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摘要：从理论上阐述了电容无功补偿的重要性，以及对电容补偿装置的计算方法及常见问题进行了较为深入的分析。
关键词 电容无功补偿的重要性 计算方法 常见问题
中图分类号：TP85 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-398-01
1 引言
在工厂供电系统中，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产生这些设备正常工作所必需的交变磁场。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。《评价企业合理用电技术导则》规定：“企业应在提高自然功率因数的基础上，合理装置无功补偿设备，企业的功率因数应达到0.9以上”。因此，功率因数是衡量企业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。改善企业用电的功率因数（即无功功率补偿）是企业节约电能的重要课题，因此要给予足够重视，并采取相应的措施提高功率因数。
2 无功功率补偿的重要性
接在电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的。例如，通过磁场，变压器才能改变电压并且将能量送出去，电动机才能转动并带动机械负荷。磁场所具有的磁场能是由电源供给的，电动机和变压器在能量转换过程中建立交变磁场，在1个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫做感性无功功率。假如，电容器在交流电网中接通时，在1个周期内，上半周期的充电功率和下半周期的放电功率相等。不消耗能量，这种充放电功率叫做容性无功功率。对感性负荷来说，
电源的容量与有功功率和无功功率有如下关系：
式中，S30 -视在功率，单位为伏安（VA）
P30-有功功率，单位为瓦（W）
Q30 -无功功率，单位为乏（Var）
COSφ-功率因数
从上面的式子可以看出，当有功功率P30为一定时，无功功率Q30增大，则供电系统的功率因数COSφ越小，对电源容量S30的需求将越大，这将会引起：
（1）系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等容量增大，从而使工厂内部的起动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。
（2）由于无功功率的增大而引起的总电流的增加，使得设备及供电线路的有功功率损耗相应地增大。
（3）由于供电系统中的电压损失正比于系统中流过的电流，因此总电流增大，就使得供电系统中的电压损失增加，使得调压困难。
（4）对电力系统的发电设备来说，无功电流的增大，对发电机转子的去磁效应增加，电压降低，过度增大激磁电流，则使转子绕组的温升超过允许范围，为了保证转子绕组的正常工作，发电机就不能达到预定的出力。此外原动机的出力是以有功功率衡量的，当发电机发出的视在功率一定时，无功功率的增加，导致原动机的出力相对降低。
为此，全国供用电规则规定：无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和安装无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功电力倒送。
3 电容补偿装置的计算方法
按变压器容量估算补偿
一般来说，配电变压器的无功补偿容量约为变压器容量的20%～40%，对于200KVA的配电变压器，补偿量约为40Kvar～80Kvar。准确计算无功补偿容量比较复杂，且负荷多经常变化，计算出来也无太大意义。一般设计人员以30%来估算，即选取60Kvar为最大补偿容量，也就是安装容量。供电企业一般将功率因数调整电费的标准定为0.9。若月度平均功率因数在0.9以下，就要罚款，多支出电费；若月度平均功率因数在0.9以上，就受奖励，少支出电费；由于值班电工不可能长期盯着功率因数表，建议安装“功率因数自动控制装置”，由“功率因数自动控制装置”自动投切电容，保证功率因数在0.9以上，就可以了。
无功补偿容量计算系数表计算
例如：某工地上有1台空压机，功率为132KW，额定电流为258.6A，测到的功率因数为0.76，现在要想把功率因数提高到0.95，该补偿多大的电容。查表，可得知补偿系数为：0.526。
132×0.526=69.432（Kvar）
4 电容补偿装置的常见问题
无功功率补偿的方法有多种，其中电力电容器作为补償装置，具有安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小（每kW功率损耗约为0.3%～0.4%以下）等优点，是当前国内外广泛使用的补偿方法。但电容补偿装置存在以下常见的问题。
1）各电容器组的联结为硬母排联结
存在弊端：电容器组在运行中受电动力较大，易造成电容器瓷瓶破损。
解决办法：将各电容器组的联结改造成软连接，在电容器受到较大电动力时也不会变形，使电容器组能够健康运行。
2）星型接法的单个电容器无过电流保护
存在弊端：当单个电容器故障时，不能单个脱离运行而影响其它电容器组的正常运行。
解决办法：在每个电容器的进线侧加装弹簧式保险，这样就保证了单个电容器能够脱离故障电流而不影响其它电容器组的正常运行，同时维修人员能够及时发现断开的保险，使其恢复运行。
3）电容器组只有不平衡电压保护和失压保护，无过压保护
存在弊端：电容器组在加压送电冲击过程中易产生瞬间高压，将电容器和其他设备击穿，造成设备损坏。
解决办法：在电容器星型进线母排加装3组避雷器，将产生的瞬间电压吸收掉，保护电容器组的正常运行。
5 结论
综上所述，功率因数是衡量企业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。企业应在提高自然功率因数的基础上，合理装置无功补偿设备，企业的功率因数应达到0.9以上。为了更好地补偿无功功率，应尽可能地进行就地补偿，以实现无功功率的就地平衡原则，减少线路的功率损耗和电压的损耗，提高无功补偿的经济效果。
参考文献
