什么是無(wú)功？功率因數(shù)？

無(wú)功是一種資源，在電力系統(tǒng)中并不是沒(méi)有作用，無(wú)功功率決非無(wú)用功率，只是不能直接轉(zhuǎn)化為熱、光、機(jī)械能。無(wú)功功率比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換，并用來(lái)在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。它不對(duì)外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌�形式的能量。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備，要建立磁場(chǎng)，就要消耗無(wú)功功率，無(wú)功功率在電能的生產(chǎn)、變壓、輸送、分配及電磁能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中起著重要作用。由于無(wú)功功率的作用和影響不像有功功率那樣直觀，因而很多用電企業(yè)普遍存在著重視有功，輕視無(wú)功的現(xiàn)象。

　　無(wú)功和有功一樣，都是交流電能的重要組成部分，缺一不可，時(shí)刻影響著用電企業(yè)對(duì)電能的有效利用率和用電成本。無(wú)功功率作為電功率的一部分，時(shí)刻確保著著用電設(shè)備的正常運(yùn)行，為電力系統(tǒng)提供電壓支撐，為有功功率的輸送保駕護(hù)航。

　　一、功率因數(shù)的概念

　　功率因數(shù)（Power Factor）的大小與電路的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)， 如白熾燈泡、電阻爐等電阻負(fù)荷的功率因數(shù)為1，一般具有電感性負(fù)載的電路功率因數(shù)都小于1。功率因數(shù)是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要的技術(shù)數(shù)據(jù)。功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個(gè)系數(shù)。功率因數(shù)低，說(shuō)明電路用于交變磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換的無(wú)功功率大， 從而降低了設(shè)備的利用率，增加了線路供電損失。

在交流電路中，電壓與電流之間的相位差(Φ)的余弦叫做功率因數(shù)，用符號(hào)cosΦ表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cosΦ=P/S.

電力系統(tǒng)中發(fā)電廠向用點(diǎn)企業(yè)輸送電能包括兩部分：一部分是用來(lái)發(fā)光、發(fā)熱、拖動(dòng)機(jī)械等的功率叫有功功率；另一部分則是用來(lái)建立磁場(chǎng)，并為電能輸送及保障有功功率轉(zhuǎn)換所必不可少的往返交換功率叫無(wú)功功率。電網(wǎng)供應(yīng)給用電企業(yè)的電能是有功功率和無(wú)功功率同時(shí)存在的，這種同時(shí)存在的功率稱之為視在功率，它們之間的關(guān)系式為：

　　上式中角φ是感性負(fù)載接于交流電路中時(shí)，電壓與電流之間的相位差角。功率因數(shù)亦可稱為交流電路中電壓與電流之間相位差角的余弦。電網(wǎng)供電中，若用電企業(yè)負(fù)載的cosφ很小，則無(wú)功功率必將占用一定份額的視在功率，導(dǎo)致電能利用率下降和電能損耗的增加。當(dāng)用電企業(yè)負(fù)載性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，也必將造成cosφ和運(yùn)行電壓的變化。為減少用電設(shè)備的電壓降和功率損耗，用電企業(yè)則需積極自覺(jué)地實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償，以提高功率因數(shù)。

　　根據(jù)余弦函數(shù)可知：無(wú)論采用何種方法的無(wú)功補(bǔ)償措施，其實(shí)質(zhì)就是要減小電壓與電流之間的相位差角φ，使之達(dá)到提高功率因數(shù)，改善運(yùn)行電壓質(zhì)量，降低電能損耗，從而使用電企業(yè)降低電力成本。

　　二、用電企業(yè)的無(wú)功功率消耗

　　用電企業(yè)中使用的設(shè)備大部分是感性設(shè)備，它們運(yùn)行中都要消耗無(wú)功功率，其消耗無(wú)功量的多少，主要取決于像異步發(fā)動(dòng)機(jī)、配電變壓器等這樣的感性設(shè)備。另一方面，無(wú)功功率對(duì)于非感性設(shè)備本身不消耗能量，但是因?yàn)闊o(wú)功電流的存在，線路損耗還是存在的，也就是供電線路電阻本身消耗的能量。

