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1、工业用电节能方法一功率因数之改善一、概述：随着经济的日益发展，电力需求不断提高，伴随而来的突出问题是能源无效 的巨大消耗，资源利用率低下。电力系统是一庞大的系统，其电能损耗的数值相 当可观，能源的合理配置是极需解决的问题。在供电系统中，绝大多数用电设备 都具有电感的特性(诸如：感应电动机、电力变压器，电焊机等)。这些设备不 仅需要从电力系统吸收有功功率，还要吸收无功功率以提供这些设备正常工作所 需要的交变磁场。然而在输送有功功率一定的情况下，无功功率增大，就会降低 供电系统的功率因数。因此，功率因数是衡量供电系统电能利用程度及电气设备 使用状况的一个具有代表性的重要指标，只有通过合理配置无功功
2、率补偿设备， 提高系统的功率因数，才能达到节约电能，降低损耗的目的。二、功率因数的定义功率因数反映的是用电设备消耗一定有功功率(P)与视在功率(S)的关系, 用Cos表示为：cos 9 = P / S用电设备消耗一定的有功功率时需要的无功功率可表示为：Q = S * sinp(2)由式、(2)可得：Q=PXTand(3)所以功率因数由Cosdl提高到Cos2时，需增加的无功补偿容量可表示为：Q =氓甲i - tg#)式中P用电设备消耗的有功功率，kWQ用电设备在一定功率因数时需要的无功功率，kvarQ功率因数由cos 提高到cos 时需增加的无功补偿容量，kvarc12、 -补偿前后的功率因数
3、角1 2三、低功率因数的不利表现3.1 线路的电流大对于一个给定的负荷，当供电电压一定时，则功率因数越低，电流就越大因为：1)cos p式中：P为用电负荷的有功负荷；U为线电压。可见，供电电流 I 与功率因数成反比。在供出同样功率的条件下，电压一定时，功率因数越低，则要求变压器的 容量也就越大，因此，变压器的容量一定的状况下，其所能负载的设备总功率就 相对越少。3.2 线路的铜损大2)线路铜损公式如下：AP 二 312 x R x 103(kw)把(1)代入其中就得到下式：3)由此可见，设备的铜损正比于电流的平方，从而反比于功率因数的平方，功率 因数越低，则电气设备中的铜损就越大，效率也就越低
4、，与此相似，当系统的功率 因数很低，对于传递同样的功率，则电流加大。所以若导线尺寸相同，则电能传输 系统意味着有更大的能量损失，或者说，对于同样的能量损失，要求有更粗的导体。3.3 投资高4)cosp由上式可知，对于一给定的负荷，在低功率因数下，母线的截面、保护开关的导电面积，都必须加大才能通过更大的电流，故此，投资亦需增加。四、影响功率因数的主要原因4.1 异步电动机及变压器的负载情况。异步电动机的功率因数与负载密不可分，在额定负载时功率因数在0.8 以上而在空载时功率因数仅为 0.20.3。电动机负载率与功率因数的关系见下表。表1负载率025%50%75%100%cos0.20.50.77
5、0.850.88变压器消耗的无功功率约为其额定容量的10%15%,空载时的无功功率约为满载时的 1/3。 因此，要提高功率因数就要尽量避免电动机与变压器的空载或轻载运行。4.2 供电电压。当供电电压高于额定值的 10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很 快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般工厂的无功将增加35% 左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提 高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统 的供电电压尽可能保持稳定。4.3 用电设备自身的功率因数。4.4 电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无
6、功功率。4.5 交流异步电机和变压器的材质选用对功率因数有一定影响。五、提高功率因数的方法提高功率因数的方法很多, 但总的来说可以归结为两大类 :提高自然功率因数和采用人工补尝两种方法：5.1 提高自然因数的方法：1) . 恰当选择电动机容量，减少电动机无功消耗，防止“大马拉小车”。2) . 对平均负荷小于其额定容量 40%左右的轻载电动机，可将线圈改为三角形接法(或自动转换)。3) . 避免电机或设备空载运行。4) . 合理配置变压器，恰当地选择其容量。5) . 调整生产班次，均衡用电负荷，提高用电负荷率。6) . 改善配电线路布局，避免曲折迂回等。5.2人工补偿法：实际中可使用电路电容器或