[1] 苏文成.1997.工厂供电.机械工业出版社
[2] 姜文贤.2000.改善功率因数 降低电能损耗.哈尔滨铁道科技
关键词 电容无功补偿的重要性 计算方法 常见问题
中图分类号：TP85 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-398-01
1 引言
在工厂供电系统中，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产生这些设备正常工作所必需的交变磁场。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。《评价企业合理用电技术导则》规定：“企业应在提高自然功率因数的基础上，合理装置无功补偿设备，企业的功率因数应达到0.9以上”。因此，功率因数是衡量企业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。改善企业用电的功率因数（即无功功率补偿）是企业节约电能的重要课题，因此要给予足够重视，并采取相应的措施提高功率因数。
2 无功功率补偿的重要性
接在电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的。例如，通过磁场，变压器才能改变电压并且将能量送出去，电动机才能转动并带动机械负荷。磁场所具有的磁场能是由电源供给的，电动机和变压器在能量转换过程中建立交变磁场，在1个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫做感性无功功率。假如，电容器在交流电网中接通时，在1个周期内，上半周期的充电功率和下半周期的放电功率相等。不消耗能量，这种充放电功率叫做容性无功功率。对感性负荷来说，
电源的容量与有功功率和无功功率有如下关系：
式中，S30 -视在功率，单位为伏安（VA）
P30-有功功率，单位为瓦（W）
Q30 -无功功率，单位为乏（Var）
COSφ-功率因数
从上面的式子可以看出，当有功功率P30为一定时，无功功率Q30增大，则供电系统的功率因数COSφ越小，对电源容量S30的需求将越大，这将会引起：
（1）系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等容量增大，从而使工厂内部的起动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。
（2）由于无功功率的增大而引起的总电流的增加，使得设备及供电线路的有功功率损耗相应地增大。
（3）由于供电系统中的电压损失正比于系统中流过的电流，因此总电流增大，就使得供电系统中的电压损失增加，使得调压困难。
（4）对电力系统的发电设备来说，无功电流的增大，对发电机转子的去磁效应增加，电压降低，过度增大激磁电流，则使转子绕组的温升超过允许范围，为了保证转子绕组的正常工作，发电机就不能达到预定的出力。此外原动机的出力是以有功功率衡量的，当发电机发出的视在功率一定时，无功功率的增加，导致原动机的出力相对降低。
为此，全国供用电规则规定：无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和安装无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功电力倒送。
3 电容补偿装置的计算方法
按变压器容量估算补偿
一般来说，配电变压器的无功补偿容量约为变压器容量的20%～40%，对于200KVA的配电变压器，补偿量约为40Kvar～80Kvar。准确计算无功补偿容量比较复杂，且负荷多经常变化，计算出来也无太大意义。一般设计人员以30%来估算，即选取60Kvar为最大补偿容量，也就是安装容量。供电企业一般将功率因数调整电费的标准定为0.9。若月度平均功率因数在0.9以下，就要罚款，多支出电费；若月度平均功率因数在0.9以上，就受奖励，少支出电费；由于值班电工不可能长期盯着功率因数表，建议安装“功率因数自动控制装置”，由“功率因数自动控制装置”自动投切电容，保证功率因数在0.9以上，就可以了。
无功补偿容量计算系数表计算
例如：某工地上有1台空压机，功率为132KW，额定电流为258.6A，测到的功率因数为0.76，现在要想把功率因数提高到0.95，该补偿多大的电容。查表，可得知补偿系数为：0.526。
132×0.526=69.432（Kvar）
4 电容补偿装置的常见问题
无功功率补偿的方法有多种，其中电力电容器作为补償装置，具有安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小（每kW功率损耗约为0.3%～0.4%以下）等优点，是当前国内外广泛使用的补偿方法。但电容补偿装置存在以下常见的问题。
1）各电容器组的联结为硬母排联结
存在弊端：电容器组在运行中受电动力较大，易造成电容器瓷瓶破损。
解决办法：将各电容器组的联结改造成软连接，在电容器受到较大电动力时也不会变形，使电容器组能够健康运行。
2）星型接法的单个电容器无过电流保护
存在弊端：当单个电容器故障时，不能单个脱离运行而影响其它电容器组的正常运行。
解决办法：在每个电容器的进线侧加装弹簧式保险，这样就保证了单个电容器能够脱离故障电流而不影响其它电容器组的正常运行，同时维修人员能够及时发现断开的保险，使其恢复运行。
3）电容器组只有不平衡电压保护和失压保护，无过压保护
存在弊端：电容器组在加压送电冲击过程中易产生瞬间高压，将电容器和其他设备击穿，造成设备损坏。
解决办法：在电容器星型进线母排加装3组避雷器，将产生的瞬间电压吸收掉，保护电容器组的正常运行。
5 结论
综上所述，功率因数是衡量企业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。企业应在提高自然功率因数的基础上，合理装置无功补偿设备，企业的功率因数应达到0.9以上。为了更好地补偿无功功率，应尽可能地进行就地补偿，以实现无功功率的就地平衡原则，减少线路的功率损耗和电压的损耗，提高无功补偿的经济效果。
参考文献
[1] 苏文成.1997.工厂供电.机械工业出版社
[2] 姜文贤.2000.改善功率因数 降低电能损耗.哈尔滨铁道科技