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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?
; C0 |% l8 B( A7 O6 {& [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。
7 O2 U& f0 h4 I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& N& [ z7 M; l
u=L =ωLImcosωt=ωLImsin(ωt+ )=U msin(ωt+ ), }1 G- n6 C0 e& v& ]
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。
; Q+ |( u3 [0 S; p" B* C电感中的功率:6 p3 D. J Q" p8 ~& r
P=ui= U mI msinωt•sin(ωt+ )= U mI msinωtcosωt=UIsin2ωt
3 E, C8 |0 v1 S p# \2 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。- k- g6 Q( i# Z5 [7 V
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:
, i7 g% z# E4 I3 d& g3 \' a) Bi=C =ωCUmcosωt=I msin(ωt+ )
- Q+ c0 V! H; }- B8 r, \& t x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°。3 u; k5 }% D# a
电容中的功率: 9 b" P+ L. K0 t! X" J
P=ui= U mI msinωtcosωt=UIsin2ωt
( B# A# y& d4 _, k1 {* F& r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。6 M8 e' o' V% B
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。
6 b* f* O8 L& _; V5 o! l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。4 D: K& S6 Z& i7 p1 P& k6 L
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。3 b4 Y% C/ G2 U
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。7 |. [4 d( Y3 B) @
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。( i' V. h7 i/ J a
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。7 g( {5 W( f$ y6 @( x% S; q
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:
9 L! C8 E6 D: M D; L7 T C6 s# p补偿前:COSφ1=0.70,φ1=0.7953,tgφ1=1.020
- r9 x0 z2 `/ m1 y补偿后:COSφ2=0.90,φ2=0.451,tgφ2=0.483/ ^) d* B$ J0 J! z. x9 }( ?( o
Qc=Pe*(tgφ1-tgφ2)=700*(1.020-0.483)=375.9(Kvar)
1 U" q7 F! l3 k' T0 F6 N# _+ w+ U! a9 }* R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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