关于功率因数及其补偿 (1)
无功补偿电容柜中为什么串联电抗器 (7)
并联电抗器的作用 (8)
无功自动补偿按性质分为三相电容自动补偿和分相电容自动补偿。 (10)
抑制谐波串联电抗器的选用情况和TSC动态无功补偿解析 (15)
无功补偿用串联电抗器的性能与作用 (23)
关于功率因数及其补偿
1、功率因数的概念
在交流电路中，电源供给负载的视在功率包括有功功率和无功功率。有功功率是电阻性负载消耗的功率，即实际消耗的电功率，用P 表示，单位为瓦（W）或千瓦（kW）；无功功率并非实际消耗的功率，而是反映电感性负载或电容性负载发生的电源与负载间能量交换所占用的电功率，用Q表示，单位为乏(var)或千乏(kvar)；视在功率是电压和电流有效值的乘积，用S表示，单位为伏安(VA)或千伏安(kVA)。按线性负载来考虑，三者的关系可用功率三角形来表示，如图1所示。
图1：功率三角形
对于三相平衡负载，视在功率为下式。式中，U为相电压有效值，U l为线电压有效值，I为电流有效值。
S = 3UI =31/2 U l I =（P2 + Q2）1/2
当供电回路中既有电感性负载又有电容性负载时，总的无功功率为下式。式中，Q L为电感的无功功率，Q C为电容的无功功率。
Q = Q L-Q C
有功功率与视在功率之比称为功率因数，用λ表示。在线性电路中，功率因数等于电流与电压相位差的余弦，即
λ=P/S=（3UI cos Φ）/3UI= cos Φ
功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。
2、提高功率因数的意义
提高功率因数的意义包括可降低线路损耗、可改善电压质量、可提高变压器利用率和节约用户的电费开支等等，详见下表1的解释。
表1：提高功率因数的意义
3、提高功率因数的方法
提高功率因数的方法分为提高自然功率因数和功率因数人工补偿。
1）提高自然功率因数
自然功率因数是指用电设备自身所具有的功率因数，其高低与设备的负荷率有关。在通信企业中，有许多电感性的电气设备，如变压器、电动机等。据统计，企业的无功功率，一般感应电动机占70%，变压器占20%，线路占10%。由此可见，电动机和变压器消耗的无功功率大，自然功率因数比较低，特别是在空载运行时功率因数更低。为了降低无功功率消耗，提高自然功率因数，通常可采取下列措施：
(1)合理选择电动机的大小，避免大马拉小车，及时更换负载率小于40%的电动机。
(2)正确选择变压器容量，提高变压器负荷率，其负荷率在75%~80%较合适。
采用提高自然功率因数的方法是一种最经济有效的方法。但是，如果变压器带有容量大的季节性负荷，合理选择变压器容量就比较困难。例如中央空调系统，单机容量都比较大，从几十千瓦到上百千瓦，而空调的使用有季节性，若只选择一台变压器对全局供电，为使空调工作时变压器不过载，变压器容量只能选得较大，而当空调不工作时，变压器就工作在轻载状态，功率因数就会显著降低。对于这种情况，单靠提高自然功率因数的办法满足不了对功率因数的要求，必须采用无功功率补偿的方法来提高功率因数。
2）功率因数人工补偿
在一般情况下，用电负荷多为电感性负载，常用并联电容器的方
法来补偿功率因数，原理如图2所示。专门用来补偿功率因数的电容器称为移相电容器，具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小和投资少等优点。
图2：并联电容补偿功率因数原理
图中，R、L串联表示感性负载，端．电压为ù，电流为?L，感性负载使得电流相位滞后电压相位一个角度，这个角度就是功率因数角Φ1。在R、L两端并联电容C，将有电流?C流过电容，?C比ù超前90°。并联电容后，总电流?是?L与?C的相量和，校正后的功率因数角为Φ2。可见Φ2<Φ1，功率因数得到提高。并联电容补偿的容量（无功功率）可按下式计算，式中，Q C为电容器补偿的无功功率(kvar)，P j为有功功率(kW)，Φ1为补偿前的功率因数角，Φ2为补偿后的功率因数角。
Q C=P j（tan Φ1-tan Φ2）
4、移相电容器的型号和补偿容量
移相电容器的型号由文字和数字两部分组成。例如，YY0.4-12-3，第一位字母Y表示移相用；第二位字母Y表示矿物油浸渍；0.4表示额定电压为0.4kV；12表示标称容量为12kvar；3表示三相，是指封装好的移相电容器内部接成三角形，外部引出三个接头，可直接连接在三相电源上。
电容器的电容量为C，其容抗为X C，当电容器两端施加正弦交流
电压U时，它能补偿的无功功率为Q=U2/X C = 2πf CU2，即当C一定时，电容器能补偿的无功功率Q与加在电容器上的电压U的平方成正比。因此并联电容器进行补偿时，宜采用三角形连接，其补偿容量为星形连接的3倍。电容器的额定电压应与电力网的额定电压相符。
5、并联电容补偿的方法
并联电容器补偿无功功率通常有以下三种方法。
1）分散补偿。分散补偿是指将移相电容器就近并联在电感性负载上。若电容器的补偿容量选择得当，补偿效果明显。但分散补偿维护工作量大，电容器的利用率低、投资大。这种补偿方式只适用于长期运行的负载或容量较大的负载。
2）低压集中补偿。将移相电容器集中在一起，组成无功功率补偿屏，又称电容补偿柜。将电容补偿柜并接在变压器低压侧的电力母线上进行补偿。细分交流负荷，有的长期使用，有的时用时停，存在一个用电高峰和低谷的问题。若将所有移相电容器接成一组对用电高峰进行补偿，且满足对功率因数的要求，则在用电低谷时就会过补偿，造成电压偏高。因此实际工作中往往将移相电容器分成几组，一组长期并联在电路中对固定不变的负荷进行补偿，其余的移相电容器组根据负荷的运行情况及时投入或撤除，既满足提高功率因数的要求，又不会造成过补偿。投入或撤除移相电容器可采用人工或自动的方法。电容器是储能元件，当电容器从电源上断开时，电容器上的电压等于
电路断开瞬间的电源电压。因此撤除的移相电容器应考虑放电，一般采用灯泡来放电。
3）高压集中补偿。高压集中补偿就是将电容补偿柜移到变压器的高压侧。在高压侧补偿的补偿效果比在低压侧好，但移相电容器即使接成星形，电容器承受的电压也很高，易造成电容器爆炸，同时高压操作需要专门的辅助电源和操作机构，维护操作困难，因此在通信企业中多采用低压集中补偿。
6、功率因数自动调节
功率因数自动调节是指在电容补偿柜中设置了自动调节装置，能根据电网电压和负载的变化及时投入或撤除电容器组，以保证功率因数符合要求。电网电压的波动和负载的启动会造成瞬时功率因数的波动，为避免自动调节装置的执行机构误动作，自动调节装置应采取延时投入和延时撤除的方式。
图3为电容补偿柜一次电路原理图，图中移相电容器组均采用三角形接法，一组作为固定补偿，其余的根据电网电压和负荷的变化自动投撤。采用交流接触器作为自动调节装置的执行机构，自动调节装置的设计方案很多，其基本原理分时间型自动控制和功率因数型自动控制。时间型自动控制是预先设计好时间段，按时让交流接触器动作或断开，从而投入或撤除电容器组。功率因数型自动控制是采用取样信号与基准电压进行比较，其差值经放大、变换后去控制交流接触器
的动作，从而投入或撤除电容器组。取样信号可采集母线电压的高低、功率因数的大小、无功电流的大小等。具体工作原理不再赘述。
