提高功率因數(shù)，降低電力設(shè)備的損耗
2011-06-13 11:19:52段麗媛
山西電子技術(shù) 2011年5期
段麗媛
(山西省廣播電影電視局無(wú)線管理中心，山西太原030001)
0 引言
每臺(tái)供電設(shè)備都有額定容量，即視在功率。在有感性負(fù)載時(shí)，用電設(shè)備輸出的總功率中，既有有功功率，又有無(wú)功功率。因此，加強(qiáng)無(wú)功功率補(bǔ)償措施，提高功率因數(shù)，增強(qiáng)用電設(shè)備效率，就可使供電設(shè)備的容量得到充分利用，從而節(jié)約電能，這對(duì)全面開展節(jié)能降耗工作具有重要意義。
1 無(wú)功功率產(chǎn)生的原因
電力系統(tǒng)中的無(wú)功功率主要是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁與漏磁消耗、電力變壓器與線路損耗等。無(wú)功功率損耗造成電壓降低，并且在傳輸與交換過(guò)程中損失大量有功電能，降低了輸變電的負(fù)載能力。其中感應(yīng)電動(dòng)機(jī)所消耗的無(wú)功功率占電力系統(tǒng)無(wú)功總負(fù)荷的80%左右，其值與電動(dòng)機(jī)容量和負(fù)載狀況有關(guān)。在大電力系統(tǒng)中，電能經(jīng)過(guò)幾次電壓變換，無(wú)功損耗也可高達(dá)30% ～40%，其無(wú)功損耗主要與供電負(fù)荷的組成及電壓變換次數(shù)有關(guān)。
2 功率因數(shù)的要求及其與用電設(shè)備的關(guān)系
功率因數(shù)cosφ是有功功率與視在功率的比值，以cosφ表示，即:
cosφ的數(shù)值為0～100%。
當(dāng)cosφ=0時(shí)，(即P=O)表明此交流電路中為純無(wú)功功率，不存在有功功率。
當(dāng)cosφ=1時(shí)，(即q=0、P=S)表明此電路中為純有功功率，不存在無(wú)功功率，事實(shí)上只有純電阻電路中才存在這種情況。
由P=Scosφ知，當(dāng)S一定時(shí)，功率因數(shù)cosφ越低，有功功率就越小。當(dāng)cosφ=0.5時(shí)，說(shuō)明負(fù)載只利用了電源提供能量的一半。
2.1 功率因數(shù)主要受感性負(fù)載的影響
功率因數(shù)反映了負(fù)載從電源接受的視在功率S中有多少轉(zhuǎn)換成了有功功率P，其主要取決于電感性負(fù)載中電阻與感抗的數(shù)值。也就是說(shuō)無(wú)功功率存在的根本原因就是由于感性負(fù)載的存在。而在日常生產(chǎn)、生活中，電感性負(fù)載比比皆是。從交流電做功的角度來(lái)說(shuō)，在眾多的電感性負(fù)載中只有有功功率才是有實(shí)際意義的。感性負(fù)載不消耗能量，但感性負(fù)載與電源間功率的交換，其本身需要一定的無(wú)功功率。并且需要的無(wú)功功率越大、功率因數(shù)就越低，而有功功率P是一定值，自然供電容量會(huì)因功率因數(shù)的偏低而增大，造成不必要的損失。例如，常用的異步電動(dòng)機(jī)，在額定負(fù)載時(shí)的功率因數(shù)約為0.7～0.9左右，輕載時(shí)，功率因數(shù)就更低，其它如電焊機(jī)變壓器，大型照明燈等負(fù)載的功率因數(shù)也是較低的。因此，如何減少用電設(shè)備與電源間能量的互換，是提高功率因數(shù)的關(guān)鍵。
2.2 不同用戶的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到下列規(guī)定
高壓供電的電力用戶，功率因數(shù)為0.90以上;其它100千伏安(千瓦)及以上用戶(如大、中型電力排灌站)，功率因數(shù)為0.85以上;農(nóng)業(yè)用電，功率因數(shù)為0.80。
功率因數(shù)越高，即無(wú)功功率越少，發(fā)、供、用電設(shè)備越能夠充分發(fā)揮其能力。故提高功率因數(shù)是節(jié)約無(wú)功電能的有效途徑。
2.3 用電設(shè)備功率因數(shù)低的原因
(1)大量采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或其它電感性用電設(shè)備(如電焊機(jī)、感應(yīng)電爐等);
(2)電感性的用電設(shè)備配套不合適或使用不當(dāng)造成設(shè)備長(zhǎng)期輕載或空載運(yùn)行;
(3)大量采用氣體放電型燈具作照明光源;
(4)變電設(shè)備的負(fù)載率偏低。
2.4 功率因數(shù)與線路損耗的關(guān)系
功率因數(shù)與線路損耗關(guān)系如表1所示，該表以功率因數(shù)為1時(shí)的線損為基數(shù)進(jìn)行比較。
