功率因数补偿的作用

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。

在通信企业中使用不少容量大小不等的感应电动机、变压器和荧光灯等，也就有大量的无功电流在供电线路上、变压器设备内和电动机设备内往返流动，造成无功功率损耗，这是很不经济的。因此需要考虑改善功率因数。据统计，企业的无功功率损耗一般是感应电动机占70%，变压器占20%，线路占10%。为此，通常采取下列措施来提高自然功率因数：

² 合理选择电动机，使其接近满载运行。

² 将平均负荷小于40%的感应电动机，换以小容量电动机。或将定子为三角形的接线改为星形接线（仅适用于轻载或空载启动的电动机）。

² 正确选择变压器容量，提高变压器负荷率（一般75%～80%比较合适）。

目前通信局（站）使用低压静电电容器和调谐电抗电容器两种方式来补偿功率因数。

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。

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。

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。

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。

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。

一、低压电容器

1．低压电容器补偿容量的计算

当提高自然功率因数仍不能达到要求时，一般采用并联电容器以提高工频电力系统的功率因数。通信企业中则采用低压并联电容器进行补偿。静电电容器的补偿容量可按下式计算：

Qc=Pjs（tanΦ1-tanΦ2）

或Qc=Pjs.qc

式中：Pjs_______总的有功功率计算负荷（kW）；

tanΦ1_______采取补偿前自然功率因数cosΦ1的正切值；

tanΦ2_______供电局要求达到的功率因数cosΦ2的正切值；

qc_______补偿率（kVAR/kW）。

自然功率因数可按下式计算：

式中：Qjs————总的最大无功功率计算负荷（kvar）；

2．电容器容量与数量的确定

在计算电容器容量时，由于电容器不是在额定电压下运行，电容器实际能补偿的容量Qs应为：

式中QH———电容器的标准容量（kvar）；

US———运行电压，一般为380V；

UH———电容器额定工作电压。

因此，需要电容器的数量n应为：

3．低压电容器屏及电容器的配置

（1）概述

近年来开关厂生产的低压静电电容器屏及低压并联自动补偿成套装置发展很快。产品性能及功率因数自动补偿控制器的技术性能均改进很多。一般具有工作稳定、性能可靠、灵敏度高、抗干扰能力强、体积小、消耗功率低等优点。工作方式采用循环投、撤，可保证接触器、电容器的操作次数相同，以延长它们的使用寿命。

（2）电容器柜

工厂生产的各型号自动控制静电电容器屏适用于工矿企业的配电室或车间，频率50Hz、电压380V的三相电力系统，内装功率因数自动补偿控制器，可根据功率因数数值的变化，自动控制并联电容器组的投入或退出，从而使功率因数保持在0.95以上。

二、调谐电抗电容器

为了避免电容器与电源电感在特定谐波下产生谐振，可采取在每一组电容器组的开关段上加装电抗器的方法，这样可使电容和电抗的组合在危险频率处是感性的，而在基本频率处则是容性的。为达到这个目的，电容器和串联联接的电抗必须要避开主流谐波中最低次谐振频率的谐波。

通信楼最低谐波一般以第五次谐波为主，低压电容器补偿应串联6%的电抗器，谐振点为189Hz。电抗器还要考虑基本波、第3、第5、第7次谐波电流的耐流强度。

串联电抗器后电容器的耐压等级要提高，按下式考虑：

VC=VS+VL+VH

式中：VS为基波电压；VL为电抗器分压；VH为谐波在电容器上产生的电压。根据IEC标准，在低压系统中，3、5、7次谐波分别应考虑基波电压的0.5%、5%、和5%。

例如当系统电压为400V时，串联6%电抗器后，电容器的耐压等级计算如下：

VC=400+400×6%÷（1-6%）+400×10.5%=468V

电容器输出容量和安装容量的关系，应按下式计算：

式中：Q1：安装容量；Q2：输出容量；U1：基波电压；U2：电容器耐压等级；d：电抗率。

例如当系统电压为400V时，使用480V的电容器并加串6%电抗器，电容器安装容量为Q1，电容器组的输出容量计算如下：

Q2=（400/480）2×Q1×1÷（1-6%）=74%Q1

从上式可见，加串6%电抗器的电容器输出容量只是安装容量的74%。