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1、 企業(yè)無(wú)功補(bǔ)償 內(nèi)容提要： 介紹功率因數(shù)的概念、計(jì)算方法、影響功率因數(shù)的 因素及提高功率因數(shù)的效益的措施，同時(shí)對(duì)提高功率因 數(shù)的方法和無(wú)功功率的人工補(bǔ)償作了介紹。 5.1 功率因數(shù)的基本知識(shí) 教學(xué)要求 掌握功率因數(shù)的基本概念及其分類(lèi)，了解企業(yè)功率因 數(shù)的影響因素及提高功率因數(shù)的效益。 一 功率因數(shù)的基本概念 1、有功功率與無(wú)功功率 電網(wǎng)需要電源供給 2部分能量，一部分用于做功而被消 耗掉，這部分電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、熱能、化學(xué)能和光能， 稱(chēng)為 有功功率 ； 另一部分能量是用來(lái)建立交變磁場(chǎng)，并不對(duì)外部電路 做功，它由電能轉(zhuǎn)換為磁能，再由磁能轉(zhuǎn)換為電能，這樣
2、反復(fù)交換的功率稱(chēng)為 無(wú)功功率 。 2、感性無(wú)功功率和容性無(wú)功功率 感性無(wú)功功率 ：磁場(chǎng)所具有的磁場(chǎng)能是由電源供給的， 電動(dòng)機(jī)、變壓器在能量轉(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，這種功率稱(chēng)為 感性無(wú)功功率。 容性無(wú)功功率 ：電容器在交流電網(wǎng)中接通時(shí)，在一個(gè) 周期內(nèi)，上半周期的充電功率和下半周期的放電功率相 等，不消耗能量，這種充放電功率叫容性無(wú)功功率。 3、 視在功率 交流電路中，有功功率和無(wú)功功率構(gòu)成視在功率。 關(guān)系如圖： 電壓和電流向量關(guān)系 U I 功率三角形 S Q P 由功率三角形可知： 22 QPS 2 1 1
3、P QS PC O S 公式中： S 視在功率 KVA P 有功功率 KW Q 無(wú)功功率 KVar COS 功率因數(shù) 功率因數(shù)角 4、功率因數(shù)及功率因數(shù)角 電流和電壓之間的相位差用 表示，稱(chēng)為功率因數(shù)角。 它的余弦 COS 表示有功功率與視在功率之比，稱(chēng)為 功率因數(shù)。 二、 功率因數(shù)測(cè)量的計(jì)算 COS 隨著用電負(fù)荷的變化和電壓波動(dòng)而變化，這對(duì)功率 的測(cè)量和計(jì)算十分重要。 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)的高等主要取決于用電設(shè)備的負(fù)荷特性 . 2 瞬時(shí)功率因數(shù) 指某一瞬間由功率因數(shù)
4、表讀出的功率因數(shù)值，也可 根據(jù)電壓表、電流表和有功功率表在同一時(shí)間的讀 數(shù)經(jīng)過(guò)計(jì)算確定。 瞬時(shí)功率因數(shù)的影響因素： 用電設(shè)備的類(lèi)型 負(fù)荷的大小 電壓的高低 3 加權(quán)平均功率因數(shù) （ 1）定義：指企業(yè)在一定時(shí)間段（一個(gè)工作班、一周 或者一個(gè)月等）內(nèi)功率因數(shù)的加權(quán)平均值。 （ 2）企業(yè)考核 ：以一個(gè)月加權(quán)平均功率因數(shù)進(jìn)行 它通過(guò)企業(yè)一個(gè)月內(nèi)消耗的實(shí)用有功電量和無(wú)功電量 計(jì)算而得到。 2 1 1 P QS P C O S (3) 注意 ：供電部門(mén)每月定時(shí)來(lái)企業(yè)考核月加權(quán)平均功 率因數(shù)的大小，再與國(guó)家規(guī)定的平均功率因數(shù)值比較， 從而決定企業(yè)所交納電費(fèi)是獎(jiǎng)勵(lì)還是
5、懲罰，并采取相應(yīng) 的措施，以利于節(jié)約用電。 三 影響功率因數(shù)的因素 電感性用電設(shè)備配套不合適或者不合理，造成用 電設(shè)備長(zhǎng)期輕載或者空載運(yùn)行，使無(wú)功功率的消 耗量增大； 大量采用電感性用電設(shè)備，（如異步電動(dòng)機(jī)、交 流電焊機(jī)、感應(yīng)電爐等）而消耗大量的無(wú)功功率； 變壓器的負(fù)荷率和年利用小時(shí)數(shù)過(guò)低，造成過(guò)多 的消耗無(wú)功功率； 線路中的無(wú)功功率損耗； 無(wú)功功率補(bǔ)償裝臵的容量不足，企業(yè)用電設(shè)備所 消耗的無(wú)功功率主要靠發(fā)電機(jī)供給，致使輸變電 設(shè)備的無(wú)功功率消耗量大。 四 提高功率因數(shù)的效益 提高設(shè)備有功出力； 降低功率損耗和電能損失； 減少電力設(shè)備的投資； 減少電壓損失，改善