图3：电容补偿柜一次电路原理图
功率因数补偿应避免补偿电容与电路的电感形成谐振，从而导致过电压。不宜一味追求高功率因数，在一般情况下确定补偿后的功率因数在0.9~0.95之间便可，要严格防止过补偿。此外还需注意，如果利用移相电容器将功率因数提高到0.95，供电系统有可能在5次或7次谐波发生谐振，导致系统工作异常，这时可在移相电容电路中串联小电感，使谐振频率不在系统谐波频率的范围内。
无功补偿电容柜中为什么串联电抗器
电抗器，实质上是一个无导磁材料的空心线圈。它可以根据需要，布置为垂直、水平和品字形三种装配形式。在电力系统发生短路时，会产生数值很大的短路电流。如果不加以限制，要保持电气设备的动态稳定和热稳定是非常困难的。因此，为了满足某些断路器遮断容量的要求，常在出线断路器处串联电抗器，增大短路阻抗，限制短路电流。
由于采用了电抗器，在发生短路时，电抗器上的电压降较大，所以也起到了维持母线电压水平的作用，使母线上的电压波动较小，保证了非故障线路上的用户电气设备运行的稳定性。近年来，在电力系
统中，为了消除由高次谐波电压、电流所引起的电容器故障，在电容器回路中采用串联电抗器的方法改变系统参数，已取得了显著的效果。
在并联电容器回路中串联电抗器的作用有两个,一是为了抑制涌流,二是为了抑制谐波.在并联电容器投运时由于电容器两端的电压突变,必然形成一个很大的合闸电流,这个电流称为涌流.一般情况下,涌流不会超过10倍的额定电流.当多台电容器组中追加投入时,由于已投运电容器的充电效应,涌流比第一台投运时更大,往往要超过10倍额定电流.因此
单台电容器时建议串联小电抗器,电抗率0.1%~1%.当然,不串电抗器也可以,电容器应能满足抗涌流能力.
多台电容器必须串联小电抗器,电抗率同上.
当需要抑制3次及以上谐波时,电抗率应该是12%~13%
当需要抑制5次及以上谐波时,电抗率宜为4.5%~6%
并联电抗器的作用
1、削弱空载或轻载时长线路的电容效应所引起的工频电压升高。
这种电压升高是由于空载或轻载时，线路的电容（对低电容和相间电容）电流在线路的电感上的压降所引起的。它将使线路电压高于电源电压。当愈严重，通常线路愈长，则电容效应愈大，工频电压升高也愈大。
对超高压远距离输电线路而言，空载或轻载时线路电容的充电功率是
很大的，通常充电功率随电压的平方面急剧增加，巨大的充电功率除引起上述工频电压升高现象之外，还将增大线路的功率和电能损耗以及引起自励磁，同期困难等问题。装设并联电抗器可以补偿这部分充电功率。
2、改善沿线电压分布和轻载线路中的无功分布并降低线损。
当线路上传输的功率不等于自然功率时，则沿线各点电压将偏离额定值，有时甚至偏离较大，如依*并联电抗器的补偿，则可以仰低线路电压得升高。
3、减少潜供电流，加速潜供电弧的熄灭，提高线路自动重合闸的成功率。
所谓潜供电流，是指当发生单相瞬时接地故障时，在故障相两侧断开后，故障点处弧光中所存在的残余电流。
产生潜供电流的原因：故障相虽以被切断电源，但由于非故障相仍带电运行，通过相间电容的影响，两相对故障点进行电容性供电；由于相间互感的影响，故障相上将被感应出一个电势，在此电势的作用下通过故障点及相对地电容将形成一个环流，通常把上述两部分电流的总和称之为潜供电流。潜供电流的存在，使得系统发生单相瞬时接地短路处的潜供电弧不可能很快熄灭，将会影响单相自动综合闸的成功率。
无功自动补偿按性质分为三相电容自动补偿和分相电容自动补偿。
无功自动补偿按性质分为三相电容自动补偿和分相电容自动补偿。三相电容自动补偿适用于三相负载平衡的供配电系统。因三相回路平衡，回路中无功电流相同，所以在补偿时，调节无功功率参数的信号取自三相中的任意一相，根据检测结果，三相同时投切可保证三相电压的质量。三相电容自动补偿适用于有大量的三相用电设备的厂矿企业中。在民用建筑中大量使用的是单相负荷，照明、空调等由于负荷变化的随机性大，容易造成三相负载的严重不平衡，尤其是住宅楼在运行中三相不平衡更为严重。由于调节补偿无功功率的采样信号取自三相中的任意一相，造成未检测的两相要么过补偿，要么欠补偿。如果过补偿，则过补偿相的电压升高，造成控制、保护元件等用电设备因过电压而损坏；如果欠补偿，则补偿相的回路电流增大，线路及断路器等设备由于电流的增加而导致发热被烧坏。这种情况下用传统的三相无功补偿方式，不但不节能，反而浪费资源，难以对系统的无功补偿进行有效补偿，补偿过程中所产生的过、欠补偿等弊端更是对整个电网的正常运行带来了严重的危害。据有关资料介绍，某地综合楼是集商场、银行、办公、车库、宾馆为一体的一类高层建筑，总建筑面积３．２万ｍ２。主要用电设备有空调机组、水泵、风机及照明灯具等，其中照明灯具均为单相负荷，功率因数在０．４５～０．７５之间。低压有功计算负荷２８１５ｋＷ，其中，照明用电有
功负荷１０８６．５ｋＷ，其它负荷基本为空调、风机、水泵、电梯等三相负荷。补偿前无功功率３１８２ｋｖａｒ，若整体功率因数补偿到０．９２，需补偿１９８２ｋｖａｒ，补偿后无功功率１２００ｋｖａｒ。原设计采用低压配电室并联电容器组三相集中自动补偿，工程竣工投入使用后，经常出现仪器、灯具等用电设备烧坏或不能正常使用等情况，影响正常经营和工作。经现场测试，发现低压馈线回路三相负荷不平衡，差距很大，电流差异大，最大相电流差为９００Ａ；检测母线电压，三相母线电压有的高达２６０Ｖ，有的低到１９０Ｖ。通过分析是三相电容自动补偿造成的结果。对于三相不平衡及单相配电系统采用分相电容自动补偿是解决上述问题的一种较好的办法，其原理是通过调节无功功率参数的信号取自三相中的每一相，根据每相感性负载的大小和功率因数的高低进行相应的补偿，对其它相不产生相互影响，故不会产生欠补偿和过补偿的情况。该装置的控制模块和数据采集模块采用新型单片机和大规模集成电路，开关模块采用大功率晶闸管，实现电容器组的零电压投入和零电流切除，无合闸浪涌电流冲击，无火花和谐波干扰。产品特点如下：（１）实现了控制模块的数字化和智能化，开关执行单元无触点，确保了控制精度和运行的可靠性；（２）全自动分相、分级按需补偿；
（３）可灵活设定过压、欠压、欠流延时等参数，具有完善的越限报警和过压、欠压、缺相、缺零、谐波越限保护缩闭功能，保证系统安全运行；
（４）实时数字式测量、显示电网中的主要参数：功率因数、电
压、电流、谐波电压及电流、有功功率及电度、无功功率及电度等；
（５）带有谐波分析，测量总的谐波失真（ＴＨＤ）以及１～３１次谐波电压及电流，为治理谐波提供准确的数字依据；
（６）采用“自愈式”电容器，具有使用寿命长、可靠性强、温升小、无需专门散热装置等优点；（７）具有数据采集功能和标准的通信接口（ＲＳ２３２），可实现远程实时监测和计算机联网管理；
（８）采用模块化结构设计，易于维护和升级。
