常用低壓無(wú)功補(bǔ)償
無(wú)功功率與功率質(zhì)數(shù)
許多用電設(shè)備均是依照電磁感應(yīng)原理工作的，如配電變壓器、電動(dòng)機(jī)等，它們都是借助完善交變磁場(chǎng)能夠進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。為構(gòu)建交變磁場(chǎng)和感應(yīng)磁路而須要的電功率稱為無(wú)功功率，因而，所謂的"無(wú)功"并不是"無(wú)用"的電功率，只不過它的功率并不轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、熱能而已；因而在供用電系統(tǒng)中不僅須要有功電源外，還須要無(wú)功電源，三者缺一不可。無(wú)功功率單位為乏(Var)。
在功率三角形中，有功功率P與視在功率S的比值，稱為功率質(zhì)數(shù)cosφ，其估算公式為：
cosφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2
在電力網(wǎng)的運(yùn)行中，功率質(zhì)數(shù)反映了電源輸出的“視在”功率被有效借助的程度，我們希望的是功率質(zhì)數(shù)越大越好。這樣電路中的無(wú)功功率可以降到最小，“視在”功率將大部份拿來供給有功功率，進(jìn)而提升電能輸送的功率。
1影響功率質(zhì)數(shù)的主要誘因
(1)大量的電感性設(shè)備，如異步電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電爐、交流電焊機(jī)等設(shè)備是無(wú)功功率的主要消耗者。據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計(jì)，在工礦企業(yè)所消耗的全部無(wú)功功率中，異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功消耗占了60％～70％；而在異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)所消耗的無(wú)功又占到電動(dòng)機(jī)總無(wú)功消耗的60％～70％。所以要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率質(zhì)數(shù)就要避免電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提升負(fù)載率。
(2)變壓器消耗的無(wú)功功率通常約為其額定容量的10％～15％，它的空載無(wú)功功率約為滿載時(shí)的1/3。因此，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率質(zhì)數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或常年處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。
(3)供電電流超出規(guī)定范圍也會(huì)對(duì)功率質(zhì)數(shù)引起很大的影響。
當(dāng)供電電流低于額定值的10％時(shí)，因?yàn)榇磐柡偷挠绊懀瑹o(wú)功功率將下降得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)供電電流為額定值的110％時(shí)，通常無(wú)功將降低35％左右。當(dāng)供電電流高于額定值時(shí)，無(wú)功功率也相應(yīng)降低而使它們的功率質(zhì)數(shù)有所提升。但供電電流增加會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)該采取舉措使電力系統(tǒng)的供電電流盡可能保持穩(wěn)定。
無(wú)功補(bǔ)償?shù)耐ǔ７绞?span style="display:none">kRR物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
無(wú)功補(bǔ)償一般采用的方式主要有3種：低壓某些補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、高壓集中補(bǔ)償。下邊簡(jiǎn)單介紹這3種補(bǔ)償方法的適用范圍及使用該種補(bǔ)償方法的優(yōu)劣點(diǎn)。
(1)低壓某些補(bǔ)償:
低壓某些補(bǔ)償就是按照某些用電設(shè)備對(duì)無(wú)功的須要量將單臺(tái)或多臺(tái)低壓電容器組分散地與用電設(shè)備并接，它與用電設(shè)備共用一套斷路器。通過控制、保護(hù)裝置與馬達(dá)同時(shí)投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償某些大容量且連續(xù)運(yùn)行(如大小型異步電動(dòng)機(jī))的無(wú)功消耗，以補(bǔ)電樞無(wú)功為主。低壓某些補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，因而不會(huì)導(dǎo)致無(wú)功倒送。具有投資少、占位小、安裝容易、配置便捷靈活、維護(hù)簡(jiǎn)單、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。
(2)低壓集中補(bǔ)償：
低壓集中補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓開關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè)，以無(wú)功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，按照低壓母線上的無(wú)功負(fù)荷而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進(jìn)行，做不到平滑的調(diào)節(jié)。低壓補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)工作量小，使無(wú)功就地平衡，從而提升配變借助率，增加網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前無(wú)功補(bǔ)償中常用的手段之一。
(3)高壓集中補(bǔ)償：
高壓集中補(bǔ)償是指將并聯(lián)電容器組直接裝在變電所的6～10kV高壓母線上的補(bǔ)償方法。適用于用戶遠(yuǎn)離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負(fù)荷時(shí)，可以降低對(duì)電力系統(tǒng)無(wú)功的消耗并可以起到一定的補(bǔ)償作用；補(bǔ)償裝置依照負(fù)荷的大小手動(dòng)投切，因而合理地提升了用戶的功率質(zhì)數(shù)，防止功率質(zhì)數(shù)增加造成水費(fèi)的降低。同時(shí)以便運(yùn)行維護(hù)，補(bǔ)償效益高。
