无功补偿在工业中应用的重要性_电容器_中国百科网
无功补偿在工业中应用的重要性
    &　　摘 要：用电设备的功率因数，直接影响到供电质量和供电安全。通过长期工作经验之累计进行技术改进，可使低于标准要求的功率因数达标，实现节能降耗之目的。本文分析了无功补偿的作用和补偿容量的选择方法，着重论述了低压电网负荷无功补偿容量的配置。结合应用实例说明采用无功补偿技术，提高低压电网和用电设备的功率因数，已成为节能降耗、提高经济效益的一项重要措施。
　　关键词：无功补偿 电容器 供电质量
　　一、前言
　　无功补偿，这个概念早为人知，它就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，节能降耗，改善电网电压质量。从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤其低压配电网所占比重最大。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备一般应按照&分级补偿，就地平衡，合理布局&的原则来进行配置。供电公司，一般要求企业功率因数不能低于0.9，低了罚电费数，高了可以减免，当然减免的比率远远小于罚款的比率，所以无功如果不补偿，那么视在功率会很高，电流会很大，输出电压会降低，这样就会产生一是变压器资源浪费，占用很高功率而实际只使用其中一部分;二是过大的电流会造成电能在输电线路上的损耗变大，甚至线路经常会出现事故。从这点看如果是企业补偿无功就可以节能降耗提高经济效益。
　　二、电容器补偿的意义
　　工业中低压用户常见的无功补偿设备大都是采用并联电容器来进行的。配电网的无功补偿与调整电压有密切的关系，现实中用电电器多为电磁结构，需要大量的励磁功率，致使负载端的功率因数均为滞相且较低。一般约为0.7左右。励磁功率就是滞相的无功功率在配电网中活动，不仅占用配电网的容量，造成了电能损耗，而且还导致了供电电压的降低。无功补偿也叫相位补偿，就是以无功补偿设备(就是并联电容器)通常采用集中补偿式，即接在变电站的低压母线上，其主要作用是补偿系统的无功功率，提高功率因数，从而降低电能损耗、提高电压质量和设备利用率。常与有载调压变压器配合使用。中国对大部分用户补偿后的功率因数要求是低压不得低于0.85，高压不得低于0.9。
　　对于高压计量，低压侧安装了无功补偿装置。尽管控制器显示功率因数0.98附近，但功率因数是视在瞬间负载的功率因数，并不包括无功变损电度在内，如用电量过小，通过计算，功率因数显示偏低较多，只有在用电量达到变压器容量一半以上，功率因数才有可能在0.9附近。高压计量，低压侧无功补偿计算公式是：COS&P=1/&￣1+(Q/P)2，Q指无功电量，P指有功电量。
　　无功补偿的对象主要是用于大于10KW以上的小工业用户，补偿的方法也以随机补偿为主，实现无功就地平衡。从补偿数目来讲，理论上讲可以考虑按现有动力设备容量的1:1～1：1.2来进行就地补偿。在计算负荷容量时还要考虑到单台设备容量大小来进行分组配置，当单台容量较小时，则单台电容容量相应的药配置小点，否则会有补过之现象，同样有无功损耗且消耗了有功。那么就可以考虑小容量电容器(如2～10kvar)等公道进行分组配置或者按现有动力设备容量1:0.6～1:0.8来进行补偿以避免造成过补偿。从补偿效果来看，通过补偿后的动力负荷电流会立即下降1/3以上，有些甚至会下降一半的电流，输出电压也同时会上升10%～20%，对于输出线路很长的来说，线损还可以降低2%～4%，供电质量明显提高，经济利益十分显著!