7、调相机，一般多采用电力电容器补尝无功，即： 在感性负载上并联电容器。在感性负载上并联电容器的方法可用电容器的无功功率来补偿感性负载的无 功功率，从而减少甚至消除感性负载于电源之间原有的能量交换。在交流电路中， 纯电阻电路，负载中的电流与电压同相位，纯电感负载中的电流滞后于电压90， 而纯电容的电流则超前于电压90，电容中的电流与电感中的电流相差180， 能相互抵消。电力系统中的负载大部分是感性的，因此电流将总滞后电压一个角度，将并 联电容器与负载并联，则电容器的电流将抵消一部分电感电流，从而使总电流减 小，功率因数将提高。并联电容器的补偿方法又可分为：5.2.1 个别补偿。即在用电设备附近按其
8、本身无功功率的需要量装设电容器组 与用电设备同时投入运行和断开，也就是再实际中将电容器直接接在用电 设备附近。适合用于低压网络。优点：是补尝效果好，缺点是电容器利用率低。5.2.2 分组补偿。即将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路出线上 它可与工厂部分负荷的变动同时投入或切除，也就是再实际中将电容器分 别安装在各车间配电盘的母线上。优点：是电容器利用率较高且补尝效果也较理想（比较折中）。5.2.3 集中补偿。即把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上。 在实际中会将电容器接在变电所的高压或低压母线上，电容器组的容量 按配电所的总无功负荷来选择。优点:是电容器利用率高，能减少电网
9、和用户变压器及供电线路的无功负荷。缺点:不能减少用户内部配电网络的无功负荷。实际中上述方法可同时使用。对较大容量设备进行就地无功补尝。六、提高功率因数的意义6.1 通过改善功率因数，减少了变电系统中无用功率，避免了被供电局罚款的可能（供电局要求企业变电系统中的功率因数必须达到0.9 以上，否则将被处罚）。6.2 藉由良好功率因数值的确保，从而减少供电系统中的电压损失，可以使负载 电压更稳定，改善电能的质量。6.3 能够提高企业用电设备的利用率，充分发挥企业的设备潜力6.4 能够有效地减少线路的功率损失，减少了用户的电费支出。七、案例例：某工厂之低压配电室以400V的电压给负载16KW的生产设备
10、供应电力，如果输电线总电阻为1，平均电费为0.688元/KWh，试计算：（ 1 ）.负载的功率因数从0 . 75提高到0 . 9时，输电线上一天可少损失多少电能？（2）.负载的功率因数从0.75提高到0.9时，输电线上一年可少损失多少费用？解：（1） cosp =0.75时输电线上的电能损耗：W =l2R=（P/（/3 U cos p ）2R =30.82X 1549 W1损 1cosp =0.9时输电线上的电能损耗：W =I 2R =（ P/（3 Ucosp）2R =25.72X 1660 W2损 2所以：输电线上一天可少损失的电能卫二（949-660） X246936 Wh7 KWh（2）
11、输电线上一天可少损失的费用=7X0.6884.8元那么输电线一年（350天）可少损失的费用=4.8X3501680元由公式I二P/l 可知，在负载（P）、电压（U）不变的情况下，功率 c / J3U cos p因数（cosp ）越小，则电流（I）越大，功率因数（cosp ）越大，则电流（I） 越小。一般工厂内存在着大量生产设备，各设备之间均采用并联的连接方式，若 单体设备的功率因数（cos p ）越小，则其输电线路中的电流d）就会越大，在 输电线路电阻（R）不变的状况下，这样输电线上的电能损失就越大（即电费损 失越大），若能采取措施提高各单体设备的功率因数（cosp ），那么输电线路中 的电流
12、（I）就会降低，在输电线路电阻（R）不变的状况下，这样输电线路中损 失的电能也会减少（即电费损失减少）；同时等同于增加线路的负载量，即在不 增加线路投入的情况下，可以再增设生产设备。八、现状及改善建议8.1 现状：目前我们各分公司提高功率因数的方式多采用并联电容器集中补偿，即把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上；各 分支电路系统及个别设备用电线路中很少使用并联电容器补偿。8.2 改善建议：根据各分支电路及个别设备的需要在用电线路中增加并联电容器，以补偿设备对无功功率需要，从而减少电力系统中的电能损失。另定期对电力系统中使用的补偿电容器组做查检，观察电容器组是否有外壳膨胀、破裂、液体
13、溢出、异味等现象，用仪器检测电容器组是否过电压及过电流、表面温度是否过高、三相电压及电流是否平衡等，以便能及时的更换损坏的电容器组（更换时必须将电容器 内残余电荷放掉），从而保证功率因数的稳定，节约能源及费用。九、结论综上所述，我们可知提高功率因数必然对企业的经济效益起到促进作用, 是保证电力系统电能质量、电压质量、降低网络损耗以及安全运行所不可缺少的条件，它不仅能够减少电费开支，提高企业自身的经济效益，而且能够为国家节约资源，减少有害气体排放。提高功率因数是节约能源、利国利民的重要举措。因此，应该重视功率因数的控制，这对缓解我国的电力供应紧张状态，提高企业的 经济效益以及节能环保，都具有重要意义。我们在实际的操作过程中应根据不同 情况采取相应措施来提高功率因数, 降低无功损耗, 从而提高经济效益。