从上述产品的功能可以看出，智能三相自动无功补偿能自动检测各相负载的功率因数，同时自动分相投入各相所需的电容补偿量，以使各相的无功功率补偿达到最佳状态，对于大量使用单相用电负荷，易产生三相不平衡的用电单位如住宅小区、宾馆、饭店、大型商场等民用建筑的配电系统有改善功率因数、提高电网效率、改善电压质量、节约用电、增大变压器有功容量等显著效果，较大程度满足了“电网绿化”的要求。２分组电容自动补偿的应用在低压电网中大量的用电设备为电感性，尤其是在大面积、大开间的商场、办公楼等日常生活和办公场所，大都会采用发光效果好的荧光灯进行人工照明。荧光灯具有光效好、寿命长、无污染等特点，属绿色光源。目前，民用建筑工程中大量使用电感型镇流器荧光灯，它具有成本低、寿命长、维修工作量少、投资少等优点，但其启动时间长，功率因数低，约为０．５～０．６，自身损耗大，加大了供配电系统网络损耗，造成了能源的浪费。通过电容补偿的方式来解决大面积商场、办公楼的感性负荷功率因数低的问题是目前设计中常用的方法。我们在设
计中通常的做法有两种：在变配电所设置集中高压或低压补偿柜，对系统前端进行补偿，虽能满足供电部门对并网功率因数的要求，但对以下各级分支电路不作补偿，因此低压配电线路中无功电流大，从而造成线路截面和配电开关容量不能减小，且不能保证整个低压系统的供电质量；另一种做法是在每台用电设备或每盏照明灯具内设置电容器个别单独进行补偿，这种方式效果较好，对于厂矿企业使用的单台大容量用电设备比较适用，但对于大型商场等民用建筑来说，补偿投资成本太大，性价比低，安装分散，造成后期维修量大、维修困难，且电容器利用率低，实际应用并不理想，所以很少采用。在目前低压补偿电容器技术和制造质量、自动投切装置有了很大提高的前提下，笔者认为在这类民用建筑的配电系统中分组设置补偿电容，即根据建筑使用功能分区，用电较集中、电气设备功率因数较低的配电箱处设置电容补偿装置较为适宜。分组补偿可提高设备利用率，减少配电系统容量视其功率Ｓ＝，由此可知在有功功率不变的前提下，提高功率因数可降低无功功率，减小配电系统的容量。
当功率因数由０．６５提高到０．９２时，设备利用率为：
η＝×１００％＝×１００％＝２９．３５％即补偿后设备利用率提高了２９．３５％。在选用型号及截面相同的电缆时，减少了线路损耗根据公式：Ｉ＝，线损Ｐ＝Ｉ２Ｒ，则：ΔＰ＝２Ｒ－２Ｒη＝＝×１００％＝×１００％＝５０．０８％即补偿后线路损耗降低了５０．０８％。２分组补偿的可行性下面结合工程应用举例说明分组补偿的可行性。某地
新华书店大楼由商场、书店营业厅、餐饮、宾馆、地下车库、办公室组成，属一类高层，功能较复杂。其中１～６层为书店营业厅，单层面积约２８００ｍ２（标准层，每层均相同），其照明采用电感类荧光灯，功率因数较低。方案设计时只在变电所设集中补偿柜.１～６层配电照明箱由变配电所采用一回路供电，开关为１２５０Ａ，空气绝缘母线槽选用一段１２５０Ａ，每层配电照明箱进线开关选用２５０Ａ；分组每层设电容补偿比在变配电所设集中补偿柜电容器总容量要高出２０％左右。但减少了开关、供电线路的投资，这部分费用相对于电容器的投资要高许多。每层在配电照明箱处设电容补偿并不增加配电箱的数量，只需将配电照明箱的尺寸加大，电容器装于箱内，这样也节省了低压配电室内电容补偿柜的占地面积。另因为补偿电容配置了智能控制器，产品模块化，具有数据采集功能和标准的通信接口（ＲＳ２３２），可实现远程实时监测和计算机联网管理，便于检测、维护和升级。从上述举例可看出，根据各层配电照明箱的设置分组装设电容补偿的方式较好地解决了集中和个别设置补偿造成的线路中无功电流增大、相应配电线路截面及开关容量加大和补偿投资成本大、安装分散、后期维修量大、维修困难等问题。对于大型商场、写字楼等大量使用低功率因数设备的民用建筑设计应根据具体情况采用分组设置电容补偿方式比较合理。
抑制谐波串联电抗器的选用情况和TSC动态无功补偿解析
摘要：为进一步搞好设备的配套改造，加强设备管理，实现供电系统的经济运行，减少整个供电系统设备的损耗，获得最佳经济效益的设备运行方式，对抑制谐波串联电抗器的选用进行了较为详细的阐述。本文主要对具体抑制谐波串联电抗器的选用情况和TSC动态无功补偿进行了解析。
关键词：电网功率因数节能降耗科学谐波治理设备 TSC和TSF动态无功补偿
补偿用并联电容器对谐波电压最为敏感，谐波电压加速电容器老化，缩短使用寿命。谐波电流将使电容器过负荷、出现不允许的温升，特别严重的是当电容器组与系统产生并联谐振时电流急速增加，开关跳闸、熔断器熔断、电容器无法运行。为避免并联谐振的发生，电容器串联电抗器。它的电抗率按背景谐波次数选取。电网的背景谐波为5次及以上时，宜选取4.5% ~ 6%；电网的背景谐波为3次及以上时，宜选取12%
一、电抗率K值的确定
1. 系统中谐波很少，只是限制合闸涌流时则选K=0.5~1%即可满足要求。它对5次谐波电流放大严重，对3次谐波放大轻微。
2. 系统中谐波不可忽视时，应查明供电系统的背景谐波含量，在合理确定K值。电抗率的配置应使电容器接入处谐波阻抗呈感性。电
网背景谐波为5次及以上时，应配置K=4.5~6%。通常5次谐波最大，7次谐波次之，3次较小。国内外通常采用K=4.5~6%。配置K=6%的电抗器抑制5次谐波效果好，但明显的放大3次谐波及谐振点为204Hz，与5次谐波的频率250Hz，裕量大。配置4.5%的电抗器对3次谐波轻微放大，因此在抑制5次及以上谐波，同时又要兼顾减小对3次谐波的放大是适宜的。它的谐振点235Hz与5次谐波间距较小。电网背景谐波为3次及以上时应串联K=12%的电抗器。在电抗器电容器串联回路中,电抗器的感抗XLN与谐波次数虚正比；电容器容抗XCN与谐波次数成反比。为了抑制5次及以上谐波。则要使5次及以上谐波器串联回路的谐振次数小于5次。这样，对于5次及以上谐波，电杭器电容器串联回路呈感性，消除了并联谐振的产生条件；对于基波，电抗器电容器串联回路呈容性，保持无功补偿作用。如电抗器电容器串联回路在n次谐波下谐振，则:
式中XCN/XLN为电抗率的倒数，不同的电抗率对应不同的谐振次数或不同的谐振频率，如表1所示。电抗器的电抗率以取6%为宜，可避免因电抗器、电容器的制造误差或运行中参数变化而造成对5次谐波的谐振。若电容器接入处，电网被污染严重，电抗率要另行计算。
Hz
如：K=4.5%则；K=5%则
K=6%则；K=7%则
K=12%则
表1 电抗率对应的谐振次数或谐波频率
电容器串联电抗器后，电容器端电压会升高。为了便于分析。画出电流、电压向量图，如图表示。
图电抗器的设置、电流、电压向量
以电流I为基准，电抗器上压降ULN超前电流90°，系统电压UXN 为两者向量和：UXN=UCN-ULN。如电抗器电抗率为6%，则：ULN=0.06UCN
UXN=(1-0.06)UCN
UCN=UCN/(1-0.06)=1.064UXN
电容器串联电抗率为6%电抗器后，电容器端电压为电网电压的1.064
倍
电容器允许产期运行在1.1倍额定电压下。因此，电容器端电压升高6.4%是可以承受的。如电抗器电抗率为12%，电容器端电压升高13.6%，应当选用额定电压440V电容器。
串联电抗器后回来电流也将增大，电抗率K=6%，电容器端电压为电网电压的1.064倍电流也增加到相同倍数。无功功率补偿容量是增加还是减少？电容器端电压升高无疑会增加无功功率补偿容量。（1）电容器无功功率补偿容量Q’C
Q’C=（UCN/ UXN）2QC=(1.064UXN/UXN)2
Q’C=1.13QC
（2）电抗器消耗容性无功功率QL
