电路功率因数的提高[1].doc

科技论文

－－电路功率因数的提高与应用

化二动检电气运行一班
刘海瑜
2012.06.15

电路功率因数的提高与应用
【摘要】本文探讨电路中提高功率因数的方法，介绍感性负荷并联电容器来补偿电路原理及使用中注意问题进行阐述。
【关键词】功率因素的意义；功率损耗；电感；电压损失；电容器及使用注意
Methods to improve circuit power factor projects
Li Yun-jiang
(Jiangmen Wuyi Construction Supervision Co., Ltd.JiangmenGuangdong529000)
【Abstract】This article discusses the circuit approach to improve power factor on perceptual load capacitors in parallel to compensate for the use of circuit theory and attention on issues.
【Key words】Meaning of power factor; Power loss; Inductors; Voltage loss; Capacitor and use of attention.
近几年来厂矿建设已经进入了高层次的发展，安装空调、消防、网络、监控、电梯等系统，居民家庭用电也在提高；因此供电要求的功率也大大增加。因绝大多数的用电设备大部分属于感性负荷，感性负荷增加无功功率损耗，降低了功率因数，所以必须要提高功率因素。 
        1. 功率因数的意义    电网经由输配电系统送至用户端的电力（市电）是电压一般200~240V，频率50~60Hz的交流电，而电气产品的负载阻抗有三种状况，包括电阻性、电容性和电感性等，其中只有电阻性负载会消耗功率而产生如光、音或热等能源转换，而纯电容性或纯电感性负载只会储存能量，并不会造成能量的消耗。分别给纯电阻性、纯电容性和纯电感性负载加上交流电压后的电压（V）、电流（I）及功率（P）后产生的电路简图和波形用来分析。电力消耗的瞬时功率为电压的乘积，即P=V×I，我们可以把波形图上每一个V和I的弦波图形相乘而得到另一个弦波图形P，则发现到的是纯电阻性负载，功率P都是在正的方向上变化（即波形在横轴上方），而在一个周期内电压源V在电阻R上所做的功W为P在周期T内和横轴所围绕的面积，即W=∫t0Pdt，由此可知加诸在电阻性负载上的电源是作实功。然而若为纯电容性或电感性负载，其功率变化是在横轴的上下来回震荡，且每90°相位变换一次，其所作的功W为P在周期T内的积分值，即W=∫t0Pdt，这是因为正相面积和反相面积相互抵消之故，可见电流作功只是正相时间给负载，但是在反相时又把功要回去，所作的功是虚菌，因此纯电容或纯电感负载只作储存能量用而不作消耗或转换能量用。一般而言，不同的电气产品其负载状况都相当复杂，如传统电锅、电暧炉……等为纯电阻性负载，马达，洗衣机，空调…等通常近似为电阻性加上电感性负载，日光灯管的负载状况则在启动或稳定状况都不一样，所以电压和电流的波形越加复杂。在纯电阻性负载状况下，其电压和电流是相同的相位，而纯电容性负载状况下，其电流的相位超前电压90°，纯电感性负载电压的相位则超前电流90°，若负载是电阻性加上电容性时，视电容大小，电流的相位会超前电压0~90°之间，而若负载是电阻性加上电感性时，视电感大小，电流的相位会落后电压0~90°之间，这超前或落后的角度直接影响了负载对能量的消耗和储存的状况，因此定义了实功率为：P=VIcosθ（1）
        其中：P——功率；V——交流电压值；I——交流电流值；θ——V和I的夹角。cosθ的值介于0~1之间，此值直接影响了电流对负载作实功的状况，称之为“功率因数（简称PF）”。
        2. 提高功率因数的方法首先要明确关系式，在需用的有功功率P(KW)和线路的电压UN （伏）一定时，电路中的功率因素的表达式为: cosφ=PUNRΔP×10-3（2）由式1可知，提高功率因素，必须要降低线路的有功功率△P的损耗，线路有功功率损耗越小，功率因数越高；反之，功率因素提高会使降低功率损耗。其次要明确电路中电压损失的关系式：  ΔU=PR+QXUN(V)（3）    当功率因数较高时，线路的无功功率Q将减小，电压损失将越小，有用功率将增加，达到供电目标。第三，提高供电设备的供电能力，降低电能成本。供电设备的供电能力(容量)是以视在功率S来表示的。由S=P2+Q2可知，由于功率因数增大，即无功功率Q减小，因而使同样容量的供电设备所能供给的有功功率P增加，发挥应有的供电潜力，提高了供电能力。在有功功率P一定的条件下，由于功率因数高，电路中的电流减小，会使电感磁效应减小，端电压提高，达到额定输出能力。   提高功率因素的主要方法采用并联电容器。无功功率消耗的一般情况是:感应电动机约占65～70%，变压器(包括整流变压器，电炉变压器等约占20~25%，其它(包括网路、电抗器、感应型电器及仪表等)约占10。降低无功功率损耗以提高功率因数，如下以感性电路并联电容器可以提高功率因数进行分析。
