电容无功补偿柜补偿原理

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电容无功补偿柜补偿原理
在交流电路中，电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S。
　　功率因数的大小与电路的负荷性质有关，如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感或电容性负载的电路功率因数都小于1。功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。所以，供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。
(1) 最基本分析：
　　拿设备作举例。例如：设备功率为100个单位，也就是说，有100个单位的功率输送到设备中。然而，因大部分电器系统存在固有的无功损耗，只能使用70个单位的功率。很不幸，虽然仅仅使用70个单位，却要付100个单位的费用。在这个例子中，功率因数是0.7 (如果大部分设备的功率因数小于0.9时，将被罚款)，这种无功损耗主要存在于电机设备中(如鼓风机、抽水机、压缩机等)，又叫感性负载。功率因数是马达效能的计量标准。
(2) 基本分析：
　　每种电机系统均消耗两大功率，分别是真正的有用功(叫千瓦)及电抗性的无用功。功率因数是有用功与总功率间的比率。功率因数越高，有用功与总功率间的比率便越高，系统运行则更有效率。
(3) 高级分析：
　　在感性负载电路中，电流波形峰值在电压波形峰值之后发生。两种波形峰值的分隔可用功率因数表示。功率因数越低，两个波形峰值则分隔越大。保尔金能使两个峰值重新接近在一起，从而提高系统运行效率。
对于功率因数改善 ：
　　电网中的电力负荷如电动机、变压器、日光灯及电弧炉等，大多属于电感性负荷，这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力系统吸收有功功率，还同时吸收无功功率。因此在电网中安装并联电容器无功补偿设备后，将可以提供补偿感性负荷所消耗的无功功率，减少了电网电源侧向感性负荷提供及由线路输送的无功功率。由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿的效益。无功补偿的主要目的就是提升补偿系统的功率因数。因为供电局发出来的电是以KVA或者MVA来计算的，但是收费却是以KW，也就是实际所做的有用功来收费，两者之间有一个无效功率的差值，一般而言就是以KVAR为单位的无功功率。大部分的无效功都是电感性，也就是一般所谓的电动机、变压器、日光灯……，几乎所有的无效功都是电感性，电容性的非常少见。也就是因为这个电感性的存在，造成了系统里的一个KVAR值，三者之间是一个三角函数的关系： KVA的平方=KW的平方+KVAR的平方简单来讲，在上面的公式中，如果今天的KVAR的值为零的话，KVA就会与KW相等，那么供电局发出来的1KVA的电就等于用户1KW的消耗，此时成本效益最高，所以功率因数是供电局非常在意的一个系数。用户如果没有达到理想的功率因数，相对地就是在消耗供电局的资源，所以这也是为什么功率因数是一个法规的限制。目前就国内而言功率因数规定是必须介于电感性的0.9～1之间，低于0.9，或高于1.0都需要接受处罚。这就是为什么我们必须要把功率因数控制在一个非常精密的范围，过多过少都不行。