QL=3I2XLN=3(1.064 UXN/UXN)2(0.06 XCN)
=1.0642×0.06×(3U2XN/ XCN)=0.068QC
（3）实际无功功率补偿容量：
Q’C－QL=(1.13-0.068) QC=1.062 QC
从上式看出，电容器串联电抗器后，无功功率补偿不但没有减少，反而增加6.2%。
二、电抗器的安装位置
串联电抗器无论装在电源侧或中性点侧，从限制合闸涌流和抑制谐波来说都是一样的。
电抗器装在电源侧时运行条件苛刻，因它承受短路电流的冲击，对地电压也高（相对于中性点），因而对动、热稳定要就高，铁心电抗器
有铁心饱和之虑。
电抗器装在中性点侧时对电抗器要求相对低，一般不受短路电流的冲击，动、热稳定没有特殊要，就承受的对地电压低。可见它比安装在电源侧缺少了电抗器的抗短路电流冲击的能力。
三、电抗器的结构
电抗器的结构形式主要有空芯和铁芯两种结构。
铁芯结构的电抗器主要优点是：损耗小，电磁兼容性叫好，体积小。缺点是：有噪音并在事故电流较大时铁芯饱和失去了限流能力。当干式铁芯且采用氧树脂铸线圈的电抗器，其动、热稳定性均很好，适合装在柜中。油浸式铁芯电抗器虽然体积大些，但噪音较小，散热较好，安装方便，适用于户外使用。
空芯电抗器的主要优点是：线性度好，具有很强的限制短路电流的能力而且噪音小。缺点是：损耗大，体积大。这种电抗器户内，户外都适合，但不适合装在柜中。在户外安装容易解决防止电磁感应问题。最好采用分相布置“品”字形或“一”字形。这样相间拉开了距离，有利于防止相间短路和缩小事故范围。所以这种布置方式为首选。当场地受到限制不能分相布置时，可采用互相叠装式产品。三相叠装式产品的B相线圈绕线制方向为反方向使支柱绝缘承受压力，因此在安装时一定按生产厂家的规定。
四、TSC动态无功补偿，它采用晶闸管开关（过零触发），投切电力电容组，实现无功补偿。有效改善用电负荷的功率因数，具有显著的节能效果。在TSC系统中采用串联电抗器，可有效地防止谐波放大，
有效的吸收大部分谐波电流，新乡逐鹿协力电力设备有限公司是国际上领先进行动态无功补偿和滤波的公司。主要市场遍布国内。2005年以来，已有数百套装置在20于省市各行业中应用。
所有的汽车厂，点焊机负荷变化极为快速，并且引发大量的无功功率，这种负荷经常产生较大的电压波动、电压闪变，导致电焊质量差并影响焊接的生产效率，过电流会损坏电极及被焊接材料、而欠电流也会严重地影响焊接质量。采用新乡逐鹿协力电力设备有限公司动态补偿装置能明显地提高焊接质量及生产效率，稳定电压、消除闪变并能充分地利用现有的设备，减少基本费用开支。
核心部件是控制器。由信号处理器DSP和VLSI电路为基础，在每一个电网周期对所有的数据进行分析1ms内据算出所需无功补偿的技术，所有相的谐波分量同时都被计算出来，发出触发信号确保5~20ms 投切电容器组，AR型串7%的电抗器（平衡补偿系统），或14%的电抗器（不平衡补偿系统），以防止电容器组与电网发生5次、3次谐波并联谐振。
汽车工业点焊设备绝大多数是用380V电源，由二相供电（L1—L2、
功率因数校正之基本原理 何谓工率因数？ 功率因数（power factor；pf）定义为实功（real power；P）对视在功率（apparent power；S）之比，或代表电压与电流波形所形成之相角之余弦，如图1。功率因数值可由0至1之间变化，可为电感性（延迟的、指标向上）或电容性（领先的、指标向下）。为了降低电感性之延迟，可增加电容，直到pf为1。当电压与电流波形为同相时，工率因数等于1（cos(0o)=1）。所有努力使工率因数等于1是为了使电路为纯电阻化（实功等于视在功率）。 ▲图1: 功率因数之三角关系。 实功（瓦特）可提供实际工作，此为能量转换元素（例如电能到马达转动rpm）。虚功（reactive power）乃为使实功完成实际工作所产生之磁场（损耗）。而视在功率可想成电力公司提供之总功率，如图1所示。此总功率经由电力线提供产生所需之实功。 当电压与电流皆为正弦波时，如前述定义之功率因数（简称为功因）为电压与电流波形之对应相角，但大部份之电源供应器之输入电流乃非正弦波。当电压为正弦波而电流为非正弦波时，则功因包括两个因素：1)相角位移因素，2)波形失真因素。等式1表示相角位移与波形失真因素之于功因的关系。 ----------------------------------------------------(1)
Irms(1)为电流之主成份，Irms电流之均方根值。因此功率因数校正线路是为了使电流失真最小，且使电流与电压同相。 当功因不等于1时，电流波形没有跟随电压波形，不但有功率损耗，且其产生之谐波透过电力线干扰到连接同一电力线之其它装置。功因越接近1，几乎所有功率皆包含于主频率，其谐波越接近零。 ■了解规范 EN61000-3-2对交流输入电流至第40次谐波规范。而其class D对适用设备之发射有严格之限制（图2）。其class A要求则较宽松（图3）。 ▲图2:电压与电流波形同相且PF=1(Class D)。
功率因数补偿 功率因数补偿概述 功率因数补偿的理论分析 功率因数补偿方法 功率因数补偿的意义 编辑本段功率因数补偿概述 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。 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。减少了无功功率在电网中的流动，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，这种措施称作功率因数补偿。 由于功率因数提高的根本原因在于无功功率的减少，因此功率因数补偿通常称之为无功补偿。 在大系统中，无功补偿还用于调整电网的电压，提高电网的稳定性。 在小系统中，通过恰当的无功补偿方法还可以调整三相不平衡电流。按照wangs定理：在相与相之间跨接的电感或者电容可以在相间转移有功电流。因此，对于三相电流不平衡的系统，只要恰当地在各相与相之间以及各相与零线之间接入不同容量的电容器，不但可以将各相的功率因数均补偿至1，而且可以使各相的有功电流达到平衡状态。 编辑本段功率因数补偿的理论分析 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。 编辑本段功率因数补偿方法 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？
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)] P为有功功率，Q为无功功率。 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。 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
GXTC 招标文件 (技术部分) 招标编号：GXTC-0826018 项目名称：年产1000吨多晶硅高技术产业化示范工程10kV谐波治理兼功率因数补偿自动投切成套装置
国信招标有限责任公司 二OO八年一月 110kV总变电站10kV系统谐波治理兼功率因数补偿装置 技术规格书