　　三、电容器补偿的作用
　　因为感性负载会使电网中的一部分电能电流超前电压90度，产生无功。这部分无功功率不能被消耗，在电网中产生大电流造成电网过负荷，产生严重的后果，所以我们采用电容进行移相做为补偿。电容器又分为串联电容器和并联电容器这两种配置方式。
　　首先讲串联电容器就是将串联电容器串接在线路中有哪些作用：
　　(1) 提高线路末端电压。串接在线路中的电容器，利用其容抗xc补偿线路的感抗xl，使线路的电压降落减少，从而提高线路末端(受电端)的电压，一般可将线路末端电压最大可提高10%～20%。
　　(2) 降低受电端电压波动。当线路受电端接有变化很大的冲击负荷(如电弧炉、电焊机、电气轨道等)时，串联电容器能消除电压的剧烈波动。这是因为串联电容器在线路中对电压降落的补偿作用是随通过电容器的负荷而变化的，具有随负荷的变化而瞬时调节的性能，能自动维持负荷端(受电端)的电压值。
　　(3) 提高线路输电能力。由于线路串入了电容器的补偿电抗xc，线路的电压降落和功率损耗减少，相应地提高了线路的输送容量。
　　(4) 改善了系统潮流分布。在闭合网络中的某些线路上串接一些电容器，部分地改变了线路电抗，使电流按指定的线路流动，以达到功率经济分布的目的。
　　(5) 提高系统的稳定性。线路串入电容器后，提高了线路的输电能力，这本身就提高了系统的静稳定。当线路故障被部分切除时(如双回路被切除一回、但回路单相接地切除一相)，系统等效电抗急剧增加，此时，将串联电容器进行强行补偿，即短时强行改变电容器串、并联数量，临时增加容抗xc，使系统总的等效电抗减少，提高了输送的极限功率(Pmax=U1U2/xl-xc)，从而提高系统的动稳定。
　　其次讲并联电容器的作用： 并联电容器并联在系统的母线上，类似于系统母线上的一个容性负荷，它吸收系统的容性无功功率，这就相当于并联电容器向系统发出感性无功。因此，并联电容器能向系统提供感性无功功率，系统运行的功率因数，提高受电端母线的电压水平，同时，它减少了线路上感性无功的输送，减少了电压和功率损耗，因而提高了线路的输电能力。
　　四、电容器补偿的允许运行方式：
　　电容器的正常运行状态是指在额定条件下，在额定参数允许的范围内，电容器能连续运行，且无任何异常现象。
　　首先讲电容器补偿装置运行的基本要求
　　(1) 三相电容器各相的容量应相等;
　　(2) 电容器应在额定电压和额定电流下运行，其变化应在允许范围内;
　　(3) 电容器室内应保持通风良好，运行温度不超过允许值;
　　(4) 电容器不可带残留电荷合闸，如在运行中发生掉闸，拉闸或合闸一次未成，必须经过充分放电后，方可合闸;对有放电电压互感器的电容器，可在断开5min后进行合闸。运行中投切电容器组的间隔时间为15min。
　　其次讲电容器的允许运行方式
　　(1) 允许运行电压 并联电容器装置应在额定电压下运行，一般不宜超过额定电压的1.05倍，最高运行电压不用超过额定电压的1.1倍。母线超过1.1倍额定电压时，电容器应停用。
　　(2) 允许运行电流 正常运行时，电容器应在额定电流下运行，最大运行电流不得超过额定电流的1.3倍，三相电流差不超过5%。
　　(3) 允许运行温度 正常运行时，其周围额定环境温度为+40℃～-25℃，电容器的外壳温度应不超过55℃。电力电容器分为串联电容器和并联电容器，它们都改善电力系统的电压质量和提高输电线路的输电能力，是电力系统的重要设备。
　　四、无功补偿的实例应用
　　例如：250KVA变压器，高压计量，低压侧安装了无功补偿装置。控制器显示功率因数0.93(设定值)左右，可通过计算(有功、无功表)功率因数却在0.70-0.80左右。在负载完全切除后，控制器显示欠流，可以选择不做补偿。如果控制器显示功率因数0.93(设定值)，就是设定的瞬时功率因数值是0.93。通常如果通过抄算有功和无功电能表，计算出的功率因数就会不一样了，因为它是整个供电系统的平均功率因数;这个原因就是控制器的采样CT是在低压总进线侧(多数放在这个位置)，如果补偿到0.93甚至到0.99，也就是只补偿到了变压器的二次侧，变压器自身的无功没有统计补偿在内;当一个企业不能满负荷且只能单班生产时，此时的变压器负荷率就较小，空载运行时间也较长。空载时虽然无功补偿装置投不上，但变压器却在工作，其无功功率相对是比较大的，时间一长，就将整体功率因数拉下来了;因此出现这种情况时最好是建议选用可变容量变压器，在负荷小时调整成小容量，那样不仅可以提高功率因数，也能大大降低变压器的损耗。但如果不更换变压器，就建议可以在全厂下班，负荷全停时，将控制器改成手动，只投入一组电容器(需要试着来)，只要补到无功电能表不转或转的最慢为好。但千万不要过补了，那样反而会增加有功功率(导致电压升高)，由此就产生了副作用。
　　电力变压器所带的负载，基本上是电感性的，即有许多电动机，因此变压器的负荷电流中就含有相当比例的落后于电压90度的电感性的电流，或电感性的无功功率，这表现为功率因数cos&比1小得多，比如0.6～0.8。如果在变压器的输出端接上静电电容器，它需要超前于电压90度的电容性电流，或电容性的无功功率，这样就抵消掉一部分电感性的电流，或电感性的无功功率，如果接的电容足够多，就可以把电感性的电流或无功功率基本上抵消掉，表现为功率因数大大提高了，接近于1.0，变压器输出的电流就下降了，这时，第一，它就可以带更多的负载，或者可以用比较小的变压器了，具有节电节能的经济意义。第二，变压器内阻抗上的电压降小了，损耗小了，变压器输出的电压得到了提高，有利于动力设备和照明灯具的运行。第三，它减少了变压器一次的电流和无功功率，因而减少了电网的损耗，增加了电网的带负荷能力。它没有旋转部分，投入与断开方便，维护容易，因此，静电电容器被广泛地使用于变配电所中。
