關於功率因數及其補償 1
無功補償電容櫃中為什麼串聯電抗器 7
併聯電抗器的作用 8
無功自動補償按性質分為三相電容自動補償和分相電容自動補償。 9
抑制諧波串聯電抗器的選用情況和tsc動態無功補償解析 14
無功補償用串聯電抗器的效能與作用 23
1、功率因數的概念
在交流電路中，電源供給負載的視在功率包括有功功率和無功功率。有功功率是電阻性負載消耗的功率，即實際消耗的電功率，用p表示，單位為瓦（w）或千瓦（kw）；無功功率並非實際消耗的功率，而是反映電感性負載或電容性負載發生的電源與負載間能量交換所占用的電功率，用q表示，單位為乏(var)或千乏(kvar)；視在功率是電壓和電流有效值的乘積，用s表示，單位為伏安(va)或千伏安(kva)。按線性負載來考慮，三者的關係可用功率三角形來表示，如圖1所示。
圖1：功率三角形
對於三相平衡負載，視在功率為下式。式中，u為相電壓有效值，ul為線電壓有效值，i為電流有效值。
s = 3ui =31/2 ul i =（p2 + q2）1/2
當供電迴路中既有電感性負載又有電容性負載時，總的無功功率為下式。式中，ql為電感的無功功率，qc為電容的無功功率。
q = ql-qc
有功功率與視在功率之比稱為功率因數，用λ表示。**性電路中，功率因數等於電流與電壓相位差的余弦，即
λ=p/s=（3ui cos φ）/3ui= cos φ
功率因數是反映電力使用者用電裝置合理使用狀況、電能利用程度和用電管理水平的一項重要指標。
2、提高功率因數的意義
提高功率因數的意義包括可降低線路損耗、可改善電壓質量、可提高變壓器利用率和節約使用者的電費開支等等，詳見下表1的解釋。
表1：提高功率因數的意義
3、提高功率因數的方法
提高功率因數的方法分為提高自然功率因數和功率因數人工補償。
1）提高自然功率因數
自然功率因數是指用電裝置自身所具有的功率因數，其高低與裝置的負荷率有關。在通訊企業中，有許多電感性的電氣裝置，如變壓器、電動機等。據統計，企業的無功功率，一般感應電動機佔70%，變壓器佔20%，線路佔10%。
由此可見，電動機和變壓器消耗的無功功率大，自然功率因數比較低，特別是在空載執行時功率因數更低。為了降低無功功率消耗，提高自然功率因數，通常可採取下列措施：
(1)合理選擇電動機的大小，避免大馬拉小車，及時更換負載率小於40%的電動機。
(2)正確選擇變壓器容量，提高變壓器負荷率，其負荷率在75%~80%較合適。
採用提高自然功率因數的方法是一種最經濟有效的方法。但是，如果變壓器帶有容量大的季節性負荷，合理選擇變壓器容量就比較困難。例如**空調系統，單機容量都比較大，從幾十千瓦到上百千瓦，而空調的使用有季節性，若只選擇一台變壓器對全域性供電，為使空調工作時變壓器不過載，變壓器容量只能選得較大，而當空調不工作時，變壓器就工作在輕載狀態，功率因數就會顯著降低。
對於這種情況，單靠提高自然功率因數的辦法滿足不了對功率因數的要求，必須採用無功功率補償的方法來提高功率因數。
2）功率因數人工補償
在一般情況下，用電負荷多為電感性負載，常用併聯電容器的方法來補償功率因數，原理如圖2所示。專門用來補償功率因數的電容器稱為移相電容器，具有安裝簡單、執行維護方便、有功損耗小和投資少等優點。
圖2：併聯電容補償功率因數原理
圖中，r、l串聯表示感性負載，端．電壓為，電流為l，感性負載使得電流相位滯後電壓相位乙個角度，這個角度就是功率因數角φ1。在r、l兩端併聯電容c，將有電流c流過電容，c比超前90°。併聯電容後，總電流是l與c的相量和，校正後的功率因數角為φ2。
可見φ2<φ1，功率因數得到提高。併聯電容補償的容量（無功功率）可按下式計算，式中，qc為電容器補償的無功功率(kvar)，pj為有功功率(kw)，φ1為補償前的功率因數角，φ2為補償後的功率因數角。
qc=pj（tan φ1-tan φ2）
4、移相電容器的型號和補償容量
移相電容器的型號由文字和數字兩部分組成。例如，yy0.4-12-3，第一位字母y表示移相用；第二位字母y表示礦物油浸漬；0.