四川新光硅业科技有限责任公司 2008年1月 说明： 1，本技术规格书附件1到附件6中内容属于招标文件的一部分 2，卖方应免费提供随机（开车）备品备件及专用工具。两年备品备件单独进行分项报价。 3，卖方应提供的服务 1) 检验及试验。 报价时应给出具体计划（表）、清单。费用包含在报价总价中。 2) 安装调试及现场服务。 报价时应给出具体计划（表）、清单。费用包含在报价总价中。 3) 设计联络及设计审核。 报价时应给出具体计划（表）、清单。费用包含在报价总价中。 4) 培训。 报价时应给出具体计划（表）、清单。费用包含在报价总价中。 5)文件资料。 报价时应给出具体计划（表）和清单供买方批准。
*4，要求卖方提供产品的制造厂已获得相关产品（谐波治理及高压无功补偿自动投切装置）的IS09000资格认证书、型式试验报告，响应招标文件时应书面出示相关证据。 *5，要求卖方提供产品的制造厂3年内已生产过3套（工程数）或以上同类产品，这些产品应在与本规定条件相同或较规定条件更为严格的条件下成功地商业运行。报价书中应书面出示相关业绩证明，业绩证明中应注明采购单位、产品型号及主要参数等内容。 6，要求采用国内知名厂家生产的电气元件，报价书中须注明所采用主要电气元件（真空接触器、电容器、电抗器等）的制造厂家名称。 *7，本谐波治理兼功率因数补偿装置用于乐山1000t/a多晶硅项目。该项目由2台110/10kV，63000kV A主变压器供电，由10kV降压后直接供电的可控硅设备和整流设备占总负荷的70％以上。要求制造商根据附表1的数据提供计算机仿真程序计算的该装置滤波率特性校验图和阻抗频率特性图。确定中标制造商后，制造商可到现场进行实测，根据实测数据对方案进行调整，使最终谐波电压电流满足国标要求，功率因数达到0.93以上。由于方案调整造成的费用增减总额在中标总价的5%以内的不调整合同总金额。对于总额超过5%的修改只对超过部分进行合同总金额增减。 8，有关产品的机械保证，性能保证，要求见询价书其它相关部分。 9，有关产品的运输，包装，仓储要求见询价书其它相关部分。 10，卖方负责装置的现场安装、试验及调试。 11，报价书中应给出完整的配置方案，应给出产品及其主要组（部）件完整的相关资料。
无源功率因数校正电路的原理和应用 摘要:本文介绍SIEMENS公司提出的开关电源集成控制器TDA16846无源功率因数校正(PFC)电路原理及其在电视机开关电源中的应用。功率因数的改善是基于一个特殊的由电感,电容及二极管组成的充电泵电路,该电路在功率管的高压端兼起吸收缓冲作用,因此它具有输入谐波电流分量小,PF值高以及EMI小、电路简单、成本低和可靠性高等优点。这为电视机厂家提供了一个高效价廉的解决电源谐波问题的新方案。 关键词:开关电源功率因数校正 一、引言 众所周知,目前电视机和大部分通用电器都广泛地从交流电网中提取电能经整流后变成直流电供全机使用,AC电源经桥式整流后常接一个滤波平整电容。由于该电容的存在,使整流臂的导通时间小于半个周期,因而做成输入电源电压是正弦形,而输入电流却是正负交替的脉冲形。后者导致大量电流谐波特别是三次谐波的产生,这既构成对电网效能的干扰和损害,又降低了本机功率因数,为此，我国跟欧美各国一样，已于去年12月1日起正式实施限制功耗大于75W的通用电器产品输入谐波电流的新规定。面对这种新情况,当前各电器厂家都必须考虑更新产品中的电源设备,尤其是对25英寸以上的彩色电视机,过去国内产品绝大部分都没有安装PFC电路,其PF值一般在0.55～0.65之间,输入电流谐波分量往往超出国家限定的标准,因此改进电源电路,增加PFC功能以便降低电视机的输入电流谐波分量是各厂家的当务之急。 本文介绍由SIEMENS公司推出的与开关电源集成控制器TDA16846配合使用的一个无源功率因数校正(PFC)电路,该电路能将电源PF值提高到0.9以上,与有源PFC电路相比,它明显地具有结构简单,成本低,可靠性高,和EMI小等优点,因此对电视机厂家来说,不失为一个有效的解决电源谐波问题的可行方案。 二、无源PFC电路工作原理介绍 图1示出一个不含PFC的标准型电源电路的输入电压Vm和输入电流Im波形,Im只在Vm为正最大和负最大的一小段时间内流通,在这些时间以外,Im为零。这是因为此时的正弦电压输入值小于泸波电容上的电压,导致整流二极管不导通的缘故。
工厂无功功率因数的补 偿 Document number：BGCG-0857-BTDO-0089-2022
许多企业一般都是在企业内部配电室里二次侧的千伏母线上集中安装一些电容器柜，对变配电系统的无功功率进行补偿，这对于提高企业内部的供电能力，节约变配电损耗都有积极作用。可是，由于企业内部的电动机大都通过低压导线连接，即在供配电线路的未端，分散在各个生产车间里面，形成了企业内部的输配电网络，其结果造成大量的无功电流仍然在企业内部的输配电线路中流动，所造成很大的损耗。由此，企业尽可能提高自然功率因数外，还必须采取分组补偿和就地补偿等措施，来提高功率因数，最终实现节能降耗的目的。 二、现状 在二十五家企业中，抽查了他们的变压器和总共119条输配电线路运行情况，绝大多数企业能将自己变电系统中的功率因数补偿到以上的规定指标，以免被罚款。这就是说在功率因数的补偿工作中，他们的集中补偿做的不错，但仍有部分企业的分组补偿和就地补偿做的就差些了，或根本就没做，补偿好的单位，其主变压器的二次端至各车间的输配电线路的功率因数基本上在以上，而补偿差些的单位其输配电线路大部分功率因数在以下，如温州某皮革有限公司（以下简称A公司）抽查七条输配电线路，有五条在以下的，而温州某钢业有限公司（以下简称B公司）的一条输配电线路的功率因数只有。综合这些单位被抽查的输配电线路的功率因数，在以上的约占52%，在～之间的约占27%，在以下的约占21%。 可见分组补偿和就地补偿做得远远不够，这主要是企业对功率因数认识不足引起的，如B公司企业规模较大，企业内有二级变压从35KV变 10KV，到车间再变至380V，有企业变电站，中心控制室，全电脑控制显示，其设施和环境可谓一流，但检查发现其补偿就有问题，将无功补偿
