對(duì)于電容器大多數(shù)人都有所耳聞，但在之前綴上低壓、無功、補(bǔ)償那些形容詞，可能還會(huì)一臉迷惘。明天就與你們簡單聊一聊低壓無功補(bǔ)償電容器。
首先我先簡單介紹下哪些是電容器，了解的同學(xué)可直接跳過此段內(nèi)容。
電容器可以簡單的理解為“裝電的容器”，是一種容納電荷的元件，中文名稱為。假如認(rèn)為這個(gè)概念有點(diǎn)具象，可以腦補(bǔ)一下“電池”，電容器和電瓶有一點(diǎn)像。電容器是電子設(shè)備中大量使用的電子器件之一，廣泛應(yīng)用于電路中的隔直通交，耦合，旁路，混頻，調(diào)諧回路，能量轉(zhuǎn)換，控制，補(bǔ)償?shù)确矫妫覀兠魈熘攸c(diǎn)介紹用作低壓無功補(bǔ)償?shù)碾娙萜鳌?span style="display:none">2bU物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
感興趣的同學(xué)也可以去百度看下更詳盡、更專業(yè)的定義，德院長這兒就不展開論述啦！
前方高能，請(qǐng)注意。
接下我們就步入明天的題外話——低壓無功補(bǔ)償電容器
01
哪些是有功功率、無功功率、視在功率
1.有功功率：
在交流電路中，但凡消耗在內(nèi)阻器件上、功率不可逆轉(zhuǎn)換的那部份功率（如電機(jī)，把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能）稱為有功功率，簡稱“有功”，用字母P表示，單位是瓦（W）或千瓦（KW）。它反映了交流電源在內(nèi)阻器件做功能力的大小，或單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌绞侥芰康碾娔軘?shù)值。實(shí)際上它是交流電在一個(gè)周期內(nèi)瞬時(shí)功率的平均值，故又稱為平均功率。它的大小等于瞬時(shí)功率最大值的1/2，就是等于內(nèi)阻器件兩端電流有效值與通過內(nèi)阻器件中電流有效值的乘積。
2.無功功率：
在具有電感（或電容）的電路里，電感（或電容）在半周期的時(shí)間里把電源的能量弄成磁場（或電場）的能量儲(chǔ)存上去，在另外半周期的時(shí)間里又把儲(chǔ)存的磁場（或電場）能量送還給電源。它們只是與電源進(jìn)行能量交換，并沒有真正消耗能量。我們把與電源交換能量的振幅值稱作無功功率，以字母Q表示，單位為千乏（kvar）。
3.視在功率：
交流電源所能提供的總功率，稱之為“視在功率”或“表現(xiàn)功率”，在數(shù)值上是交流電路中電壓與電壓的乘積。視在功率用字母S表示，即S=U×I，單位是伏安（VA）或千伏安（KVA）。它一般拿來表示交流電源設(shè)備（如變壓器）的容量大小。視在功率既不等于有功功率，也不等于無功功率，但它既包含有功功率又包含無功功率。能夠使視在功率為的變壓器輸出800KW的有功功率，主要取決于負(fù)載的功率質(zhì)數(shù)。
有功功率、無功功率、視在功率兩者之間的關(guān)系可以用功率三角形來表示：
由此推倒出：
由公式可知，在電流U和電壓I一定的情況下電容器無功功率計(jì)算公式電容，只有增強(qiáng)cosφ功率質(zhì)數(shù)的值，就能提升有功功率P；而由實(shí)際工作可知，電源負(fù)載是有額定電流和額定電壓的，負(fù)載在工作時(shí)不準(zhǔn)許超過其額定的電流值Ue和電壓值In，所以假如cosφ值低，則會(huì)使電源設(shè)備的容量得不到充分借助，也會(huì)減小輸電纜線路的功率耗損，增加供電效率。
再舉一個(gè)生活中的事例，如右圖中，把視在功率看成是一滿杯的飲料，在飲料容量（視在功率）一定的情況下，泡沫（無功功率）越少,喝到的飲料（有功功率）越多，這就是這三個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系。
02
使用無功補(bǔ)償裝置對(duì)電網(wǎng)的益處
