對於電容器大多數人都有所耳聞，但在之前綴上低壓、無功、補償這些形容詞，可能就會一臉茫然。今天就與大家簡單聊一聊低壓無功補償電容器。
首先我先簡單介紹下什麼是電容器，瞭解的朋友可直接跳過此段內容。
電容器可以簡單的理解為“裝電的容器”，是一種容納電荷的器件，英文名稱為capacitor。如果覺得這個概念有點抽象，可以腦補一下“電池”，電容器和電池有一點像。電容器是電子設備中大量使用的電子元件之一，廣泛應用於電路中的隔直通交，耦合，旁路，濾波，調諧迴路，能量轉換，控制，補償等方面，我們今天重點介紹用作低壓無功補償的電容器。
感興趣的朋友也可以去百度看下更詳細、更專業的定義，德教授這裡就不展開闡述啦！
前方高能，請注意。
接下我們就進入今天的正題——低壓無功補償電容器
01
什麼是有功功率、無功功率、視在功率
1. 有功功率：
在交流電路中，凡是消耗在電阻元件上、功率不可逆轉換的那部分功率（如水泵，把電能轉換為機械能）稱為有功功率，簡稱“有功”，用字母P表示，單位是瓦（W）或千瓦（KW）。它反映了交流電源在電阻元件做功能力的大小，或單位時間內轉變為其它形式能量的電能數值。實際上它是交流電在一個週期內瞬時功率的平均值，故又稱為平均功率。它的大小等於瞬時功率最大值的1/2，就是等於電阻元件兩端電壓有效值與通過電阻元件中電流有效值的乘積。
2. 無功功率：
在具有電感（或電容）的電路里，電感（或電容）在半週期的時間裡把電源的能量變成磁場（或電場）的能量貯存起來，在另外半週期的時間裡又把貯存的磁場（或電場）能量送還給電源。它們只是與電源進行能量交換，並沒有真正消耗能量。我們把與電源交換能量的振幅值叫做無功功率，以字母Q表示，單位為千乏（kvar）。
3. 視在功率：
交流電源所能提供的總功率，稱之為“視在功率”或“表現功率”，在數值上是交流電路中電壓與電流的乘積。視在功率用字母S表示，即S=U×I，單位是伏安（VA）或千伏安（KVA）。它通常用來表示交流電源設備（如變壓器）的容量大小。視在功率既不等於有功功率，也不等於無功功率，但它既包含有功功率又包含無功功率。能否使視在功率為800KVA的變壓器輸出800KW的有功功率，主要取決於負載的功率因數。
有功功率、無功功率、視在功率三者之間的關係可以用功率三角形來表示：
由此推倒出：
由公式可知，在電壓U和電流I一定的情況下，只有提高cosφ功率因數的值，才能提高有功功率P；而由實際工作可知，電源負載是有額定電壓和額定電流的，負載在工作時不允許超過其額定的電壓值Ue和電流值In，所以如果cosφ值低，則會使電源設備的容量得不到充分利用，也會增大輸電線路的功率損耗，降低供電效率。
再舉一個生活中的例子，如下圖中，把視在功率看成是一滿杯的啤酒，在啤酒容量（視在功率）一定的情況下，泡沫（無功功率）越少,喝到的啤酒（有功功率）越多，這就是這三個參數之間的關係。
02
使用無功補償裝置對電網的好處
電網中的電力負荷如電動機、變壓器等，大部分屬於感性負荷，在運行過程中需要向這些設備提供相應的無功功率。在電網中安裝並聯電容器等無功補償設備以後，可以提供感性負載所消耗的無功功率，減少了電網電源向感性負荷提供、由線路輸送的無功功率，由於減少了無功功率在電網中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補償。
如下圖，加裝電容補償裝置前後對比：
電網輸出的功率包括兩部分：一是有功功率；二是無功功率。無功功率的傳輸加重了電網負荷，使電網損耗增加，系統電壓下降，所以需要對其進行就近和就地補償。
無功補償的意義在於：
1. 補償無功功率，可以增加電網中有功功率的比例常數；
2. 減少發、供電設備的設計容量，減少投資：
對新建、改建工程，應充分考慮無功補償，便可以減少設計容量，從而減少投資。
3. 降低線損：
公式：
其中cosφ1為補償前的功率因數，cosφ2為補償後的功率因數
因為cosφ1大於cosφ2,所以功率因數提高後，降低了線損率。
綜上所述，提高功率因數cosφ可以減少發電、供電設備的設計容量、減少投資、降低線損，增加電網中有功功率的輸送比例，這些都直接決定和影響著供電企業的經濟效益。所以，功率因數是考核經濟效益的重要指標，規劃、實施無功補償勢在必行。