6、電壓質(zhì)量； 5.2 提高功率因數(shù)的方法 教學(xué)要求 掌握提高功率因數(shù)的方法，包括提高自然功率因數(shù)和 人工補(bǔ)償。 一 提高自然功率因數(shù) 定義 ：指不用任何補(bǔ)償設(shè)備，采用降低各種用電設(shè)備所需 的無(wú)功功率來(lái)提高功率因數(shù)的方法。 具體方法 合理的選擇使用電動(dòng)機(jī)； 適當(dāng)降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電壓； 安裝空載自動(dòng)斷電裝臵； 提高電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量； 合理選擇使用變壓器； 調(diào)整工藝過(guò)程，改善設(shè)備運(yùn)行制度； 停運(yùn)空載變壓器； 調(diào)整負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)均衡用電。 二 無(wú)功補(bǔ)償 根據(jù) 供電營(yíng)業(yè)規(guī)則 對(duì)功率因數(shù)的要求，僅僅依靠 提高自然功率因數(shù)的方法是不能滿足的，用電單位還 需要裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)
7、償裝臵，對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行人工補(bǔ)償。 5.3 無(wú)功功率的人工補(bǔ)償 教學(xué)要求 掌握電容器補(bǔ)償無(wú)功功率的原理、原則、方式及其補(bǔ)償容 量的確定。了解并聯(lián)電容器的接線方式及電容器組的投切 控制。 一 電容器補(bǔ)償無(wú)功功率原理 工礦企業(yè)的用電設(shè)備大部分是電感性的，這 使得線路電流滯后于線路電壓一個(gè)角度 如圖所示 電容器補(bǔ)償無(wú)功功率原理圖 c I U a I I I r I r I 二 電容器補(bǔ)償容量的確定 用電容器提高功率因數(shù)可獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。但是，電 容性負(fù)荷過(guò)大，會(huì)引起電壓的升高，帶來(lái)不良影響。所以 ，應(yīng)適當(dāng)選擇電容器的安裝容量，通常電容器的補(bǔ)償容量 按下式確
8、定： c a v 1 2Q = P t g - t g cQ avP 12tg , tg 所需的補(bǔ)償容量 kw 年中最大負(fù)荷月份的平均有功負(fù)荷， kw 補(bǔ)償前后平均功率因數(shù)的正切值 三 無(wú)功功率補(bǔ)償原則與電容器補(bǔ)償方式 為了提高企業(yè)無(wú)功功率補(bǔ)償裝臵的經(jīng)濟(jì)效益，減少無(wú) 功功率的流動(dòng)，應(yīng)盡量就地補(bǔ)償，就地平衡，這就是無(wú) 功補(bǔ)償?shù)脑瓌t。 并聯(lián)電容器的補(bǔ)償方式一般分別個(gè)別補(bǔ)償、分組補(bǔ)償 和集中補(bǔ)償三種。 1 個(gè)別補(bǔ)償 廣泛應(yīng)用于低壓 網(wǎng)絡(luò)。它將電容器直 接接在用電設(shè)備附近 ，一般和用電設(shè)備和 用一套開(kāi)關(guān)。 M 個(gè) 別 補(bǔ) 償 法 個(gè)別補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是補(bǔ)償效果好，缺點(diǎn)是電容器
9、利用 率低。當(dāng)連續(xù)運(yùn)行的用電設(shè)備所需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率 容量較大時(shí)，采用個(gè)別補(bǔ)償最為合適。 2 分布補(bǔ)償 這樣配電變壓器及變電所至車(chē)間的線路都可以得到 補(bǔ)償效果。分組補(bǔ)償時(shí)的電容器組利用率比個(gè)別補(bǔ)償時(shí) 高，所需容量比個(gè)別補(bǔ)償少。 分 組 補(bǔ) 償 法 M M 3 集中補(bǔ)償 這種補(bǔ)償方式的電容器組，利用率較高，但不能減少 用戶(hù)內(nèi)部配電網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功負(fù)荷所引起的損耗。 集 中 補(bǔ) 償 法 四 并聯(lián)電容器的接線方式 1 三角形接線 在 10kv的配電網(wǎng)中，當(dāng)并聯(lián)電容器的額定電壓為 10.5kv 或 11kv時(shí)，應(yīng)采用三角形接線并聯(lián)在配電網(wǎng)上，式并聯(lián) 電容器得到充分利用。 C1 C2 C
