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對于電容器大多數(shù)人都有所耳聞，但在之前綴上低壓、無功、補償這些形容詞，可能就會一臉茫然。今天就與大家簡單聊一聊低壓無功補償電容器。
首先我先簡單介紹下什么是電容器，了解的朋友可直接跳過此段內(nèi)容。
電容器可以簡單的理解為“裝電的容器”，是一種容納電荷的器件，英文名稱為capacitor。如果覺得這個概念有點抽象，可以腦補一下“電池”，電容器和電池有一點像。電容器是電子設(shè)備中大量使用的電子元件之一，廣泛應(yīng)用于電路中的隔直通交，耦合，旁路，濾波，調(diào)諧回路，能量轉(zhuǎn)換，控制，補償?shù)确矫?，我們今天重點介紹用作低壓無功補償?shù)碾娙萜鳌?/div>
電工都該知道的低壓無功補償電容器常識講解 
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電工都該知道的低壓無功補償電容器常識講解 前方高能，請注意。
接下我們就進入今天的正題——低壓無功補償電容器
01
什么是有功功率、無功功率、視在功率
1. 有功功率：
在交流電路中，凡是消耗在電阻元件上、功率不可逆轉(zhuǎn)換的那部分功率（如水泵，把電能轉(zhuǎn)換為機械能）稱為有功功率，簡稱“有功”，用字母P表示，單位是瓦（W）或千瓦（KW）。它反映了交流電源在電阻元件做功能力的大小，或單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问侥芰康碾娔軘?shù)值。實際上它是交流電在一個周期內(nèi)瞬時功率的平均值，故又稱為平均功率。它的大小等于瞬時功率最大值的1/2，就是等于電阻元件兩端電壓有效值與通過電阻元件中電流有效值的乘積。
2. 無功功率：
在具有電感（或電容）的電路里，電感（或電容）在半周期的時間里把電源的能量變成磁場（或電場）的能量貯存起來，在另外半周期的時間里又把貯存的磁場（或電場）能量送還給電源。它們只是與電源進行能量交換，并沒有真正消耗能量。我們把與電源交換能量的振幅值叫做無功功率，以字母Q表示，單位為千乏（kvar）。
3. 視在功率：
交流電源所能提供的總功率，稱之為“視在功率”或“表現(xiàn)功率”，在數(shù)值上是交流電路中電壓與電流的乘積。視在功率用字母S表示，即S=U×I，單位是伏安（VA）或千伏安（KVA）。它通常用來表示交流電源設(shè)備（如變壓器）的容量大小。視在功率既不等于有功功率，也不等于無功功率，但它既包含有功功率又包含無功功率。能否使視在功率為800KVA的變壓器輸出800KW的有功功率，主要取決于負(fù)載的功率因數(shù)。
有功功率、無功功率、視在功率三者之間的關(guān)系可以用功率三角形來表示：
電工都該知道的低壓無功補償電容器常識講解 由此推倒出：
電工都該知道的低壓無功補償電容器常識講解 
電工都該知道的低壓無功補償電容器常識講解 由公式可知，在電壓U和電流I一定的情況下，只有提高cosφ功率因數(shù)的值，才能提高有功功率P；而由實際工作可知，電源負(fù)載是有額定電壓和額定電流的，負(fù)載在工作時不允許超過其額定的電壓值Ue和電流值In，所以如果cosφ值低，則會使電源設(shè)備的容量得不到充分利用，也會增大輸電線路的功率損耗，降低供電效率。
再舉一個生活中的例子，如下圖中，把視在功率看成是一滿杯的啤酒，在啤酒容量（視在功率）一定的情況下，泡沫（無功功率）越少,喝到的啤酒（有功功率）越多，這就是這三個參數(shù)之間的關(guān)系。
電工都該知道的低壓無功補償電容器常識講解 02
使用無功補償裝置對電網(wǎng)的好處
電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動機、變壓器等，大部分屬于感性負(fù)荷，在運行過程中需要向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無功補償設(shè)備以后，可以提供感性負(fù)載所消耗的無功功率，減少了電網(wǎng)電源向感性負(fù)荷提供、由線路輸送的無功功率，由于減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補償。
如下圖，加裝電容補償裝置前后對比：
電工都該知道的低壓無功補償電容器常識講解 
