功率因数 补偿容量计算 无功补偿提升线路电压质量 低压电容柜装用注意事项

在交流电路中，负载除了消耗有功功率的外，还存在一些消耗无功功率的负载，如果电网无法提供足够的无功功率，就会导致电压下降、线路损耗增加等问题。由于感性、容性或非线性负荷的存在，导致系统存在无功功率，从而导致有功功率不等于视在功率，三者之间关系是S^2=P^2+Q^2，即

功率因数 补偿容量计算

电网功率组成，包括P、Q以及cosΦ。有功功率，是直接消耗电能，转化为机械能、热能、化学能或声能，利用这些能进行做功的功率。无功功率，是不直接消耗电能，而是作为电气设备能够做功的必备条件，并在电网中与电能进行周期性转换的功率部分。功率因数，是用来衡量用电设备（如电网的变压器、传输线路等）的用电效率的数据。

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P和S视在功率的比值，即cosΦ=P/S。功率因数低的根本原因是电感性负载的存在。例如，生产中最常见的交流异步电动机在额定负载时的功率因数一般为0.7--0.9，如果在轻载时其功率因数就更低；其它设备如工频炉、电焊变压器以及日光灯等，负载的功率因数也都是较低的。例如容量为1000kVA的变压器，如果cos=1，即能送出1000kW的有功功率；而在cos=0.7时，则只能送出700kW的有功功率。功率因数在任何情况下功率因数都不可能大于1。由功率三角形可见，当Φ=0°即交流电路中电压与电流同相位时，有功功率等于视在功率。当电路中只有纯阻性负载，或电路中感抗与容抗相等时，才会出现这种情况。感性电路中电流的相位总是滞后于电压，此时0°<Φ<90°，此时称电路中有“滞后”的cosΦ，吸收无功功率；而容性电路中电流的相位总是超前于电压，这时-90°<Φ<0°，称电路中有“超前”的cosΦ，会发出无功功率。为了便于计算的方便，我们常常取平均功率因数，其公式如下：

提高自然功率因数的方法，包括：合理选择异步电机；避免变压器空载运行；合理安排工艺流程，改善机电设备的运行状况，以及采用人工补偿无功功率。装用无功功率补偿设备，是人工补偿功率因数的方法之一；另外还有采用过激磁的同步电动机、调相机、异步电动机同步化等方法。通过无功补偿，可以减小电网中无功功率的流动，从而提高电网的功率因数。那么补偿容量达到多少合适呢，结合下图和下表公式，供参考计算：

举个栗子：

示例：某工厂最大负荷月的平均有功功率为 200kW，功率因数 cosΦ1=0.6，拟将功率因数提高到 0.9，问需要装设电容器组的总容量应该是多少?

答：Qc=Pc*(tgΦ1-tgΦ2)=200（1.33-0.48）=170kvar

（cos与tg的计算关系，是中学知识，就不必多说了吧）

再举个栗子，说说某个电容器理论上可以补偿多少容量，即一个纯电容器的补偿容量的计算。先说电容器的功率与电压的关系是：Q=2πfCU²，这里的Q表示电容器的功率、单位var，f表示系统频率、一般为50Hz/60Hz ，C为电容器容量、单位uF(微法)，U表示系统电压、单位kV(千伏)。由关系式可以看出，电容器的功率与施加到电容器两端的电压平方成正比。每一只电容器都有一个参数叫做额定电压，对应额定电压则有一个额定功率。

示例：当额定电压为450V，额定功率为30kvar的电容器，用在400V系统中，其输出功率为多少呢?

答：Q400=Q450×(400²/450²)=30×(400²/450²)≈23.7kvar

无功补偿  线路电压质量

无功补偿可以提高电压质量，减小电网中的无功功率流动，降低线路和变压器的电压降。这有助于保持电网电压的稳定，提高供电质量。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时，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

在直流电路里，电压乘电流就是有功功率。在交流电路里，电压乘电流是视在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）将小于视在功率。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。

无功补偿之低压电容柜装用注意事项

1.低压电容柜的内部装设的无功补偿设备，主要包括：电容器、电抗器、静止无功补偿器（SVC）和静止无功发生器（SVG）等。其中，电容器是最常用的无功补偿设备，其价格低廉、维护简单。而SVC和SVG等动态无功补偿设备则具有更高的补偿精度和响应速度。

