工业用电有效功率对节能的评估.doc

工业用电有效功率对节能的评估1. 目的功率因数是供用电系统的一项重要技术经济指标，用电设备在消耗有功功率的同时，还需大量的无功功率由电源送往负荷，功率因数反映的是用电设备在消耗一定的有功功率的同时所需的无功功率。对于工业负载中大部分用电设备为感性负载，其功率因数都很低，影响了线路及配电变压器的经济运行。通过合理配置无功功率补偿设备，以提高系统的功率因数，从而达到节约电能，降低损耗的目的。2.定义 2.1有功功率可以转化成其他形式能量（热、光、动能）的能量。以P来表示，单位为W。2.2无功功率功率从能量源传递到负载并能反映功率交换情况的功率就是无功功率。以Q来表示，单位为（乏）Var。它的产生是由于感性负载、容性负载、以及电压和电流的失真。这种功率可导致额外的电流损失。2.3视在功率有功功率和无功功率的几何之和（即平方和的均方根），它用来表示电气设备的容量。以S来表示，单位为VA。2.4 功率因数电力网络除了要负担用电负荷的有功功率P,还要负担负荷的无功功率Q1有功功率P、无功功率Q和视在功率S之间存在下述关系：S=P+Q而P与S之比即：P=SCOS交流电路中，电压与电流之间的相位差()的余弦叫做功率因数，用符号cos表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cos=P/S。其物理意义是线路的视在功率S供给有功功率的消耗所占百分数。在电力网的运行中,我们所希望的是功率因数越大越好,如能做到这一点,则电路中的视在功率将大部分用来供给有功功率,以减少无功功率的消耗。3. 低功率因数的不利表现3.1大电流 I=P/（1.732UCOS）（3.1） I电流 P有功功率 U电压 COS功率因素 1.732系数根据公式（1）在一套电力系统中P（有功功率）是一定的，U（电压）也是一定的。所以COS（功率因素）的下降就会造成I（电流）的上升。比如一台10KW的电机，COS为0.8。I1=10000/（1.7323800.8）=19 A如果将功率因素从0.8提升至0.95，S（视在功率）将节约2 KVA，就是说将会节省2 KWh的电能，功率越大节约的电能就越多。I2=10000/（1.7323800.95）=16 A I= I1- I2 =3 A S=1.732U I1-1.732U I2 =2 KVA序号电机功率（KW）功率因素电压（V）电流（A）视在功率（KVA）1.100.83801912.52.100.953801610.5节省量323.2大铜损 在一定的负荷下,输电线路功率因数低时线路损失公式如下：P=3IR0.01（3.2） 将公式（3.1）代入公式P=3 P/（1.732UCOS）R0.01P=K（1/COS）（注：推倒过程省略）R铜线阻值由此可见,设备的铜损正比于电流的平方,从而反比于功率因数的平方功率因数越低,则电气设备中的铜损就越大,效率也就越低。与此相似,当系统的功率因数很低时,对于传递同样的功率,则电流加大。所以若导线尺寸相同,则电能传输系统意味着有更大的能量损失,或者说,对于同样的能量损失,要求有直径更大的导体3.3高电费根据以上所诉低功率因素会造成高电流及高功率损失，同时供电局对于工厂的电费是按照工厂所用的有功功率计算电费的，所以工厂并不会对所损失的功率埋单，因此供电局对于工厂功率因数提出了一定的要求。规定工业用电的功率因素必须到达0.9以上，过低会对相关企业要求缴纳惩罚性的高昂电费。而将功率因素提高就会有一定量的电费折扣，超过0.95按0.95来计算。3.4高投资费用当选用变压器及发电机时，首先是计算所需的有功功率。通过功率因素计算出视在功率再选择接近规格。在低功率因素的情况下，P在S中的比例偏低。为了满足所需的功率要求，所以需要花更多的钱买更大的变压器或者发电机。同时，低功率因素会使电流上升。会导致必须选用更大的电缆。所以，当功率因数偏低时就会导致设置成本增加。4. 低功率因数主要的原因在工业电网中造成功率因数偏低主要原因是对于电动机的使用。根据电动机工作原理，电动机需建立旋转磁场使转子产生感应电动势令其旋转，建立磁场就会造成无功功率的产生。应用大量的电动机，并且不在满负载的情况下长时间运行就会导致低功率因数的产生。以下为负载情况与功率因素对照表：负载情况功率因数100%0.85100%75%0.875%50%0.750%0%0.20.35. 提高功率功率因数的方法提高功率因数的方法通常用提高自然功率因数和功率补偿这两种方法。5.1提高自然功率因数的方法由于低功率因数产生的主要原因来自于电动机，所以正确正确选用异步电动机的型号与容量能有效提高功率因素当负载率在70 % 100 %之间时,为经济运行区、当40 % 70 %时,为一般运行区、当 40 % 时,为非经济运行区。同时需合理安排和调整工艺流程，尽量避免电动机长时间保持低负载及空载状态。5.2 无功补偿电动机是通过绕组产生旋转磁场，而绕组产生磁场的原理与电感相同。所以我们一般称电动机为感性负载。由于电感两端电流不能突变，所以对于电感电流会滞后电压90于是就产生了相位差。其相位差的余弦值就为功率因数。相反由于电容两端电压不能突变。对于电容电压滞后于电流90，所以电容与电感的电流角度互差180。所以通常是将电容并联在感性负载的两端来迫使电枢电流与电枢电压之间相位差趋于0于是cos趋于1。补偿电容的容量不宜过高，过高会导致负载从原有的感性负载变成容性负载。由于电容对交流电相当于短路，一旦变成容性负载就会对电网造成损坏。为确定需要补偿的容量公式如下：Qc=Pc(tg1-tg2),Qc为补偿量 单位为kvarPc为有功功率 单位为kW,tg1为补偿前电流与电压值角度差的正切值tg2为补偿后电流与电压值角度差的正切值6.结论功率因数偏低会造成电网中的电流上升，同时会增加系统在供电时电损耗。在相同容量的情况下面能携带的负载会偏低。提升功率因素能提升供电效率，减少不必要的能源浪费。由于纸器厂的电都是向国家电网买电的，提升功率因数