電工都該知道的低壓無功補償電容器常識講解 電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分：一是有功功率；二是無功功率。無功功率的傳輸加重了電網(wǎng)負(fù)荷，使電網(wǎng)損耗增加，系統(tǒng)電壓下降，所以需要對其進行就近和就地補償。
無功補償?shù)囊饬x在于：
1. 補償無功功率，可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)；
2. 減少發(fā)、供電設(shè)備的設(shè)計容量，減少投資：
對新建、改建工程，應(yīng)充分考慮無功補償，便可以減少設(shè)計容量，從而減少投資。
3. 降低線損：
公式：
電工都該知道的低壓無功補償電容器常識講解 其中cosφ1為補償前的功率因數(shù)，cosφ2為補償后的功率因數(shù)
因為cosφ1大于cosφ2,所以功率因數(shù)提高后，降低了線損率。
綜上所述，提高功率因數(shù)cosφ可以減少發(fā)電、供電設(shè)備的設(shè)計容量、減少投資、降低線損，增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例，這些都直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟效益。所以，功率因數(shù)是考核經(jīng)濟效益的重要指標(biāo)，規(guī)劃、實施無功補償勢在必行。
03
使用無功補償裝置對用戶的好處
我國《功率因數(shù)調(diào)整電費辦法》中規(guī)定，鑒于電力生產(chǎn)的特點，用戶用電功率因數(shù)的高低，對發(fā)、供、用電設(shè)備的充分利用，節(jié)約電能和改善電壓質(zhì)量有著重要的影響。為了提高用戶的功率因數(shù)并保持其均衡，以提高供用電雙方和社會的經(jīng)濟效益，特制定功率因數(shù)調(diào)整電費：
1. 功率因數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值及其適用范圍：
（1）功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)0.90，適用于160千伏安以上的高壓供電工業(yè)用戶（包括社隊工業(yè)用戶）、裝有帶負(fù)荷調(diào)整電壓裝置的高壓供電電力用戶和3200千伏安及以上的高壓供電電力排灌站。
（2）功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)0.85，適用于100千伏安（千瓦）及以上的其他工業(yè)用戶（包括社隊工業(yè)用戶）、100千伏安（千瓦）及以上的非工業(yè)用戶和100千伏安（千瓦）及以上的電力排灌站。
（3）功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)0.80，適用于100千伏安（千瓦）及以上的農(nóng)業(yè)用戶和躉售用戶，但大工業(yè)用戶未劃由電業(yè)直接管理的躉售用戶，功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為0.85。
2.功率因數(shù)的計算：
（1）凡實行功率因數(shù)調(diào)整電費的用戶，應(yīng)裝設(shè)帶有防倒裝置的無功電度表，按用戶每月實用有功電量和無功電量，計算月平均功率因數(shù)。
（2）凡裝有無功補償設(shè)備且有可能向電網(wǎng)倒送無功電量的用戶，應(yīng)隨其負(fù)荷和電壓變動及時投入或切除部分無功補償設(shè)備，電業(yè)部門并應(yīng)在計費計量點加裝帶有防倒裝置的反向無功電度表，按倒送的無功電量與實用的無功電量兩者的絕對值之和，計算月平均功率因數(shù)。
（3）根據(jù)電網(wǎng)需要，對大用戶實行高峰功率因數(shù)考核，加裝記錄高峰時段內(nèi)有功、無功電量的電度表，據(jù)以計算月平均高峰功率因數(shù)；對部分用戶還可以試運行高峰、低谷兩個時段分別計算功率因數(shù)。
簡言之，如果用戶不加裝無功補償裝置，則負(fù)載需要的無功功率就需要由電網(wǎng)來提供，而電力公司當(dāng)然不會為用戶買單，所以電力公司從收電費的方式上進行管控，電力公司對工業(yè)用戶的電費計算方法總結(jié)如下：
