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說明要求對于功率因數(shù)改善三者關(guān)系好處改善電能質(zhì)量的理由如何提高功率因素展開說明要求對于功率因數(shù)改善三者關(guān)系好處改善電能質(zhì)量的理由如何提高功率因素展開

說明

功率因數(shù)的大小與電路的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)， 如白熾燈泡、電阻爐等電阻負(fù)荷的功率因數(shù)為1，一般具有電感性負(fù)載的電路功率因數(shù)都小于1。功率因數(shù)是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要的技術(shù)數(shù)據(jù)。功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個(gè)系數(shù)。功率因數(shù)低，說明電路用于交變磁場轉(zhuǎn)換的無功功率大， 從而降低了設(shè)備的利用率，增加了線路供電損失。所以，供電部門對用電單位的功率因數(shù)有一定的標(biāo)準(zhǔn)要求。

要求

(1) 最基本分析

拿設(shè)備作舉例。例如：設(shè)備功率為100個(gè)單位，也就是說，有100個(gè)單位的功率輸送到設(shè)備中。然而，因大部分電器系統(tǒng)存在固有的無功損耗，只能使用70個(gè)單位的功率。很不幸，雖然僅僅使用70個(gè)單位，卻要付100個(gè)單位的費(fèi)用。(使用了70個(gè)單位的有功功率，你付的就是70個(gè)單位的消耗)在這個(gè)例子中，功率因數(shù)是0.7 (如果大部分設(shè)備的功率因數(shù)小于0.9時(shí)，將被罰款)，這種無功損耗主要存在于電機(jī)設(shè)備中(如鼓風(fēng)機(jī)、抽水機(jī)、壓縮機(jī)等)，又叫感性負(fù)載。功率因數(shù)是馬達(dá)效能的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 基本分析

每種電機(jī)系統(tǒng)均消耗兩大功率，分別是真正的有用功(叫kw)及電抗性的無用功。功率因數(shù)是有用功與總功率間的比率。功率因數(shù)越高，有用功與總功率間的比率便越高，系統(tǒng)運(yùn)行則更有效率。

(3) 高級分析

在感性負(fù)載電路中，電流波形峰值在電壓波形峰值之后發(fā)生。兩種波形峰值的分隔可用功率因數(shù)表示。功率因數(shù)越低，兩個(gè)波形峰值則分隔越大。

對于功率因數(shù)改善

電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動機(jī)、變壓器、日光燈及電弧爐等，大多屬于電感性負(fù)荷，這些電感性的設(shè)備在運(yùn)行過程中不僅需要向電力系統(tǒng)吸收有功功率，還同時(shí)吸收無功功率。因此在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器無功補(bǔ)償設(shè)備后，將可以提供補(bǔ)償感性負(fù)荷所消耗的無功功率，減少了電網(wǎng)電源側(cè)向感性負(fù)荷提供及由線路輸送的無功功率。由于減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動，因此可以降低輸配電線路中變壓器及母線因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補(bǔ)償?shù)男б妗?無功補(bǔ)償?shù)闹饕康木褪翘嵘a(bǔ)償系統(tǒng)的功率因數(shù)。因?yàn)楣╇娋职l(fā)出來的電是以KVA或者M(jìn)VA來計(jì)算的，但是收費(fèi)卻是以KW，也就是實(shí)際所做的有用功來收費(fèi)，兩者之間有一個(gè)無效功率的差值，一般而言就是以KVAR為單位的無功功率。大部分的無效功都是電感性，也就是一般所謂的電動機(jī)、變壓器、日光燈……，幾乎所有的無效功都是電感性，電容性的非常少見，例如：變頻器就是容性的，在變頻器電源端加入電抗器可提高功率因數(shù)。

