另一種形式的能,這種能作為電氣設備能夠作功的必備條件,并且,這種能是在電網(wǎng)中與電能進(jìn)行周期性轉換,這部分功率稱(chēng)為無(wú)功功率,如電磁元件建立磁場(chǎng)占用的電能,電容器建立電場(chǎng)所占的電能。電流在電感元件中作功時(shí),電流滯后于電壓90°;而電流在電容元件中作功時(shí),電流超前電壓90°。在同一電路中,電感電流與電容電流方向相反,互差180°。如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件,使兩者的電流相互抵消,就可以使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小。
實(shí)現方式
把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯(lián)接在同一電路,能量在兩種負荷之間相互交換。這樣,感性負荷所需要的無(wú)功功率可由容性負荷輸出的無(wú)功功率補償。
意義
⑴補償無(wú)功功率,可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數。
⑵減少發(fā)、供電設備的設計容量,減少投資,例如當功率因數cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95時(shí),裝1Kvar電容器可節省設備容量0.52KW;反之,增加0.52KW對原有設備而言,相當于增大了發(fā)、供電設備容量。因此,對新建、改建工程,應充分考慮無(wú)功補償,便可以減少設計容量,從而減少投資。
⑶降低線(xiàn)損,由公式ΔΡ%=(1-cosΦ/cosΦ)×100%得出其中cosΦ為補償后的功率因數,cosΦ為補償前的功率因數則:
cosΦ>cosΦ,所以提高功率因數后,線(xiàn)損率也下降了,減少設計容量、減少投資,增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例,以及降低線(xiàn)損都直接決定和影響著(zhù)供電企業(yè)的經(jīng)濟效益。所以,功率因數是考核經(jīng)濟效益的重要指標,規劃、實(shí)施無(wú)功補償勢在必行。
常用方式
① 集中補償:在高低壓配電線(xiàn)路中安裝并聯(lián)電容器組;
② 分組補償:在配電變壓器低壓側和用戶(hù)車(chē)間配電屏安裝并聯(lián)補償電容器;
③ 單臺電動(dòng)機就地補償:在單臺電動(dòng)機處安裝并聯(lián)電容器等。
加裝無(wú)功補償設備,不僅可使功率消耗小,功率因數提高,還可以充分挖掘設備輸送功率的潛力。
確定無(wú)功補償容量時(shí),應注意以下兩點(diǎn):
① 在輕負荷時(shí)要避免過(guò)補償,倒送無(wú)功造成功率損耗增加,也是不經(jīng)濟的。
② 功率因數越高,每千伏補償容量減少損耗的作用將變小,通常情況下,將功率因數提高到0.95就是合理補償
就三種補償方式而言,無(wú)功就地補償克服了集中補償和分組補償的缺點(diǎn),是一種較為完善的補償方式:
⑴因電容器與電動(dòng)機直接并聯(lián),同時(shí)投入或停用,可使無(wú)功不倒流,保證用戶(hù)功率因數始終處于滯后狀態(tài),既有利于用戶(hù),也有利于電網(wǎng)。
⑵有利于降低電動(dòng)機起動(dòng)電流,減少接觸器的火花,提高控制電器工作的可靠性,延長(cháng)電動(dòng)機與控制設備的使用壽命。
無(wú)功就地補償容量可以根據以下經(jīng)驗公式確定:Q≤UΙ0式中:Q---無(wú)功補償容量(kvar);U---電動(dòng)機的額定電壓(V);Ι0---電動(dòng)機空載電流(A);但是無(wú)功就地補償也有其缺點(diǎn):⑴不能全面取代高壓集中補償和低壓分組補償;眾所周之,無(wú)功補償按其安裝位置和接線(xiàn)方法可分為:高壓集中補償、低壓分組補償和低壓就地補償。其中就地補償區域最大,效果也好。但它總的電容器安裝容量比其它兩種方式要大,電容器利用率也低。高壓集中補償和低壓分組補償的電容器容量相對較小,利用率也高,且能補償變壓器自身的無(wú)功損耗。為此,這三種補償方式各有應用范圍,應結合實(shí)際確定使用場(chǎng)合,各司其職。