電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動(dòng)機(jī)、變壓器等，大部份屬于感性負(fù)荷，在運(yùn)行過程中須要向那些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無功補(bǔ)償設(shè)備之后，可以提供感性負(fù)載所消耗的無功功率，降低了電網(wǎng)電源向感性負(fù)荷提供、由線路輸送的無功功率，因?yàn)榻档土藷o功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，因而可以減少線路和變壓器因輸送無功功率引起的電能耗損，這就是無功補(bǔ)償。
如右圖，改裝電容補(bǔ)償裝置前后對(duì)比：
電網(wǎng)輸出的功率包括兩部份：一是有功功率；二是無功功率。無功功率的傳輸加重了電網(wǎng)負(fù)荷，使電網(wǎng)耗損降低，系統(tǒng)電流升高，所以須要對(duì)其進(jìn)行就近和就地補(bǔ)償。
無功補(bǔ)償?shù)囊饬x在于：
1.補(bǔ)償無功功率，可以降低電網(wǎng)中有功功率的比列常數(shù)；
2.降低發(fā)、供電設(shè)備的設(shè)計(jì)容量，降低投資：
對(duì)新建、改建工程，應(yīng)充分考慮無功補(bǔ)償，便可以降低設(shè)計(jì)容量，進(jìn)而降低投資。
3.減少煤耗：
公式：
其中cosφ1為補(bǔ)償前的功率質(zhì)數(shù)，cosφ2為補(bǔ)償后的功率質(zhì)數(shù)
由于cosφ1小于cosφ2,所以功率質(zhì)數(shù)提升后，增加了煤耗率。
綜上所述，提升功率質(zhì)數(shù)cosφ可以降低發(fā)電、供電設(shè)備的設(shè)計(jì)容量、減少投資、降低煤耗，降低電網(wǎng)中有功功率的輸送比列，那些都直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。所以，功率質(zhì)數(shù)是考評(píng)經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)，規(guī)劃、實(shí)施無功補(bǔ)償勢(shì)在必行。
03
使用無功補(bǔ)償裝置對(duì)用戶的益處
我國《功率乘數(shù)調(diào)整水費(fèi)辦法》中規(guī)定，鑒于電力生產(chǎn)的特性，用戶用電功率質(zhì)數(shù)的高低，對(duì)發(fā)、供、用電設(shè)備的充分借助，節(jié)省電能和改善電流質(zhì)量有著重要的影響。為了提升用戶的功率質(zhì)數(shù)并保持其均衡，以提升供用電雙方和社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益，特制訂功率質(zhì)數(shù)調(diào)整水費(fèi)：
1.功率質(zhì)數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值及其適用范圍：
（1）功率質(zhì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)0.90，適用于160千伏安以上的高壓供電工業(yè)用戶（包括社隊(duì)工業(yè)用戶）、裝有帶負(fù)荷調(diào)整電流裝置的高壓供電電力用戶和3200千伏安及以上的高壓供電電力排灌站。
（2）功率質(zhì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)0.85，適用于100千伏安（千瓦）及以上的其他工業(yè)用戶（包括社隊(duì)工業(yè)用戶）、100千伏安（千瓦）及以上的非工業(yè)用戶和100千伏安（千瓦）及以上的電力排灌站。
（3）功率質(zhì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)0.80，適用于100千伏安（千瓦）及以上的農(nóng)業(yè)用戶和躉售用戶，但大工業(yè)用戶未劃由農(nóng)電直接管理的躉售用戶，功率質(zhì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為0.85。