電工都該知道的低壓無功補償電容器常識講解 其中，基本電費由最大需求量決定，電度電費由實際用電量決定，功率因數(shù)調(diào)整電費則按照平均功率因數(shù)征收或者獎勵。
其中，基本電費由最大需求量決定，電度電費由實際用電量決定，功率因數(shù)調(diào)整電費則按照平均功率因數(shù)征收或者獎勵。
電工都該知道的低壓無功補償電容器常識講解 04
怎樣選擇無功補償方案
根據(jù)客戶需求確定一個合理的無功補償方案，一般可以分為以下4個步驟：
計算無功功率安裝容量、選擇補償方式、選擇電容器組的控制方式、選擇合適的電容器補償方案。
1. 計算無功功率安裝容量：
無功功率安裝容量可依據(jù)下列數(shù)據(jù)之一計算：
（1） 功率估算（新建工程）
（2） 電氣賬單
（3） 測量數(shù)據(jù)
舉一個簡單的例子，假設(shè)某客戶需求如下：
系統(tǒng)電壓 400V/50HZ，變壓器容量為800kVA，平均功率因數(shù)為感性0.8，有功功率
P=462KW，目標(biāo)功率因數(shù)為0.95以上。如何計算無功補償容量？
方法1：用補償前后的功率因數(shù)值查表得到一個系數(shù)K，用K乘以有功功率P值確定最小電容器安裝容量，即，
電工都該知道的低壓無功補償電容器常識講解 如案例中，客戶負(fù)載為462KW，cosφ1=0.8，為了得到cosφ2=0.95，需要安裝一個無功功率等于K乘以P的電容器組，一般大品牌的電容器樣本上都有補償容量計算表，以德力西電氣BSMJs電容器樣本為例，查表可得到如下信息：
電工都該知道的低壓無功補償電容器常識講解
電工都該知道的低壓無功補償電容器常識講解 所以，無功功率最小安裝容量
電工都該知道的低壓無功補償電容器常識講解 根據(jù)經(jīng)驗，我們一般比最小值選大一些，可以選擇補償250Kvar的電容量。
方法一不太方便的地方是，補償容量是基于理論計算出來的精確值，需要隨時查表才行，離開樣本就有點束手無策。
方法2：
電工都該知道的低壓無功補償電容器常識講解 其中,cosφ1是補償前的功率因數(shù)，cosφ2是你想要達(dá)到的功率因數(shù)，QC是所需補償?shù)娜萘?kvar),P是線路總功率（KW），tanφ1是補償前的功率因數(shù)角, tanφ2是補償后的功率因數(shù)角。
還是我們剛才的例子，cosφ1=0.8，cosφ2=0.95，P=462KW，
則需要補償?shù)娜萘?/div>
電工都該知道的低壓無功補償電容器常識講解 方法二同樣是基于理論計算出的精準(zhǔn)補償值，它相對于方法一的好處是，單純的數(shù)學(xué)計算，不需要查表。
方法3：經(jīng)驗值估算法
以上兩種精準(zhǔn)計算補償容量的辦法，都是基于負(fù)荷的大小和功率因數(shù)來計算的，但大多數(shù)時候這些值并不能準(zhǔn)確的測量，所以有經(jīng)驗的工程師一般根據(jù)變壓器容量和電動機功率，估算一個大概的補償值。一般如果負(fù)載是變壓器的話，大概取變壓器容量的30%進行補償，比如案例中，變壓器容量為800kVA，則需要補償?shù)娜萘縌C=800*30%=240Kvar。一般來說，30%是比較穩(wěn)妥的經(jīng)驗值，如果是工業(yè)用戶，還可以比30%稍微高一點兒；如果是民用，則30%的值稍微有些偏高了（當(dāng)然，土豪請忽略），這個時候可以對電容器進行分組，有些電容器作為備用暫不投入使用就可以啦。
以補償240Kvar的容量為例，可以分為：30Kvar×6組=180Kvar，20Kvar×3組=60Kvar，合計240Kvar。
如果負(fù)載是電動機，則可以參照QC=0.9×額定電壓×空載電流×
進行補償容量的選擇。
2. 確定電容器的安裝位置，確定補償方式
電容補償?shù)某Ｓ梅绞椒譃橐韵聨追N，每種補償方式都有各自的優(yōu)劣勢：
（1）集中補償：在高低壓配電線路中安裝并聯(lián)電容器組；
（2）分組補償：在配電變壓器低壓側(cè)和用戶車間配電屏安裝并聯(lián)補償電容器；
（3）單臺電動機就地補償：在單臺電動機處安裝并聯(lián)電容器等。
加裝無功補償設(shè)備，不僅可使功率消耗小，功率因數(shù)提高，還可以充分挖掘設(shè)備輸送功率的潛力。
確定無功補償容量時，應(yīng)注意以下兩點：
