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发表于 2009-1-19 16:43:26
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来自： 中国福建福州
电容器是通过什么原理补偿无功的?
& T j+ W% c* s2 L9 |交流电力系统需要电源供给两部分能量，一部分将用于作功而被消耗掉，这部分能量将转化为机械能，光能，热能或化学能，我们称为“有功功率”。另一部分能量是用来建立磁场，用于交换能量使用的，对于外部电路，它并没有作功，由电能转化为磁能，再由磁能能转化为电能，周而复始，并没有消耗，这部分能量我们称为“无功功率”。无功是相对有功而言的，不能说无功是无用之功，没有这部分功率，就不能建立感应磁场，电动机，变压器等设备就不能运转，在电力系统中，除了负荷需要无功功率外，线路的电感电抗和变压器的电感电抗也需要无功功率。' v* {9 w3 B4 ~/ N8 r
在交流电力系统中，当正弦电流i=Imsinωt通过电感时，则电感两端的电压为：
& I- L. p' J$ D1 |u=L =ωLImcosωt=ωLImsin(ωt+ )=U msin(ωt+ )# T* o' I7 a' b# T, ]6 O
式中U m=ωLIm 。由此式可见，电感的电压u 与电流i为同频率的正弦量，而其相位则超前电流 /2或90°。也就是说，电压达到最大值的时间比电流早1/4个周期。
* E9 b/ s1 p7 n( ^+ ?2 U3 V电感中的功率：+ g4 l* m0 F0 ^! y0 q8 L
P=ui= U mI msinωt•sin(ωt+ )= U mI msinωtcosωt=UIsin2ωt
1 W3 v2 ]4 g0 z Z所以功率是一个时间的正弦函数，其频率为电流频率的两倍。功率在第二个和第四个1/4周期内电感在吸收功率，并把所吸收的能量转化为磁场能量储存。而在第一个和第三个1/4周期内电感就把储存的磁场能量送回电网。磁场能量和外部能量的转换反复进行，电感的平均功率为零，所以电感是不消耗功率的。
: Z$ v5 o m9 B, N在交流电力系统中，当正弦电压u=Umsinωt加到电容上时，则电容中的电流为：# P3 ]0 e5 J2 ?
i=C =ωCUmcosωt=I msin(ωt+ )! }8 h9 t# h$ W I
由此式可见，电容中的电流i与电压u为同频率的正弦量，电流的最大值Im=ωCUm，电流的相位超前电压 /2或90°，或电压落后于电流90°。1 D7 }+ z% q, Y
电容中的功率：
2 C% L }" [7 W6 `, j1 R% ~P=ui= U mI msinωtcosωt=UIsin2ωt
- J9 e: Z& W* i8 } j* z ~7 O所以功率也是一个时间的正弦函数，其频率为电压频率的两倍。功率在第一个1/4周期内，电容在吸收功率进行充电，把能量储存在电场中。在第二个周期内电容则放出储存的能量，原来储存在电场中的能量将全部送回给外部电路。第三个和第四个1/4周期内又重复一次。电容的充放电过程，实际上就是外部电路的能量和电容的电场能量之间的交换过程。其平均功率为零，所以电容也是不消耗功率的。% z% B* ~8 K2 E) H
如上所述，在交流系统中，正弦波电压的变化从零逐渐升高到最大值，然后再降低到零值，在第一个1/4周期中，当电压通过零点逐渐上升时，电容开始充电吸收功率，电感则将储存的能量放回电路。而当第二个1/4周期，电感吸收功率时，电容放出功率。第三和第四个1/4周期又重复这样的充放电循环过程。因此，电容和电感并联在同一电路时，当电感吸收功率时，正好电容释放能量，电感放出能量时，电容正好吸收能量。能量就在它们之间相互交换，即电感性负荷所需的无功功率，可以由电容器的无功输出得到补偿。
5 c& I- Z$ a8 f$ v* ~# a由功率三角形可以看出，电力负荷大部分是电感性的，需要电源供给无功功率。加装电容器的补偿装置以后，补偿装置给感性负荷提供了无功功率，使由电源输送的无功功率减小利率cos 得到提高，视在功率也相对减小。( |9 ^( \( ~5 g" ]7 l- ~& d
在感性电路中，电流滞后于电压， ＜0，无功功率为正值。而在溶性电路中，电流超前于电压。 ＞0，无功功率为负值。所以无功功率按电路的性质有正有负。
8 X9 q. J* z9 u9 h. \0 H当大量的感性负载接入系统时，会使系统电压下降，频率降低，损耗加大。此时，就应在系统中投入电容器来补偿。当感性负载在系统中切除后，因电容器的大量存在，该区域系统中电流超前于电压，电路的性质为容性。使其电力系统末端电压高于首端电压（即所谓的“容升”现象）。当容性无功功率反送到主电网，电容的容抗值合适时，能导致发电机自励磁。破坏电网的稳定性等。因此，系统中又接入了并联电抗器，用来吸收剩余无功。当电容器发出的无功被电抗器吸收时，电容器就做了无用功。此时应切除电容器。如不切除电容器会因系统电压升高使电容器过负荷运行(Qc=2 ƒCU2)。使系统设备损耗增加，缩短电容器的使用寿命等。
$ P7 b6 B! E; g: V z一般来说，低压电容补偿柜由柜壳、母线、断路器、隔离开关，热继电器、接触器、避雷器、电容器、电抗器、一、二次导线、端子排、功率因数自动补偿控制装置、盘面仪表等组成。: `( F, s3 t# v& _- A$ ]) g9 K
负荷中非线性成份（谐波）的存在，会使电容电路中除工频基波电流流过外，还有其它高频（高次谐波）电流流过电容电路，使电容器产生过压、过流、超容、超温等情况而损坏，或电容器组投不上等情况；对这种场合，除可以选用专用“滤波电容器”增加自身的抵抗能力外（价格要高些）；还可以通过选配合适的电抗器组成滤波回路，滤去某次较强的高次湝波；选择额定电压高一些的电容器，也是减少谐波事故的方法之一。! k y7 O) [9 q; d
容量为700KW的负荷，可以先测量一下其自然功率因数值，就是全部负荷起动情况下，不带电容器时的功率因数值。若没有办法精确测量，估计你大部分负荷都是电机，以功率因数COSφ1=0.70估算，若要在额定状态下，将其功率因数提高到0.90，则需要补偿电容器容量为：6 K- N6 y* |/ A# H7 ]- p* Q
补偿前：COSφ1=0.70，φ1=0.7953,tgφ1=1.020
, g6 F* n+ z6 j: \# O补偿后：COSφ2=0.90，φ2=0.451,tgφ2=0.483
' y6 A5 V( H! ~' RQc=Pe*(tgφ1-tgφ2)=700*(1.020-0.483)=375.9(Kvar)" r0 \2 X& ~5 |7 G: a r; m4 l
取整，约需要补偿378Kvar的电容器，若选择单台14Kvar的电容器组，则需要27块 |
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