2.功率質(zhì)數(shù)的估算：
（1）凡施行功率質(zhì)數(shù)調(diào)整水費(fèi)的用戶電容器無功功率計(jì)算公式電容，應(yīng)裝設(shè)帶有防倒裝置的無功電度表，按用戶每月實(shí)用有功電量和無功電量，估算月平均功率質(zhì)數(shù)。
（2）凡裝有無功補(bǔ)償設(shè)備且有可能向電網(wǎng)倒送無功電量的用戶，應(yīng)隨其負(fù)荷和電流變動(dòng)及時(shí)投入或摘除部份無功補(bǔ)償設(shè)備，農(nóng)電部門并應(yīng)在計(jì)費(fèi)計(jì)量點(diǎn)改裝帶有防倒裝置的反向無功電度表，按倒送的無功電量與實(shí)用的無功電量二者的絕對(duì)值之和，估算月平均功率質(zhì)數(shù)。
（3）按照電網(wǎng)須要，對(duì)大用戶推行高峰功率質(zhì)數(shù)考評(píng)，改裝記錄高峰時(shí)段內(nèi)有功、無功電量的電度表，據(jù)以估算月平均高峰功率質(zhì)數(shù)；對(duì)部份用戶還可以試運(yùn)行高峰、低谷兩個(gè)時(shí)段分別估算功率質(zhì)數(shù)。
簡言之，假如用戶不改裝無功補(bǔ)償裝置，則負(fù)載須要的無功功率就須要由電網(wǎng)來提供，而電力公司其實(shí)不會(huì)為用戶埋單，所以電力公司從收水費(fèi)的形式上進(jìn)行管控，電力公司對(duì)工業(yè)用戶的水費(fèi)估算方式總結(jié)如下：
其中，基本水費(fèi)由最大需求量決定，電度水費(fèi)由實(shí)際用電量決定，功率乘數(shù)調(diào)整水費(fèi)則根據(jù)平均功率質(zhì)數(shù)征收或則獎(jiǎng)勵(lì)。
其中，基本水費(fèi)由最大需求量決定，電度水費(fèi)由實(shí)際用電量決定，功率乘數(shù)調(diào)整水費(fèi)則根據(jù)平均功率質(zhì)數(shù)征收或則獎(jiǎng)勵(lì)。
04
如何選擇無功補(bǔ)償方案
按照顧客需求確定一個(gè)合理的無功補(bǔ)償方案，通常可以分為以下4個(gè)步驟：
估算無功功率安裝容量、選擇補(bǔ)償方法、選擇電容器組的控制方法、選擇合適的電容器補(bǔ)償方案。
1.估算無功功率安裝容量：
無功功率安裝容量可根據(jù)下述數(shù)據(jù)之一估算：
（1）功率計(jì)算（新建工程）
（2）電氣帳單
（3）檢測數(shù)據(jù)
舉一個(gè)簡單的事例，假定某顧客需求如下：
系統(tǒng)電流400V/50HZ，變壓器容量為，平均功率質(zhì)數(shù)為感性0.8，有功功率
P=462KW，目標(biāo)功率質(zhì)數(shù)為0.95以上。怎么估算無功補(bǔ)償容量？
方式1：用補(bǔ)償前后的功率質(zhì)數(shù)值查表得到一個(gè)系數(shù)K，用K減去有功功率P值確定最小電容器安裝容量，即，
如案例中，顧客負(fù)載為462KW，cosφ1=0.8，為了得到cosφ2=0.95，須要安裝一個(gè)無功功率等于K除以P的電容器組，通常大品牌的電容器樣本上都有補(bǔ)償容量估算表，以正泰電氣BSMJs電容器樣本為例，查表可得到如下信息：
所以，無功功率最小安裝容量
依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，我們通常比最小值選大一些，可以選擇補(bǔ)償?shù)碾娙萘俊?span style="display:none">2bU物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
方式一不太便捷的地方是，補(bǔ)償容量是基于理論估算下來的精確值，須要隨時(shí)查表才行，離開樣本就有點(diǎn)束手無策。
方式2：
其中,cosφ1是補(bǔ)償前的功率質(zhì)數(shù)，cosφ2是你想要達(dá)到的功率質(zhì)數(shù)，QC是所需補(bǔ)償?shù)娜萘?kvar),P是線路總功率（KW），tanφ1是補(bǔ)償前的功率質(zhì)數(shù)角,tanφ2是補(bǔ)償后的功率質(zhì)數(shù)角。