　　供电局为了提高他们的成本效益要求用户提高功率因数，那提高功率因数对我们用户端有什么好处呢？① 通过改善功率因数，减少了线路中总电流和供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等的容量，因此不但减少了投资费用，而且降低了本身电能的损耗。② 藉由良好功因值的确保，从而减少供电系统中的电压损失，可以使负载电压更稳定，改善电能的质量。③ 可以增加系统的裕度，挖掘出了发供电设备的潜力。如果系统的功率因数低，那么在既有设备容量不变的情况下，装设电容器后，可以提高功率因数，增加负载的容量。举例而言，将1000KVA变压器之功率因数从0.8提高到0.98时：补偿前：1000X0.8=800KW
补偿后：1000X0.98=980KW
同样一台1000KVA的变压器，功率因数改变后，它就可以多承担180KW的负载。④ 减少了用户的电费支出；透过上述各元件损失的减少及功率因数提高的电费优惠。此外，有些电力电子设备如整流器、变频器、开关电源等；可饱和设备如变压器、电动机、发电机等；电弧设备及电光源设备如电弧炉、日光灯等，这些设备均是主要的谐波源，运行时将产生大量的谐波。谐波对发动机、变压器、电动机、电容器等所有连接于电网的电器设备都有大小不等的危害，主要表现为产生谐波附加损耗，使得设备过载过热以及谐波过电压加速设备的绝缘老化等。并联到线路上进行无功补偿的电容器对谐波会有放大作用，使得系统电压及电流的畸变更加严重。另外，谐波电流叠加在电容器的基波电流上，会使电容器的电流有效值增加，造成温度升高，减少电容器的使用寿命。谐波电流使变压器的铜损耗增加，引起局部过热、振动、噪音增大、绕组附加发热等。
谐波污染也会增加电缆等输电线路的损耗。而且谐波污染对通讯质量有影响。当电流谐波分量较高时，可能会引起继电保护的过电压保护、过电流保护的误动作。因此，如果系统量测出谐波含量过高时，除了电容器端需要串联适宜的调谐（detuned）电抗外，并需针对负载特性专案研讨加装谐波改善装置。
改善电能质量的理由：为什么说提高用户的功率因数可以改善电压质量？
　　电力系统向用户供电的电压，是随着线路所输送的有功功率和无功功率变化而变化的。当线路输送一定数量的有功功率是，如输送的无功功率越多，线路的电压损失越大。即送至用户端的电压就越低。如果110KV以下的线路，其电压损失可近似为：△U=PR+QX/Ue
其中：△U－线路的电压损失，KV
Ue－－线路的额定电压，KV
P－－线路输送的有功功率，KW
Q－－线路输送的无功功率，KVAR
R—线路电阻，欧姆
X－－线路电抗，欧姆
由上式可见，当用户功率因数提高以后，它向电力系统吸取的无功功率就要减少，因此电压损失也要减少，从而改善了用户的电压质量。