功率因数校正(英文缩写是PFC)是 目前比较流行的一个专业术语。PFC 是在20世纪80年代发展起来的一项新技术，其背景源于离线开关电源的迅速发展和荧光灯交流电子镇流器的广泛应用。PFC 电路的作用不仅仅是提高线路或系统的功率因数，更重要的是可以解决电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)问题。 线路功率因数降低的原因及危害 导致功率因数降低的原因有两个，一个是线路电压与电流之间的相位角中，另一个是电流或电压的波形失真。前一个原因人们是比较熟悉的。而后者在电工学等书籍中却从未涉及。 功率因数(PF)定义为有功功率(P)与视在功率(S)之比值，即PF=P/S 。对于线路电压和电流均为正弦波波形并且二者相位角Φ时，功率因数PF 即为COS Φ。由于很多家用电器(如排风扇、抽油烟机等)和电气设备是既有电阻又有电抗的阻抗负载，所以才会存在着电压与电流之间的相位角Φ。这类电感性负载的功率因数都较低(一般为0.5-0.6)，说明交流(AC)电源设备的额定容量不能充分利用，输出大量的无功功率，致使输电效率降低。为提高负载功率因数，往往采取补偿措施。最简单的方法是在电感性负载两端并联电容器，这种方法称为并联补偿。 PFC 方案完全不同于传统的“功率因数补偿”，它是针对非正弦电流波形而采取的提高线路功率因数、迫使AC 线路电流追踪电压波形的瞬时变化轨迹，并使电流与电压保持同相位，使系统呈纯电阻性的技术措施。 长期以来，像开关型电源和电子镇流器等产品，都是采用桥式整流和大容量电容滤波电路来实现AC-DC 转换的。由于滤波电容的充、放电作用，在其两端的直流电压出现略呈锯齿波的纹波。滤波电容上电压的最小值远非为零，与其最大值(纹波峰值)相差并不多。根据桥式整流二极管的单向导电性，只有在AC 线路电压瞬时值高于滤波电容上的电压时，整流二极管才会因正向偏置而导通，而当AC 输入电压瞬时值低于滤波电容上 的电压时，整流二极管因反向偏置而截止。也就是说，在AC 线路电压的每个半周期内，只是在其峰值附近，二极管才会导通(导通角约为70°)。虽然AC 输入电压仍大体保持正弦波波形，但AC 输入电流却呈高幅值的尖峰脉冲，如图l 所示。这种严重失真的电流波形含有大量的谐波成份，引起线路功率因数严重下降。若AC 输入电流基波与输入电压之间的位移角是Φ1，根据傅里叶分析，功率因数PF 与电流总谐波失真(度)THD 之间存在下面关系： 而是由二极管、电阻、电容和电感等无源元件组成。无源PFC 电路有很多类型，其中比较简单的无源PFC 电路由三只二极管和两只电容组成，如图2所示。这种无源PFC 电路的工作原理是：当50Hz 的AC 线路电压按正弦规律由0向峰值V m 变化的1/4周期内(即在0 电子报/2006年/8月/27日/第013版 资料（开发） 电子镇流器功率因数补偿电路 河北黄海成 《电子报》今年第24期刊载的《日光灯电感镇流器与电子镇流器》一文，提供了一款电子镇流器的电路图，并称其具有功率因数补偿功能。笔者认为，该镇流器只有简单电容滤波，没有功率因数补偿功能。本文简单介绍几种功率因数补偿电路。 功率因数补偿电路分为有源功率因数补偿和无源功率因数补偿两类。 一、有源功率因数补偿 有源功率因数补偿是指利用有源电子器件使电子镇流器输入电流波形与输出电压波形一致，从而提高功率因数的电路。 图1所示电路是通过IC1控制开关管VT1的导通和截止时间来控制流过电感T1电流的，称PFC升压电路。IC1③脚是交流整流后脉动电压的取样端，②脚是400V取样端，开关管的导通截止同时被两个参数控制，所以此电路有功率因数补偿功能，同时具有稳压作用，可使功率因数最高达到0.99，电流波峰比接近1。其优点是，功率因数高、电流畸变极小，缺点是电路相对复杂，成本较高。 二、无源功率因数补偿 无源功率因数补偿是利用无源器件使电子镇流器的输入电流接近正弦波，从而提高功率因数的电路，有三种电路。 1.改变滤波电容在充电和放电时的电容量。灯管功率一定的情况下，改变滤波电容的容量，功率因数也会改变。假如滤波电容容量为零，输入电流波形为正弦波，功率因数等于1，随着电容容量的增加，电容两端的电压也在不断的升高（电容滤波的特点之一），输入电流变成越来越窄的脉冲，功率因数越来越低。用什么办法让电容充电的时候容量变小而放电的时候容量文变大呢？如图2所示，整流二极管对电容充电时，C8、C9串联，等效容量是它们容量的一半，电容对负载放电时，C8、C9并联，等效容量是它们的两倍。如果一下子理解不了，把虚线右边的电路去掉，换成图3电路容易理解。这种电路的功率因数大于0.9，电流波峰比大于2。其优点是电路简单、成本低廉、其缺点是波峰比大，影响灯管寿命。 功率因数过补偿 由于大部分用电负荷都是感性的，未补偿前功率因数为滞后，如果为补偿无功电流而投入的电容器过多，则会使功率因数变为超前，这就是过补偿。在过补偿的情况下，系统中出现容性的无功电流，使视在电流增大，因此使系统的损耗加大，多投入了电容器反而使系统损耗加大当然不是好事。另外，由于投入电容器会使电压升高（这里电压升高主要是因为供电线路的电感及变压器的漏感造成，与同步发电机的关系不大），在过补偿的情况下电压进一步升高，在夜间负荷较低电网电压较高的情况下影响更大。因此人们总是不希望发生过补偿。 但是事物都有两面性，过补偿不一定总是坏事。 通常的补偿装置都是安装在变压器的低压侧，在低压侧进行检测并进行控制将负荷的无功电流补偿掉，却无法补偿变压器自身的无功电流。一般人总认为变压器自身的无功只能在高压侧进行补偿，其实不然，通过在低压侧适量过补偿的办法，同样可以补偿变压器自身的无功电流。因为变压器属于理想元件，所谓理想元件就是能量传送没有方向的元件，同一台变压器，如果将高压侧接电源低压侧接负荷就是一台降压变压器，如果将低压侧接电源高压侧接负荷就是一台升压变压器。根据这个原理，对变压器进行无功补偿在低压侧进行与在高压侧进行没有区别。 对于为降低用户力率电费（功率因数调整电费）而安装的无功补偿装置，如果不采取适量过补偿的方法，就有可能出问题。 设某一单位，变压器为S7-500KV A，高压计量，用电设备主要是金属切削机床，一班生产，无夜班，每周5天生产，不生产时无负荷，月均用电量为2万度。未安装补偿装置之前月平均功率因数为0.5，按功率因数0.9为标准值需加收45%的力率电费。按功率因数0.85为标准值需加收35%的力率电费。 假定安装补偿装置后，在生产期间可以将低压侧功率因数补偿到0.95，停产期间由于无负荷没有电容器投入。那么根据cos（x）=0.95 我们可以算出x=18.2°, sin（x）=0.31 无功与有功的比值为0.31/0.95=0.33 由负荷形成的无功电量为20000×0.33=6600 度。 由于该单位是高压计量，因此变压器自身的无功电流也会使无功表走数。该单位的变压器为500KV A，按空载电流2%计算则变压器的无功功率为500×2% =10Kvar，每月形成的无功电量为10×24×30 = 7200 度，每月的总无功电量为6600+7200=13800度，无功与有功的比值为13800/20000=0.69即tg（x）=0.69 ，x=34.6°，cos（x）=0.82，还是要交利率电费。 从以上的分析我们可以看出，对于这样的用户，不补偿变压器自身的无功电流是不可能消除力率电费的。 解决的方案有三种: 方案1，在变压器的高压侧固定接一台10Kvar的高压电容器，这种方案为保证安全性较难操作。 方案2，在变压器的低压侧固定接一台10Kvar的低压电容器，这就是一种低压侧过补偿方法，并且这台电容器可以装在补偿装置柜内，比方案1的操作简单。但是要注意，这台电容器的电源线必须单独引出接在补偿装 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。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。(使用了70个单位的有功功率，你付的就是70个单位的消耗)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kw)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。 