无功功率与功率因数的概念

无功功率与功率因数的概念

接在电网中的大多数用电设备是利用电磁感应实现能量转换和传递的。如发电机、变压器、电动机等，就是通过磁场来完成机械能与电能之间的转换的。以异步电动机为例，电机从电网吸收的大部分电功率转换成了机械功率从转轴上输出给了机械设备，这部分功率就是有功功率；而电动机还要从电网吸收另外一部分电功率，用来建立交变磁场，这部分功率不是被消耗，而是在电网与电动机之间不断的进行交换（吸收与释放），这就是无功功率。电动机等感性负载所需无功是由电源提供的，负载电流的相位是滞后于电压的，如图4-1（a）所示，相位差φ角称为功率因数角，这类负载称为感性负载，感性负载从电源吸收的无功功率称为感性无功或滞后无功。

电容器是容性负载，其端电流是超前于端电压的，如图4-1（b）所示。感性负载需要从电源吸收的无功功率电容器正好可以提供，也就是电容器能发出感性无功，可以作为无功电源向感性负载提供无功功率。一般将发出感性无功的元件称为无功电源，将吸收感性无功的元件称为无功负载。既可发感性无功又可吸收感性无功的元件（如无功静止补偿装置）称为无功调节装置。

输电线路的导线与导线之间、导线与大地之间也形成电容，当电压加在输电线上时，即使线路不接负载，也有电容电流流过，称为充电功率。高电压长线路和较长的电缆线路，需要计算线路的电容和充电功率。

(a) (b) (c)

图4-1 有功功率、无功功率和视在功率的关系

(a) 电流与电压相位关系（滞后）；(b) 电流与电压相位关系（超前）；(c)功率三角形

通常我们用符号P表示有功功率，用符号Q表示无功功率，总功率称为视在功率，用符号S表示，三相电气元件S、P、Q三者之间的关系如图4-1（c）所示，即：

式中 S---三相视在功率（kVA）；

P---三相有功功率（kW）；

Q---三相无功功率（kvar）；

U---线电压（kV）；

I---线电流（A）；

cosφ---功率因数

针对电网中的某个元件来说，其发出、传递或吸收的总功率中，有功功率所占的比重通常用功率因数来表示，即

(4-4)

负载的功率因数表达了在负载从电网吸收的总功率中有功功率所占的比重。当有功功率一定时，无功功率越大，则视在功率也越大，供电线路和变压器的容量也就越大，供电电流也就越大，损耗也就越大。

用户按月统计的平均功率因数可按下式计算：

（4-5）

式中cosφ---功率因数；

WP---月有功电量（kW·h）；

WQ---月无功电量（kvar·h）

没有装设人工补偿装置时的功率因数称为自然功率因数。合理选取设备和改善设备运行工况，可以有效的提高自然功率因数。

功率因数应达到下列规定数值：高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户功率因数为0.90及以上，其他100kVA(kW)及以上电力用户和大、中型电力排灌站功率因数为0.85及以上，趸售和农业用电功率因数为0.80及以上。凡功率因数未达到上述规定的新用户，供电局可拒绝接电。