无功补偿原理
无功补偿原理
当电网电压的波形为正弦波，且电压与电流同相位时，电阻性电气设备如白炽灯、电热器等从电网上获得的功率P等于电压U和电流I的乘积，即：P=U×I。
电感性电气设备如电动机和变压器等由于在运行时需要建立磁场，此时所消耗的能量不能转化为有功功率，故被称为无功功率Q。此时电流滞后电压一个角度φ。在选择变配电设备时所根据的是视在功率S，即有功功率和无功功率的矢量和：
S =（P2 + Q2）1/2
无功功率为:
Q=（S2 - P2）1/2
有功功率与视在功率的比值为功率因数:
cosf=P/S
无功功率的传输加重了电网负荷，使电网损耗增加，系统电压下降。故需对其进行就近和就地补偿。并联电容器可补偿或平衡电气设备的感性无功功率。当容性无功功率QC等于感性无功功率QL时，电网只传输有功功率P。根据国家有关规定，高压用户的功率因数应达到0.9以上，低压用户的功率因数应达到0.85以上。
如果选择电容器功率为Qc，则功率因数为：
cosf= P/ (P2 + (QL- QC)2)1/2
在实际工程中首先应根据负荷情况和供电部门的要求确定补偿后所需达到的功率因数值，然后再计算电容器的安装容量：
Qc = P(tanf1 - tanf2)=P〔(1/cos2f1-1)1/2-(1/cos2f2-1)1/2〕
式中:
Qc一电容器的安装容量，kvar
P一系统的有功功率，kW
tanf1--补偿前的功率因数角, cosf1--补偿前的功率因数
tanf2--补偿后的功率因数角, cosf2--补偿后的功率因数
采用查表法也可确定电容器的安装容量。
功率因数与补偿容量查询表
补偿前　　功率因数　　值cosf1　　        补偿后功率因数目标值及每KW负荷所需电容器容量(KVar)　　
        0.70　　        0. 80　　        0. 82　　        0. 84　　        0. 86　　        0. 88　　        0.90　　        0. 92　　        0. 94　　        0. 96　　        0. 98　　        1.0　　
0.50　　        0.71　　        0.982　　        1. 034　　        1. 086　　        1. 139　　        1. 192　　        1. 248　　        1. 306　　        1. 369　　        1. 440　　        1. 529　　        1. 372　　
0.51　　0.52　　0.53　　0.54　　0.55　　        0.67　　0.62　　0.58　　0.54　　0.50　　        0.937　　0.893　　0.850　　0.809　　0.769　　        0.989　　0.945　　0.902　　0.861　　0.821　　        1. 041　　0.997　　0.954　　0.913　　0.873　　        1.094　　1.050　　1.007　　0.966　　0.926　　        1.147　　1.103　　1.060　　1.019　　0.979　　        1. 203　　1.187　　1.116　　1.075　　1.035　　        1.261　　1.217　　1.174　　1.133　　1.093　　        1.324　　1.280　　1.237　　1.16　　1.156　　        1.395　　1.351　　1.308　　1.267　　1.227　　        1.484　　1.440　　1.397　　1.356　　1.316　　        1.687　　1.643　　1.600　　1.559　　1.519　　
0.56　　0.57　　0.58　　0.59　　0.60　　        0.46　　0.42　　0.39　　0.35　　0.31　　        0.730　　0.692　　0.655　　0.619　　0.583　　        0.782　　0.744　　0.707　　0.671　　0.635　　        0.836　　0.769　　0.759　　0.723　　0.687　　        0.887　　0.84　　0.812　　0.776　　0.740　　        0.940　　0.902　　0.865　　0.82　　0.793　　        0.996　　0.958　　0.921　　0.885　　0.849　　        1.054　　1.016　　0.979　　0.943　　0.907　　        1.117　　1.079　　1.042　　1.006　　0.970　　        1.188　　1.1500　　1.113　　1.077　　1.041　　        1.277　　1.239　　1.202　　1.116　　1.130　　        1.480　　1.442　　1.405　　1.36　　1.333　　
0.61　　0.62　　0.63　　0.64　　0.65　　        0.28　　0.25　　0.21　　0.18　　0.15　　        0.549　　0.516　　0.483　　0.451　　0.419　　        0.601　　0.568　　0.535　　0.503　　0.471　　        0.653　　0.620　　0.587　　0.555　　0.523　　        0.706　　0.673　　0.640　　0.608　　0.576　　        0.759　　0.726　　0.693　　0.661　　0.629　　        0.815　　0.782　　0.749　　0.717　　0.685　　        0.873　　0.840　　0.807　　0.775　　0.743　　        0.936　　0.903　　0.870　　0.838　　0.806　　        1.007　　0.974　　0.941　　0.909　　0.877　　        1.096　　1.063　　1.030　　0.998　　0.966　　        1.299　　1.266　　1.233　　1201　　1.169　　
