西北民族大學(xué)　廖俊學(xué)

前言

功率因數(shù)是指在交流電路中電壓和電流之間相位差角的余弦，在數(shù)值上，是有功功率與視在功率之比。功率因數(shù)的大小與用戶負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)。在一定有功功率條件下，用戶所需感性無功功率越大，余弦值越小，我國四分之三的電能都用于工業(yè)生產(chǎn)，若工廠供電系統(tǒng)中功率因數(shù)下降，有造成許多的不良影響，比如：（1）造成線路中有功功率和電能的大量損耗；（2）造成相關(guān)電氣設(shè)備的容量不能得以保證，增大了設(shè)備容量，不能發(fā)揮出它們本有的經(jīng)濟(jì)效益。因此，在工廠供電系統(tǒng)中無功功率的補(bǔ)償就顯得非常重要了，對(duì)于節(jié)能和經(jīng)濟(jì)性具有積極性的作用。

1.無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)

1.1　節(jié)約電能，減少電能損耗

無功補(bǔ)償存在的意義就是降低電能損耗，當(dāng)有功功率P和線路傳輸電壓U為定值時(shí)，由公式P=UIcos α，電流I和cos α成反比，當(dāng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行無功補(bǔ)償后，cos α變大，電流I減小，又因?yàn)镻S= I2R，當(dāng)電流減小時(shí)，線路上的損耗也就相應(yīng)減小了，達(dá)到了減少電能損耗的目的。同時(shí)，當(dāng)功率因數(shù)提高了以后，變壓器的供應(yīng)能力也會(huì)得到增強(qiáng)。比如：一臺(tái)變壓器的額定容量Sn為400KVA，功率因數(shù)cos α為0.6，變壓器的輸出，假設(shè)經(jīng)過無功補(bǔ)償后功率因數(shù)cos α增加到0.9，此時(shí)的，變壓器的供應(yīng)能力在原來的基礎(chǔ)上整整提升了一半，由此可見無功補(bǔ)償對(duì)于減少電能損耗具有極大的作用。

2.提高功率因數(shù)的方法

2.1　提高自然功率因數(shù)

在工廠供電系統(tǒng)中，電氣設(shè)備與儀器的選擇也是有要求的，并不是越大越好，應(yīng)當(dāng)合理的選擇和使用電氣設(shè)備，減少設(shè)備本身工作時(shí)所吸收的無功功率，這樣的方法就叫提高自然功率因數(shù)。當(dāng)電氣設(shè)備選擇的容量過大時(shí)，工作時(shí)消耗的無功功率也就越大，若此電氣設(shè)備常年不能接近或比較接近滿載運(yùn)行，則無功功率損耗較大，導(dǎo)致功率因數(shù)和設(shè)備效率都會(huì)降低，這是非常不合理且不經(jīng)濟(jì)的，所以對(duì)于電氣設(shè)備的選擇，應(yīng)盡量使設(shè)備工作時(shí)的負(fù)荷接近設(shè)備的額定容量，對(duì)于短期運(yùn)用的電氣設(shè)備可以在允許的范圍內(nèi)有一點(diǎn)的偏差，但對(duì)于長期工作的電氣設(shè)備應(yīng)采用同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)為最好。在工廠供電系統(tǒng)中，提高自然功率因數(shù)的方法是最基礎(chǔ)也是最容易的。

2.1.1自然功率因數(shù)的提高方法

(1)減少設(shè)備的空(少)載時(shí)間。

(2)盡量用小容量設(shè)備的滿載來代替大容量設(shè)備的輕載。

(3)有可能的話，用同步電動(dòng)機(jī)代替異步電動(dòng)機(jī)。因?yàn)樵谝欢l件下，轉(zhuǎn)子電流調(diào)大，同步電動(dòng)機(jī)顯容性。

2.2　采取人工補(bǔ)償方法提高功率因數(shù)

