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对于电容器大多数人都有所耳闻，但在之前缀上低压、无功、补偿这些形容词，可能就会一脸茫然。今天就与大家简单聊一聊低压无功补偿电容器。
首先我先简单介绍下什么是电容器，了解的朋友可直接跳过此段内容。
电容器可以简单的理解为“装电的容器”，是一种容纳电荷的器件，英文名称为capacitor。如果觉得这个概念有点抽象，可以脑补一下“电池”，电容器和电池有一点像。电容器是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于电路中的隔直通交，耦合，旁路，滤波，调谐回路，能量转换，控制，补偿等方面，我们今天重点介绍用作低压无功补偿的电容器。
电工都该知道的低压无功补偿电容器常识讲解 
电工都该知道的低压无功补偿电容器常识讲解 感兴趣的朋友也可以去百度看下更详细、更专业的定义，德教授这里就不展开阐述啦！
电工都该知道的低压无功补偿电容器常识讲解 前方高能，请注意。
接下我们就进入今天的正题——低压无功补偿电容器
01
什么是有功功率、无功功率、视在功率
1. 有功功率：
在交流电路中，凡是消耗在电阻元件上、功率不可逆转换的那部分功率（如水泵，把电能转换为机械能）称为有功功率，简称“有功”，用字母P表示，单位是瓦（W）或千瓦（KW）。它反映了交流电源在电阻元件做功能力的大小，或单位时间内转变为其它形式能量的电能数值。实际上它是交流电在一个周期内瞬时功率的平均值，故又称为平均功率。它的大小等于瞬时功率最大值的1/2，就是等于电阻元件两端电压有效值与通过电阻元件中电流有效值的乘积。
2. 无功功率：
在具有电感（或电容）的电路里，电感（或电容）在半周期的时间里把电源的能量变成磁场（或电场）的能量贮存起来，在另外半周期的时间里又把贮存的磁场（或电场）能量送还给电源。它们只是与电源进行能量交换，并没有真正消耗能量。我们把与电源交换能量的振幅值叫做无功功率，以字母Q表示，单位为千乏（kvar）。
3. 视在功率：
交流电源所能提供的总功率，称之为“视在功率”或“表现功率”，在数值上是交流电路中电压与电流的乘积。视在功率用字母S表示，即S=U×I，单位是伏安（VA）或千伏安（KVA）。它通常用来表示交流电源设备（如变压器）的容量大小。视在功率既不等于有功功率，也不等于无功功率，但它既包含有功功率又包含无功功率。能否使视在功率为800KVA的变压器输出800KW的有功功率，主要取决于负载的功率因数。
有功功率、无功功率、视在功率三者之间的关系可以用功率三角形来表示：
电工都该知道的低压无功补偿电容器常识讲解 由此推倒出：
电工都该知道的低压无功补偿电容器常识讲解 
电工都该知道的低压无功补偿电容器常识讲解 由公式可知，在电压U和电流I一定的情况下，只有提高cosφ功率因数的值，才能提高有功功率P；而由实际工作可知，电源负载是有额定电压和额定电流的，负载在工作时不允许超过其额定的电压值Ue和电流值In，所以如果cosφ值低，则会使电源设备的容量得不到充分利用，也会增大输电线路的功率损耗，降低供电效率。
再举一个生活中的例子，如下图中，把视在功率看成是一满杯的啤酒，在啤酒容量（视在功率）一定的情况下，泡沫（无功功率）越少,喝到的啤酒（有功功率）越多，这就是这三个参数之间的关系。
电工都该知道的低压无功补偿电容器常识讲解 02
使用无功补偿装置对电网的好处
电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。
如下图，加装电容补偿装置前后对比：
电工都该知道的低压无功补偿电容器常识讲解 
电工都该知道的低压无功补偿电容器常识讲解 电网输出的功率包括两部分：一是有功功率；二是无功功率。无功功率的传输加重了电网负荷，使电网损耗增加，系统电压下降，所以需要对其进行就近和就地补偿。
无功补偿的意义在于：
1. 补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数；
2. 减少发、供电设备的设计容量，减少投资：
对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。
3. 降低线损：
公式：
电工都该知道的低压无功补偿电容器常识讲解 其中cosφ1为补偿前的功率因数，cosφ2为补偿后的功率因数
因为cosφ1大于cosφ2,所以功率因数提高后，降低了线损率。
综上所述，提高功率因数cosφ可以减少发电、供电设备的设计容量、减少投资、降低线损，增加电网中有功功率的输送比例，这些都直接决定和影响着供电企业的经济效益。所以，功率因数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无功补偿势在必行。
