5 第五章无功功率的人工补偿

3、 视在功率
交流电路中，有功功率和无功功率构成视在功率。 关系如图：

U
S
Q

I
P
功率三角形
电压和电流向量关系
由功率三角形可知：
公式中：
S
S P2 Q2
P COS S 1 Q 1 P
2
P
Q
COS

4、功率因数及功率因数角 电流和电压之间的相位差用 表示，称为功率因数角。 它的余弦
企业无功补偿
内容提要：
介绍功率因数的概念、计算方法、影响功率因数的 因素及提高功率因数的效益的措施，同时对提高功率因 数的方法和无功功率的人工补偿作了介绍。
§5.1 功率因数的基本知识 教学要求
掌握功率因数的基本概念及其分类，了解企业功率因 数的影响因素及提高功率因数的效益。
一 功率因数的基本概念
二 无功补偿
根据《供电营业规则》对功率因数的要求，仅仅依靠 提高自然功率因数的方法是不能满足的，用电单位还 需要装设无功补偿装臵，对功率因数进行人工补偿。
§5.3 无功功率的人工补偿
教学要求
掌握电容器补偿无功功率的原理、原则、方式及其补偿容 量的确定。解并联电容器的接线方式及电容器组的投切 控制。
M
M 分组补偿法
3 集中补偿 将电容器组接在变电所或配电所的高压或低压母线上 ，这种补偿方式的电容器组，利用率较高，但不能减少用 户内部配电网络的无功负荷所引起的损耗。
集中补偿法
四 电容器组投切控制 1.电容器补偿的固定投切与自动投切比较
电容器的固定投切方式没有根据功率因数的变化而变化，容易造 成补偿装臵欠补或者过补。为了克服高峰负荷时的欠补偿，就必须 多装设补偿容量，这不仅增加投资，而且由于增大了补偿容量，在 低谷负荷时必然产生过补偿，结果将造成企业用电互相配电系统倒 送无功功率，产生过电压，破坏供电质量，也威胁并联电容器和用 电设备的安全运行。若将补偿容量装设在低负荷时，则到高峰时就 会出现补偿的无功功率不足，达不到补偿的效果。 采用无功功率自动补偿，就可以根据配电系统中无功负荷的大小， 自动及时的投切无功功率补偿容量，克服了上述欠补偿或者过补偿 所引起的不良后果。可以有效地提高功率因数，降低线损，保证电 能质量。
1 个别补偿
广泛应用于低压 网络。它将电容器直 接接在用电设备附近 ，一般和用电设备合 用一套开关。
M 个别补偿法
个别补偿的优点是补偿效果好，缺点是电容器利用
率低。当连续运行的用电设备所需补偿的无功功率 容量较大时，采用个别补偿最为合适。
2 分组补偿
将电容器组分别安装在各车间配电盘的母线上，这样 配电变压器及变电所至车间的线路都可以得到补偿效果 。分组补偿时的电容器组利用率比个别补偿时高，所需 容量比个别补偿少。
Qc =Pav tg1 -tg2
Qc ：所需的补偿容量，kvar
Pav ：一年中最大负荷月份的平均有功负荷，kw
tg1 , tg2 ：补偿前后平均功率因数的正切值
三 无功功率补偿原则与电容器补偿方式
为了提高企业无功功率补偿装臵的经济效益，减少无 功功率的流动，应尽量就地补偿，就地平衡，这就是无 功补偿的原则。 并联电容器的补偿方式一般分别个别补偿、分组补偿 和集中补偿三种。
1、有功功率与无功功率
电网需要电源供给2部分能量，一部分用于做功而被消 耗掉，这部分电能转换成机械能、热能、化学能和光能， 称为有功功率； 另一部分能量是用来建立交变磁场，并不对外部电路 做功，它由电能转换为磁能，再由磁能转换为电能，这样 反复交换的功率称为无功功率。
2、感性无功功率和容性无功功率
感性无功功率：磁场所具有的磁场能是由电源供给的，
电动机、变压器在能量转换过程中建立交变磁场，在一 个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率称为 感性无功功率。 容性无功功率：电容器在交流电网中接通时，在一个
周期内，上半周期的充电功率和下半周期的放电功率相 等，不消耗能量，这种充放电功率叫容性无功功率。
COS
WP W W
2 P 2 Q