還是我們昨天的事例，cosφ1=0.8，cosφ2=0.95，P=462KW，
則須要補(bǔ)償?shù)娜萘?span style="display:none">2bU物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
方式二同樣是基于理論估算出的精準(zhǔn)補(bǔ)償值，它相對(duì)于方式一的用處是，單純的物理估算，不須要查表。
方式3：經(jīng)驗(yàn)值計(jì)算法
以上兩種精準(zhǔn)估算補(bǔ)償容量的辦法，都是基于負(fù)荷的大小和功率質(zhì)數(shù)來估算的，但大多數(shù)時(shí)侯這種值并不能確切的檢測，所以有經(jīng)驗(yàn)的工程師通常按照變壓器容量和電動(dòng)機(jī)功率，計(jì)算一個(gè)大約的補(bǔ)償值。通常假如負(fù)載是變壓器的話，大約取變壓器容量的30%進(jìn)行補(bǔ)償，例如案例中，變壓器容量為，則須要補(bǔ)償?shù)娜萘縌C=800*30%=。通常來說，30%是比較穩(wěn)當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)值，倘若是工業(yè)用戶，還可以比30%稍為初一點(diǎn)兒；若果是民用，則30%的值稍為有些過高了（其實(shí)，土豪請(qǐng)忽視），這個(gè)時(shí)侯可以對(duì)電容器進(jìn)行分組，有些電容器作為備用暫不投入使用就可以啦。
以補(bǔ)償?shù)娜萘繛槔梢苑譃椋骸?組=，×3組=，合計(jì)。
假如負(fù)載是電動(dòng)機(jī)，則可以參照QC=0.9×額定電流×空載電壓×
進(jìn)行補(bǔ)償容量的選擇。
2.確定電容器的安裝位置，確定補(bǔ)償方法
電容補(bǔ)償?shù)某Ｓ梅椒ǚ譃橐韵聨追N，每種補(bǔ)償方法都有各自的優(yōu)劣勢(shì)：
（1）集中補(bǔ)償：在高低壓配電線路中安裝并聯(lián)電容器組；
（2）分組補(bǔ)償：在配電變壓器低壓側(cè)和用戶車間配電屏安裝并聯(lián)補(bǔ)償電容器；
（3）單臺(tái)電動(dòng)機(jī)就地補(bǔ)償：在單臺(tái)電動(dòng)機(jī)處安裝并聯(lián)電容器等。
改裝無功補(bǔ)償設(shè)備，除了可使功率消耗小，功率質(zhì)數(shù)增強(qiáng)，還可以充分挖掘設(shè)備輸送功率的潛力。
確定無功補(bǔ)償容量時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：
（1）在輕負(fù)荷時(shí)要防止過補(bǔ)償，倒送無功導(dǎo)致功率耗損降低，也是不經(jīng)濟(jì)的；
（2）功率質(zhì)數(shù)越高，每千伏補(bǔ)償容量降低耗損的作用將變小，一般情況下，將功率質(zhì)數(shù)提升到0.95就是合理補(bǔ)償。
就三種補(bǔ)償方法而言，無功就地補(bǔ)償克服了集中補(bǔ)償和分組補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)，是一種較為健全的補(bǔ)償方法：
（1）因電容器與電動(dòng)機(jī)直接并聯(lián)，同時(shí)投入或停用，可使無功不倒流，保證用戶功率質(zhì)數(shù)一直處于滯后狀態(tài)，既有利于用戶，也有利于電網(wǎng)。
（2）有利于減少電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電壓，降低接觸器的火花，提升控制家電工作的可靠性，延長電動(dòng)機(jī)與控制設(shè)備的使用壽命。
但無功就地補(bǔ)償也有其缺點(diǎn)：
