无功补偿能降低损耗和稳定电压

1、功率因数的产生

无功补偿能降低损耗和稳定电压

交流电,从发电厂发电机出口出来后,经过变压器→输电线路→变压器→输电线路→等等多级输配电以后到用电负载,用电负载多数又是电动机变压器等等电感性负载电器,使整个输、变、配电网中自上而下几乎都是电感性电器

和电感性负载。电感性电器有一个特性,这个特性就是在交流电通过时,造成交流电电流相位滞后电压相位,产生电流和电压的相位差,即电流滞后电压相角φ。这时电功率(电流和电压的乘积S=UI,又叫做视在功率或叫总功率)中出现了两种电功率,即有功功率P和无功功率Q,电流滞后电压相角φ的余弦COSφ即是功率因数。功率因数是有功功率与视在功率(总功率)之比即P/S=COSφ,它反映了有功功率在(总功率)视在功率中所占的比例,视在功率(总功率)S、有功功率P、无功功率Q三者的关系可用算式表示S2=P2+Q2。功率因数的大小取决于电网中所有环节电感性的大小,电感性使整个输变配电网中自上而下出现俞来俞低的功率因数,产生较大的无功电流。

2、功率因数对电损的影响

功率因数是交流电的重要质量指标,功率因数的高低会直接影响输变配电网的输送能力、输变配电损耗以及用电设备(变压器、电动机)的出力和效率。

1)功率因数影响电气设备的出力

电气设备都有一定的额定电流,由额定电流得出电气设备的额定功率。对于变压器和电动机等电气设备来说,其额定电流的大小是由线圈导线的粗细截面积及铜损耗决定的,设计时确定了线圈导线的截面积就确定了额定电流和额定功率,电气设备的额定功率是电气设备的最大可利用容量,是电气设备能够正常运行情况下的最大输入电功率UI,是交流电电压和电流有效值的乘积,也就是交流电的视实在功率(总功率)。因为有功功率与视在功率(总功率)之比即P/S=COSφ是功率因数,所以交流电的功率因数直接影响电气设备的出力(效率),功率因数越低额定电流中无功电流占的比例就越大,设备出力就越小(效率就越低),功率因数越高无功电流占的比例就越小,出力就越大(效率就越高)。表1是不同功率因数的额定电流中无功电流所占的比例.表2是不同功率因数时的电气设备的出力.

无功补偿能降低损耗和稳定电压

以上表明,功率因数的高低对电气设备的出力(效率)有很大影响,假如某线路交流电的功率因数是0.5,那么在这条线路上10千瓦的电动机只有5千瓦的出力。

2)无功电流是影响电力损耗的重要原因

电力损耗主要是电流在导线上流动,导线上存在电阻,电流通过电阻时一部分电能变成了热能造成了电量损耗,损耗的电功率等于电流的平方与导线电阻的乘积:P=I2R,导线的电阻取决于导线的材料、粗细截面积以及导线长度,为了减小导线电阻降低导线损,人们通常选用电阻率低的材料制作导线,同时增大导线的粗细截面积,但是电阻率低的材料成本价格高(如电阻率铁0.13、铝0.027、铜0.0175、银0.016),而且导线的粗细截面积不能无限制的增大,所以流过导线上电流的大小是造成损耗的主要因素。

交流电路中因为无功电流的存在造成了很大的电力损耗,表3是不同功率因数的交流电路中有功电流为1安培时无功电流的大小。

无功补偿能降低损耗和稳定电压

以上表明功率因数低时导线中无功电流和有功电流相比,无功电流就会很大,如功率因数0.7时导线中无功电流和有功电流基本相等,0.60时无功电流是有功电流的1.38倍,0.50时无功电流是有功电流的1.73倍。因为电力损耗跟流过导线电流的平方成正比,所以无功电流是影响电力损耗的重要原因,功率因数的降低会造成很严重的电力损耗。

3)功率因数影响输变配电网的输送能力和稳定性

上述已说明,功率因数的降低使输变配电网中产生了很大的无功电流,这样就等于降低了输变配电网的输送能力。

功率因数的降低造成了严重的电力损耗,同时也造成电网电压的急剧下降。电网电压的降低使各级变电站调压装置向升高电压方向调整,使输电线路电流增大,功率因数再降低,损耗再增大,电网电压再降低,恶性循环。同时因为电压降低,用户用电设备输出动力下降,用户为满足所需的动力需求,增大用电设备的额定功率,这样就会使电网的功率因数更加降低,电流急剧增大,电压急剧下降,造成电压崩溃。使输变配电网的稳定性遭到破坏。