　　静电电容器的主要参数有：标称容量的单位为千乏kva，电容量单位为微法 &F，还有额定电压千伏kV，频率赫兹Hz，以及相数 单相还是三相，等等。二、在电感和电容并联的电路中，当电容的大小恰恰使电路中的电压与电流同相位，即电源电能全部为电阻消耗，成为电阻电路时，叫作并联谐振。并联谐振是一种完全的补偿，电源无需提供无功功率，只提供电阻所需要的有功功率。谐振时，电路的总电流最小，而支路的电流往往大于电路的总电流，因此，并联谐振也称为电流谐振。发生并联谐振时，在电感和电容元件中流过很大的电流，因此会造成电路的熔断器熔断或烧毁电气设备的事故;但在无线电工程中往往用来选择信号和消除干扰。
　　五、无功补偿的效益
　　在现代用电企业中，在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中，以致电网传输功率除有功功率外，还需无功功率。如自然平均功率因数在0.70～0.85之间。企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因数提高到0.95左右，则无功消耗只占有功消耗的30%左右。由于减少了电网无功功率的输入，会给用电企业带来效益。
　　1、节省企业电费开支。提高功率因数对企业的直接经济效益是明显的，因为国家电价制度中，从合理利用有限电能出发，对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值，低于规定的数值，需要多收电费，高于规定数值，可相应地减少电费。可见，提高功率因数对企业有着重要的经济意义。
　　2、提高设备的利用率。对于原有供电设备来讲，在同样有功功率下，因功率因数的提高，负荷电流减少，因此向负荷传送功率所经过的变压器、开关和导线等供配电设备都增加了功率储备，从而满足了负荷增长的需要;如果原网络已趋于过载，由于功率因数的提高，输送无功电流的减少，使系统不致于过载运行，从而发挥原有设备的潜力;对尚处于设计阶段的新建企业来说则能降低设备容量，减少投资费用，在一定条件下，改善后的功率因数可以使所选变压器容量降低。因此，使用无功补偿不但减少初次投资费用，而且减少了运行后的基本电费。
　　3、降低系统的能耗。补偿前后线路传送的有功功率不变，P= IUCOS&，由于COS&提高，补偿后的电压U2稍大于补偿前电压U1,为分析问题方便，可认为U2&U1从而导出I1COS&1=I2COS&2。即I1/I2= COS&2/ COS&1,这样线损 P减少的百分数为：&DP%= (1-I22/I12)&100%=(1- COS2&1/ COS2&2) & 100%当功率因数从0.70～0.85提高到0.95时，由(2)式可求得有功损耗将降低20%～45%。
　　4、改善电压质量。以线路末端只有一个集中负荷为例，假设线路电阻和电抗为R、X,有功和无功为P、Q,则电压损失&DU为：△U=(PR+QX)/Ue&10-3(KV) 两部分损失：PR/ Ue&输送有功负荷P产生的;QX/Ue&输送无功负荷Q产生的;配电线路：X=(2~4)R，△U大部分为输送无功负荷Q产生的，变压器：X=(5~10)R QX/Ue=(5~10) PR/ Ue 变压器△U几乎全为输送无功负荷Q产生的，可以看出，若减少无功功率Q,则有利于线路末端电压的稳定，有利于大电动机的起动。因此，无功补偿能改善电压质量(一般电压稳定不宜超过3%)。但是如果只追求改善电压质量来装设电容器是很不经济的，对于无功补偿应用的主要目的是改善功率因数，减少线损，调压只是一个辅助作用。
　　5、三相异步电动机通过就地补偿后，由于电流的下降，功率因数的提高，从而增加了变压器的容量，计算公式如下：△S=P/ COS&1&[( COS& 2/ COS&1)-1]如一台额定功率为155KW水泵的电机，补前功率因数为0.857，补偿后功率因数为0.967，根据上面公式计算其增容量为：(155&0.857) &[(0.967 &0.857)-1]=24KVA、由于电流减少，变压器的铜损及公司内部的低压损耗都降低。配电系统电流下降率△I%=(1-0.87/0.98)&100%=11%;配电系统损耗下降率 △P%=(1-0.872/0.982)&100%=21%
　　六、 结论
　　文中集中探讨了无功补偿技术对用电单位的低压配电网的影响以及提高功率因数所带来的经济效益和社会效益，介绍了影响功率因数的主要因素和提高功率因数的方法，讨论了如何确定无功功率的补偿容量，阐述了无功补偿在工业应用中的重要性，确保补偿技术经济、合理、安全可靠，达到节能降耗之目的。
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电容器投切对无功补偿的影响