2.电容器的保护控制电器和导线额定电流。《GB/T12747.1-2017》中规定：开关、保护装置及连接件开关、保护装置及连接件均应设计成能连续承受在额定频率和方均根值等于额定电压的正弦电压下得到的电流的1.3倍的电流。一般电容器最高允许1.1倍额定电压下，最高工作电流1.3倍Ie时正常工作，故这一电流最大值为1.3×1.10=1.43倍额定电流。而考虑电容器容量的允许偏差和谐波电压总畸变率5%等因素，一般取1.5倍，这也作为了滤波电容器场强设计的基准。但是，并非所有的不同的电容器保护电器，都选择1.5倍这么简单。比如熔断器应选1.7~1.9倍之间，主要考虑短路保护。过载保护用热继电器或电容器保护器，一般按电容器额定电流的1.15倍整定。因为热继电器在整定值1.2倍2小时以内不会动作，如整定1.5倍，那过载保护就成了个摆设。

3.交流接触器一定要选择电容器专用接触器，不要将长期预约工作电流与额定工作电流混淆了。比如CJ19-63，额定工作电流为43A，而CJ19-43的额定工作电流为29A，可见产品说明书。

4.串联电抗器时，电容器电压的匹配选择。在400V系统中，与电抗器之串联的电容的端电压将会上升到430V，所以此时的电容器不能用0.415KV的，要选用0.45KV或者0.48KV的电容。但0.45KV与0.48KV的电容器相比较，0.48KV的电容器在电压耐受方面较为保险，但却会造成补偿容量下降（原因可见上面内容的计算示例），所以在选用时要综合考虑。

5、补偿柜中熔断器不能用微型断路器来代替。熔断器主要为短路保护应选用快速熔断器，微断的分断能力太低（≤6kA），遇到事故响应时间没有熔断器快；当遇到高次谐波时，微断分断不了负荷电流，会造成开关炸开损坏，因为故障电流过大，结果微断触点烧死了，断不了扩大故障范围，严重时发生短路引起全面停电事故。

6、补偿柜中热继电器、微断的选择。低压电容柜一般静态补偿方案为：刀熔开关→熔断器→接触器→热继电器→（电抗器，特定情况下选用）→电容器。这里的热继电器起到过载保护功能，现在的电网中谐波、过电压随时都可能造成电容器的过载。热继电器过载动作从而起到保护电容器的作用。如果选用的热继电器带断相保护功能，同样在电容器缺相时能通过断开接触器回路来切除电容，起到断相保护。热继电器的过载保护范围可调，而微断的过载保护为定值，所以只有当微断的热脱扣电流正好适用于被保护的电容器，才可以用微断来代替热继电器，也是为了节约成本，补偿方案简化为：刀熔开关→微型断路器→接触器→（电抗器）→电容器。此简化方案，要求被保护器件（电容器）合理选择保护器件（微型断路器，接触器），微断应采用D型或更高分断能力，并且热脱扣整定与被保护器件相符。但应注意的是，热脱扣动作后，需人工把开关合上，就无法实现自动补偿的意义。所以微断热脱扣代替热继电器不合理。但有些厂家的电容器组内部带有过载保护，不用也不能配热继；国内老产品必须配热继，因此当确认此电容内部有热过载保护装置时应省略，外再加热继电器就已成摆设。另外，如果投切电容器的开关是复合开关或者选相开关（同步开关），在投切电容时是过零点投切，这个过程中没有涌流，同时开关自身有缺相保护、过流保护、欠压保护，所以也不需要加热继电器。因为热继电器在整定值1.2倍2小时以内不会动作的缺陷，所在选择使用上还是应慎重。

7、补偿柜中装用XD1电抗器是不能抑制谐波的。XD1电抗器全称为XD1限流型电抗器，采用不饱和聚酯树脂浇注成型，用于无功功率补偿装置中作为限制低压电容器的合闸涌流和增加合闸开关的开断能力。XD1电抗器不带抑制谐波功能。而滤波电抗器与并联电容器串联使用，能够确保装置在谐波严重的场合正常安全地运行。两者的比较，如下：

电抗率为0.1%～1% 限流电抗器，用于抑制电容器投切时产生的冲击电流和合闸涌流。

电抗率为4.5%～7 % 滤波电抗器，用于抑制电网中5、7、9次及以上谐波。电抗率为12%～13 % 滤波电抗器，用于抑制电网中3次及以上谐波。

成本上比较，滤波电抗器，是贵于XD1电抗器的。