三者關(guān)系

也就是因?yàn)檫@個(gè)電感性的存在，造成了系統(tǒng)里的一個(gè)KVAR值，三者之間是一個(gè)三角函數(shù)的關(guān)系： 〖K_va〗^2=〖K_w〗^2+〖K_var〗^2 簡單來講，在上面的公式中，如果今天的KVAR的值為零的話，KVA就會與KW相等，那么供電局發(fā)出來的1KVA的電就等于用戶1KW的消耗，此時(shí)成本效益最高，所以功率因數(shù)是供電局非常在意的一個(gè)系數(shù)。用戶如果沒有達(dá)到理想的功率因數(shù)，相對地就是在消耗供電局的資源，所以這也是為什么功率因數(shù)是一個(gè)法規(guī)的限制。目前就國內(nèi)而言功率因數(shù)規(guī)定是必須介于電感性的0.9～1之間，低于0.9時(shí)需要接受處罰。

好處

供電部門為了提高成本效益要求用戶提高功率因數(shù)，那提高功率因數(shù)對用戶端有什么好處呢？ ① 通過改善功率因數(shù)，減少了線路中總電流和供電系統(tǒng)中的電氣元件，如變壓器、電器設(shè)備、導(dǎo)線等的容量，因此不但減少了投資費(fèi)用，而且降低了本身電能的損耗。 ② 良好的功因數(shù)值的確保，從而減少供電系統(tǒng)中的電壓損失，可以使負(fù)載電壓更穩(wěn)定，改善電能的質(zhì)量。 ③ 可以增加系統(tǒng)的裕度，挖掘出了發(fā)供電設(shè)備的潛力。如果系統(tǒng)的功率因數(shù)低，那么在既有設(shè)備容量不變的情況下，裝設(shè)電容器后，可以提高功率因數(shù)，增加負(fù)載的容量。 舉例而言，將1000KVA變壓器之功率因數(shù)從0.8提高到0.98時(shí)： 補(bǔ)償前：1000×0.8=800KW 補(bǔ)償后：1000×0.98=980KW 同樣一臺1000KVA的變壓器，功率因數(shù)改變后，它就可以多承擔(dān)180KW的負(fù)載。 ④ 減少了用戶的電費(fèi)支出；透過上述各元件損失的減少及功率因數(shù)提高的電費(fèi)優(yōu)惠。 此外，有些電力電子設(shè)備如整流器、變頻器、開關(guān)電源等；可飽和設(shè)備如變壓器、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)等；電弧設(shè)備及電光源設(shè)備如電弧爐、日光燈等，這些設(shè)備均是主要的諧波源，運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生大量的諧波。諧波對發(fā)動機(jī)、變壓器、電動機(jī)、電容器等所有連接于電網(wǎng)的電器設(shè)備都有大小不等的危害，主要表現(xiàn)為產(chǎn)生諧波附加損耗，使得設(shè)備過載過熱以及諧波過電壓加速設(shè)備的絕緣老化等。 并聯(lián)到線路上進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)碾娙萜鲗χC波會有放大作用，使得系統(tǒng)電壓及電流的畸變更加嚴(yán)重。另外，諧波電流疊加在電容器的基波電流上，會使電容器的電流有效值增加，造成溫度升高，減少電容器的使用壽命。 諧波電流使變壓器的銅損耗增加，引起局部過熱、振動、噪音增大、繞組附加發(fā)熱等。 諧波污染也會增加電纜等輸電線路的損耗。而且諧波污染對通訊質(zhì)量有影響。當(dāng)電流諧波分量較高時(shí)，可能會引起繼電保護(hù)的過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)的誤動作。 因此，如果系統(tǒng)量測出諧波含量過高時(shí)，除了電容器端需要串聯(lián)適宜的調(diào)諧（detuned）電抗外，并需針對負(fù)載特性專案研討加裝諧波改善裝置。