（1）在輕負(fù)荷時要避免過補償，倒送無功造成功率損耗增加，也是不經(jīng)濟的；
（2）功率因數(shù)越高，每千伏補償容量減少損耗的作用將變小，通常情況下，將功率因數(shù)提高到0.95就是合理補償。
就三種補償方式而言，無功就地補償克服了集中補償和分組補償?shù)娜秉c，是一種較為完善的補償方式：
（1）因電容器與電動機直接并聯(lián)，同時投入或停用，可使無功不倒流，保證用戶功率因數(shù)始終處于滯后狀態(tài)，既有利于用戶，也有利于電網(wǎng)。
（2）有利于降低電動機起動電流，減少接觸器的火花，提高控制電器工作的可靠性，延長電動機與控制設(shè)備的使用壽命。
但無功就地補償也有其缺點：
雖然無功就地補償區(qū)域最大，效果也好，但它總的電容器安裝容量比其它兩種方式要大，電容器利用率也低，所以不能全面取代高壓集中補償和低壓分組補償。相反，高壓集中補償和低壓分組補償?shù)碾娙萜魅萘肯鄬^小，利用率也高，且能補償變壓器自身的無功損耗。綜上，這三種補償方式各有應(yīng)用范圍，應(yīng)結(jié)合實際確定使用場合，各司其職。
回到剛才的案例中，假設(shè)客戶要求“電容柜安裝于低壓配電室”，則我們可以選擇集中補償?shù)姆绞健?/div>
電工都該知道的低壓無功補償電容器常識講解 3. 選擇電容器組的控制方式
（1）電容補償容量≤ 15% Sn（變壓器容量），可以采用定值補償：無需調(diào)節(jié)，連接一個定值電容器組即可；
（2）電容補償容量> 15% Sn （變壓器容量），可采用自動調(diào)節(jié)補償：電容器分多步投切，達(dá)到所需要求。
回到剛才的案例中，變壓器容量為800kVA，我們計算的最小補償容量QC=200Kvar，200/800=25%，則我們應(yīng)該選擇自動調(diào)節(jié)補償。
4.選擇合適電容器（根據(jù)工作環(huán)境和諧波影響）
（1） 工作環(huán)境 ：環(huán)境溫度/濕度、平均壽命/年投切次數(shù) 、過電流/電壓擾動……
（2）諧波影響:諧波輕微污染場所、諧波中度污染場所、諧波嚴(yán)重污染場所……
（3）考慮工作環(huán)境:工作環(huán)境對電容器的壽命有很大影響，選擇電容器時要遵循一些參數(shù)，比如環(huán)境溫度 (oC)、需要考慮過電流、相關(guān)的電壓擾動，包括最大的持續(xù)過電壓值、每年最多的切換運行次數(shù)、平均壽命的需求等。
（4）考慮諧波：根據(jù)不同的強度推薦不同的方案，比如標(biāo)準(zhǔn)型電容器：純電容方案，適用于輕、中度諧波污染環(huán)境；調(diào)諧型電容器：與調(diào)諧電抗器配合使用，適用于重度諧波污染環(huán)境(大量非線性負(fù)載)。電抗器是必要的，以限制諧波電流循環(huán)，同時避免共振；調(diào)諧濾波器：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中主要都是非線性負(fù)載時，要求抑制諧波?；诂F(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)測量和計算機仿真，需要特殊設(shè)計。
05
無功補償電容器未來的發(fā)展趨勢
隨著時代的發(fā)展和電力電容技術(shù)的進步，傳統(tǒng)的無功補償裝置落后的控制器技術(shù)和落后的機械式接觸器或機電一體化開關(guān)作為投切電容器的投切技術(shù)，已經(jīng)不能滿足廣大用電客戶的需要，這個時候，新一代的智能電容器應(yīng)運而生。智能電容器集成了現(xiàn)代測控，電力電子，網(wǎng)絡(luò)通訊，自動化控制，電力電容器等先進技術(shù)。改變了傳統(tǒng)無功補償裝置體積龐大和笨重的結(jié)構(gòu)模式，集各種控制功能于一體，從而使新一代低壓無功補償設(shè)備具有補償效果更好，體積更小，功耗更低，節(jié)約成本更多，使用更加靈活，維護更加方便，使用壽命更長，可靠性更高，適應(yīng)了現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補償?shù)母咭蟆?/div> |
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