就地无功补偿电容容量评估方法简介
这里分享一个关于并联电容方式的就地无功补偿定量评估方法(以三相异步电动机的补偿为例)。希望可以帮助企业技术人员和咨询技术人员进行初步的定量分析,并有助于相关工作的开展。
当然,现在的无功补偿设备,已经大跨步地向智能化发展,其具体工作原理绝不仅仅如下文介绍的这么简单,其功能除了补偿功能外,还包含了谐波抑制、降低电压波动等功能。这里仅仅是给出了一个基本的原理介绍,方便大家理解。具体厂家的补偿柜设备或者补偿设备都有各自的特点和优势,应逐一单独分析。
制造企业内用电设备多为感性负载,除了向电网取用有用功率外,还要与电网进行无功功率交换。相当部分的企业可能还是采用在总配电室进行整体集中无功补偿。但是,对于用电负荷较大单体感性负载,如电机、风机、水泵以及空压机等,则适合采用就地无功补偿(对应集中补偿而言)。关于就地无功补偿的优点,及节能方面的意义,这里就不在赘述。无功就地补偿就是在异步电动机附近设置并联电容器对其进行无功功率补偿。随着技术的发展,先进的设备在出厂时可能就自带无功补偿功能。
通过以下内容的介绍,企业技术人员可以通过本节内容,估算就地无功补偿容量,以评价技改合理性。
1、基础预热
我们先看一下功率三角形示意图,帮我们预热一下。

请回想一下勾股定理。直角三角形的两条直角边的平方和等于斜边的平方。那么无功功率与有功功率和视在功率之间也存在这样的关系。功率因数则为有功功率占视在功率的比率。通俗地说,我们都希望向电网索取的总功率最大程度地用来做有用功,所以需要cosφ越大越好。如果从电网获取的功率,无功功率占比较大,则不是我们想看到的。(电工学与电机学中使用向量图的推导与分析
,这里仅仅是通俗化介绍,为方便理解)
2、补偿原理
从下图可以看出无功补偿前后的变化情况:

补偿前,异步电动机有功功率为P,有功电流为Ip,输入电流为I,有功功率因数为cosφ1。
补偿后,电容产生的电流Ic与感性无功电流Iq的方向相反,可以抵消一部分电感电流。于是无功电流变成了Iq2。Iq2=Iq-Ic此时无功功率变成Q2,Q2=Q-Qc,功率因数从cosφ1变成cosφ2且cosφ2>cosφ1。输入电流也从I变成I2,从向量图中可以显然看出:I2<I。
因此降低了配电线路负荷电流,提高了功率因数,减少了企业配变和配电网的功率损耗,自然就节能了。
企业如果通过之前负载率的评估,判断存在多台电机系统处于轻载状态(大马拉小车)的情况,那么可以采用就地无功补偿技术改造。
此时补偿器原则上须要按照电动机空载时,将功率因数补偿到1设计,即cosφ1=1。这是因为负载工况下,补偿到1的话,电动机轻载或空载时容易造成过补偿(自激成发电机状态)。
就地补偿所需要的电容器无功容量Qc计算公式为:

另外,为了防止电动机发生自激,电容器容量可以按照以下公式计算:

该公式右边,相当于视在功率乘以0.9。那么意味着防止自激电容容量不高于总的视在功率,此时由于是空载状态,那么视在功率全都是用以建立拖动设备(如电机)电磁环境了,所以可以认为此时,基本都是无功功率。
于是电容补偿值计算公式为:

三、例题讲解
一台四极三相异步电动机额定功率P=75kw,电源频率50Hz,380V,功率因数,空载电流为39.4A,空载损耗为2410w,效率为92.7%,求电动机无功补偿电容器的电容值,如果不知道空载电流值,求无功补偿电容器的电容值。
解:就地补偿所需要的电容器无功容量为:


这里注意量纲的分析和推导。电容的国际单位是法拉(F)但是法拉这个单位太大,所以常用的电容单位有毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)等。