鐘承堯，陳巧嬋

（1.海南師范大學 物理與電子工程學院，海南 ?？?571158；2.那大二中，海南 儋州 571700）

補償電容對電度表計量影響的實驗分析

鐘承堯1，陳巧嬋2

（1.海南師范大學 物理與電子工程學院，海南 ?？?571158；2.那大二中，海南 儋州 571700）

通過對無功電容補償原理和電度表工作原理的分析表明，無功補償電容接在電度表前其計量值大；接在電度表后其計量值小.并通過實驗數(shù)據(jù)驗證了理論分析的結果.

電度表；計量；補償電容；無功功率

隨著科技的進步，無功功率補償在電力系統(tǒng)中的應用日趨廣泛.無功功率補償主要有高壓集中補償、低壓集中補償、低壓就地補償三種方式[1].三種補償方式的電容器安裝位置不同，補償效果也不同，給電力系統(tǒng)帶來的經(jīng)濟效益也不同.在日常生活中，電度表是衡量用戶用電多少的量度.補嘗電容的加入，對其計量的影響不容忽視.根據(jù)電容補償?shù)脑韀2]，通過實驗驗證，分析電容器接在電度表前和后，對電度表計量的影響.

1 基本原理

日常生活中所使用的電動機、日光燈等負載，大多是感性負載，需要電源提供較大的電感性無功功率才能工作，占用了電源的資源，降低了電源的帶載能力.常用并聯(lián)電容的方式進行無功功率補償，以此來提高功率因數(shù)，提高電源的利用率.無功功率的補償點不同，對電網(wǎng)的補償效果不同.電度表前，電度表后是兩個不同的補償點，對電度表的計量也會產(chǎn)生不同的影響.

1.1 補償電容接在電度表前的影響

電度表是電能計量和生產(chǎn)經(jīng)濟核算的重要量具[3].從變壓器輸出的電能經(jīng)過電度表供給負載，負載不同，線路中的電流不同，電度表中鋁盤轉(zhuǎn)動速度不一樣.若在電度表前并聯(lián)一電容器組進行無功功率補償[4]，則補償電容減少了負載與電源之間的無功功率交換，可以降低線路中電流，進而減少了電壓損耗.

在線路末端裝設補償容量QC后，線路電壓損失減少值可近似按（1）式[5]求得：

從補償原理來分析，電源端電壓為U?，流過電度表的負載電流為 I?1，其滯后電源電壓相位角為φ.通過電容器的電流為 I?c，它超前電源電壓90°.并聯(lián)點以前的電流 I?是 I?1與 I?c的相量和，見圖1.

由相量圖可知，并聯(lián)補償電容后，線路中的總電流I?減少，端電壓會稍有增大，感性負載的電流I?1會稍微增大.

此時通過電度表的電流仍為I?1而不是主線路中實際的 I?(I?1)＞I?.則通過電壓線圈和電流線圈產(chǎn)生的交變磁通稍大，電度表轉(zhuǎn)速大，計量值相應的會稍大.

也就是說，在電度表前并聯(lián)補償電容將使電度表計量的電能值比用戶實際使用的大些.這種補償方式對用戶而言，是不合算的.

1.2 補償電容接在電度表后的影響

補償電容接在電度表之后，也就是對負載的集中補償.根據(jù)補償原理，可知補償點以前電流減少，即由電壓線圈和電流線圈產(chǎn)生的交變磁通減小，電度表中鋁盤轉(zhuǎn)速相應變慢，計量值相應變小.

根據(jù)三相交流輸電線中能量損耗方程式[6]：

在輸電線路中電能損耗的大小與用戶的用電負載，電壓和功率因數(shù)有關，即：線路的有功電能損耗與負荷的平方成正比；與電阻及使用時間成正比；與電壓平方和功率因數(shù)平方成反比.而用電負荷P，線路電阻R及使用時間一般不變.因此，線路損耗與功率因數(shù)和電壓平方成反比.

若負載的有功電量為P，并聯(lián)前功率因數(shù)為cosφ1，并聯(lián)后功率因數(shù)為cosφ2，線路損耗占總用電量的比例為a%.則其經(jīng)濟效益為：

在負載上并聯(lián)了補償電容以后，減少了電源與負載之間的無功功率交換，這時電感性負載所需的無功功率大部分或全部都是就地供給（電容器供給），就是說無功功率的交換主要或全部發(fā)生在感性負載和電容器之間.這樣，電源供給的無功功率減少，線路中的電流相應減小，電度表所計量的值也會相應的減少.

2 實驗分析

2.1 實驗電路

在基本原理中，提到了通過電度表的電流、負載功率、耗電量.為了驗證理論的正確，對這三個量進行測量.用交流電流表測量通過電度表的電流，用功率表計量負載功率，電度表計量耗電量多少.本實驗的研究對象是三相異步電動機，其功率為250 W頻率為50 Hz，額定電壓為380 V，額定電流為0.85 A，電動機空載時的功率因數(shù)低，且為感性電路，因此，可以用補償電容提高其功率因數(shù).實驗過程中，并聯(lián)一功率為180 W異步電動機，增大負載，以便更清楚的觀察功率表、電流表的變化.