盡管無功就地補(bǔ)償區(qū)域最大，療效也好，但它總的電容器安裝容量比其它兩種方法要大，電容器借助率也低，所以不能全面替代高壓集中補(bǔ)償和低壓分組補(bǔ)償。相反，高壓集中補(bǔ)償和低壓分組補(bǔ)償?shù)碾娙萜魅萘肯鄬?duì)較小，借助率也高，且能補(bǔ)償變壓器自身的無功耗損。綜上，這三種補(bǔ)償方式各有應(yīng)用范圍，應(yīng)結(jié)合實(shí)際確定使用場合，各司其職。
回到剛剛的案例中，假定顧客要求“電容柜安裝于低壓配電室”，則我們可以選擇集中補(bǔ)償?shù)姆椒ā?span style="display:none">2bU物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
3.選擇電容器組的控制方法
（1）電容補(bǔ)償容量≤15%Sn（變壓器容量），可以采用定值補(bǔ)償：無需調(diào)節(jié)，聯(lián)接一個(gè)定值電容器組即可；
（2）電容補(bǔ)償容量>15%Sn（變壓器容量），可采用手動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償：電容器分多步投切，達(dá)到所須要求。
回到剛剛的案例中，變壓器容量為，我們估算的最小補(bǔ)償容量QC=，200/800=25%，則我們應(yīng)當(dāng)選擇手動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償。
4.選擇合適電容器（按照工作環(huán)境和紋波影響）
（1）工作環(huán)境：環(huán)境濕度/溫度、平均壽命/年投切次數(shù)、過電壓/電流擾動(dòng)……
（2）紋波影響:紋波輕微污染場所、諧波重度污染場所、諧波嚴(yán)重污染場所……
（3）考慮工作環(huán)境:工作環(huán)境對(duì)電容器的壽命有很大影響，選擇電容器時(shí)要遵守一些參數(shù)，例如環(huán)境濕度(oC)、需要考慮過電壓、相關(guān)的電流擾動(dòng)，包括最大的持續(xù)過電流值、每年最多的切換運(yùn)行次數(shù)、平均壽命的需求等。
（4）考慮紋波：依照不同的硬度推薦不同的方案，例如標(biāo)準(zhǔn)型電容器：純電容方案，適用于輕、中度紋波污染環(huán)境；調(diào)諧型電容器：與調(diào)諧檢波器配合使用，適用于輕度紋波污染環(huán)境(大量非線性負(fù)載)。檢波器是必要的，以限制紋波電壓循環(huán)，同時(shí)防止共振；調(diào)諧混頻器：當(dāng)網(wǎng)路中主要都是非線性負(fù)載時(shí)，要求抑制紋波。基于現(xiàn)場網(wǎng)路檢測和計(jì)算機(jī)仿真，須要特殊設(shè)計(jì)。
05
無功補(bǔ)償電容器未來的發(fā)展趨勢(shì)
隨著時(shí)代的發(fā)展和電力電容技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置落后的控制器技術(shù)和落后的機(jī)械式接觸器或機(jī)電一體化開關(guān)作為投切電容器的投切技術(shù)，早已不能滿足廣大用電顧客的須要，這個(gè)時(shí)侯，新一代的智能電容器應(yīng)運(yùn)而生。智能電容器集成了現(xiàn)代測控，電力電子，網(wǎng)路通信，手動(dòng)化控制，電力電容器等先進(jìn)技術(shù)。改變了傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置容積龐大和笨重的結(jié)構(gòu)模式，集各類控制功能于一體，進(jìn)而使新一代低壓無功補(bǔ)償設(shè)備具有補(bǔ)償療效更好，容積更小，幀率更低，節(jié)省成本更多，使用愈發(fā)靈活，維護(hù)愈發(fā)便捷，使用壽命更長，可靠性更高，適應(yīng)了現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)無功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?span style="display:none">2bU物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