采取適當(dāng)舉措，設(shè)法提升系統(tǒng)自然功率質(zhì)數(shù)
增強(qiáng)自然功率質(zhì)數(shù)是不須要任何補(bǔ)償設(shè)備投資，僅采取各類管理上或技術(shù)上的手段來降低各類用電設(shè)備所消耗的無(wú)功功率，這是一種最經(jīng)濟(jì)的提升功率質(zhì)數(shù)的方式。
(1)合理使用電動(dòng)機(jī)；
(2)提升異步電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量；
(3)采用同步電動(dòng)機(jī)：同步電動(dòng)機(jī)消耗的有功功率取決于電動(dòng)機(jī)上所帶機(jī)械負(fù)荷的大小，而無(wú)功功率取決于定子中的電樞電壓大小，在欠勵(lì)狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子定子向電網(wǎng)"汲取"無(wú)功，在過勵(lì)狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子定子向電網(wǎng)"送出"無(wú)功。因而，對(duì)于恒速常年運(yùn)行的小型機(jī)構(gòu)設(shè)備可以采用同步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。
異步電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行就是將異步電動(dòng)機(jī)單相定子定子適當(dāng)聯(lián)接并通入直流電樞電壓，使其呈同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，這就是"異步電動(dòng)機(jī)同步化"。
(4)合理選擇配變?nèi)萘浚纳婆渥兊倪\(yùn)行方法：對(duì)負(fù)載率比較低的配變，通常采取"撤、換、并、停"等方式，使其負(fù)載率提升到最佳值，繼而改善電網(wǎng)的自然功率質(zhì)數(shù)。
無(wú)功電源
電力系統(tǒng)的無(wú)功電源不僅同步馬達(dá)外，還有靜電電容器、靜止無(wú)功補(bǔ)償器以及靜止無(wú)功發(fā)生器，這4種裝置又稱為無(wú)功補(bǔ)償裝置。除電容器外，其余幾種既能吸收容性無(wú)功又能吸收感性無(wú)功。
(1)同步馬達(dá)：
同步馬達(dá)中有發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)及調(diào)單反3種。
①同步發(fā)電機(jī)：
同步發(fā)電機(jī)是惟一的有功電源，同時(shí)又是最基本的無(wú)功電源，當(dāng)其在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)電功率常用單位和國(guó)際單位，可以發(fā)出無(wú)功功率：
Q=S×sinφ=P×tgφ
其中:Q、S、P、φ是相對(duì)應(yīng)的無(wú)功功率、視在功率、有功功率和功率質(zhì)數(shù)角。
發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí),以滯后功率質(zhì)數(shù)運(yùn)行為主,向系統(tǒng)提供無(wú)功，但必要時(shí),也可以減少電樞電壓,使功率質(zhì)數(shù)超前,即所謂的"進(jìn)相運(yùn)行"，以吸收系統(tǒng)多余的無(wú)功。
②同步調(diào)單反:
同步調(diào)單反是空載運(yùn)行的同步馬達(dá)，它能在欠勵(lì)或過勵(lì)的情況下向系統(tǒng)吸收或供出無(wú)功，裝有自勉裝置的同步馬達(dá)能依據(jù)電流平滑地調(diào)節(jié)輸入或輸出的無(wú)功功率，這是其優(yōu)點(diǎn)。但它的有功耗損大、運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜、響應(yīng)速率慢，最近已漸漸退出電網(wǎng)運(yùn)行。
③并聯(lián)電容器：
并聯(lián)電容器補(bǔ)償是目前使用最廣泛的一種無(wú)功電源，因?yàn)橥ㄟ^電容器的交變電壓在相位上恰好超前于電容器極板上的電流，相反于電感中的滯后，由此可視為向電網(wǎng)"發(fā)?quot;無(wú)功功率：
Q=U2/Xc
其中：Q、U、Xc分別為無(wú)功功率、電壓、電容器容抗。
并聯(lián)電容器本身幀率很小，裝設(shè)靈活，節(jié)約投資；由它向系統(tǒng)提供無(wú)功可以改善功率質(zhì)數(shù)，降低由發(fā)電機(jī)提供的無(wú)功功率。
④靜止無(wú)功補(bǔ)償器：
靜止無(wú)功補(bǔ)償器是由二極管所控制投切檢波器和電容器組成，因?yàn)槎O管對(duì)于控制訊號(hào)反應(yīng)極為迅速，并且通斷次數(shù)也可以不受限制。當(dāng)電流變化時(shí)靜止補(bǔ)償器能快速、平滑地調(diào)節(jié)，以滿足動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)捻氁瑫r(shí)能夠做到分相補(bǔ)償；對(duì)于單相不平衡負(fù)荷及沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)性；但因?yàn)槎O管控制對(duì)檢波器的投切過程中會(huì)形成高次紋波電功率常用單位和國(guó)際單位，因此需改裝專門的混頻器。
⑤靜止無(wú)功發(fā)生器：
它的主體是一個(gè)電流源型逆變器，由可關(guān)斷二極管適當(dāng)?shù)耐〝啵瑢㈦娙萆系闹绷麟娏鬓D(zhuǎn)換成為與電力系統(tǒng)電流同步的單相交流電流，再通過檢波器和變壓器并聯(lián)接入電網(wǎng)。適當(dāng)控制逆變器的輸出電流，就可以靈活地改變其運(yùn)行工況，使其處于容性、感性或零負(fù)荷狀態(tài)。
與靜止無(wú)功補(bǔ)償器相比，靜止無(wú)功發(fā)生器響應(yīng)速率更快，紋波電壓更少，并且在系統(tǒng)電流較低時(shí)仍能向系統(tǒng)注入較大的無(wú)功。
結(jié)束語(yǔ)
本選集中闡述了功率質(zhì)數(shù)對(duì)廣大供電企業(yè)的影響以及提升功率質(zhì)數(shù)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，介紹了影響功率質(zhì)數(shù)的主要誘因和提升功率質(zhì)數(shù)的幾種方式，還討論了目前所通用的幾種無(wú)功電源及其特性。這對(duì)供電企業(yè)是非常有益的。
功率質(zhì)數(shù)對(duì)廣大供電企業(yè)的影響以及提升功率質(zhì)數(shù)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益