无功功率作用.doc

在交流电路中，由电源供给负载率有两种：一种是有功功率，一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示，单位有瓦（W）、千瓦（KW）、兆瓦（MW）。无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率（镇流器也需消耗一部分有功功率）来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏（Var）或千乏（kVar）。无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机的转子磁场就是靠从电源取得无用功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。为了形象地说明问题，现举一个例子：农村修水利需要挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢？在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用点设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：（1） 降低发电机有功功率的输出。（2） 降低输、变压设备的供电能力。（3） 造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。（4） 造成底功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。从发电机和高压电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。2、功率因数电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角的余弦cos来表示。Cos 称为功率因数，又叫力率。功率因数是反映电力用户设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。三相功率因数的计算公式为：式中cos功率因数；P有功功率，kw；Q无功功率，kVar；S视在功率，kv，A。U用电设备的额定电压，V。I用电设备的运行电流，A。功率因数分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。（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。自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质，电阻性负荷（白炽灯、电阻炉）的功率因数较高，等于1。而电感性负荷（电动机、电焊机）的功率因数比较低，都小于1。（2）瞬时功率因数：是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。（3）加权平均功率因数：是指在一定时间段内功率因数的平均值，其计算公式为：提高功率因数的方法有两种，一种是改善自然功率因数，另一种是安装人工补偿装置。无功功率补偿的种类和特点1 集中补偿在高低压配电所内设置若干组电容器，电容器接在配电母线上，补偿供电范围内的无功功率，如图1所示。1.2组合就地补偿（分散就地补偿）电容器接在高压配电装置或动力箱的母线上，对附近的电动机进行无功补偿，如图2所示。2 单独就地补偿将电容器装于箱内，放置在电动机附近，对其单独补偿。图3为电容器直接接在电动机端子上或保护设备末端，一般不需要电容器用的操作保护设备，称为直接单独就地补偿。油井使用电容补偿器后，无功功率和视在功率下确实很明显，但是为什么有功功率和单井有功电量都上升了。这样的话，究竟是节电了还是耗电增加了？无功补偿见到效果，应该有哪些体现？单井有功电量应该有什么反应？请专家赐教！答：一般的用电负载都有线圈，如异步电动机绕组、电器的线圈等。线圈消耗感性无功（即常称为滞后无功），电容则消耗容性无功（即常称为超前无功）。无功功率是不消耗能量的功率，只是在交流电的半个周期内暂时将电能以磁场（感性无功）或电场（容性无功）的形式储存起来，然后再另外半个周期内将所储存的能量返还给电网。虽然无功不消耗电能，但是要储存电功率就必须通过增加电流来实现。而电流的增加，电网传输线路的损耗将增大。所以增加无功本身不消耗功率，而是增加电流使电能传输的损耗增加。此外，由于电流的增加，供配电设备的负担加重，负载能力下降。因此，应该进行补偿。否则，电业部门将增收一定的额外收费以作线路损耗和其它因此而造成的费用。你说：油井使用电容补偿器后，无功功率和视在功率下降确实很明显，但是为什么有功功率和单井有功电量都上升了？其实，若油井或单井设备的工作量没有增加，有功功率和单井有功电量都不会上升。你说的情况可能是：1、无功功率占视在功率的比重上升了，或者说功率因数上升了。或者说是由于电网电流下降，可以增加负载。2、油井或单井的用点设备增加，因才可能使有功电量上升。对于第一种情况，应该说是省电了，或能量损耗减少了；对于第二种情况，不能说不是节电，应该说提高了供电设备的效率。也就是说，如果不补偿，同样的供电设备和线路提供不了那么多的有功功率，现在补偿后能够提供那么多的有功功率是设备的效率或利用率增加了，也是有很高的经济效益的。补偿电容器的主要作用是通过补偿无功来提高用电设备的功率因数，所以说从用电部门来讲不会有什么集体的不同感觉，有功电量的消耗也不会有明显增加，但无功的消耗一定是明显降低的，由于供电局向工业企业供电时无功消耗也是计费的，着也就是说用电企业会因无功消耗的降低而节约很大一笔开支，在许多地区，如果企业能将功率因数提高到0.9以上的，供电局会返还一定比例的电费作为奖励，如果你单位的功率因数较高，建议你去当地的供电部门咨询一下。电网中的许多点设备是根据电磁感应原理工作的。它们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，这种功率叫无功功率。电力系统中，不但有有功功率平衡，无功功率也要平衡。有功功率、无功功率、视在功率之间的关系如图1所示 QS= S式中 S视在功率，KVA P有功功率，KW PQ无功功率，kvar 图一角为功率因数角，它的余弦（cos）是有功功率与视在功率之比即cos=P/S称为功率因数。