03
使用无功补偿装置对用户的好处
我国《功率因数调整电费办法》中规定，鉴于电力生产的特点，用户用电功率因数的高低，对发、供、用电设备的充分利用，节约电能和改善电压质量有着重要的影响。为了提高用户的功率因数并保持其均衡，以提高供用电双方和社会的经济效益，特制定功率因数调整电费：
1. 功率因数的标准值及其适用范围：
（1）功率因数标准0.90，适用于160千伏安以上的高压供电工业用户（包括社队工业用户）、装有带负荷调整电压装置的高压供电电力用户和3200千伏安及以上的高压供电电力排灌站。
（2）功率因数标准0.85，适用于100千伏安（千瓦）及以上的其他工业用户（包括社队工业用户）、100千伏安（千瓦）及以上的非工业用户和100千伏安（千瓦）及以上的电力排灌站。
（3）功率因数标准0.80，适用于100千伏安（千瓦）及以上的农业用户和趸售用户，但大工业用户未划由电业直接管理的趸售用户，功率因数标准应为0.85。
2.功率因数的计算：
（1）凡实行功率因数调整电费的用户，应装设带有防倒装置的无功电度表，按用户每月实用有功电量和无功电量，计算月平均功率因数。
（2）凡装有无功补偿设备且有可能向电网倒送无功电量的用户，应随其负荷和电压变动及时投入或切除部分无功补偿设备，电业部门并应在计费计量点加装带有防倒装置的反向无功电度表，按倒送的无功电量与实用的无功电量两者的绝对值之和，计算月平均功率因数。
（3）根据电网需要，对大用户实行高峰功率因数考核，加装记录高峰时段内有功、无功电量的电度表，据以计算月平均高峰功率因数；对部分用户还可以试运行高峰、低谷两个时段分别计算功率因数。
简言之，如果用户不加装无功补偿装置，则负载需要的无功功率就需要由电网来提供，而电力公司当然不会为用户买单，所以电力公司从收电费的方式上进行管控，电力公司对工业用户的电费计算方法总结如下：
电工都该知道的低压无功补偿电容器常识讲解 其中，基本电费由最大需求量决定，电度电费由实际用电量决定，功率因数调整电费则按照平均功率因数征收或者奖励。
其中，基本电费由最大需求量决定，电度电费由实际用电量决定，功率因数调整电费则按照平均功率因数征收或者奖励。
电工都该知道的低压无功补偿电容器常识讲解 04
怎样选择无功补偿方案
根据客户需求确定一个合理的无功补偿方案，一般可以分为以下4个步骤：
计算无功功率安装容量、选择补偿方式、选择电容器组的控制方式、选择合适的电容器补偿方案。
1. 计算无功功率安装容量：
无功功率安装容量可依据下列数据之一计算：
（1） 功率估算（新建工程）
（2） 电气账单
（3） 测量数据
举一个简单的例子，假设某客户需求如下：
系统电压 400V/50HZ，变压器容量为800kVA，平均功率因数为感性0.8，有功功率
P=462KW，目标功率因数为0.95以上。如何计算无功补偿容量？
方法1：用补偿前后的功率因数值查表得到一个系数K，用K乘以有功功率P值确定最小电容器安装容量，即，
电工都该知道的低压无功补偿电容器常识讲解 如案例中，客户负载为462KW，cosφ1=0.8，为了得到cosφ2=0.95，需要安装一个无功功率等于K乘以P的电容器组，一般大品牌的电容器样本上都有补偿容量计算表，以德力西电气BSMJs电容器样本为例，查表可得到如下信息：
电工都该知道的低压无功补偿电容器常识讲解
电工都该知道的低压无功补偿电容器常识讲解 所以，无功功率最小安装容量
电工都该知道的低压无功补偿电容器常识讲解 根据经验，我们一般比最小值选大一些，可以选择补偿250Kvar的电容量。
方法一不太方便的地方是，补偿容量是基于理论计算出来的精确值，需要随时查表才行，离开样本就有点束手无策。
方法2：
电工都该知道的低压无功补偿电容器常识讲解 其中,cosφ1是补偿前的功率因数，cosφ2是你想要达到的功率因数，QC是所需补偿的容量(kvar),P是线路总功率（KW），tanφ1是补偿前的功率因数角, tanφ2是补偿后的功率因数角。
还是我们刚才的例子，cosφ1=0.8，cosφ2=0.95，P=462KW，
则需要补偿的容量
电工都该知道的低压无功补偿电容器常识讲解 方法二同样是基于理论计算出的精准补偿值，它相对于方法一的好处是，单纯的数学计算，不需要查表。
方法3：经验值估算法
以上两种精准计算补偿容量的办法，都是基于负荷的大小和功率因数来计算的，但大多数时候这些值并不能准确的测量，所以有经验的工程师一般根据变压器容量和电动机功率，估算一个大概的补偿值。一般如果负载是变压器的话，大概取变压器容量的30%进行补偿，比如案例中，变压器容量为800kVA，则需要补偿的容量QC=800*30%=240Kvar。一般来说，30%是比较稳妥的经验值，如果是工业用户，还可以比30%稍微高一点儿；如果是民用，则30%的值稍微有些偏高了（当然，土豪请忽略），这个时候可以对电容器进行分组，有些电容器作为备用暂不投入使用就可以啦。