0.66　　0.67　　0.68　　0.69　　0.70　　        0.12　　0.09　　0.06　　0.03　　0.00　　        0.388　　0.358　　0.328　　0.299　　0.270　　        0.440　　0.410　　0.380　　0.351　　0.322　　        0.492　　0.462　　0.432　　0.403　　0.374　　        0.545　　0.515　　0.485　　0.456　　0.427　　        0.598　　0.568　　0.536　　0.509　　0.480　　        0.654　　0.624　　0.594　　0.565　　0.536　　        0.712　　0.682　　0.652　　0.623　　0.594　　        0.775　　0.745　　0.715　　0.686　　0.657　　        0.846　　0.816　　0.786　　0.757　　0.728　　        0.935　　0.905　　0.875　　0.846　　0.817　　        1.138　　1.108　　1.073　　1.049　　1.020　　
0.71　　0.72　　0.73　　0.74　　0.75　　        　　        0.242　　0.214　　0.186　　0.159　　0.132　　        0.294　　0.266　　0.238　　0.211　　0.184　　        0.346　　0.318　　0.290　　0.263　　0.236　　        0.399　　0.371　　0.343　　0.316　　0.289　　        0.452　　0.424　　0.36　　0.369　　0.342　　        0.508　　0.480　　0.452　　0.425　　0.398　　        0.566　　0.538　　0.510　　0.483　　0.456　　        0.629　　0.601　　0.573　　0.546　　0.519　　        0.700　　0.672　　0.644　　0.617　　0.590　　        0.789　　0.761　　0.733　　0.706　　0.679　　        0.992　　0.964　　0.936　　0.909　　0.882　　
0.76　　0.77　　0.78　　0.79　　0.80　　        　　        0.105　　0.079　　0.052　　0.026　　0.000　　        0.157　　0.131　　0.104　　0.078　　0.052　　        0.209　　0.183　　0.156　　0.130　　0.104　　        0.262　　0.236　　0.209　　0.183　　0.157　　        0.351　　0.289　　0.262　　0.236　　0.210　　        0.371　　0.345　　0.318　　0.292　　0.266　　        0.429　　0.403　　0.376　　0.350　　0.324　　        0.492　　0.466　　0.439　　0.413　　0.387　　        0.563　　0.537　　0.510　　0.484　　0.458　　        0.352　　0.326　　0.599　　0.573　　0.547　　        0.855　　0.829　　0.802　　0.776　　0.750　　
0.81　　0.82　　0.83　　0.84　　0.85　　        　　        　　        0.026　　0.000　　　　        0.078　　0.052　　0.026　　0.000　　        0.131　　0.105　　0.079　　0.053　　0.027　　        0.184　　0.158　　0.132　　0.106　　0.080　　        0.240　　0.214　　0.188　　0.162　　0.136　　        0.298　　0.272　　0.246　　0.220　　0.194　　        0.361　　0.335　　0.309　　0.283　　0.257　　        0.432　　0.406　　0.380　　0.354　　0.328　　        0.521　　0.495　　0.469　　0.443　　0.417　　        0.724　　0.698　　0.672　　0.646　　0.620　　
0.86　　0.87　　0.88　　0.89　　0.90　　        　　　　　　　　　　        　　　　　　　　　　        　　　　　　　　　　        　　        0.000　　　　　　　　　　        0.053　　0.027　　0.000　　　　　　        0.109　　0.083　　0.056　　0.028　　0.000　　        0.167　　0.141　　0.114　　0.086　　0.058　　        0.230　　0.204　　0.177　　0.149　　0.121　　        0.301　　0.275　　0.248　　0.220　　0.192　　        0.390　　0.364　　0.337　　0.309　　0.281　　        0.539　　0.567　　0.540　　0.512　　0.484　　
0.91　　0.92　　0.93　　0.94　　0.95　　        　　        　　        　　        　　        　　        　　        　　        0.030　　0.000　　　　        0.093　　0.063　　0.032　　0.000　　　　        0.164　　0.134　　0.103　　0.071　　0.037　　        0.235　　0.223　　0.192　　0.160　　0.126　　        0.456　　0.426　　0.395　　0.363　　0.329　　
0.96　　0.97　　0.98　　0.99　　1.00　　        　　　　　　　　　　        　　        　　        　　        　　        　　        　　        　　        　　        0.000　　        0.089　　0.048　　0.000　　        0.292　　0.251　　0.203　　0.143　　0.000　　