實驗過程中采用二功率表測量法測量負載功率.D34—W型低功率因數(shù)瓦特表測量的功率：P=Cα

式中：P—功率，單位瓦特；

C—儀表常數(shù)即刻度每格所代表之瓦特；

α—儀表偏轉(zhuǎn)后指示格數(shù).

三相電路負載功率為二表功率之和：P=P1+P2.實驗測量電路示意圖見圖2.

由補償電容量確定公式[7]：

其中P為三相功率，U為每相電容所加電壓，φ1為電動機原功率因數(shù)角，φ2為補償后電動機功率因數(shù)角，ω為電動機的角速度.補償電容后，電動機的功率因數(shù)一般為0.9，經(jīng)計算得出C為9.9μF.實驗中采用實驗室現(xiàn)有的4.0μF/250V的電容器串聯(lián)變成2.0μF進行無功功率補償.由于負載小，三相電度表顯示結果不易于比較，采用功率表來測量后推算出電度表的計量結果.

2.2 實驗結果與分析

實驗數(shù)據(jù)見表1和表2.

表1 負載為250W空載電動機的實驗數(shù)據(jù)Tab.1The experimental data when motor's load is 250W

并聯(lián)2.0μF的電容進行無功補償，功率因數(shù)并未提高到0.9，但由表中數(shù)據(jù)可見，補償電容接在功率表前，流過功率表的電流值大，功率表的讀數(shù)大；補償電容接在功率表后，流過功率表的電流值小，功率表的讀數(shù)小.

表2 負載為250W電動機與180W的電動機并聯(lián)的實驗數(shù)據(jù)Tab.2The experimental data when motor of 250W load and the other of 180W load is in parallel connection

雖然補償電容接在電度表前后功率表的讀數(shù)只相差幾瓦，但實驗中所接負載較小，再者隨著時間的推移，電度表計量的差別將會是非常的明顯的.從對三相電流的測量結果分析可得：在電度表前并聯(lián)電容，通過功率表的電流大；在電度表后并聯(lián)電容，通過功率表的電流小.在補償電容不變的條件下，增大其負載，電流的變化量增大.由此類推：功率越大，電流差值越大，電度表計量的差值也越大；補償電容增大，功率因數(shù)相應提高，功率表計量的差值也增大，電度表計量的差值也會隨著增大.

實驗過程中，負載功率較小.企業(yè)、家庭所使用的電器設備功率遠大于實驗中所用的電動機，因電容器補償點的不同而導致的電度表計量的差值也會更大.

由于電壓有所波動，實驗過程中不同時刻，電壓值不同，導致實驗結果存在一定的誤差，所取值均為平均值.但從所取數(shù)據(jù)來看，在誤差范圍內(nèi)，實驗結果也能說明問題.

3 小結

經(jīng)過理論計算和實驗驗證說明，補償電容器接在電度表前，電度表計量值大；補償電容器接在電度表后，電度表計量值小.因此，用戶在進行無功功率補償時，對補償點的選擇應考慮補償電容對電度表計量值的影響.補償電容接在電度表前，用戶所支付的電費多；補償電容接在電度表后，用戶所支付的電費少.

[1]岑毅南,趙秀臣.關于煤礦無功就地補償方式的節(jié)能分析[J].電工技術,1998(7):5-7.

[2]黎江.電力用戶提高功率因數(shù)效益分析[J].山西建筑,2007,33(28):220-221.

[3]王金波.電度表接線的新檢查方法[J].電力建設,2003,24(10):34-36.

[4]楊云龍,王鳳清.配電配電變壓器三相不平衡運行帶來的附加損耗、電壓偏差及補償方法[J].電網(wǎng)技術,2004,28(8):73-76.

[5]秦曾煌.電工學[M].北京:高等教育出版社,2003.

[6]彭鳳生.關于若干節(jié)電措施的探討[J].現(xiàn)代節(jié)能,1988(1):12-16.

[7]張良程.采用電容補償降低多組電表共用PT的計量誤差[J].福建建筑,2007,108(6):68-70.

Experimental Analysis of Compensation Capacitor’s Effect on Watt-hour Meter Measure

ZHONG Chengyao1，CHEN Qiaochan2
（1.College of Physics and Electronic Engineering，Hainan Normal University，Haikou571158，China；2.Nada No.2 Middle School，Danzhou571700，China）

In the article,the analysis of the idle capacitor compensation principle and watt-hour meter’s working theo?ry indicated that,the measured value of the watt-hour meter would be larger when the reactive power compensation ca?pacitor was placed in front of it,and would be lesser when the capacitor was placed behind.The result of theory analysis was verified by experimental data.

watt-hour meter；measure；compensation capacitor；reactive power

TM 531

A

1674-4942（2011）02-0163-03

2011-02-25

黃 瀾