提高功率因数与节能降损的关系

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• 日期: 2017-11-23
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 摘要：功率因数的高低关系到输配电线路、设备的供电能力，也影响到其功率损耗。本文从理论上分析了提高功率因数对于节约电能，降低损耗，提高输配电设备的供电能力方面的数量关系。  
关键词：功率因数　节能降损  
1　前言  
功率因数是供用电系统的一项重要技术经济指标，用电设备在消耗有功功率的同时，还需大量的无功功率由电源送往负荷，功率因数反映的是用电设备在消耗一定的有功功率的同时所需的无功功率。对于农村用电负荷来说，主要是一些小加工业及照明负荷，其中大部分用电设备为感性负载，其功率因数都很低，影响了线路及配电变压器的经济运行。通过合理配置无功功率补偿设备，以提高系统的功率因数，从而达到节约电能，降低损耗的目的。  
2　功率因数与无功功率的关系  
功率因数反映的是用电设备消耗一定有功功率与视在功率的关系，用cosφ表示为：  
  
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：  
  
由式(1)、(2)可得：Q=P×tgφ(3)  
所以功率因数由cosφ1提高到cosφ2时，需增加的无功补偿容量可表示为：  
  
式中P--用电设备消耗的有功功率，kW  
Q--用电设备在一定功率因数时需要的无功功率，kvar  
Qc--功率因数由cosφ1提高到cosφ2时需增加的无功补偿容量，kvar  
φ1、φ2--补偿前后的功率因数角  
由式(4)可以看出，为了提高功率因数，必须增加无功功率补偿设备以减少无功功率。由于静电电容器具有重量轻，安装方便，投资少，故障范围小，有功功率损耗小，易于维护，能实现自动投切控制等优点。所以，安装静电电容器提高功率因数的方法目前在供用电系统中得到广泛的应用。  
3　输配电线路的有功功率损耗与功率因数的关系  
由于线路使用的导线存在着电阻，电流通过线路时，线路自身要产生有功功率损耗，其有功功率损耗又与电流平方成正比，线路在输送一定的有功功率时，线路的电流又与功率因数成正比。所以，线路在输送一定的有功功率时，线路自身产生的有功功率损耗与功率因数的平方成反比，提高功率因数就能降低线路的有功功率损耗，由于输送一定负荷时线路的有功功率损耗可以用下式表示：  
  
提高功率因数前后线路的有功功率损耗可以分别表示为：  
  
式中ΔP--线路的有功功率损耗，kW  
I--线路输送的电流，A  
ΔP1、ΔP2--提高功率因数前后线路的有功功率损耗，kW  
cosφ1、cosφ2--线路增加无功补偿前后功率因数  
P--线路输送的有功功率，kW  
R--线路的电阻，Ω  
U--线路的额定电压，kV  
根据式(6)、(7)可知：功率因数提高后线路有功功率损耗下降的百分数可以表示为：  
  
4　变压器的有功功率损耗与功率因数的关系  
4.1　变压器的铜损耗与功率因数的关系  
变压器在运行中，输出一定的有功功率时，其铜损耗与变压器所带负荷视在功率的平方成正比，而视在功率又与变压器的功率因数成反比，即可表示为：  
  
提高功率因数前后变压器的铜损耗可表示为：  
  
式中S--变压器输出视在功率，kVA  
S1、S2--提高功率因数前后变压器的视在功率，kVA  
P--变压器输出的一定有功功率，kW  
Pk--变压器铭牌额定铜损耗，kW  
Pt1、Pt2--变压器在提高功率因数前后的铜损耗，kW  
Se--变压器的额定容量，kVA  
cosφ1、cosφ2--功率因数提高前后值  
所以，提高功率因数前后的变压器实际的铜损耗下降百分数可以表示为：  
  
4.2　变压器需用容量与功率因数的关系  
由于变压器在输出一定有功功率时，其需用容量(视在功率)与变压器的功率因数成反比，所以当变压器输出一定有功功率时，功率因数提高就能减少变压器的需用容量，从而提高变压器的供电能力。根据式(8)可知提高功率因数后减少变压器的使用容量ΔS可表示为：  
  
5　结束语  
通过上面的分析可以看出，提高功率因数对于节约电能，降低损耗，提高变配电设备的供电能力是极其有利的，特别是对于当前正在进行的农村电网改造来说，除了应该按《农网改造工程技术原则》的要求进行踏勘、设计、施工外，还应该根据农村用电负荷的特点，合理配置无功功率补偿装置同农网改造工程建设一并进行设计、施工，显得更加重要。