表1 功率因數(shù)下降與線損增加對(duì)比表
2.5 提高功率因數(shù)的好處
(1)提高功率因數(shù)可以提高發(fā)電、供電(發(fā)電機(jī)、電力線路、變壓器等)設(shè)備的供電能力，同樣的設(shè)備可以更充分的利用;
(2)提高功率因數(shù)可以提高用戶設(shè)備(如變壓器等)的利用率，節(jié)省用戶電氣設(shè)備投資;
(3)提高功率因數(shù)可以降低電力系統(tǒng)電壓損失和減小電壓波動(dòng)，改善電能質(zhì)量;
(4)提高功率因數(shù)可以減少輸、變、配電設(shè)備中的電流，因而降低電能輸送過(guò)程中的損耗，節(jié)約電力;
(5)提高功率因數(shù)可以減少電費(fèi)開支。
3 提高功率因數(shù)的措施
提高功率因數(shù)主要是補(bǔ)償無(wú)功功率，采用分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為主，以取得最大的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益。
3.1 無(wú)功補(bǔ)償?shù)念愋?/h3>
無(wú)功補(bǔ)償主要有:高壓集中補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償和就地補(bǔ)償三種。
(1)高壓集中補(bǔ)償:補(bǔ)償裝置要裝在工廠電源進(jìn)線的高壓母線上，它只能對(duì)裝置之前的線路進(jìn)行補(bǔ)償，單位內(nèi)部用電設(shè)備的無(wú)功功率得不到控制。不能實(shí)現(xiàn)很好的補(bǔ)償作用。
(2)低壓集中補(bǔ)償:是將補(bǔ)償裝置安裝在單位內(nèi)各變電所的低壓母線上，通過(guò)對(duì)電源的無(wú)功補(bǔ)償來(lái)提高整個(gè)變電所所屬用電設(shè)備的功率因數(shù)。這種方式在低壓供電中應(yīng)用較廣。
(3)就地補(bǔ)償:就是補(bǔ)償裝置安裝在各大型用電設(shè)備進(jìn)線處，使其無(wú)功功率得到補(bǔ)償，這是一種較徹底的補(bǔ)償方式，但對(duì)于用電設(shè)備多而雜的單位，不適于采用這種補(bǔ)償方式。
3.2 無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒?/h3>
(1)采用同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償:在無(wú)調(diào)速要求的生產(chǎn)機(jī)械上，宜采用同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，同步電動(dòng)機(jī)的補(bǔ)償能力與所承受的負(fù)荷率、激磁電流以及電動(dòng)機(jī)額定功率因數(shù)有關(guān)。它能夠在超前功率因數(shù)下運(yùn)行，輸出容性無(wú)功功率，提高功率因數(shù)。
(2)并聯(lián)靜電電容器補(bǔ)償:安裝靜電電容器補(bǔ)償無(wú)功功率，是提高功率因數(shù)最常用的技術(shù)措施。并聯(lián)了電容器后，減少了電源與用電設(shè)備之間的能量互換，也就是電源能量的互換主要發(fā)生在用電設(shè)備與電容器之間，因而使供電設(shè)備的容量得到充分利用。
(3)合理選配機(jī)電設(shè)備，使之匹配得當(dāng)，防止大馬拉小車。
(4)帶經(jīng)常性變動(dòng)和周期性變化負(fù)載的電機(jī)，應(yīng)采用調(diào)速裝置，保證電機(jī)出力與負(fù)載有最佳的匹配。
(5)減少或限制設(shè)備的輕載或空載運(yùn)行時(shí)間，降低無(wú)功消耗。
注意在進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)防止無(wú)功的過(guò)補(bǔ)償。過(guò)補(bǔ)償不僅增加投資，降低補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益，而且還惡化電壓質(zhì)量，給電網(wǎng)和用戶帶來(lái)危害。因此，補(bǔ)償時(shí)，必須做到隨負(fù)荷變化進(jìn)行調(diào)整，最好裝設(shè)按負(fù)荷、電壓或功率因數(shù)的變化而自動(dòng)投切的裝置，以防止過(guò)補(bǔ)償引起的無(wú)功倒送，及因此帶來(lái)的損失增加、電壓升高的危害。
［1］毛建業(yè)，原軍民，董光明.廣播電視發(fā)射臺(tái)應(yīng)用技術(shù)［M］.太原:山西人民出版，2002.
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