先搞清楚两个概念:容性电 流——流过电容的电流,电流超前电压90°;感性电流——流过电感的电流,电流滞后电压90°。
无功功率并非“无用”的功率,只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已。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。
供电系统中除了需要有功电源外,还需要无功电源,二者缺一不可。无功功率单位为乏(Var),无功功率和功率因数有直接关联。在交流电路中,针对电网中某个原件来说,其电压和电流之间的相位差(θ)的余弦(cosθ)称为功率因数。在数值上,λ=cosθ=P/S,S=√(P^2+Q^2)。在电网运行中,功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度。若功率因数低,电网电压下降,电能质量也就降低,所以希望cosθ越大越好,这样电路中无功功率可以降到最低,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。
电力系统中的负载大多是感性的(有电磁线圈结构),线圈内要建立磁场就要消耗滞后(感性)无功功率。如40W的日光灯除了需要40多W的有功功率,还需要40Var左右的无功功率供镇流器线圈建立交变磁场,从而使得负载电流相位滞后于电压,相角差越大,对滞后无功功率需求越大。虽然无功功率不消耗电能,但要供给固定的有功功率时,无功功率越大,视在功率也越大,供电线路和变压器的容量也就越大,势必要提高电流而增加线路损耗。所谓提高功率因数,是指提高电源或电网的功率因数,而不是指提高某个感性负载的功率因数。所以供电局供电时,无功功率对民用不收费,工业使用时若功率因数达不到0.9就要罚款,是因为会增加线路损耗及其他因此造成的费用。
对于变压器,由于二次侧输出的无功功率可以是滞后性的,也可以是超前性的,视负载性质而定,但变压器内部吸收的无功功率都是滞后性的。
无功功率从电网中哪个地方获得?合理方法是在需要无功功率的地方产生无功功率。如何产生?
工程上认为电容发出无功功率,电感吸收无功功率。电容器本身并不消耗电能,但它却有功率(直流电路的功率等于电压×电流;交流电路平均功率P=VIcosθ,当电压与电流之间有相位差时,电路中发生能量交换,出现无功功率Q=VIsinθ),这就是无功功率。电路系统中,电感和电容的无功功率有互补作用。因此在配电系统里几乎都使用补偿电容器,即采用无功就地补偿法提高用电设备的功率因数。
无功补偿的基本原理是:把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路,能量在两种负荷之间相互交换。接入电容后不会改变原负载的工作状态,感性负荷所需要的无功功率也可由容性负荷输出的无功功率补偿,从而减轻电源和传输系统的无功功率负担。
无功补偿的意义:
1、补偿无功功率,可以增加电网中有功功率的比例常数。
2、减少发、供电设备的设计容量,减少投资,例如当功率因数cosθ=0.8增加到cosθ=0.95时,装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW;反之,增加0.52KW对原有设备而言,相当于增大了发、供电设备容量。因此,对新建、改建工程,应充分考虑无功补偿,便可以减少设计容量,从而减少投资。
3、降低线损,由降低线损百分数公式ΔP%=[1-(cosθ1/cosθ2)^2]×100%得出其中cosθ2为补偿后的功率因数,cosθ1为补偿前的功率因数,因为cosθ2>cosθ1,所以提高功率因数后,线损率也下降了。
减少设计容量、减少投资,增加电网中有功功率的输送比例,以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。所以,功率因数是考核经济效益的重要指标,规划、实施无功补偿势在必行。
超前功率因数:电流相位超前电压相位。
滞后功率因数:电压相位超前电流相位。(区分滞后功率)