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，例如：变频器就是容性的，在变频器电源端加入电抗器可提高功率因数 供电部门为了提高成本效益要求用户提高功率因数，那提高功率因数对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良好的功因数值的确保，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：1000×0.8=800KW 补偿后：1000×0.98=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。 按照不同的补偿对象，无功补偿容量有不同的计算方法。 （1）按照功率因数的提高计算 对需要补偿的负载，补偿前后的电压、负载从电网取用的电流矢量关系图如图3.7所示： I 2r I 1 补偿前功率因数1cos ?,补偿后功率因数2cos ?，补偿前后的平均有功功率为 P ，则需要补偿的无功功率容量 )t a n (t a n 21? ?-=P Q 补偿 （3.1） 由于负载功率因数的增加，会使电网给负载供电的线路上的损耗下降， 线损的下降率 %100)cos (3)cos (3)cos ( 3%21 122 2211?-= ?R I R I R I P a a a ???线损 %100)c o s c o s (1221??? ? ???-=?? （3.2） 式中R 为负载侧等值系统阻抗的电阻值。 （2）按母线运行电压的提高计算 ①高压侧无功补偿 无功补偿装置直接在高压侧母线补偿，系统等值示意图如图3.8所示： 图3.7 电流矢量图 P+jQ 补偿 图中， S U、U分别是系统电压和负载侧电压；jX R+是系统等值阻抗（不 含主变压器高低压绕组阻抗）；jQ P+是负载功率， 补偿 jQ是高压侧无功补偿容 量； 1 U、 2 U分别是补偿装置投入前后的母线电压。 无功补偿装置投入前后，系统电压、母线电压的量值存在如下关系： 无功补偿装置投入前 1 1U QX PR U U S + + ≈ 无功补偿装置投入后 2 2 ) ( U X Q Q PR U U S 补偿 - + + ≈ 所以 2 1 2U X Q U U补偿 ≈ -（3.3） 所以母线高压侧无功补偿容量 ) ( 1 2 2U U X U Q- = 补偿 （3.4） ②主变压器低压侧无功补偿 无功补偿装置在主变压器的低压侧进行无功补偿，系统等值示意图如图3.9所示： P+jQ 补偿 图3.8 系统等值示意图 功率因数校正原理及相关IC 近年来，随着电子技术的发展，对各种办公自动化设备，家用电器，计算机的需求逐年增加。这些设备的内部，都需要一个将市电转换为直流的电源部分。在这个转换过程中，会产生大量的谐波电流，使电力系统遭受污染。作为限制标准，IEC发布了IEC1000?3?2；欧美日各国也颁布实施了各自的标准。为此谐波电流的抑制及功率因数校正是电源设计者的一个重要的课题。2高次谐波及功率因数校正一般开关电源的输入整流电路为图1所示：市电经整流后 近年来，随着电子技术的发展，对各种办公自动化设备，家用电器，计算机的需求逐年增加。这些设备的内部，都需要一个将市电转换为直流的电源部分。在这个转换过程中，会产生大量的谐波电流，使电力系统遭受污染。作为限制标准，IEC发布了IEC1000?3?2；欧美日各国也颁布实施了各自的标准。为此谐波电流的抑制及功率因数校正是电源设计者的一个重要的课题。 2高次谐波及功率因数校正 一般开关电源的输入整流电路为图1所示： 市电经整流后对电容充电，其输入电流波形为不连续的脉冲，如图2所示。这 种电流除了基波分量外，还含有大量的谐波，其有效值I 式中：I1，I2，…In，分别表示输入电流的基波分量与各次谐波分量。 谐波电流使电力系统的电压波形发生畸变,我们将各次谐波有效值与基波有效值 的比称之为总谐波畸变THD(TotalHarmonicDistortion) THD=(2) 用来衡量电网的污染程度。脉冲状电流使正弦电压波形发生畸变，见图3的波峰处。它对自身及同一系统的其它电子设备产生恶劣的影响，如： ——引起电子设备的误操作，如空调停止工作等； ——引起电话网噪音； ——引起照明设备的障碍，如荧光灯闪灭； ——造成变电站的电容，扼流圈的过热、烧损。 功率因数定义为PF=有效功率/视在功率,是指被有效利用的功率的百分比。没有被利用的无效功率则在电网与电源设备之间往返流动，不仅增加线路损耗，而且成为污染源。 设电容输入型电路的输入电压e为： 配电室的电容补偿及功率因数 功率因数是电力系统的一个重要的技术数据，是衡量电气设备效率高低的一个系数，我们都知道功率因数过低，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。一般电容补偿柜容量按变压器容量的百分之三十计算。 A，为什么要用电容来补偿？ 因为电容器有贮能的功能，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。 电容吸收无功功率的时候，正是电机放出无功功率的时候，反之，电机吸收无功功率时，又正好是电容放出无功功率的时候。这样，电机和电容就相互交换无功功率，电机等等负载就不需要从电源上吸收或释放无功功率了，这就相当于电容代替电源向电机提供无功功率，也就是补偿无功功率。 电容补偿提高负载功率因数，降低无功功率，提高有用功的利用率；降低网损，增加电网传输容量，提高稳定极限。 B，电容补偿的定义 电容补偿就是功率因数补偿或者是无功补偿。电力系统的用电设备在使用时会产生无功功率，而且通常是电感性的，它会使电源的容量使用效率降低，而通过在系统中适当地增加电容的方式就可以得以改善。电力电容补偿也称功率因数补偿。 C，配电室电容柜的基本组成 它是指合断路器和刀熔开关，无功功率补偿控制器根据进线柜电压和电流的相位差输出控制信号，控制交流接触器闭合和断开，从而控制电容器投入和退出。 一般来说，电容补偿柜由柜壳、母线、隔离开、容断器、接触器、热继电器、电容器、避雷器、一、二次导线、端子排、功率因数自动补偿控制装置、盘面仪表等组成。 D，电容补偿对于电路的基本作用 D-1，电容在交流电路里可将电压维持在较高的平均值!(近峰值).(高充低放),可改善增加电路电压的稳定性! D-2，对大电流负载的突发启动给予电流补偿!电力补偿电容组可提供巨大的瞬间电流!可减少对电网的冲击! D-3，电路里大量的感性负载会使电网的相位产生偏差,(感性元件会使交流电流相位滞后,电压相位超前90度!）.而电容在电路里的特性与电感正好相反，起补偿作用。 功率因数补偿计算公式-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1 功率因数补偿计算公式 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φ的余弦COSφ来表示。