在电路中接入可以为设备提供无功功率，。&由于我们的设备不可能是纯容性或纯感性的，且设备运行的状态也是不可预知的，如开、关机，或开机时不同工作状态所需要的无功功率都不相同。&当补偿器提供的无功功率大于设备所需时，也会对电网造成极大影响。所以我们需要适时的调整无功功率的补偿来匹配设备所需的无功功率，即电容组投切方式。1&无功在供电系统中的影响1）接在电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的，我们最常见的变压器就是通过磁场才能改变电压并且将能量送出去，电动机才能转动并带动机械负荷。&在交流电网中接通时，在一个周期内的，上半周期的充电功率和下半周期的放电功率相等，不消耗能量，这种充放电功率叫做容性无功功率。2）无功功率增大，即供电系统的功率因数降低将会引起：（1）增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能损耗。&若设备的功率因数降低，在保证输送同样的有功功率时，无功功率就要增加，这样势必就要在输电线路中传输更大的电流，使得此输电线路上有功功率损耗和电能损耗增大。（2）系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件，如变压器、电气设备、导线等容量增大，从而使用户的起动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。（3）功率因数过低还将使线路的电压损耗增大，结果负荷端的电压就要下降，甚至会低于允许偏移值，从而严重影响异步电动机及其它用电设备的正常运行。&特别在用电高峰季节，功率因数太低会出现大面积地区的电压偏低，将给油田的生产造成很大的损失。（4）使电力系统内的电气设备容量不能充分利用，因为发电机或变压器都有一定的额定电压、额定电流和额定容量，在正常情况下，这些参数是不容许超过的，若功率因数降低，则有功出力也将随之降低，使设备容量不能得到充分利用。2&减少无功，提高功率因数的方法2．1&提高自然功率因数自然功率因数是指未装设任何补偿装臵的实际功率因数。提高自然功率因数，采用科学措施减少用电设备的无功功率的需要量，使供配电系统总功率因数提高。①合理选择用电设备的规格、型号；②防止用电设备轻载运行；③保证用电设备的维修质量；④合理选择变压器的型号、容量。2．2&人工补偿提高功率因数、并联电抗器、串联电容器、、同步补偿器、TCR、TSC、SR&等，目前，在油田变电站中，提高自然功率因数，减少无功，可能性不大，是因为变电站建站初期，设备的选型、设计决定了自然功率因数的提高。&而人工提高功率因数，在不增加投资的情况下，并联电容器是应用最直接、最明显的无功补偿技术方式，也是油田变电站现有条件下，能够做到的。3&并联电容器补偿并联电容器是目前国内外应用最为广泛的无功功率补偿装臵，其优点是&投资省运行经济&结构简单&维护方便&容量可以任意选择适应性强并联电容器提高功率因数的原理在电力系统中感应电动机约占全部负荷的&50%以上&在的用户中存在着大量无功源如轧钢机&电弧炉&电气化铁道等&因此总电流&I&将滞后电压一个角度&如果将并联电容器与负载并联&则电容器的电流&IC&将抵消掉一部分电感流&IL&使总电流减小，功率因数提高，这就是并联补偿的原理。并联电容器补偿无功不仅减小了网络的有功损耗，还提高了电网的传送能力和负荷侧的功率因数。&在负荷侧安装并联电容器，不仅能改变网络中的无功分布，提高负荷侧的功率因数，还可以达到调压的目的。3．2&补偿容量和电容器台数的确定Qcc=P（tg准1-tg准2）式中，Qcc&为补偿容量；P&为平均有功负荷，P=αPc&或&Wα&/&t&，Pc&为负荷计算得到的有功计算负荷，α&为有功负荷系数，Wα&为时间&t&内消耗的电能；tg准1&为补偿前平均功率因数角的正切值；tg准2&为补偿后平均功率因数角的正切值。3．3&并联电容器组的接线并联电容器的接线一般可分为△形和&Y&形。&△形不受三相电容器容抗不平衡的影响，可补偿不平衡负荷。&但当电容器等发生短路事故时，短路电流大，可选用的继电保护方式少。&采用&Y&形接线时，不仅设备故障时短路电流较小，继电保护构成也方便，而且设备布臵清晰，但对&3n&次谐波没有通路，故广泛用于&6kV&及以上并联电容器组。4&电容器补偿的投切方式4．1&变电站常规开关投切电容器采用开关投切的无功补偿，不能根据无功需求的变化进行自动补偿，导致低谷时段电压偏高电容器无法投入运行，造成较大线损。4．2&补偿装臵动态投切实现对电力系统电压和无功补偿的动态控制、有以下意义：（1）维持监视点的电压水平；（2）实现系统中无功的最优分配，保证系统的安全经济运行；（3）提高系统的稳定性。采用模拟量或微电脑功率因数检测，通过中间继电器（或固态继电器）接通断路器，控制投入或切除。&但存在的很多问题：（1）会产生很大的合闸涌流和电压闪变，甚至引起系统振荡；（2）断开弧光大；（3）补偿电容器及接触器易损坏，一年后&90%以上不好用。4．3&无功自动调节装置采用特殊的自耦调压器通过调节电容器两端电压来改变无功出力，满足系统对容性无功的要求，达到提高功率因数减少线损的目的。由电压调节器、微机控制器、电容器三部分组成。而它的微机控制器是将主变高压侧电流电压按九区图有理分析判断，发出指令自动调节电容器端电压和主变分接开关使功率因数及电压都在合格范围内，并且能够解决低谷时段电压偏高电容器无法投入的问题。和其他电容器无功补偿投切方式相比有以下优点：（1）电容器固定接入不分组投切即或有九档输出，容量从&100%-36%额定无功容量。（2）调切过程无过电压和涌流可保证电容器和系统安全运行。（3）可保证电容器运行在额定电压以下延长电容器使用寿命。中区供电公司&110kV&辛四变&6kVⅡ段母线采用无功自动调节装置，在电容前串入电压调节器，电压调节范围&60%-100%额定电压，容量为&2000kVar，电压等级为&6kV。经过现场运行表明：（1）采用无功自动调节装臵可有效地提高变电站的功率因数，达到&0.93&以上2&在满足提高功率因数的基础上&也能有效地提高网压水平&降低变压器功率损失和网损&增加了供电系统的输出能力.结论是电力系统无功补偿的手段&运行中并联电容器的容性电流抵消感性电流&使传输元件如变压器&线路中的无功功率响应减少&因而&不仅降低了由于无功的流向而引起的有功损耗&还减少了电压损耗&提高了功率因数&所以投切并联电容器进行各级电网的无功补偿是电力系统最广泛的应用方法&.