改善電能質(zhì)量的理由

為什么說提高用戶的功率因數(shù)可以改善電壓質(zhì)量？ 電力系統(tǒng)向用戶供電的電壓，是隨著線路所輸送的有功功率和無功功率變化而變化的。當(dāng)線路輸送一定數(shù)量的有功功率時(shí)，如輸送的無功功率越多，線路的電壓損失越大。即送至用戶端的電壓就越低。如果110KV以下的線路，其電壓損失可近似為：△U=(PR+QX)/Ue 其中：△U－線路的電壓損失，KV Ue－－線路的額定電壓，KV P－－線路輸送的有功功率，KW Q－－線路輸送的無功功率，KVAR R—線路電阻，歐姆 X－－線路電抗，歐姆 由上式可見，當(dāng)用戶功率因數(shù)提高以后，它向電力系統(tǒng)吸取的無功功率就要減少，因此電壓損失也要減少，從而改善了用戶的電壓質(zhì)量。 在直流電路里，電壓乘電流就是有功功率。但在交流電路里，電壓乘電流是視在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）將小于視在功率。有功功率與視在功率之比叫做功率因數(shù)，以COSΦ表示，其實(shí)最簡單的測量方式就是測量電壓與電流之間的相位差，得出的結(jié)果就是功率因數(shù)。

如何提高功率因素

（1）提高自然功率因數(shù)。自然功率因數(shù)是在沒有任何補(bǔ)償情況下，用電設(shè)備的功率因數(shù)。提高自然功率因數(shù)的方法：合理選擇異步電機(jī)；避免變壓器空載運(yùn)行；合理安排和調(diào)整工藝流程，改善機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況；在生產(chǎn)工藝允許條件下，采用同步電動機(jī)代替異步電動機(jī)。 （2）采用人工補(bǔ)償無功功率。裝用無功功率補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行人工補(bǔ)償，電力用戶常用的無功功率補(bǔ)償設(shè)備是電力電容器。