　　如異步電動(dòng)機(jī)消耗的無(wú)功功率為勵(lì)磁和漏磁兩部分，可近似估算。對(duì)一臺(tái)100kW異步電動(dòng)機(jī)，其功率因數(shù)為0.8，在額定參數(shù)下運(yùn)行，則要消耗75kvar的無(wú)功功率。配電變壓器消耗的無(wú)功功率也分為勵(lì)磁和漏磁兩部分，可近似估算。如一合1000kVA的變壓器，Ud=4.5%，Io=5，在額定參數(shù)下運(yùn)行，消耗的無(wú)功功率約為95kvar。

　　用電企業(yè)所需的電能一般要經(jīng)過(guò)多級(jí)變壓和長(zhǎng)距離輸送，不但感性用電設(shè)備要消耗無(wú)功功率，而且供電線路也要消耗一定量的無(wú)功功率，其消耗的無(wú)功量按Q=3I2×10-3kvar進(jìn)行計(jì)量。用電企業(yè)總的無(wú)功功率消耗量是各項(xiàng)無(wú)功功率消耗量的總和，同時(shí)企業(yè)消耗的無(wú)功功率總和Q總，還與同期企業(yè)用電的總有功功率P總有關(guān)，其關(guān)系式為：

式中tg中為企業(yè)各種感性設(shè)備功率因數(shù)的正切值。此見，當(dāng)用電企業(yè)總的功率因數(shù)小于0.8時(shí)，則消耗無(wú)功功率將大于有功功率，必須進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。

　　三、無(wú)功的優(yōu)化管理和補(bǔ)償

　　電網(wǎng)供電中，無(wú)功與電壓存在著較強(qiáng)的耦合關(guān)系，無(wú)功電流變化比有功電流對(duì)負(fù)載電壓的影響大得多，無(wú)功功率在潛移默化地影響著電壓質(zhì)量。為此，用電企業(yè)在優(yōu)化無(wú)功管理的同時(shí)，還要積極實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)無(wú)功電源的優(yōu)化配置，減少無(wú)功潮流，提高功率因數(shù)。

　　無(wú)功電源不像有功功率那樣，只能由發(fā)電廠提供，而無(wú)功功率既可由發(fā)電機(jī)組提供，也可以由電容器、調(diào)相機(jī)、靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置和靜止無(wú)功發(fā)生器等進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。

　　發(fā)電機(jī)組作為無(wú)功電源可給用電企業(yè)提供無(wú)功功率，但對(duì)需經(jīng)多級(jí)變壓的長(zhǎng)距離傳送無(wú)功功率，若由發(fā)電機(jī)組提供必將產(chǎn)生不良影響：

　�、俳档桶l(fā)電機(jī)有功功率的輸出；

　�、诮档洼斪�?cè)O(shè)備的供電能力；

　�、墼斐奢旊娋�路電壓損失增大；

　　④降低用電設(shè)備使用效率，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生電壓波動(dòng)，給用電安全造成危害。

　　為此，用電企業(yè)消耗的無(wú)功功率，不能僅依賴大電機(jī)輸送，除優(yōu)化無(wú)功管理外，還要采取各種措施進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，有利于提高用電企業(yè)的功率因數(shù)。

      1.提高設(shè)備的自然功率因數(shù)

　　自然功率因數(shù)系指經(jīng)人工補(bǔ)償前設(shè)備所具有的功率因數(shù)，即設(shè)備本身運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)。提高自然功率因數(shù)，從本質(zhì)上講是改善設(shè)備運(yùn)行工況，從而降低設(shè)備自身的無(wú)功消耗，這是不需增加設(shè)備的無(wú)功補(bǔ)償。其方法有：

　�、俸侠磉x用異步發(fā)動(dòng)機(jī)容量，避免“大馬拉小車”，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳負(fù)載率工況下運(yùn)行，這可改善功率因數(shù)；

　�、谳p載運(yùn)行異步發(fā)動(dòng)機(jī)可將其定子接線由三角形改為星形運(yùn)行，達(dá)到降低運(yùn)行電壓改善功率因數(shù)；