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本贴最近在“易筑”微信走红！其实此贴去年作者（fitman）就发在论坛的，只是帖子下沉了，好多朋友没有找到，为了更方便大家查看，今天米兰整理一下，分享在论坛！
向（fitman）提问，请进入：
09:13 上传
本人从事这种行业已经十多年，发现论坛中关心、电容器、谐波等问题的朋友们还是比较多的。最近比较空闲，决定开贴与大家一起探讨相关问题。为加强与大家的探讨，不定期写一些小短文，欢迎大家讨论：
1、关于电容无功补偿装置输出容量计算的探讨电容无功补偿装置输出容量的计算对很多刚接触这行业的同志来说有点混乱。本人把自己的一点心得写下来，希望对大家有点帮助。
为方便分析，设定装置运行在理想的额定电压下，不考虑系统电压波动或谐波等干扰。
Q：装置的无功输出量；
Qc：电容器的无功输出量；
Qcn：装置的电容器额定容量；
Ql:串联的无功输出量;
Un:装置的额定电压；
Ucn：电容器的额定电压；
Uc：电容器的运行电压；
K：电抗器与是容器的阻抗比率。
1、装置没有串接电抗器或只有很小的限涌流电抗器。
明显可知Q=Qc=Qcn；Un=Uc,没必要讨论。
2、装置接有抑制谐波的串联电抗器，比率为K。
Uc=Un/(1-K)_____电容器的运行电压在串联电抗器后提高了，
Qc=Qcn/(1-K)∧2
以K=6%计算
Uc=1.064Un
Qc=1.13Qcn
Ql=0.06Qcn
通过计算可知，当串接电抗器后，如果其它参数不变的情况下，装置的无功输出容量是增了（数值上大概就是增加了是电抗器的容量）。正是由于上述计算的原因，很多设计人员就认为加了电抗器就相当于加了容量，可以减点电容器了。
实际上述计算虽然正确，但在设计是不可以这样运用的。观察上述计算过程，你会发现电容器的运行电压比额定电压提高了，这相当于使电容器过负荷运行而多出力，这会损坏电容器的，因此在设计时我们应提高电容器的额定电压，因此实际计算如下(6%电抗)：
Ucn= Un/(1-K)=Uc
Q=Qc-Ql=0.94Qcn
结论：当电容无功补偿装置中有抑制谐滤电抗器时，电容器的额定电压要相应提高，装置容量输出相应减少。工程上简易公式：串多大比率的电抗器，电容器额定电压提高相应比率而装置输出减少相应比率。
2、也来谈谈什么是无功？什么是无功，一个书本上应该写得明明白白的概念，但总有多人提出这个疑问，而回答的也各式各样，概念非常混乱，甚至很多书上也给出了误导的解悉。下面谈谈个人的体会。
1、什么是无功？ 这里有个误区，我们所说的无功实际是无功功率的口语说法。这个概念很多人都知到，但也迷惑了很多人，从而产生了很多无功就是无用的功的说法，令人越想越不明白。因此我们首先建立无功是指无功功率。
2、那到底无功功率是什么？先看看标准上给出的定义：无功功率Q=S*sinθ,其中S为视在功率，θ是电流与电压的相位差；或者Q=√S∧2-P∧2 (真的不知如何打公式，不过相信大家看得明白），P为有功功率。如果三角函数还没全忘记的朋友应明白S、P、Q的关系就是三角函数中两条直角边与斜边的关系了，放坐标系中P在x轴，Q在y轴，S就他俩合成的斜边，θ就是S与P的夹角。要想明白无功补偿的原理，脑里一定要想象出这个坐标系，也就是当三个元素分别变化时图形是如何变化的。
3、那到底无功功率的物理意义是什么？上面所谈的只是无功功率的数学定义。要说清楚他的物理意义，先要从什么是做功开始。从能量守恒原理可知，电路中所做的功实际是指负荷把电能转化为其他的能量。如把电能转化为热能、光能、机械能、化学能等，产生这些作用的元件我们称为电阻元件。电能通过这类元件，能量就传到电路系统外面了，习惯上称为元件吸收能量，而元件吸收能量的快慢就用功率这个概念，这种电阻元件所产生的功率就是我们所说的有功功率（电能让他们转走了，确实有做功）。但另外有一些元件，如电抗器，电容器，他们在电路中也转换电能，但只在一个频率周期的一半时间转走电能，而另外一半时间又把电能转回来。电抗器在一个频率周期中两次把电能转化为磁能，而在同一周期内又两次把磁能转回电能。电容器也类似，一个频率周期中两次把电能转化为静电能（电能的储存），而在同一周期内又两次把静电能转回电能（电能的释放）。这类元件不断地从电路中吸收能量，但又把能量放回来，因此在一个频率周期上看，电路系统中的能量没有被转走，没有做功，如果作数学推导，确实可以得到P=0（具体推导请参考教材）。但是这种能量的交换虽然对于元件本身没有做功，但他对电路的其他元件是有影响的，特别是当这个交换的速度变得很大时，作用更明显，为了考察这种现象，科学家强行给出了无功功率这个名称，他就是指上述元件的能量交换速率（有功功率是能量转换）。在数学意议上实际是把功率的负半周期强加上了绝对号。最后还要说说的是视在功率S，其实视在功率也不是真正的意义上的功率，与无功功率一样，是科学家为考察电路现象而定义的一个概念，即元件端电压的方均根值与流过电流的方均根值的乘积（实际就是电流表上的电流读数与电压表上电压读数的乘积）。