4表示額定電壓為0.4kv；12表示標稱容量為12kvar；3表示三相，是指封裝好的移相電容器內部接成三角形，外部引出三個接頭，可直接連線在三相電源上。
電容器的電容量為c，其容抗為xc，當電容器兩端施加正弦交流電壓u時，它能補償的無功功率為q=u2/xc = 2πf cu2，即當c一定時，電容器能補償的無功功率q與加在電容器上的電壓u的平方成正比。因此併聯電容器進行補償時，宜採用三角形連線，其補償容量為星形連線的3倍。電容器的額定電壓應與電力網的額定電壓相符。
5、併聯電容補償的方法
併聯電容器補償無功功率通常有以下三種方法。
1）分散補償。分散補償是指將移相電容器就近併聯在電感性負載上。若電容器的補償容量選擇得當，補償效果明顯。
但分散補償維護工作量大，電容器的利用率低、投資大。這種補償方式只適用於長期執行的負載或容量較大的負載。
2）低壓集中補償。將移相電容器集中在一起，組成無功功率補償屏，又稱電容補償櫃。將電容補償櫃並接在變壓器低壓側的電力母線上進行補償。
細分交流負荷，有的長期使用，有的時用時停，存在乙個用電高峰和低谷的問題。若將所有移相電容器接成一組對用電高峰進行補償，且滿足對功率因數的要求，則在用電低谷時就會過補償，造成電壓偏高。因此實際工作中往往將移相電容器分成幾組，一組長期併聯在電路中對固定不變的負荷進行補償，其餘的移相電容器組根據負荷的運**況及時投入或撤除，既滿足提高功率因數的要求，又不會造成過補償。
投入或撤除移相電容器可採用人工或自動的方法。電容器是儲能元件，當電容器從電源上斷開時，電容器上的電壓等於電路斷開瞬間的電源電壓。因此撤除的移相電容器應考慮放電，一般採用燈泡來放電。
3）高壓集中補償。高壓集中補償就是將電容補償櫃移到變壓器的高壓側。在高壓側補償的補償效果比在低壓側好，但移相電容器即使接成星形，電容器承受的電壓也很高，易造成電容器**，同時高壓操作需要專門的輔助電源和操作機構，維護操作困難，因此在通訊企業中多採用低壓集中補償。
6、功率因數自動調節
功率因數自動調節是指在電容補償櫃中設定了自動調節裝置，能根據電網電壓和負載的變化及時投入或撤除電容器組，以保證功率因數符合要求。電網電壓的波動和負載的啟動會造成瞬時功率因數的波動，為避免自動調節裝置的執行機構誤動作，自動調節裝置應採取延時投入和延時撤除的方式。
圖3為電容補償櫃一次電路原理圖，圖中移相電容器組均採用三角形接法，一組作為固定補償，其餘的根據電網電壓和負荷的變化自動投撤。採用交流接觸器作為自動調節裝置的執行機構，自動調節裝置的設計方案很多，其基本原理分時間型自動控制和功率因數型自動控制。時間型自動控制是預先設計好時間段，按時讓交流接觸器動作或斷開，從而投入或撤除電容器組。
功率因數型自動控制是採用取樣訊號與基準電壓進行比較，其差值經放大、變換後去控制交流接觸器的動作，從而投入或撤除電容器組。取樣訊號可採集母線電壓的高低、功率因數的大小、無功電流的大小等。具體工作原理不再贅述。
圖3：電容補償櫃一次電路原理圖
功率因數補償應避免補償電容與電路的電感形成諧振，從而導致過電壓。不宜一味追求高功率因數，在一般情況下確定補償後的功率因數在0.9~0.