COSφ称为功率因数，又叫力率。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、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COSφ——功率因数； P——有功功率，KW； Q——无功功率，KVAR； S——视在功率，KVA； 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＝10。 力率电费：全国供用电规则规定，在电网高峰负荷时，用户的功率因数应达到的标准为：高压用电的工业用户和高压用电装有带负荷调整电压装置的电力用户，功率因数为以上，其它100KVA及以上的电力用户和大中型电力排灌站，功率因数为以上；农业用电功率因数为以上。凡功率因数达不到上述规定的用户，供电部门会在其用户使用电费的基础上按一定比例对其加收一部分电费，这部分加收的电费称为力率电费。 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。 无功补偿原理：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并接在同一电路，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量，而感性负荷释放能量时，容性负荷吸收能量，能量在两种负荷之间交换。这样，感性负荷所吸收的无功功率可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿，这就是无功补偿的原理。 有功功率：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。单位：瓦（W）或千瓦（KW） 无功功率：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。无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是×从电源取得无功功率建立的。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 关于提高功率因数的研究 1、什么叫功率因数？ 有功功率和视在功率的比叫功率因数。 2、提高功率因数的意义。 提高功率因数非常重要：①可减少有功损失；②减少电力线路的电压损失，改善电压质量；③可提高设备利用率；④可减少输送同容量有功的电流，因而可使线路及变电设备的容量降低。 3、提高功率因数的方法？ 提高功率因数的方法有：①提高自然功率因数，包括合理选择电器设备．避免变压器轻载运行，合理安排工艺流程，改善机电设备的运行状况；②通过人工补偿提高功率因数、最常用的是并联电容器补偿。并不是经补偿后的功率因数越高越好，因为补偿装置消耗有功发出无功，随着补偿容量的增加，其有功损耗也增加，初投资增大。就经济运行角度而言，补偿后的功率因数过高或过低均会使总功率损耗增加；若补偿功率因数恰当，能使总有功损耗最小，此时的补偿容量及功率因数称为按经济运行原则确定的补偿容量及功率因数。 并联移相电容提高功率因数 由于我公司实际生产工艺中没有使用同步电机，所以我们采用并联移相电容器的方式进行功率因数补偿。 （一）、补偿方式的选择： 根据移相电容器在工厂供电系统中的装设位置，①、有高压集中补偿、②、低压成组补偿和③、低压分散补偿三种方式。 高压集中补偿是将高压移相电容器集中装设在变配电所的10KV母线上，这种补偿方式只能补偿10KV 母线前（电源方向）所有线路上的无功功率。 低压分散补偿，又称个别补偿，是将移相电容器分散地装设在各个车间或用电设备的附近。这种补偿方式能够补偿安装部位前的所有高低压线路和变电所主变压器的无功功率，因此它的补偿范围最大，效果也较好。但是这种补偿方式总的设备投资较大，且电容器在用电设备停止工作时，它也一并被切除，所以利用率不高。现有我厂没有采用。 低压成组补偿是将移相电容器装设在车间变电所的低压母线上，这种补偿方式能补偿车间变电所低压母线前的车间变电所主变压器和厂内高压配电线及前面电力系统的无功功率，其补偿范围较大。由于这种补偿能使变压器的视在功率减小从而使变压器容量选得小一些，比较经济，而且它安装在变电所低压配电室内，运行维护方便。同时由于我厂存在谐波源，车间变压器的存在，也起到了隔离和衰减谐波的作用。有利于低压移相电容器的安全稳定运行。 4、影响我厂功率因数的主要原因及对策： 一、异步电动机对功率因数的影响 我厂绝大部分动力负荷都是异步电动机, 异步电动机转子与定子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素,而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动 功率因数电费计算方法 计量是高压侧计量。如果是低压侧计量，计算要复杂的多。 功率因数=有功用电量/√（有功用电量的平方+无功用电量的平方）0.92=42919/√（42919*42919+18000*18000） 然后根据力率（也就是功率因数）的大小，查供电力率调整办法就可以知道力率电费的多少了。如果达到0.92应该有奖励了，因为一般的用电单位都是力率达到0.90不奖不罚，而你的力率0.92已经超出了0.90，应该有电费奖励了。 在电费单据上显示的是负的力率电费。 力率电费调整办法全国供用电规则规定，凡是功率因数达不到上述规定的用户，供电部门对其加收一部分电费——力率调整电费；如果功率因数超过上述规定的用户，供电部门会对其减收一部分电费——奖励电费。具体按照《功率因数调整电费办法》执行。 高压计量的用户：力率电费=（电度电费+基本电费）×罚款比例 奖励电费=（电度电费+基本电费）×奖励比例 低压计量的用户：力率电费=电度电费×罚款比例 奖励电费=电度电费×奖励比例 电度电费是指动动力电费，不包括照明电费，照明不参与力率考核。高压计量的用户当变压器的容量超过315KVA时收基本电费。基本电费是按变压器容量来收取的。由此可见，《力率电费调整办法》是用电管理部门督促电力用户做好无功补偿的促进手段，做好无功补 偿工作对供、用电双方都有巨大的经济效益。以0.90为标准值的功率因数调整电费表 实例：总有功电量：42919 总无功电量：18000 力率：92 力调系数：-0.8 有功变损：0 无功电损：0 线损电量：0 计算力率电费，把计算过程写清楚```计算方法。 首先计算电费：42919*0.735（我们着的商业用电单价）=31545.5元 算力调电费，你的力调系数是负值说明要奖励： 用总有功42919*0.7022(我们这的无税电价）=30137.7元（这个是参加力调电费） 然后用参加力调电费*-0.8%=奖励给你的力调电费 30137.7*-0.8%=-241.1元 总电费（31545.5）+力调电费（-241.1）=实际电费功率因数补偿电路
功率因数过补偿
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