1 WQ 1 WP
2
(3) 注意：供电部门每月定时来企业考核月加权平均功 率因数的大小，再与国家规定的平均功率因数值比较， 从而决定企业所交纳电费是奖励还是惩罚，并采取相应 的措施，以利于节约用电。
三 影响功率因数的因素
① 电感性用电设备配套不合适或者不合理，造成用 电设备长期轻载或者空载运行，使无功功率的消 耗量增大；异步电动机空载时消耗的无功功率约 占电动机总无功消耗的60%-70%。 ② 大量采用电感性用电设备，（如异步电动机、交 流电焊机、感应电炉等）而消耗大量的无功功率； 异步电动机无功功率消耗约占60%-70%。 ③ 变压器的负荷率和年利用小时数过低，造成过多 的消耗无功功率；正常工况无功消耗为额定容量 的11%-14%，空载时为1/3。
降低功率损耗和电能损失； 减少电力设备的的安装容量，节省投资； 减少电压损失，改善电压质量；
§5.2 提高功率因数的方法
教学要求
掌握提高功率因数的方法，包括提高自然功率因数和 人工补偿。
一 提高自然功率因数 定义：指不用任何补偿设备，采用降低各种用电设备所需 的无功功率来提高功率因数的方法。 具体方法 合理的选择使用电动机； 适当降低电动机运行电压； 安装空载自动断电装臵； 提高电动机的检修质量； 合理选择使用变压器； 调整工艺过程，改善设备运行制度； 停运空载变压器； 调整负荷，实现均衡用电。
X 0 0.411 / km ,所带负荷200+j150KVA，在线路末端补偿
QC 100k var ，求线路损耗和电压降。
COS
自然功率因数的高等主要取决于用电设备的负荷特性. 2 瞬时功率因数 指某一瞬间由功率因数表读出的功率因数值，也可 根据电压表、电流表和有功功率表在同一时间的读 数经过计算确定。 用电设备的类型
瞬时功率因数的影响因素：负荷的大小 电压的高低
3 平均功率因数 （1）定义：指企业在一定时间段（一个工作班、一周 或者一个月等）内功率因数的平均值。 （2）企业考核：以一个月加权平均功率因数进行 它通过企业一个月内消耗的实用有功电量和无功电量 计算而得到。
一 电容器补偿无功功率原理 工矿企业的用电设备大部分是电感性的，这
使得线路电流滞后于线路电压一个角度
如图所示
Ic
Ia
U
Ir
I
Ir
I
电容器补偿无功功率原理图
二 电容器补偿容量的确定
用电容器提高功率因数可获得显著的经济效益。但是，电 容性负荷过大，会引起电压的升高，带来不良影响。所以 ，应适当选择电容器的安装容量，通常电容器的补偿容量 按下式确定：
三 影响功率因数的因素
④ 线路中的无功功率损耗；高压输电线路感抗值 比电阻值大几倍，110kV为2-2.5倍，220kV为 4.5-6倍。 ⑤ 无功功率补偿装臵的容量不足，企业用电设备 所消耗的无功功率主要靠发电机供给，致使输变 电设备的无功功率消耗量大。
四 提高功率因数的效益 提高设备有功出力；
COS
视在功率KVA 有功功率 KW 无功功率KVar 功率因数 功率因数角
表示有功功率与视在功率之比，称为
功率因数。
二、 功率因数测量和计算
随着用电负荷的变化和电压波动而变化，这对功率 的测量和计算十分重要。 1 自然功率因数 是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数， 或者说用电设备本身所具有的功率因数。
2. 并联电容器投切的自动控制方式 高压并联电容器投切的自动控制方式
低压并联电容器投切的自动控制方式
高压型自动控制方式
电流型自动控制方式 程序控制方式 无功功率自动控制方式 综合性控制方式 时间型自动控制方式 功率因数性自动控制方式
五 例题 例:10kV线路，长5km，导线型号LGJ-70，其中 g 0.46 / km