由于送、配電線路和變壓器傳輸無功功率也會(huì)造成電能損耗和電壓損耗，使設(shè)備的使用效率降低。因此，除了采用提高自然功率因數(shù)的方法外，還應(yīng)用人工補(bǔ)償?shù)姆绞綄?duì)無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。在工廠供電系統(tǒng)中，電容器是使用的最多和使用的最廣泛的一種補(bǔ)償方法。通常，采用電容器并聯(lián)的方式來補(bǔ)償無功功率以達(dá)到提高功率因數(shù)的目的。

2.2.1電容器補(bǔ)償?shù)木唧w實(shí)施過程和方法

因?yàn)樵诮涣麟娐分校冸娮柝?fù)載的電流IR與電壓U是同相位的，純電感負(fù)載的電流IL是滯后于電壓90度的，而純電容負(fù)載的電流IC是超前于電壓90度的，又由于在工廠供電系統(tǒng)中，絕大部分設(shè)備都是顯感性的，所以導(dǎo)致總的電流I是滯后于電壓一定角度的，功率因數(shù)值相對(duì)偏低，供電效率低下，所以在實(shí)際生產(chǎn)中，通常采用下圖的方法。

如圖，在負(fù)載兩端并聯(lián)上電容器，因?yàn)殡娙葜械碾娏髋c電感中的電流相位相差180度，因此，它們可以互相抵消，則流過電容器的電流IC會(huì)抵消一部分電感電流IL，從而使電感電流減小，使總的電流也減小，但總電流I與電壓U之間的夾角會(huì)減小，從而使功率因數(shù)cos α提高，因此，只要電容選的合適，可以實(shí)現(xiàn)電容電流IC恰好把電感電流IL抵消完，使總的電流I顯阻性，此時(shí)，功率因數(shù)cos α最大且等于1。電容器補(bǔ)償法在工廠供電系統(tǒng)中被普遍用到，它提高了功率因數(shù)cos α，減少了供電損耗，提高了供電效率。

I——總電流

U——電壓

IL——流過電感的電流

IC——流過電容的電流

IR——流過電阻的電流

2.2.2電容器補(bǔ)償?shù)木唧w所需容量及設(shè)備臺(tái)數(shù)

P——有功功率

2.2.3電容器的補(bǔ)償方式

為了提高用戶補(bǔ)償裝置的經(jīng)濟(jì)效益，減少無功功率的輸送，所以在工廠供電系統(tǒng)中，通常補(bǔ)償方式有高壓集中補(bǔ)償，低壓成組補(bǔ)償和低壓個(gè)別補(bǔ)償三種。

（1）集中補(bǔ)償

在一些大型工廠里，將電容器組接在變電所6kv～10kv的高壓母線上，根據(jù)變電所總的無功功率來選擇電容器組的容量，這種補(bǔ)償方式的電容利用率很高，能夠減少工廠供電系統(tǒng)、用戶和輸電線這三方的無功功率，保證了供電的高效經(jīng)濟(jì)性。

（2）成組補(bǔ)償

成組補(bǔ)償既是將電容分別安裝在工廠供電車間的低壓配電盤的母線上，這種方法在中小型工廠中被廣泛應(yīng)用，因?yàn)樗哂芯S修方便，效益經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。

（3）分個(gè)補(bǔ)償

分個(gè)補(bǔ)償就是將電容直接安裝在負(fù)載兩邊，雖然這種補(bǔ)償方式的補(bǔ)償效果很好，但是并不經(jīng)濟(jì)，在每一個(gè)設(shè)備旁都安裝電容，會(huì)導(dǎo)致總投資非常大且電容的利用率很低，所以這種方式在工廠中并沒有普遍使用，只有在一些特殊場(chǎng)合下有采用它。

3.結(jié)論

綜上所述，工廠供電系統(tǒng)中無功補(bǔ)償技術(shù)的產(chǎn)生和運(yùn)用，有效的推動(dòng)了供電技術(shù)的發(fā)展，為人類能更方便、更經(jīng)濟(jì)、更安全的用電帶來了科技動(dòng)力，如今，工廠供電的無功補(bǔ)償技術(shù)更加成熟化、智能化和多元化且無功補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的用電需求。在本文中首先對(duì)無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)進(jìn)行了闡述，分析了提高功率因數(shù)的方法和具體實(shí)施的過程以及能實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)脑淼确矫?/p>

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