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提高功率因數與節(jié)能降損的關系

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• 日期: 2017-11-23
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 摘要：功率因數的高低關系到輸配電線路、設備的供電能力，也影響到其功率損耗。本文從理論上分析了提高功率因數對于節(jié)約電能，降低損耗，提高輸配電設備的供電能力方面的數量關系。  
關鍵詞：功率因數　節(jié)能降損  
1　前言  
功率因數是供用電系統(tǒng)的一項重要技術經濟指標，用電設備在消耗有功功率的同時，還需大量的無功功率由電源送往負荷，功率因數反映的是用電設備在消耗一定的有功功率的同時所需的無功功率。對于農村用電負荷來說，主要是一些小加工業(yè)及照明負荷，其中大部分用電設備為感性負載，其功率因數都很低，影響了線路及配電變壓器的經濟運行。通過合理配置無功功率補償設備，以提高系統(tǒng)的功率因數，從而達到節(jié)約電能，降低損耗的目的。  
2　功率因數與無功功率的關系  
功率因數反映的是用電設備消耗一定有功功率與視在功率的關系，用cosφ表示為：  
  
用電設備消耗一定的有功功率時需要的無功功率可表示為：  
  
由式(1)、(2)可得：Q=P×tgφ(3)  
所以功率因數由cosφ1提高到cosφ2時，需增加的無功補償容量可表示為：  
  
式中P--用電設備消耗的有功功率，kW  
Q--用電設備在一定功率因數時需要的無功功率，kvar  
Qc--功率因數由cosφ1提高到cosφ2時需增加的無功補償容量，kvar  
φ1、φ2--補償前后的功率因數角  
由式(4)可以看出，為了提高功率因數，必須增加無功功率補償設備以減少無功功率。由于靜電電容器具有重量輕，安裝方便，投資少，故障范圍小，有功功率損耗小，易于維護，能實現自動投切控制等優(yōu)點。所以，安裝靜電電容器提高功率因數的方法目前在供用電系統(tǒng)中得到廣泛的應用。  
3　輸配電線路的有功功率損耗與功率因數的關系  
由于線路使用的導線存在著電阻，電流通過線路時，線路自身要產生有功功率損耗，其有功功率損耗又與電流平方成正比，線路在輸送一定的有功功率時，線路的電流又與功率因數成正比。所以，線路在輸送一定的有功功率時，線路自身產生的有功功率損耗與功率因數的平方成反比，提高功率因數就能降低線路的有功功率損耗，由于輸送一定負荷時線路的有功功率損耗可以用下式表示：  
  
提高功率因數前后線路的有功功率損耗可以分別表示為：  
  
式中ΔP--線路的有功功率損耗，kW  
I--線路輸送的電流，A  
ΔP1、ΔP2--提高功率因數前后線路的有功功率損耗，kW  
cosφ1、cosφ2--線路增加無功補償前后功率因數  
P--線路輸送的有功功率，kW  
R--線路的電阻，Ω  
U--線路的額定電壓，kV  
根據式(6)、(7)可知：功率因數提高后線路有功功率損耗下降的百分數可以表示為：  
  
4　變壓器的有功功率損耗與功率因數的關系  
4.1　變壓器的銅損耗與功率因數的關系  
變壓器在運行中，輸出一定的有功功率時，其銅損耗與變壓器所帶負荷視在功率的平方成正比，而視在功率又與變壓器的功率因數成反比，即可表示為：  
  
提高功率因數前后變壓器的銅損耗可表示為：  
  
式中S--變壓器輸出視在功率，kVA  
S1、S2--提高功率因數前后變壓器的視在功率，kVA  
P--變壓器輸出的一定有功功率，kW  
Pk--變壓器銘牌額定銅損耗，kW  
Pt1、Pt2--變壓器在提高功率因數前后的銅損耗，kW  
Se--變壓器的額定容量，kVA  
cosφ1、cosφ2--功率因數提高前后值  
所以，提高功率因數前后的變壓器實際的銅損耗下降百分數可以表示為：  
  
4.2　變壓器需用容量與功率因數的關系  
由于變壓器在輸出一定有功功率時，其需用容量(視在功率)與變壓器的功率因數成反比，所以當變壓器輸出一定有功功率時，功率因數提高就能減少變壓器的需用容量，從而提高變壓器的供電能力。根據式(8)可知提高功率因數后減少變壓器的使用容量ΔS可表示為：  
  
5　結束語  
通過上面的分析可以看出，提高功率因數對于節(jié)約電能，降低損耗，提高變配電設備的供電能力是極其有利的，特別是對于當前正在進行的農村電網改造來說，除了應該按《農網改造工程技術原則》的要求進行踏勘、設計、施工外，還應該根據農村用電負荷的特點，合理配置無功功率補償裝置同農網改造工程建設一并進行設計、施工，顯得更加重要。