在電力系統中由于大多數的負荷比如變壓器,電動機,整流設備占比較大,所以整體呈感性狀态。我們大家都知道感性負載的電壓是超前電流的,功率因數在交流電路中,電壓與電流之間的相位差(Φ)的餘弦叫做功率因數(也稱“力率”),用符号cosΦ表示,在數值上,功率因數是有功功率和視在功率的比值,即cosΦ=P/S。功率因數是用電設備的一個重要技術指标,在純電阻電路中,電壓與電流同相,其功率因數為1(理想狀态)。對于其他負載來說,其功率因數介于0與1之間,而多數為感性負載。例如常用熒光燈,交流電動機等都是感性負載(電壓超前電流90°)。其中在生産中常見的交流異步電動機在額定負載時的功率因數一般為0.7至0.9,如果在輕載時功率因數更低。
功率因數低可以引起以下幾方面的危害:1、線路電流增加:低壓交流系統電流的計算 I=P/√3*U*cosΦ,功率因數cosΦ=P/S,帶入公式我們可以得出其實電流 I=S/√3*U.所以電流裡面包含了有功電流和無功電流。而功率因數的降低則會增加電流,反之則會降低電流。所以在P一定的情況下功率因數越低電流越大,容易引起電纜發熱嚴重甚至燒壞。2、增大損耗:線路中的阻抗和感抗損耗的能量跟線路電流呈正比,變壓器内阻的損耗也是跟電流呈正比,所以功率因數越低則電流越大,電流越大則電能損耗越大。所以在經濟上也是一種浪費,況且供電公司在功率因數低于規定值時,要交一部分力率罰款的。3、減小變壓器的有功輸出能力:變壓器的容量S=√3 UI=√(P^2 Q^2 ),當S一定時,無功Q越大時則有功P則越小,代表着變壓器輸出有功功率的能力在變小。通俗的說就是變壓器帶載能力低,出力不行。4、降低線路電壓:上面我們說過功率因數過低,會導緻線路電流增加,變壓器内阻和線路阻抗的電壓降也會相應增加,所以有些地方用提升無功補償量的方式來緩解線路末端的低電壓。提升功率因數的方法:最常用的方法是在感性負載兩端并聯容量适合的電容,感性負載并聯電容後,它們之間相互補償,進行大部分能量交換,減少了電源和負載的能量交換,通常可分為集中補償和就地補償。提升至目标功率因數所需并聯電力電容器的容量計算:Qc=P(tanΦ1-tanΦ2)這個公式怎麼來的,給大家推導一下。
視在功率 S1
補償後的視在功率 S2
有功功率 P
無功功率:Q1
補償後的無功功率:Q2
需要補償的容量: Qc
功率因數 cosΦ1
目标功率因數 cosΦ2
在上面數值中有功功率P為額定功率,我們定為基準值,在額定電壓下需要的能量是不變的。
cosΦ1=P/S1 cosΦ2=P/S2 sinΦ=Q/S
Q1=sinΦ1*S1=sinΦ1*P/cosΦ1
Q2=sinΦ2*S2 =sinΦ2*P/cosΦ2
Qc=Q1-Q2=sinΦ1*P/cosΦ1-sinΦ2*P/cosΦ2=Q1*P/P-Q2*P/P=P(tanΦ1-tanΦ2)
下面我們通過實例計算,來告訴大家電容器怎麼配:舉例:某紡織廠配1台S11-M-1000KVA-10/0.4kV Dyn11 2*±2.5%變壓器一台,計算負荷800kW,功率因數0.8,需要提高至0.95,需要補償多少容量的電容器,該怎麼配置?
Qc=P(tanΦ1-tanΦ2)=800*(0.75-0.32)kvar=344kvar
一般情況下我們要配置變壓器容量的30%,容量差不多是夠用的,但是我們在實際配置中要考慮實際現場各種情況。
使用場合:紡織廠有大量的電機,少量變頻器所以應選用7%電抗率的480V的抗諧型電容器組,正常情況下我們選擇450V的電容就夠了,但是串聯電抗器會導緻電容器端電壓升高,所以選用480V的電容器。
生産運行方式:由于紡織廠為24小時工作制,所以電容器補償容量應該預留出是電容器可以循環投切的裕量,來提升電容器的使用壽命。
電容器額定電壓高于實際運行電壓時的降容:
Q=Qc/(Uc/Un)^2*(1-K)=344/(400*1.05/480)^2*(1-7%)=484kvar
我們可以選用16組*30kva的電容器,再加4組預留循環電容器,最後需要配置20組*30kvar共計600kvar。抗諧型串聯電抗器電力電容器組,紡織廠的負荷變化不大可考慮配置複合開關投切的控制方式。可考慮兩台電容補償櫃,一主一輔,并加強制通風。
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