电网中无功功率补偿
许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的"无功"并不是"无用"的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。
在功率三角形中，有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数cosφ，其计算公式为：
cosφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2
在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。
1　影响功率因数的主要因素
(1)大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60％～70％。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。
(2)变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。
(3)供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。
当供电电压高于额定值的10％时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110％时，一般无功将增加35％左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。
2　无功补偿的一般方法
无功补偿通常采用的方法主要有3种：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。下面简单介绍这3种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。
(1)低压个别补偿:
低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗，以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。
(2)低压集中补偿：
低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。低压补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。
(3)高压集中补偿：
高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6～10kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护，补偿效益高。
3　采取适当措施，设法提高系统自然功率因数
提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资，仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率，这是一种最经济的提高功率因数的方法。
(1)合理使用电动机；
(2)提高异步电动机的检修质量；
(3)采用同步电动机：同步电动机消耗的有功功率取决于电动机上所带机械负荷的大小，而无功功率取决于转子中的励磁电流大小，在欠励状态时，定子绕组向电网"吸取"无功，在过励状态时，定子绕组向电网"送出"无功。因此，对于恒速长期运行的大型机构设备可以采用同步电动机作为动力。
异步电动机同步运行就是将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流，使其呈同步电动机运行，这就是"异步电动机同步化"。
(4)合理选择配变容量，改善配变的运行方式：对负载率比较低的配变，一般采取"撤、换、并、停"等方法，使其负载率提高到最佳值，从而改善电网的自然功率因数。
4　无功电源
电力系统的无功电源除了同步电机外，还有静电电容器、静止无功补偿器以及静止无功发生器，这4种装置又称为无功补偿装置。除电容器外，其余几种既能吸收容性无功又能吸收感性无功。
(1)同步电机：
同步电机中有发电机、电动机及调相机3种。
①同步发电机：
同步发电机是唯一的有功电源，同时又是最基本的无功电源，当其在额定状态下运行时，可以发出无功功率：
Q=SXsinφ=PXtgφ
其中、S、P、φ是相对应的无功功率、视在功率、有功功率和功率因数角。
发电机正常运行时,以滞后功率因数运行为主,向系统提供无功，但必要时,也可以减小励磁电流,使功率因数超前,即所谓的"进相运行"，以吸收系统多余的无功。
②同步调相机:
同步调相机是空载运行的同步电机，它能在欠励或过励的情况下向系统吸收或供出无功，装有自励装置的同步电机能根据电压平滑地调节输入或输出的无功功率，这是其优点。但它的有功损耗大、运行维护复杂、响应速度慢，近来已逐渐退出电网运行。
③并联电容器：
并联电容器补偿是目前使用最广泛的一种无功电源，由于通过电容器的交变电流在相位上正好超前于电容器极板上的电压，相反于电感中的滞后，由此可视为向电网"发?quot;无功功率：
Q=U2/Xc
其中：Q、U、Xc分别为无功功率、电压、电容器容抗。
并联电容器本身功耗很小，装设灵活，节省投资；由它向系统提供无功可以改善功率因数，减少由发电机提供的无功功率。
④静止无功补偿器：
静止无功补偿器是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数也可以不受限制。当电压变化时静止补偿器能快速、平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要，同时还能做到分相补偿；对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性；但由于晶闸管控制对电抗器的投切过程中会产生高次谐波，为此需加装专门的滤波器。
⑤静止无功发生器：
它的主体是一个电压源型逆变器，由可关断晶闸管适当的通断，将电容上的直流电压转换成为与电力系统电压同步的三相交流电压，再通过电抗器和变压器并联接入电网。适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变其运行工况，使其处于容性、感性或零负荷状态。
与静止无功补偿器相比，静止无功发生器响应速度更快，谐波电流更少，而且在系统电压较低时仍能向系统注入较大的无功。

sjzjiadian

看不太懂，还是顶一下

长缨在手

路过学习了

拼→事在人为

不太明白内容的意思、、不过还是耐心的学习了、、谢谢分享

weiyanhua

说的很好啊，我也实践过

勇_士

谢谢分享好资料，学习了

大家电维修

讲的太多了，要花点时间看。

林青家电

学习学习……

穷折腾

讲的太好了，君的几句话是我明白了好多，谢谢！

baixiaobai

好东西，言简意赅，学习了，谢谢分享！！！