3. 并联电容器提高功率因数的分析及计算     以单相电路为例，对感性电路并联电容器提高功率因数的原理分析和补偿电容器的计算。电路图根据图1电路中有功功率公式：PL=UILcosθL   (4)   无功功率公式：   QI=UILsinθL（5）QL为电源提供的无功功率，表明电源与负载间有能量交换。为减小电源与负载徒劳往返的能量交换，可在负载处并联贮能性质相反的电容器，成为负载的一个组成部分，使能量在总负载中自行交换。如使总负载的功率因素为1，则电源就可不再提供无功功率。由于电容本身不消耗画率，因而电源提供的平均功率并不改变。并联电容后，电源提供的无功功率Q： Q= QL+QC    当功率因素cosθ=1时，Q=0，因此 QC=－QL 。而QC=－UCIC=－ωCU2C［IC=UC/(1/2πfC) =ωCUC，ω=2πf］,故并联电容器的计算公式： C=QcωU2（6）在三相供电系统中，如单相电容器的额定电压与网路额定电压相同时，则应将电容器接成三角形接线，再与三相系统并联;只有当电容器额定电压低于网路额定电压时，才把电容器接成星形接线。分析得星形接线时:星形接法时：  CY=QcU2ω ×103(μF)       
4. 并联电容器提高功率因数应注意的问题比较式6和式7看出，当需要补偿的无功容量相同时，采用三角形接线比星形接线能节约电容二分之二;同时需要电容值与电压的平方成反比。因此，在实际中电容器组多接成三角形结线，并尽可能接在较高的电压侧。在实际使用时，电容器的装设地点有二种方式:集中补偿、分组补偿、单独补偿。从节能角度来说，集中补偿最差，一般不采用这种方法，大多采用分组补偿。
        5. 电容器运行中的应注意的事项
        5.1环境温度和工作温度。电容器周围环境的温度不可太高，也不可太低。如果环境温度太高，电容工作时所产生的热量就散不出去;而如果环境温度太低，就不能满足电容器有关技术条件规定，电容器将不能正常的工作。电容器的环境温度一般以40℃为上限。如果电容器附近存在着某种热源，有可能使室温上升到40℃以上，这时就应采取通风降温措施，否则应立即切除电容器。电容器在工作时，其内部介质的温度应低于65℃，最高不得超过70℃，否则会引起热击穿，或是引起鼓肚现象。电容器外壳的温度是在介质温度与环境温度之间，一般为50~60℃，不得超过60℃。
        5.2工作电压。电容器对电压十分敏感，因电容器的损耗与电压平方成正比，过电压会使电容器发热严重，电容器绝缘会加速老化，寿命缩短，甚至电击穿。电网电压一般应低于电容器本身的额定电压，最高不得超过其额定电压10%。
        5.3运行中的放声问题。电容器在运行时，一般是没有声音的，但有时会例外。造成声音的原因大致有以下几种:套管放电、缺油放电、脱焊放电、接地不良放电等。在实际运用时应采取相应的措施进行处理。电容器组应装设专用的控制、保护和放电设备。电容器组的放电设备必须保证在电容器放电一分钟后，电容器组两端的残压在65V以下，以保证人身安全。
        5.4爆炸问题。多组电容器并联运行时，只要其中有一台发生了击穿，其余各台就会同时通过这一台放电。放电能量很大，月永冲功率很高，使电容器油迅速汽化，引起爆炸，甚至起火。为防止这种事故，可在每台电容器上串联适当的电抗器或熔丝，然后并联使用。另外，电力系统中并联补偿的电容器采用△结线虽有较多优点，但电容器采用△结线时，任一电容器击穿短路时，将造成三相线路的两相短路，短路电流很大，有一可能引起电容器爆炸。这对高压电容器特别危险。因此高压电容器组宜接成中性点不接地的星形，容量较小时(450kvar及以下)宜接成三角形。低压电容器组应接成三角形。
        6. 结束语本文针对并联电容器可以提高电路的功率因数及电容器在使用过程中注意问题的探讨，加深对电容器补偿功率因素的认识，指导从事机电人员工作！

【 参考 文献 】
      [1]肖运新.用电监察[M].水利电力出版社，2003.
      [2]靳龙章，丁毓山.电网无功补偿实用技术[M].