95之間便可，要嚴格防止過補償。此外還需注意，如果利用移相電容器將功率因數提高到0.95，供電系統有可能在5次或7次諧波發生諧振，導致系統工作異常，這時可在移相電容電路中串聯小電感，使諧振頻率不在系統諧波頻率的範圍內。
電抗器，實質上是乙個無導磁材料的空心線圈。它可以根據需要，布置為垂直、水平和品字形三種裝配形式。在電力系統發生短路時，會產生數值很大的短路電流。
如果不加以限制，要保持電氣裝置的動態穩定和熱穩定是非常困難的。因此，為了滿足某些斷路器遮斷容量的要求，常在出線斷路器處串聯電抗器，增大短路阻抗，限制短路電流。
由於採用了電抗器，在發生短路時，電抗器上的電壓降較大，所以也起到了維持母線電壓水平的作用，使母線上的電壓波動較小，保證了非故障線路上的使用者電氣裝置執行的穩定性。近年來，在電力系統中，為了消除由高次諧波電壓、電流所引起的電容器故障，在電容器迴路中採用串聯電抗器的方法改變系統引數，已取得了顯著的效果。
在併聯電容器迴路中串聯電抗器的作用有兩個,一是為了抑制湧流,二是為了抑制諧波.在併聯電容器投運時由於電容器兩端的電壓突變,必然形成乙個很大的合閘電流,這個電流稱為湧流.一般情況下,湧流不會超過10倍的額定電流.
當多台電容器組中追加投入時,由於已投運電容器的充電效應,湧流比第一台投運時更大,往往要超過10倍額定電流.因此
單台電容器時建議串聯小電抗器,電抗率0.1%~1%.當然,不串電抗器也可以,電容器應能滿足抗湧流能力.
多台電容器必須串聯小電抗器,電抗率同上.
當需要抑制3次及以上諧波時,電抗率應該是12%~13%
當需要抑制5次及以上諧波時,電抗率宜為4.5%~6%
併聯電抗器的作用
1、削弱空載或輕載時長線路的電容效應所引起的工頻電壓公升高。
這種電壓公升高是由於空載或輕載時，線路的電容（對低電容和相間電容）電流**路的電感上的壓降所引起的。它將使線路電壓高於電源電壓。當愈嚴重，通常線路愈長，則電容效應愈大，工頻電壓公升高也愈大。
對超高壓遠距離輸電線路而言，空載或輕載時線路電容的充電功率是很大的，通常充電功率隨電壓的平方面急劇增加，巨大的充電功率除引起上述工頻電壓公升高現象之外，還將增大線路的功率和電能損耗以及引起自勵磁，同期困難等問題。裝設併聯電抗器可以補償這部分充電功率。
2、改善沿線電壓分布和輕載線路中的無功分布並降低線損。
當線路上傳輸的功率不等於自然功率時，則沿線各點電壓將偏離額定值，有時甚至偏離較大，如依*併聯電抗器的補償，則可以仰低線路電壓得公升高。
3、減少潛供電流，加速潛供電弧的熄滅，提高線路自動重合閘的成功率。
所謂潛供電流，是指當發生單相瞬時接地故障時，在故障相兩側斷開後，故障點處弧光中所存在的殘餘電流。
產生潛供電流的原因：故障相雖以被切斷電源，但由於非故障相仍帶電執行，通過相間電容的影響，兩相對故障點進行電容性供電；由於相間互感的影響，故障相上將被感應出乙個電勢，在此電勢的作用下通過故障點及相對地電容將形成乙個環流，通常把上述兩部分電流的總和稱之為潛供電流。潛供電流的存在，使得系統發生單相瞬時接地短路處的潛供電弧不可能很快熄滅，將會影響單相自動綜合閘的成功率。
功率因數的補償方法
摘要 功率因數的高低關係到輸配電線路 裝置的供電能力，也影響到其功率損耗。本文分析了影響功率因數的主要因素，也提出了功率因數補償的理論分析，並 了提高功率因數的許多行之有效的方法。關鍵詞 功率因數 有功功率 無功功率 中圖分類號 tf0 文獻標識碼 a 文章編號 2095 3089 2012 12 ...
提高功率因數的方法及其意義
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功率因數補償在工廠供電中的應用
2 提高功率因數的益處 1 通過改善功率因數,減少了供電系統中的電氣元件,不但減少了投資費用,而且降低了本身電能的損耗。2 藉由良好功因值的確保,從而減少供電系統中的電壓損失,可以使負載電壓更穩定,改善電能的質量。3 在既有裝置容量不變的情況下,裝設電容器後,可以提高功率因數,增加負載的容量。例如,...