　�、垩b設(shè)空載自停裝置，當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)較長(zhǎng)處于空載運(yùn)行時(shí)，該裝置能自動(dòng)切斷電源，以減少無(wú)功消耗而改善功率因數(shù)。

　　2.改善設(shè)備自身結(jié)構(gòu)參數(shù)提高功率因數(shù)

　　根據(jù)感性設(shè)備的阻抗三角形可知：其功率因數(shù)表達(dá)式為：

　　式中的電阻R和感抗XL，可視為感性設(shè)備自身的兩個(gè)參變量，而功率因數(shù)cosφ可看出作參變量的函數(shù)。從式中可知：cosφ是隨R的增加，而變大，隨XL的增加而減小。因此對(duì)某些感性設(shè)備在允許的范圍內(nèi)，通過(guò)改變?cè)O(shè)備自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)，將其電阻適當(dāng)增大，或?qū)⒏锌筙L適當(dāng)減小，即可達(dá)到設(shè)備自身功率因數(shù)改變的效果。

　　因?yàn)椋瑢⒏行栽O(shè)備自身參數(shù)中的感抗適當(dāng)減小，或?qū)⑵潆娮柽m當(dāng)增大，在保持設(shè)備阻抗基本不變的情況下，使其阻抗角即感性設(shè)備端電壓于其通過(guò)的電流之間的相位差角減小，即可達(dá)到提高設(shè)備自身功率因數(shù)的效果。

　　3.并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償

　　用電企業(yè)實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)根據(jù)無(wú)功就地平衡原則，使企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中消耗最低無(wú)功功率應(yīng)從設(shè)置的無(wú)功補(bǔ)償電源提供，以維持運(yùn)行電壓的合格。用電企業(yè)實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償，應(yīng)根據(jù)用電負(fù)荷性質(zhì)及無(wú)功消耗的多少，確定從電網(wǎng)吸取無(wú)功量和企業(yè)補(bǔ)償裝置提供無(wú)功量之間最佳配合比例，實(shí)現(xiàn)無(wú)功就地平衡，從而提高企業(yè)對(duì)電能利用率。

　　用電企業(yè)實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償?shù)某Ｓ梅椒ǎ�即是在感性設(shè)備并聯(lián)電容器。因感性設(shè)備流過(guò)電流總是滯后電壓90°，而電阻流過(guò)電流于電壓同相，其合成電流與電壓的夾角為φ。運(yùn)用并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，即是將電容器與感性設(shè)備并聯(lián)，由于電容器容性電流超前電壓90°，則能抵消一部分感性電流，使總電流滯后電壓的相位差角減小，這是并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償能提高功率因數(shù)的機(jī)理。

　　用電企業(yè)實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償，可在高壓側(cè)，也可在低壓側(cè)，可集中進(jìn)行補(bǔ)償，也可分散就地補(bǔ)償。通過(guò)電容器與感性設(shè)備并聯(lián)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，這是實(shí)現(xiàn)無(wú)功就地平衡的好辦法，不僅減少無(wú)功潮流，而且還能降低電壓損失，以而改善運(yùn)行電壓質(zhì)量。

　　加裝智能投切裝置，有利于無(wú)功負(fù)荷的實(shí)時(shí)平衡，維持用電企業(yè)消耗無(wú)功功率的合理與經(jīng)濟(jì)分布。

　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　保持無(wú)功功率供求平衡是一項(xiàng)復(fù)雜技術(shù)工作。用電企業(yè)實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償，應(yīng)根據(jù)本單位負(fù)荷性質(zhì)和無(wú)功消耗情況，確定最佳無(wú)功補(bǔ)償量，才有利于提高功率因數(shù)，高效利用電能，降低功耗和電力成本。用電企業(yè)只有積極采取各項(xiàng)措施進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，才能改善電壓質(zhì)量，使之獲得更好經(jīng)濟(jì)效益。如果在無(wú)功補(bǔ)償方面有什么問(wèn)題，可以直接在“配電通”微信公眾號(hào)底部留言，我們將免費(fèi)給你提供完善的方案。