无功功率是元件在电路中能量交换的速度，而有功功率是元件在电路中能量转换的速度，而视在功率是无功功率与有功功率的三角合成。三者的数理关系表现为Q=Q=√S∧2-P∧2&&。
注：上述分析是以正弦交流电路为，没有特别说明的元件均指理想元件。
3、关于无功概念的浅析。
7年前写的东东由于部分同志对无功的概念较为混乱，现试对其作出浅析，希望对大家有帮助。大家应建立一个概念，无功并不会被消耗，只会被补偿、平衡。 首先，大家应了解为什么要定义无功。无功是无功类设备（电感、电抗）与电网进行能量交换的速率。应强调的是交换的速率，而不是交换过程中的损耗，即在交换过程中由于漏磁、介质损耗等能量的损失并不属于无功，这些是因无功过程中引起的有功损耗。 再明白点说明无功的定义及与有功的分别。电网中存在电能，当电流通过负荷时，会产生机械运动、光、热能等其它能量的表现。这实际上电能转换成机械能、光成与热能等。这种转换速率我们称为有功，转换的结果就是电能的消耗，其主要特征是当电能通过负荷转换成其它型式的能量后，并不能立刻变回电能（一个周期内）。而有些特殊的设备（如电抗器、电容器），当电流流过它们时，在半个周期内，电能会转变成磁能或场能等形式，但在后半个周期内，这些能量会转变回电能并反送回电网，因此从整个周期来看，设备没有从电网中吸收任何电能，只是不断的作能量交换（是交换而不是转变）；为计算交换的速率，因此定义无功这个概念，这类设备就是无功负荷。虽要说明的是，实际上是没有纯无功负荷的，实际的无功设备在能量交换时一定有能量的损耗（如漏磁、介质损耗等），这部分丢失的损耗不能算入无功，这是因无功作用而产生的有功损耗。同理有些人把设备产生的不是需要的热能等能量损失称为无功是不对的，这是无用功，而不是无功，因其不能转回电能。 有些人可能会问，无功既然只是无能量交换，没有能量消耗（确切的说是转变为其它形式的能量），那为什么我们还要那么重视无功呢？下面用一个例子说明：电厂发电，煤送入工厂，会被消耗（相当于有功），工人每天上下班，在工厂进出，人数并不减小（相当于无功）。工人虽然不会损耗，但工人上下班必然占用，影响煤的输送（为了说明问题，只好认为他们是用同一道路的），这就相当于无功影响了设备的输电效率。同时，工人在上下班的过程中必然对路面产生损坏，路程越长则维护费用越大（这相当于无功引起的线路损耗，属有功）；为减小这个损耗，厂区内最好就建有工人住房（这相当于无功就地补偿、平衡）。 总结：无功是能量交换的速率，本身并不产生损耗。我们常说的无用功损耗能等，实际上很多是属于有功，因为它是把电能转为热能或机械能等。但无功负荷在能量交换过程中必然带来有功损耗，而且负荷与电源的距离越远则损耗越大，并且会占用大量的线路输送能力；为了减小这方面的损失，我们就要在无功负荷设备的旁边加装反性质的无功负荷，使其互相进行能量交换，减小对电源的依赖，达到提高线路输送能力及减小线损的目的。
以上是本人的一些对无功的观点，欢迎大家指正。 居然在某论坛找到了自己7年前写的东东（当年的资料全没有了），现在看来还是觉得有点意思，就贴过来让大家参考一下。好象写得更明白些，但当时没有强调无功是功率这个概念，确实不应该。
4、浅析补偿装置引起谐振的现象。要很好地分析谐波对电容器的影响，必须深入了解发生谐振的原因及现象，现分析如下：
1、如果系统中感抗与容抗在某种谐波频率下模值相等，就发生谐振了。具体到补偿装置方面的谐振一般有两种。
其一、与系统发生谐振，这种是并联谐振，有相当大的破坏力。特别是高压系统由于短路容量很大，这种现象基本要绝对禁止。
其二、补偿支路中的电抗器与电容器在某次谐波下发生谐振，这种是串联谐振，其结果是把系统中该次谐波的都引入到该支路中去（强调的是全引入的只是该次的谐波电流。基波和其他谐波电流还是按阻抗分配原则部分进入）。当这个谐波电流过大时会损坏电容器，也要禁止。
2、关于谐振破坏力的说明：
其一、并联谐振因破坏力大，高压补偿时一定要验算避开。有厂家把低压补偿的分组自动投切直接用在高压系统中是危险的。低压补偿现在都是多路自动投切，系统的参数变化也大，一般没法做可靠的验算。幸好并联谐振的现象就算时有发生。但由于低压系统短路容量少，也就是系统中本身存在的电阻，能有效减少谐振的影响，因此就算发生谐振，电流电压的变化幅度也是有限的，多表现为跳一两个开关、或烧断几跟熔丝或损坏一两个电容器而破坏谐振点就停止了。
