功率因数对供配电系统电能质量的影响

功率因数对供配电系统电能质量的影响摘要：详细介绍了功率因数对供配电系统电能质量的影响以及两种提高功率因数的方法：传统法和补偿法。关键词：功率因数无功补偿感性负荷电能质量中图分类号：U223.6文献标识码：A文章编号：众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力，现代社会信息技术和其他高新技术都是建立在电能应用基础之上的。但是，电能的生产、供应和使用过程是同时进行的，只能用多少发多少，不像其他商品那样可以大量储存。因此，发电、供电和用电每时每刻都必须保持平衡。否则，用电负荷增加，电力系统的频率和电压就要下降，可能造成严重的后果。在负荷正常的情况下，如果功率因数达不到规定的要求，则会造成电能的极度浪费和有色金属的过度损耗，这些在合理的运用电能方面都是不允许的。如何提高电能的利用率，提高人均用电量。解决此问题的最好办法就是提高电力系统及用电设备的功率因数，有效的利用电能。1功率因数功率因数是交流电路的重要技术数据之一。功率因数的高低，对于电气设备的利用率和分析、研究电能消耗等问题都有十分重要的意义。在交流电路中，电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫作功率因数，用符号COSΦ表示，在数值上。功率因数是有功功率和视在功率的比值，即COSΦ=P／S。功率因数的大小与电路的负荷性质有关，一般白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，具有电感或电容性负载的电路功率因数都小于1。感性负载除了从电网吸收部分有功功率外，还和电源之间进行能量的交换。这部分交换的能量并不做功，称它为无功功率。如果负载的功率因数愈低，那么负载所吸收的无功功率就愈大。这说明发电设备的容量仅有一小部分被有效利用，其余部分只是在电源与负载之间进行无用的功率交换。这样必须提高负载的功率因数。所以，供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准2提高功率因数的方法提高功率因数的途径主要在于如何减少电力系统中各部分所需的无功功率，特别是减少负载取用的无功功率。由此，提高功率因数的方法很多，大致可分为两大类。2．1提高自然功率因数自然功率因数的高低，取决于所用电气设备的负荷性质，阻性负荷的功率因数高，而感性负荷的功率因数低。提高功率因数，就要减少系统供给的无功功率，采用下列措施降低用电设备所需的无功功率，则可使设备的自然功率有所提高。(1)负载设备进行改造，例如：对于电焊机之类的感性负载设备，在其变压器的铁芯柱上增加两个电抗绕组，通过有效匝数的匹配，使其产生的磁通大小相等、方向相反，用电抗绕组的电抗来克服电焊机本身绕组的电抗，进行无功补偿，提高其功率因数。(2)对于电动机之类的感性负载，在额定负荷时功率因数在0．8以上，而空载时在0．2，0．3左右，其功率因数与负载关系密不可分。提高其自然功率因数可从以下几方面着手：电动机负载应与容量相匹配，防止“大马拉小车”现象；如实际负载只是电动机负载的30％左右时，启动、运行时应采用减压启动、运行，如三角形与星形切换等。2．2采用无功补偿装置采用供应无功功率的装置补偿用电设备所需的无功功率，以提高其功率因数。由于并联电容器的有功功率损耗小(约为0．25％～o．5)，运行与维护方便，而且能够很方便地进行增加或减少容量的工作，安装也简单，因此，在工厂企业中并联电容器被广泛地用作人工补偿装置。并联电容器补偿方式可分为以下3种：(1)个别补偿：电容器直接安装在用电设备附近。(2)分散补偿：电容器组分散安装在各车间配电母线上。(3)集中补偿：电容器组集中安装在变、配电所二次侧。3提高功率因数的好处“全国供用电规则”规定了在电网高峰负荷时，用户的功率因数应达到的标准：高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户，功率因数应为0．90以上；其他容量在100kVA及以上的电力用户和大、中型电力排灌站，功率因数应为0．85以上。如果实际用电时的功率因数低于规定值，造成实际发生的电费还没有功率因数罚款多。因此。提高功率因数的好处主要表现在：(1)通过改善功率因数，减少了线路中总电流和供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等的容量，不但能减少投资费用，而且降低了本身电能的损耗。(2)提高功率因数能改善供电质量。如果系统的功率因数低，那么在既有设备容量不变的情况下，装设电容器后可以提高功率因数，增加负载的容量。(3)提高功率因数可以提高设备的利用率。电源设备的容量是根据额定电压和额定电流确定的，因此其额定视在功率也是确定的，它表示该设备允许输出的最大有功功率，如果负载的功率因数为1，则电源设备得到充分利用。如果功率因数小于1，则有一部分视在功率将转换成无功功率，功率因数越小，电源提供的有功功率就越少，电源设备就越不能充分利用。(4)提高功率因数可以减少企业电费开支。提高功率因数对企业的直接经济效益是非常明显的。同时，因为在国家电价制度中，从合理利用有限电能出发，对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值，低于规定的数值，需要多收电费，高于规定的数值，可相应地减少电费。4结语综上所述，功率因数对工厂、输电线路、用电设备的影响是巨大的，功率因数的提高，不但给用电方如工厂企业带来明显的经济效益，同时，对提高整个电网的利用率具有重要的意义。但是，由于增加了并联电容器，同时也增加了设备的投资和自身体积，这些不利因素将在以后的研究中逐一解决。参考文献[1]刘介才．工厂供电[M]．北京：机械工业出版社，1996．[2]王艾萌．电机与电机拖动[M]．北京：兵器工业出版社，1999．[3]陆安定．功率因数与无功补偿[M]．上海：上海科学出版社，2004．[4]王兆安．谐波抑制和无功功率补偿[M]．2版．北京：机械工业出版社，2010．[5]邱关源．电路[M]．4版．北京：高等教育出版社，1999．