以补偿240Kvar的容量为例，可以分为：30Kvar×6组=180Kvar，20Kvar×3组=60Kvar，合计240Kvar。
如果负载是电动机，则可以参照QC=0.9×额定电压×空载电流×
进行补偿容量的选择。
2. 确定电容器的安装位置，确定补偿方式
电容补偿的常用方式分为以下几种，每种补偿方式都有各自的优劣势：
（1）集中补偿：在高低压配电线路中安装并联电容器组；
（2）分组补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器；
（3）单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器等。
加装无功补偿设备，不仅可使功率消耗小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。
确定无功补偿容量时，应注意以下两点：
（1）在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的；
（2）功率因数越高，每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿。
就三种补偿方式而言，无功就地补偿克服了集中补偿和分组补偿的缺点，是一种较为完善的补偿方式：
（1）因电容器与电动机直接并联，同时投入或停用，可使无功不倒流，保证用户功率因数始终处于滞后状态，既有利于用户，也有利于电网。
（2）有利于降低电动机起动电流，减少接触器的火花，提高控制电器工作的可靠性，延长电动机与控制设备的使用寿命。
但无功就地补偿也有其缺点：
虽然无功就地补偿区域最大，效果也好，但它总的电容器安装容量比其它两种方式要大，电容器利用率也低，所以不能全面取代高压集中补偿和低压分组补偿。相反，高压集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小，利用率也高，且能补偿变压器自身的无功损耗。综上，这三种补偿方式各有应用范围，应结合实际确定使用场合，各司其职。
回到刚才的案例中，假设客户要求“电容柜安装于低压配电室”，则我们可以选择集中补偿的方式。
电工都该知道的低压无功补偿电容器常识讲解 3. 选择电容器组的控制方式
（1）电容补偿容量≤ 15% Sn（变压器容量），可以采用定值补偿：无需调节，连接一个定值电容器组即可；
（2）电容补偿容量> 15% Sn （变压器容量），可采用自动调节补偿：电容器分多步投切，达到所需要求。
回到刚才的案例中，变压器容量为800kVA，我们计算的最小补偿容量QC=200Kvar，200/800=25%，则我们应该选择自动调节补偿。
4.选择合适电容器（根据工作环境和谐波影响）
（1） 工作环境 ：环境温度/湿度、平均寿命/年投切次数 、过电流/电压扰动……
（2）谐波影响:谐波轻微污染场所、谐波中度污染场所、谐波严重污染场所……
（3）考虑工作环境:工作环境对电容器的寿命有很大影响，选择电容器时要遵循一些参数，比如环境温度 (ºC)、需要考虑过电流、相关的电压扰动，包括最大的持续过电压值、每年最多的切换运行次数、平均寿命的需求等。
（4）考虑谐波：根据不同的强度推荐不同的方案，比如标准型电容器：纯电容方案，适用于轻、中度谐波污染环境；调谐型电容器：与调谐电抗器配合使用，适用于重度谐波污染环境(大量非线性负载)。电抗器是必要的，以限制谐波电流循环，同时避免共振；调谐滤波器：当网络中主要都是非线性负载时，要求抑制谐波。基于现场网络测量和计算机仿真，需要特殊设计。
05
无功补偿电容器未来的发展趋势
随着时代的发展和电力电容技术的进步，传统的无功补偿装置落后的控制器技术和落后的机械式接触器或机电一体化开关作为投切电容器的投切技术，已经不能满足广大用电客户的需要，这个时候，新一代的智能电容器应运而生。智能电容器集成了现代测控，电力电子，网络通讯，自动化控制，电力电容器等先进技术。改变了传统无功补偿装置体积庞大和笨重的结构模式，集各种控制功能于一体，从而使新一代低压无功补偿设备具有补偿效果更好，体积更小，功耗更低，节约成本更多，使用更加灵活，维护更加方便，使用寿命更长，可靠性更高，适应了现代电网对无功补偿的更高要求。 |
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