其二、电容器支路本身的串联谐振。表现为引入了系统的该次谐波，电容器会有过流现象。但不会出现部分同志所认为的电流无限大的现象。这是因为上面提到系统和支路的电阻作用，另外关键的是谐波源能提供的电流是限的，这也是为何滤波装置就要做成串联谐振的原因。因此，对于3、5、7、11等系统容易出现的谐波，我们要避免支路与其发生谐振，因为你不能确定引入的谐波电流是多少，这可能会令电容器因过载而损坏。但对于其他象偶次、13次以上的谐波，由于出现的机会很少，而且时间短和幅值不太，就算发生了串联谐振，一下就被电路中的电阻吸叫了，没什么大不了，非特定系统不用考虑（特定系统最常见的是电弧炉、电气火车等）。
总结：我们应重视补偿装置接入系统时引起的谐振现象，但具体问题一定要定性定量地分析，不必要作无谓的恐慌。有兴趣研究谐波对补偿装置影响的朋友，请认真看一看上文再作讨论。
5、工厂柴油发电机组出线端有否必要进行无功集中补偿？ 这个问题最好从电流的角度去理解。发电机发出的电流包含有功电流和无功电流两部份。以供给负荷的有功和无功需求。从能量转换的角度看，有功电流分量是由柴油机提供的，无功电流是由励磁电流调节，理论上不消耗能量。因此有同志得出在发电机出线端进行无功补偿是无意义的。但实际问题要实际分析：
进行补偿的优点：1、减少发电机的损耗。补偿后输出电流下降，发电机绕组中电流减少，因此发电机本身的有功损耗减少。这也就是我们要记住的，无功不会产生有功损耗，但无功（电流）的传送会产生有功损耗。
2、增加发电机的带负荷能力。很多人认为有功是由柴油机决定的，无功补偿不能增加发电机的输出，确实是这样。但必须知到，发电机的输出除受柴油机限制外，还受输出电流的限制（绕组的耐受电流是有限的）。当无功电流过大，必然影响有功电流的输出，这个现象在机加工工厂、制衣厂等工厂常遇到。
进行补偿的缺点：1、补偿装置本身是有有功损耗的，这点刚好与上面第一个优点相抵。2、补偿装置是有成本的。因此必须考虑成本与产生的效益。
因此是否进行补偿主要考虑下面的问题：1、中已有补偿装置，那在发电时就投入吧。但注意装置的电流检测互感器是否在发电时的供电回路上，否则要加转换装置。
2、如果原来没有补偿装置或补偿装置没法补偿发电的供电回路，那就要考虑是否加装了。原则上发电机组经常使用，并且不满足全设备生产的（相当一部份工厂都是如此），那就加装吧。至于很少用到的应急发电机，一般就没必要加装了，但发电机容量偏少而设备又不能停产的，那加装无功补偿还是有必要的。
6、图形说明不同负荷的电流、电压、有功、无功的关系
不同性质电路的P、I、V的关系下面几个图是不同负荷所产的V、I、P的关系图：1、纯电阻电路：I与V同相。P功率全为正，电阻从电网吸收电能，其均值就是有功功率。
2、纯电感电路：I滞后V90度。P功率前半周为负，后半周为正，一周期内均值为零，即电感在一周期内吸收与放出的电能合值为零。为计量这现象，把负功率取正后计算其均值，这就是无功功率。
3、纯电容电路：I超前V90度。P功率情况与电感的一样，但他的前半周为正，后半周为负，与电感刚好相反。也就是说当电感吸收电能时他放出，电感放出电能时他吸收，具有互补性，这就是无功补偿的原理。
4、电阻与电容的混合电路：I超前V。P功率有正有负，但正比负的面积大，他们的均值就是电路中电阻的有功功率；把负功率取正后再计均值则得到视在功率。
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1.有功的电压、电流、功率关系数图
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2.纯电感电路的VIP关系图
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3.纯电容电路的电压、电流、功率关系数图
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4.相位超前45度，电压、电流、功率关系数图
7、补偿或滤波装置一次元件的额定电流选择原则。补偿或滤波装置必须以电容器的额定电流为依据选择其他一次元件的额定电流！这个可是原则性的问题。
以上面的10台450V，30kvar电容器组为例：1、单台电容器的额定电流是In=30*1000/(√3*450)=38.5A,在理想的低压系统运行时的工作电流是I=38.5*400/450=34.3A;