10、3 U V W 并 聯(lián) 電 容 器 的 三 角 形 接 線 方 式 優(yōu)點(diǎn)：采用三角形接線的補(bǔ)償容量為采用星形接線的 補(bǔ)償熔煉的 3倍，充分發(fā)揮了它的補(bǔ)償效果，是最經(jīng) 濟(jì)合理的。另外，當(dāng)三角形接線中的任意性并聯(lián)電容 器斷線時(shí)，三相配電線路仍能得到補(bǔ)償。 缺點(diǎn)：并聯(lián)電容器直接承受配電網(wǎng)的線電壓。當(dāng)任何 一個(gè)并聯(lián)電容器因故障被擊穿而發(fā)生短路故障時(shí)，便 形成兩相短路，通過(guò)故障點(diǎn)的電流為相間短路電路， 回路電流非常大，可能導(dǎo)致并聯(lián)電容器油箱爆炸，威 脅配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。 適用范圍：短路容量較小的工礦企業(yè)用戶(hù)、變電所和 配電線路中。 2 星形接線 在 10kv配電網(wǎng)中，如果并聯(lián)電容器的額定電壓為
11、6.3kv時(shí)， 采用星形接線。如圖所示。 C 1 C 2 C 3 U V W 星 形 接 線 方 式 （ 1）優(yōu)點(diǎn)：采用星形接線的并聯(lián)電容器承受的是相電壓， 所以當(dāng)一臺(tái)電容器被擊穿而短路時(shí)，通過(guò)故障點(diǎn)的電 流 是額定相電流的 3倍，運(yùn)行較安全。另外，星形接線的一 相被擊穿時(shí)，單臺(tái)保護(hù)熔斷絲使故障電容器斷開(kāi)后，不 易造成相間短路，使其余電容器繼續(xù)運(yùn)行，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ) 償。 （ 2）缺點(diǎn)：當(dāng)一項(xiàng)并聯(lián)電容器斷線時(shí)，會(huì)造成該相失去 補(bǔ)償，引起三相不平衡。 五 電容器組投切控制 1.電容器補(bǔ)償?shù)墓潭ㄍ肚信c自動(dòng)投切比較 電容器的固定投切方式?jīng)]有根據(jù)功率因數(shù)的變化而變化，容易造 成補(bǔ)償裝臵欠補(bǔ)或者過(guò)補(bǔ)
12、。為了克服高峰負(fù)荷時(shí)的欠補(bǔ)償，就必須 多裝設(shè)補(bǔ)償容量，這不僅增加投資，而且由于增大了補(bǔ)償容量，在 低谷負(fù)荷時(shí)必然產(chǎn)生過(guò)補(bǔ)償，結(jié)果將造成企業(yè)用電互相配電系統(tǒng)倒 送無(wú)功功率，產(chǎn)生過(guò)電壓，破壞供電質(zhì)量，也威脅并聯(lián)電容器和用 電設(shè)備的安全運(yùn)行。若將補(bǔ)償容量裝設(shè)在低負(fù)荷時(shí)，則到高峰時(shí)就 會(huì)出現(xiàn)補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率不足，達(dá)不到補(bǔ)償?shù)男Ч? 采用無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償，就可以根據(jù)配電系統(tǒng)中無(wú)功負(fù)荷的大小， 自動(dòng)及時(shí)的投切無(wú)功功率補(bǔ)償容量，克服了上述欠補(bǔ)償或者過(guò)補(bǔ)償 所引起的不良后果?？梢杂行У靥岣吖β室驍?shù)，降低線損，保證電 能質(zhì)量。 2. 并聯(lián)電容器投切的自動(dòng)控制方式 高壓并聯(lián)電容器投切的自動(dòng)控制方式 低壓并聯(lián)電容器投切的自動(dòng)控制方式 時(shí)間型自動(dòng)控制方式 功率因數(shù)性自動(dòng)控制方式 高壓型自動(dòng)控制方式 電流型自動(dòng)控制方式 程序控制方式 無(wú)功功率自動(dòng)控制方式 綜合性控制方式
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