03
使用無功補償裝置對用戶的好處
我國《功率因數調整電費辦法》中規定，鑑於電力生產的特點，用戶用電功率因數的高低，對發、供、用電設備的充分利用，節約電能和改善電壓質量有著重要的影響。為了提高用戶的功率因數並保持其均衡，以提高供用電雙方和社會的經濟效益，特制定功率因數調整電費：
1. 功率因數的標準值及其適用範圍：
（1）功率因數標準0.90，適用於160千伏安以上的高壓供電工業用戶（包括社隊工業用戶）、裝有帶負荷調整電壓裝置的高壓供電電力用戶和3200千伏安及以上的高壓供電電力排灌站。
（2）功率因數標準0.85，適用於100千伏安（千瓦）及以上的其他工業用戶（包括社隊工業用戶）、100千伏安（千瓦）及以上的非工業用戶和100千伏安（千瓦）及以上的電力排灌站。
（3）功率因數標準0.80，適用於100千伏安（千瓦）及以上的農業用戶和躉售用戶，但大工業用戶未劃由電業直接管理的躉售用戶，功率因數標準應為0.85。
2.功率因數的計算：
（1）凡實行功率因數調整電費的用戶，應裝設帶有防倒裝置的無功電度表，按用戶每月實用有功電量和無功電量，計算月平均功率因數。
（2）凡裝有無功補償設備且有可能向電網倒送無功電量的用戶，應隨其負荷和電壓變動及時投入或切除部分無功補償設備，電業部門並應在計費計量點加裝帶有防倒裝置的反向無功電度表，按倒送的無功電量與實用的無功電量兩者的絕對值之和，計算月平均功率因數。
（3）根據電網需要，對大用戶實行高峰功率因數考核，加裝記錄高峰時段內有功、無功電量的電度表，據以計算月平均高峰功率因數；對部分用戶還可以試運行高峰、低谷兩個時段分別計算功率因數。
簡言之，如果用戶不加裝無功補償裝置，則負載需要的無功功率就需要由電網來提供，而電力公司當然不會為用戶買單，所以電力公司從收電費的方式上進行管控，電力公司對工業用戶的電費計算方法總結如下：
其中，基本電費由最大需求量決定，電度電費由實際用電量決定，功率因數調整電費則按照平均功率因數徵收或者獎勵。
其中，基本電費由最大需求量決定，電度電費由實際用電量決定，功率因數調整電費則按照平均功率因數徵收或者獎勵。
04
怎樣選擇無功補償方案
根據客戶需求確定一個合理的無功補償方案，一般可以分為以下4個步驟：
計算無功功率安裝容量、選擇補償方式、選擇電容器組的控制方式、選擇合適的電容器補償方案。
1. 計算無功功率安裝容量：
無功功率安裝容量可依據下列數據之一計算：
（1） 功率估算（新建工程）
（2） 電氣賬單
（3） 測量數據
舉一個簡單的例子，假設某客戶需求如下：
系統電壓 400V/50HZ，變壓器容量為800kVA，平均功率因數為感性0.8，有功功率
P=462KW，目標功率因數為0.95以上。如何計算無功補償容量？
方法1：用補償前後的功率因數值查表得到一個係數K，用K乘以有功功率P值確定最小電容器安裝容量，即，
如案例中，客戶負載為462KW，cosφ1=0.8，為了得到cosφ2=0.95，需要安裝一個無功功率等於K乘以P的電容器組，一般大品牌的電容器樣本上都有補償容量計算表，以德力西電氣BSMJs電容器樣本為例，查表可得到如下信息：
所以，無功功率最小安裝容量
根據經驗，我們一般比最小值選大一些，可以選擇補償250Kvar的電容量。
方法一不太方便的地方是，補償容量是基於理論計算出來的精確值，需要隨時查表才行，離開樣本就有點束手無策。
方法2：
其中,cosφ1是補償前的功率因數，cosφ2是你想要達到的功率因數，QC是所需補償的容量(kvar),P是線路總功率（KW），tanφ1是補償前的功率因數角, tanφ2是補償後的功率因數角。
還是我們剛才的例子，cosφ1=0.8，cosφ2=0.95，P=462KW，
則需要補償的容量
方法二同樣是基於理論計算出的精準補償值，它相對於方法一的好處是，單純的數學計算，不需要查表。
方法3：經驗值估算法