由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业功率因数cos越小，则所需的无功功率越大。如果无功功率不是由电容器提供，则必须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需增大。这样，不仅增加供电投资、降低设备利用律，也将增加线路损耗。为此，国家供用电规则规定：无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并连接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。当前，国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置。这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。采用并联电容器进行无功补偿的主要作用：1、 提高功率因数如图2所示图中 Q1 P有功功率 S1补偿前的视在功率 S1 S2 Q2 S2补偿后的视在功率 Q1补偿前的无功功率2 1 Q2补偿后的无功功率 P 1补偿前的功率因数角 图二 2补偿后的功率因数角由图示中可以看出，在有功功率P一定的前提下，无功功率补偿以后（补偿量Qc=Q1-Q2），功率因数角由1减小到2，则cos2cos1提高了功率因数。2、 降低输电线路及变压器的损耗三相电路中，功率损耗P的计算公式为P=3式中P有功功率，KWU额定电压，KV；R线路总电阻，。由此可见，当功率因数cos提高以后，线路中功率损耗大大下降。3、 改善电压质量线路中电压损失U的计算公式U=3 Q1 S1 式中P有功功率，KW；S2 Q无功功率，Kvar；Q2 U额定电压，KV；2 1 R线路总电阻，；P 图三 X 线路感抗，。由上式可见，当线路中，无功功率Q减小以后，电压损失U也就减小了。4、提高设备出力如图3所示，由于有功功率P=Scos，当供电设备的视在功率S一定时，如果功率因数cos提高，即功率因数角由1到2，则设备可以提供的有功功率P也随之增大到P+P，可见，设备的有功出力提高了。电容器容量的选者：电容器安装容量的选者，可根据使用目的的不同，按改善功率因数，提高运行电压和降低线路损失等因素来确定。按改善功率因数确定补偿容量的方法简便、明确，为国内外所通用。根据功率补偿图（如图2）中功率之间的向量关系，可以求出无功补偿容量 Qc, (kvar)或 (kvar)式中P最大负荷月的平均有功功率，KW；tg1、tg2补偿前后功率因数角的正切值；cos1、cos2补偿前后功率因数值。可利用查表法，查出每1KW有功功率、功率因数，改善前后所需补偿的容量。再乘以最大负荷的月平均有功功率，即可计算出所需要的无功补偿容量。感性负载：即和电源相比当负载电流滞后负载电压一个相位差时负载为感性（如负载为电动机、变压器）容性负载：即和电源相比当负载电流超前负载电压一个相位差时负载为容性（如负载为补偿电容）阻性负载：即和电源相比当负载电流负载电压没有相位差时负载为阻性（如负载为白炽灯：电炉） 混联电路中容抗比感抗大，电路呈容性反之为感性。动态无功功率补偿装置在汽车焊装车间的应用(转）(2007-08-10 12:01:29)标签：知识/探索军事科学文化无功功率补偿谐波滤波器负荷节能降耗 分类：使用案例本文先介绍无功功率补偿装置功能，然后才介绍了改技术在汽车焊装车间的应用。1、补偿装置的响应时间 无功功率补偿装置的响应时间，是补偿装置最重要的指标之一，尤其在汽车工业的点焊机工况下，响应时间的快慢直接影响到钢板焊接质量。 TSC动态无功功率补偿装置的响应时间已经中国国家电控配电设备质量监督检验中心测试检验.补偿装置从网络检测、运算（控制器部分）到电子开关触发可控硅模块、直至投切电容器组实现无功补偿，总的响应时间20ms。2、降低浪涌电流，延长设备使用寿命 高压 TSC 动态无功功率补偿装置是一种动态跟踪补偿的新型电容补偿装置，该产品采用全数字化智能控制系统，利用大功率晶闸管串联组成高压交流无触点开关，可实现对多级电容器组的快速过零投切。为防止和减小在电容器投入时产生的浪涌电流（浪涌电流过大会影响电容器的寿命），电容器的投切过程是一个很重要的技术问题。TSC动态无功功率补偿装置采用了电流过零触发技术，电容器组投入时不产生浪涌电流，不会对电容器及电子开关等器件造成损伤，延长了电容器、可控硅模块的使用寿命.TSC系列可控硅动态无功功率补偿器采用全智能控制,由控制器,双向可控硅,放电电阻, 电容器,电抗器,保护元件组成。控制器实时跟踪测量负荷的功率因数,无功电流,与预先设定的给定值进行比较,动态控制投切不同组数的电容器,以保证功率因数始终满足设定要求。整个测量执行过程在一个周波内完成(时间20ms),控制器确保可控硅过零触发。确保投切电容无冲击,无涌流,无过渡过程。既动态快速跟踪负荷变化,又克服了传统无功补偿器对电容器所产生的危害和自身固有的缺陷。3. 解调电抗器和电容器 根据国标GB50227955.5用于抑制涌流和抑制谐波的电抗器，当并联电容器装置接入电网处的背景谐波为5次及以上时，电抗率宜采用4.5%6%；当并联电容器装置接入电网处的背景谐波为3次及以上时，电抗率宜采用12%因为一旦发生谐振，谐振电流将达到数百倍的电容器额定电流，足以损坏电容器，严重时甚至导致低压配电系统的崩溃。 在常规有接点控制电容补偿柜中，都没有安装7%的解调电抗器，电容器的使用寿命短甚至发生爆裂，与其都有一定的关系。近年来在欧美各国都十分重视这一问题，我们所见到的国外无功功率补偿装置，在电容器前都串接了该电抗器，诸如德国法兰克公司、芬兰诺基亚公司的产品。TSC动态无功功率补偿装置平衡补偿系统中电容器前串接了特制的解调电抗器，在不平衡补偿系统中电容器前串接了特制的解调电抗器，以防止电容器组与电网产生五次、三次谐波并联谐振。4、控制器功能范围 TSC系列可控硅动态无功功率补偿器采用大功率可控硅组成的无触点开关,对多级电容器组进行快速无过渡投切,克服了传统无功功率补偿器因采用机械触点烧损,对电容冲击大等缺点。对各种负荷均能起到良好的补偿效果。 TSC-W型补偿器采用的三相独立控制技术解决了三相不平衡冲击负荷补偿的技术难题,属国内首创,填补了国内空白。 TSC动态无功功率补偿器动态响应速度快 (小于20ms) ,节能降耗效果显著,动态补偿功率因数,具