有功功率无功功率无功补偿.docx
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有功功率无功功率无功补偿
有功功率_无功功率_无功补偿
一、有功功率1
二、无功功率2
三、功率因数4
四、无功补偿4
五、无功电源6
六、视在功率7
七、功率三角形7
八、三相交流电路中的功率计算8
随着工业的发展,电能成为现代工业的主要能源,电能质量的好坏,直接影响到工业设备的运行及企业的经济效益、社会效益等,为用户提供安全、可靠、稳定、高效的电能是十分重要的。
在电力系统的运行过程中,通常用功率因数来衡量电网运行的效率,功率因数的大小,反映了电网系统中电源输出的视在功率中有功功率的有效利用的程度。
为了提高电网系统中电能输送质量,希望功率因数越大越好,往往忽视了无功功率在电网中的重要作用。
在电网对用户输电的过程中,电网要提供给负载的电功率有两种:
有功功率和无功功率。
一、有功功率
有功功率(p)是指保持设备运转所需要的电功率,也就是将电能转化为其它形式的能量(机械能,光能,热能等)的电功率;
有功功率:
在交流电路中,电源在一个周期内发出瞬时功率的平均值(或负载电阻所消耗的功率),称为“有功功率”。
有功功率是实际消耗的功率,是交流电在一个周期内瞬时功率的平均值
P=UIcosφ单位是瓦(W)或千瓦(KW)。
有功功率过低导致线损增加、容量下降、设备使用率下降,从而导致电能浪费加大。
二、无功功率
无功功率(Q)是指电气设备中电感、电容等元件工作时建立磁场所需的电功率。
在交流电路中,凡是具有电感性或电容性的元件,在通过后便会建立起电感线圈的磁场或电容器极板间的电场。
因此,在交流电每个周期内的上半部分(瞬时功率为正值)时间内,它们将会从电源吸收能量用建立磁场或电场;而下半部分(瞬时功率为负值)的时间内,其建立的磁场或电场能量又返回电源。
因此,在整个周期内这种功率的平均值等于零。
就是说,电源的能量与磁场能量或电场能量在进行着可逆的能量转换,而并不消耗功率。
无功功率是与电源交换的功率:
Q=UIsinφ单位是乏(Var)或千乏(KVar)。
无功功率比较抽象,它主要用于电气设备内电场与磁场的能量交换,在电气设备(电路系统)中建立和维护磁场的功率。
它不表现对外做功,由电能转化为磁能,又由磁场转化为电能,周而复始,并无能量损耗。
特别指出的是无功功率并不是无用功,只是它不直接转化为机械能、热能为外界提供能量,作用却十分重要。
电机运行需要旋转磁场,就是靠无功功率来建立和维护的,有了旋转的磁场,才能使转子转动,从而带动机械的运行。
变压器也需要无功功率,才能使一次线圈产生磁场,二次线圈感应出电压,凡是有电磁线圈的电气设备运行都需要建立磁场,然而建立及维护磁场消耗的能量都来自无功功率,没有无功功率电机不能转动、变压器不能运行、电抗器不能工作、继电器不会动作,所有设备中的磁场无法建立,电气设备也就不会运行。
因此供电系统中除了对用户提供有功功率,还要提供无功功率,两者缺一不可,否则电气设备将无法运行。
无功功率:
在具有电感或电容的电路中,在每半个周期内,把电源能量变成磁场(或电场)能量贮存起来,然后,再释放,又把贮存的磁场(或电场)能量再返回给电源,只是进行这种能量的交换,并没有真正消耗能量,我们把这个交换的功率值,称为“无功功率”。
无功功率对供、用电产生一定的不良影响,主要表现在:
(1)降低发电机有功功率的输出。
(2)降低输、变电设备的供电能力。
(3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。
(4)造成低功率因数运行和电压下降,使电气设备容量得不到充分发挥。
无功功率过高
(1)无功功率会导致电流增大和视在功率增加,导致系统容量下降;
(2)无功功率增加,会使总电流增加,从而使设备和线路的损耗增加;
(3)使线路的压降增大,冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。
三、功率因数
电网的电力负荷中的电气设备都是由电感、电容、电阻等元件组合而成,既有感性负载又有容性负载。
如电机、变压器、电抗器等,感性负载的电压与电流的相量间存在一个相位差,通常用相位角的余弦cosφ来表示,cosφ称为功率因数。
它决定于电路元件参数和工作频率,纯电阻电路的功率因数为1,纯电感电容电路的功率因数为0。
功率因数cosineΦ=P/S。
功率因数的大小,反映了电网系统中电源输出的视在功率的有效利用程度,为了提高电网系统中电能输送质量,希望功率因数越大越好。
如功率因数过小,会降低发电机有功功率的输出、降低变电设备有功功率的供电能力、使输电线损耗变大,同时还会造成电气设备容量得不到充分发挥。
但电气设备运行建立磁场需要大量的无功功率,我们通常用无功补偿的方式来满足上述条件,只有这样才能即为设备提供足够的无功功率,又能保持较高的功率因数。
四、无功补偿
4.1无功补偿的原理
电气设备的运行即要从电源取得有功功率,同时还需要取得无功功率。