以上兩種精準計算補償容量的辦法，都是基於負荷的大小和功率因數來計算的，但大多數時候這些值並不能準確的測量，所以有經驗的工程師一般根據變壓器容量和電動機功率，估算一個大概的補償值。一般如果負載是變壓器的話，大概取變壓器容量的30%進行補償，比如案例中，變壓器容量為800kVA，則需要補償的容量QC=800*30%=240Kvar。一般來說，30%是比較穩妥的經驗值，如果是工業用戶，還可以比30%稍微高一點兒；如果是民用，則30%的值稍微有些偏高了（當然，土豪請忽略），這個時候可以對電容器進行分組，有些電容器作為備用暫不投入使用就可以啦。
以補償240Kvar的容量為例，可以分為：30Kvar×6組=180Kvar，20Kvar×3組=60Kvar，合計240Kvar。
如果負載是電動機，則可以參照QC=0.9×額定電壓×空載電流×
進行補償容量的選擇。
2. 確定電容器的安裝位置，確定補償方式
電容補償的常用方式分為以下幾種，每種補償方式都有各自的優劣勢：
（1）集中補償：在高低壓配電線路中安裝並聯電容器組；
（2）分組補償：在配電變壓器低壓側和用戶車間配電屏安裝並聯補償電容器；
（3）單臺電動機就地補償：在單臺電動機處安裝並聯電容器等。
加裝無功補償設備，不僅可使功率消耗小，功率因數提高，還可以充分挖掘設備輸送功率的潛力。
確定無功補償容量時，應注意以下兩點：
（1）在輕負荷時要避免過補償，倒送無功造成功率損耗增加，也是不經濟的；
（2）功率因數越高，每千伏補償容量減少損耗的作用將變小，通常情況下，將功率因數提高到0.95就是合理補償。
就三種補償方式而言，無功就地補償克服了集中補償和分組補償的缺點，是一種較為完善的補償方式：
（1）因電容器與電動機直接並聯，同時投入或停用，可使無功不倒流，保證用戶功率因數始終處於滯後狀態，既有利於用戶，也有利於電網。
（2）有利於降低電動機起動電流，減少接觸器的火花，提高控制電器工作的可靠性，延長電動機與控制設備的使用壽命。
但無功就地補償也有其缺點：
雖然無功就地補償區域最大，效果也好，但它總的電容器安裝容量比其它兩種方式要大，電容器利用率也低，所以不能全面取代高壓集中補償和低壓分組補償。相反，高壓集中補償和低壓分組補償的電容器容量相對較小，利用率也高，且能補償變壓器自身的無功損耗。綜上，這三種補償方式各有應用範圍，應結合實際確定使用場合，各司其職。
回到剛才的案例中，假設客戶要求“電容櫃安裝於低壓配電室”，則我們可以選擇集中補償的方式。
3. 選擇電容器組的控制方式
（1）電容補償容量≤ 15% Sn（變壓器容量），可以採用定值補償：無需調節，連接一個定值電容器組即可；
（2）電容補償容量> 15% Sn （變壓器容量），可採用自動調節補償：電容器分多步投切，達到所需要求。
回到剛才的案例中，變壓器容量為800kVA，我們計算的最小補償容量QC=200Kvar，200/800=25%，則我們應該選擇自動調節補償。
4.選擇合適電容器（根據工作環境和諧波影響）
（1） 工作環境 ：環境溫度/溼度、平均壽命/年投切次數 、過電流/電壓擾動……
（2）諧波影響:諧波輕微汙染場所、諧波中度汙染場所、諧波嚴重汙染場所……
（3）考慮工作環境:工作環境對電容器的壽命有很大影響，選擇電容器時要遵循一些參數，比如環境溫度 (ºC)、需要考慮過電流、相關的電壓擾動，包括最大的持續過電壓值、每年最多的切換運行次數、平均壽命的需求等。
（4）考慮諧波：根據不同的強度推薦不同的方案，比如標準型電容器：純電容方案，適用於輕、中度諧波汙染環境；調諧型電容器：與調諧電抗器配合使用，適用於重度諧波汙染環境(大量非線性負載)。電抗器是必要的，以限制諧波電流循環，同時避免共振；調諧濾波器：當網絡中主要都是非線性負載時，要求抑制諧波。基於現場網絡測量和計算機仿真，需要特殊設計。
05
無功補償電容器未來的發展趨勢
隨著時代的發展和電力電容技術的進步，傳統的無功補償裝置落後的控制器技術和落後的機械式接觸器或機電一體化開關作為投切電容器的投切技術，已經不能滿足廣大用電客戶的需要，這個時候，新一代的智能電容器應運而生。智能電容器集成了現代測控，電力電子，網絡通訊，自動化控制，電力電容器等先進技術。改變了傳統無功補償裝置體積龐大和笨重的結構模式，集各種控制功能於一體，從而使新一代低壓無功補償設備具有補償效果更好，體積更小，功耗更低，節約成本更多，使用更加靈活，維護更加方便，使用壽命更長，可靠性更高，適應了現代電網對無功補償的更高要求。
閱讀更多 閩電科技 的文章