提高功率因數(shù)的方法

提高功率因數(shù)的途徑主要在于如何減少電力系統(tǒng)中各個(gè)部分所需的無功功率,特別是減少負(fù)荷取用的 無功功率,使電力系統(tǒng)在輸送一定的有功功率時(shí),可降低其中通過的無功電流 提高功率因數(shù)的方法很多,但總的來說可以歸結(jié)為兩大類: 提高自然功率因數(shù)的方法 采用降低各用電設(shè)備所需的無功功率以改善其功率因數(shù)的措施,稱為提高自然功率因數(shù)的方法 主要有: 1、正確選用異步電動機(jī)的型號與容量。據(jù)有關(guān)資料介紹,我國中小型異步電動機(jī)的用電負(fù)荷約占電網(wǎng)總負(fù)荷的80 %以上,幾個(gè)主要電網(wǎng)中,電動機(jī)所耗能占整個(gè)工業(yè)用電量的60 %～ 68 %左右1 因此做好電動機(jī)的降損節(jié)能具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義 正確選用異步電動機(jī),使其額定容量與所帶負(fù)載相配合,對于改善功率因數(shù)是十分重要的 在選型方面,要注意選用節(jié)能型,淘汰高能耗的電動機(jī),并依據(jù)電機(jī)機(jī)械工作對啟動力矩、啟動次數(shù)、調(diào)速等方面的具體要求,選用不同的型號。 電動機(jī)的效率η與功率因數(shù)cosφ是反映電動機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的主要指標(biāo),都與負(fù)載率β有密切關(guān)系1 GB/ T 12497 - 90 對三相異步電機(jī)三個(gè)運(yùn)行區(qū)域規(guī)定如下: 當(dāng)負(fù)載率β在70 %～ 100 %之間時(shí),為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū); 當(dāng)40 % ≤β ≤70 %時(shí),為一般運(yùn)行區(qū); 當(dāng)β < 40 % 時(shí),為非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū); 2、根據(jù)負(fù)荷選用相匹配的變壓器。電力變壓器一次側(cè)功率因數(shù)不但與負(fù)荷的功率因數(shù)有關(guān),而且與負(fù)荷率有關(guān)若變壓器滿載運(yùn)行,一次側(cè)功率因數(shù)僅比二次側(cè)降低約3 ～ 5 %;若變壓器輕載運(yùn)行,當(dāng)負(fù)荷小于0. 6 時(shí),一次側(cè)功率因數(shù)就顯著下降,下降達(dá)11 ～ 18 %,所以電力變壓器的負(fù)荷率在0. 6 以上運(yùn)行時(shí)才較經(jīng)濟(jì),一般應(yīng)在60 %～ 70 %比較合適為了充分利用設(shè)備和提高功率因數(shù),電力變壓器一般不宜作輕載運(yùn)行。當(dāng)電力變壓器負(fù)荷率小于30 %時(shí),應(yīng)當(dāng)更換成容量較小的變壓器 (3、合理安排和調(diào)整工藝流程。合理安排和調(diào)整工藝流程, 改善電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài), 限制電焊機(jī)和機(jī)床電動機(jī)的空載運(yùn)行1 例如可采用空載自動延時(shí)斷電裝置流程等 4、異步電動機(jī)同步化運(yùn)行。對于負(fù)荷率不大于0. 7 及最大負(fù)荷不大于90 % 額定功率的繞線式異步電動機(jī),必要時(shí)可使其同步化,即當(dāng)繞線式異步電動機(jī)在起動完畢以后,向轉(zhuǎn)子三相繞組中送入直流勵磁,即產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩把異步電動機(jī)牽入同步運(yùn)行,其運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)與同步電動機(jī)相似在過勵磁的情況下,電動機(jī)可向電網(wǎng)送出無功功率,從而達(dá)到改善功率因數(shù)的目的。 提高功率因數(shù)的補(bǔ)償方法 采用供應(yīng)無功功率的設(shè)備來補(bǔ)償用電設(shè)備所需的無功功率,以提高其功率因數(shù)的措施,稱為提高功率因數(shù)的補(bǔ)償方法。采用補(bǔ)償法來提高功率因數(shù),必須增加新設(shè)備、增加有色與黑色金屬的需用量。 此外,補(bǔ)償設(shè)備本身也有功率損失,所以從整體來看,應(yīng)首先采用提高用電設(shè)備自然功率因數(shù)的方法。 但當(dāng)功率因數(shù)還達(dá)不到《電力設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》所要求的數(shù)值時(shí),則需采用專門的補(bǔ)償設(shè)備來提高功率因數(shù)。應(yīng)用人工補(bǔ)償無功功率的方法通常有應(yīng)用移相電容器(即靜電電容器) 、采用同步電動機(jī)和采用同步調(diào)相機(jī)三種方法。 同步電動機(jī)在過勵磁方式運(yùn)行(0. 8 ～ 0. 9 超前) 時(shí),就向電力系統(tǒng)輸送無功功率,提高了工業(yè)企業(yè)的功率因數(shù) 一般在滿足工藝條件下,采用或不采用同步電動機(jī)來提高企業(yè)的功率因數(shù),應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。通常對低速、恒速且長期連續(xù)工作的容量較大的電動機(jī),宜采用同步電動機(jī)組,如軋鋼的電動機(jī)組、球磨機(jī)、空壓機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備 這些設(shè)備采用同步電動機(jī)為原動機(jī)時(shí),其容量一般在250 KW 以上,環(huán)境與啟動條件均能滿足同步電動機(jī)的要求,而且停歇時(shí)間較少,因此對改善功率因數(shù)能起很大作用 但是同步電動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,并且附有一套啟動控制設(shè)備,維護(hù)工作量大,價(jià)格較異步電動機(jī)貴,而且目前高壓移相電容器價(jià)格普遍降低,這就相應(yīng)地提高了“異步電動機(jī)加移相電容器的補(bǔ)償方案”的優(yōu)越性 移相電容器由于具有功率損耗小、運(yùn)行維修很方便、短路電流小等優(yōu)點(diǎn)而在工業(yè)企業(yè)中被廣泛用作人工補(bǔ)償裝置。 綜上所述,提高功率因數(shù)必然對國家的能源利用、企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益起到促進(jìn)作用, 是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗以及安全運(yùn)行所不可缺少的條件 應(yīng)根據(jù)不同情況采取相應(yīng)措施來提高功率因數(shù),降低無功損耗,從而提高經(jīng)濟(jì)效益。