如果电网中的无功功率供不应求,用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场,因此电气设备就无法维持在额定磁场状态下工作,用电设备两端电压就会下降,影响到电气设备的运转。
如果从发电机和高压输电线路来供给设备大量的无功功率,则使功率因数变得很小,有功功率供给也会远远满足不了负荷的需要。
同时还会造成供电质量的下降,所以从发电机和高压输电线路来供给设备的无功功率是不合理的。
这就需要在电网增加无功补偿设备来补偿无功率,以保证电气设备的运行,可见在电网中进行无功补偿是十分必要的。
无功补偿的基本原理是把具有容性功率的负荷设备与感性功率的负荷设备并联在同一电路中,当感性设备吸收能量时,容性设备就放出能量,能量就在这两种负荷间转换,这样感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率来补偿。
4.2无功补偿的方式
无功功率的补偿方式主要有以下几种:
低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿这三种补偿方式。
各有各的特点,可根据补偿要求及经济的合理性来进行选择补偿方式。
同时电机的空载运行、变压器的空载运行和低负荷运行及电网中输送的电压过高都会消耗过多的无功功率,直接影响到功率因数。
在电气设备的运行时要尽量避免在上述状态下运行。
4.3无功补偿的意义
(1)补偿无功功率,可以增加电网中有功功率的比例常数
(2)减少发,供电设备的设计容量,减少投资,例如当功率因数cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95时,装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW;反之,增加0.52KW.对原有设备而言,相当于增大了发,供电设备容量.因此,对新建,改建工程.应充分考虑无功补偿,便可以减少设计容量,从而减少投资.
(3)降低线损,由公式△P%=(1-cosΦ前/cosΦ后)X100%得出其中cosΦ后为补偿后的功率因数,cosΦ前为补偿前的功率因数,则cosΦ后>cosΦ前,所以提高功率因数后,线损率也下降了。
减少设计容量,减少投资,增加电网中有功功率的输送比例,以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益.所以,功率因数是考核经济效益的重要指标,规划、实施无功补偿势在必行.
4.4无功补偿的原则
提高用电单位的自然功率因数,无功补偿分为集中补偿,分散补偿和随机随器补偿,应该遵循:
全面规划,合理布局,分级补偿,就地平衡;集中补偿与分散补偿相结合,以分散补偿主;高压补偿与低压补偿相结合,以低压补偿为主;调压与降损相结合,以降损为主的原则.
五、无功电源
无功功率在感性电路中和容性电路工作都必需的,在电路系统中,当电路表现为感性时,电路吸收无功功率,电流滞后于电压,当电路表现为容性时,电路放出无功功率,电流超前于电压。
因此电网系统中有感性无功功率和容性无功功率,而电力系统中最大的负荷是感性的,所以我们通常将吸收感性无功功率的负荷称为“无功负荷”;而将吸收容性无功功率的功率设备称为“无功电源”,也就是在电力系统中能提供容性无功功率负荷的设备,即通常说的无功补偿设备。
无论是感性无功功率还是容性无功功率,他们仅在电流与电压超前和滞后,性质是相同的,都是建立的维护磁场。
从无功补偿原理我们可以看出感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率来补偿。
在电力系统中通常应用的无功电源主要有同步电机、静电电容器、静止无功补偿器以及无功发生器。
可根据用户的要求来选择合理的无功电源,所以说无功补偿主要作用就是吸收或供给适度的无功功率,从而提高了功率因数,以改善交流电力系统的供电质量。
六、视在功率
交流电源所能提供的总功率,称之为视在功率或表现功率,在数值上是交流电路中电压与电流的乘积。
视在功率用S表示。
单位为伏安(VA)或千伏安(KVA)。
它通常用来表示交流电源设备(如变压器)的容量大小。
视在功率即不等于有功功率,又不等于无功功率,但它既包括有功功率,又包括无功功率。
能否使视在功率100KVA的变压器输出100KW的有功功率,主要取决于负载的功率因数。
七、功率三角形
视在功率(S)、有功功率(P)及无功功率(Q)之间的关系,可以用功率三角形来表示,如下图所示。
它是一个直角三角形,两直角边分别为Q与P,斜边为S。
S与P之间的夹角Ф为功率因数角,它反映了该交流电路中电压与电流之间的相位差(角)。
各种功率有如下关系式
八、三相交流电路中的功率计算
对于三相对称负载来说,不论是Y形接法还是△形接法,其功率的计算均可按下式进行:
sinφ²+cosφ²=1
cosΦ=P/S
注:
如果三相电路的负载不对称,则上述公式不能使用,这时必须用三个单相电路功率相加的方法计算三相总功率。
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