2、大家可能会觉得既然运行电流是34.3A，那其他元件当然是以此为依据，乘上系数来选取。但这是不对的，原则上错了。
1）我们为什么要用450V，30kvar的电容器而不用400V，23.7kvar的电容器（在理想低压系统中两者是等效的）。因为大家都明白，系统不是理想的，特别是过压与谐波都会引起电容器的过压和过流。因此我们为电容器留下了足够的余度，一般我们会在规格中提高额定电压，如上面的400变成450V,并相应提高了千乏数（23.7变成30）；
2）但提高电压的同时，我们实际上也提高了电容器的额定电流（34.3A变成了38.5A）。也就是说电容器能在38.5A电流下可靠运行。想想看，真出现这种情况时，如果其他元件不按这个38.5A电流为选择依据，就会出现电容没坏，而其他元件坏掉了，这也是我们所不能接受的。
3）最后也许有人会说：电容器满额定电流的情况是很少出现的，电容器是要留余量，其他的不用。其实说这句话的实际暗示了是电容器质量一般较差，为他多留点余量。但我们在设计上是不能以此为依据的。合格的电容器能在额定电流（以至到1.3倍）下长期运行。这个参数与其他元件是基本一致的。而其他元件流过的电流与电容器是一样的（也可以说是由电容器所决定），因此必须按电容器的额定电流选择。
4）最后，考虑实际的工程情况，如电容器一般不会长时间全投入（实际如果负荷扩容后会出现的），很多一次元件的实际过载能力比电容器强等原因，我们可以较灵活地选取可靠系数k，但是与之相乘的电流基数一定是电容器的额定电流。
8、已知低压侧负荷容量及功率因数，已知型号，求高压进线处的功率因数？1）由已知条件计算出负荷的有功及无功功率；这个现在谁都会算吧！
2）由查出其短路电阻和电抗，实际由于电阻较少，一般由短路压降算出的阻抗就是电抗；
3）由变压器的电抗值和负荷电流值计算出变压器产生的无功功率（有功就勿略吧）；
4）3中计算的无功功率+负荷的无功功率就是总的无功功率；负荷的有功功率就是总的有功功率；有这个参数，就可算出高压进线处的功率因数了。
原帖链接：
探讨各种无功补偿、电容器、谐波等问题
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学习了。。。。呵呵。。
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感谢楼主共享这么有用的资料
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呵呵，感觉很久以前的事了。大家感兴趣的可以继续提问。
&串联电抗会消耗电容发出的无功&
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工人在上下班的过程中必然对路面产生损坏，路程越长则维护费用越大（这相当于无功引起的线路损耗，属有功。
这相当于无功引起的线路损耗，属有功？这里有点不懂
&无功功率只是能量交换的速率，所以本身不会有能量损耗。但无功功率令线路上的电流变大了，而电流流过的线路是有电阻的，这就间接产生了有功损耗。为减少这个损耗，方法不外以下几种：
1、减少无功功率：提高设备的自&
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无功是能量交换的速率-----学习啦；谢谢！
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我爱喝绿茶 发表于
工人在上下班的过程中必然对路面产生损坏，路程越长则维护费用越大（这相当于无功引起的线路损耗，属有功。 ...
无功功率只是能量交换的速率，所以本身不会有能量损耗。但无功功率令线路上的电流变大了，而电流流过的线路是有电阻的，这就间接产生了有功损耗。为减少这个损耗，方法不外以下几种：
1、减少无功功率：提高设备的自然功率因数；
2、减少无功功率的能量交换距离：就地（集中）补偿；
3、减少线路的电阻：以经济电流密度来选择电缆。
还有一个有点不懂，电抗器是不是就是纯电感的阻抗啊，还是复习注册基础的时候传输线路空载或者轻载的时候为了防止末端电压升高并联电抗器。
还有就是电容回路中串电抗器来消除谐波影响，今天找了找配三手&
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多谢，学习了
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