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提高功率因數(shù)與節(jié)能降損的關(guān)系

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• 日期: 2017-11-23
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 摘要：功率因數(shù)的高低關(guān)系到輸配電線路、設(shè)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(shù)對于節(jié)約電能，降低損耗，提高輸配電設(shè)備的供電能力方面的數(shù)量關(guān)系。  
關(guān)鍵詞：功率因數(shù)　節(jié)能降損  
1　前言  
功率因數(shù)是供用電系統(tǒng)的一項(xiàng)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，用電設(shè)備在消耗有功功率的同時(shí)，還需大量的無功功率由電源送往負(fù)荷，功率因數(shù)反映的是用電設(shè)備在消耗一定的有功功率的同時(shí)所需的無功功率。對于農(nóng)村用電負(fù)荷來說，主要是一些小加工業(yè)及照明負(fù)荷，其中大部分用電設(shè)備為感性負(fù)載，其功率因數(shù)都很低，影響了線路及配電變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。通過合理配置無功功率補(bǔ)償設(shè)備，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，從而達(dá)到節(jié)約電能，降低損耗的目的。  
2　功率因數(shù)與無功功率的關(guān)系  
功率因數(shù)反映的是用電設(shè)備消耗一定有功功率與視在功率的關(guān)系，用cosφ表示為：  
  
用電設(shè)備消耗一定的有功功率時(shí)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(shù)由cosφ1提高到cosφ2時(shí)，需增加的無功補(bǔ)償容量可表示為：  
  
式中P--用電設(shè)備消耗的有功功率，kW  
Q--用電設(shè)備在一定功率因數(shù)時(shí)需要的無功功率，kvar  
Qc--功率因數(shù)由cosφ1提高到cosφ2時(shí)需增加的無功補(bǔ)償容量，kvar  
φ1、φ2--補(bǔ)償前后的功率因數(shù)角  
由式(4)可以看出，為了提高功率因數(shù)，必須增加無功功率補(bǔ)償設(shè)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(hù)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投切控制等優(yōu)點(diǎn)。所以，安裝靜電電容器提高功率因數(shù)的方法目前在供用電系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。  
3　輸配電線路的有功功率損耗與功率因數(shù)的關(guān)系  
由于線路使用的導(dǎo)線存在著電阻，電流通過線路時(shí)，線路自身要產(chǎn)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(shí)，線路的電流又與功率因數(shù)成正比。所以，線路在輸送一定的有功功率時(shí)，線路自身產(chǎn)生的有功功率損耗與功率因數(shù)的平方成反比，提高功率因數(shù)就能降低線路的有功功率損耗，由于輸送一定負(fù)荷時(shí)線路的有功功率損耗可以用下式表示：  
  
提高功率因數(shù)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(shù)前后線路的有功功率損耗，kW  
cosφ1、cosφ2--線路增加無功補(bǔ)償前后功率因數(shù)  
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(jù)式(6)、(7)可知：功率因數(shù)提高后線路有功功率損耗下降的百分?jǐn)?shù)可以表示為：  
  
4　變壓器的有功功率損耗與功率因數(shù)的關(guān)系  
4.1　變壓器的銅損耗與功率因數(shù)的關(guān)系  
變壓器在運(yùn)行中，輸出一定的有功功率時(shí)，其銅損耗與變壓器所帶負(fù)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(shù)成反比，即可表示為：  
  
提高功率因數(shù)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(shù)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(shù)前后的銅損耗，kW  
Se--變壓器的額定容量，kVA  
cosφ1、cosφ2--功率因數(shù)提高前后值  
所以，提高功率因數(shù)前后的變壓器實(shí)際的銅損耗下降百分?jǐn)?shù)可以表示為：  
  
4.2　變壓器需用容量與功率因數(shù)的關(guān)系  
由于變壓器在輸出一定有功功率時(shí)，其需用容量(視在功率)與變壓器的功率因數(shù)成反比，所以當(dāng)變壓器輸出一定有功功率時(shí)，功率因數(shù)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(jù)式(8)可知提高功率因數(shù)后減少變壓器的使用容量ΔS可表示為：  
  
5　結(jié)束語  
通過上面的分析可以看出，提高功率因數(shù)對于節(jié)約電能，降低損耗，提高變配電設(shè)備的供電能力是極其有利的，特別是對于當(dāng)前正在進(jìn)行的農(nóng)村電網(wǎng)改造來說，除了應(yīng)該按《農(nóng)網(wǎng)改造工程技術(shù)原則》的要求進(jìn)行踏勘、設(shè)計(jì)、施工外，還應(yīng)該根據(jù)農(nóng)村用電負(fù)荷的特點(diǎn)，合理配置無功功率補(bǔ)償裝置同農(nóng)網(wǎng)改造工程建設(shè)一并進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工，顯得更加重要。