一、關于電容無功補償裝置輸出容量計算的探討

電容無功補償裝置輸出容量的計算對很多剛接觸這行業(yè)的同志來說有點混亂。本人把自己的一點心得寫下來，希望對大家有點幫助。

為方便分析，設定裝置運行在理想的額定電壓下，不考慮系統(tǒng)電壓波動或諧波等干擾。

Q：裝置的無功輸出量；

Qc：電容器的無功輸出量；

Qcn：裝置的電容器額定容量；

Ql:串聯(lián)電抗器的無功輸出量;

Un:裝置的額定電壓；

Ucn：電容器的額定電壓；

Uc：電容器的運行電壓；

K：電抗器與是容器的阻抗比率。

1、裝置沒有串接電抗器或只有很小的限涌流電抗器。

明顯可知Q=Qc=Qcn；Un=Uc,沒必要討論。

2、裝置接有抑制諧波的串聯(lián)電抗器，比率為K。

Uc=Un/(1-K)_____電容器的運行電壓在串聯(lián)電抗器后提高了，

Qc=Qcn/(1-K)∧2

Q=Qc-Ql

以K=6%計算

Uc=1.064Un

Qc=1.13Qcn

Ql=0.06Qcn

Q=1.07Qcn

通過計算可知，當串接電抗器后，如果其它參數(shù)不變的情況下，裝置的無功輸出容量是增了（數(shù)值上大概就是增加了是電抗器的容量）。正是由于上述計算的原因，很多設計人員就認為加了電抗器就相當于加了容量，可以減點電容器了。

實際上述計算雖然正確，但在工程設計是不可以這樣運用的。觀察上述計算過程，你會發(fā)現(xiàn)電容器的運行電壓比額定電壓提高了，這相當于使電容器過負荷運行而多出力，這會損壞電容器的，因此在設計時我們應提高電容器的額定電壓，因此實際計算如下(6%電抗)：

Ucn= Un/(1-K)=Uc

Qc=Qcn

Q=Qc-Ql=0.94Qcn

結論：

當電容無功補償裝置中有抑制諧濾電抗器時，電容器的額定電壓要相應提高，裝置容量輸出相應減少。工程上簡易公式：串多大比率的電抗器，電容器額定電壓提高相應比率而裝置輸出減少相應比率。

二、也來談談什么是無功？

什么是無功，一個書本上應該寫得明明白白的概念，但總有多人提出這個疑問，而回答的也各式各樣，概念非?；靵y，甚至很多書上也給出了誤導的解悉。下面談談個人的體會。

1、什么是無功？

這里有個誤區(qū)，我們所說的無功實際是無功功率的口語說法。這個概念很多人都知到，但也迷惑了很多人，從而產(chǎn)生了很多無功就是無用的功的說法，令人越想越不明白。因此我們首先建立無功是指無功功率。

2、那到底無功功率是什么？

先看看標準上給出的定義：無功功率Q=S*sinθ,其中S為視在功率，θ是電流與電壓的相位差；或者Q=√S∧2-P∧2 (真的不知如何打公式，不過相信大家看得明白），P為有功功率。如果三角函數(shù)還沒全忘記的朋友應明白S、P、Q的關系就是三角函數(shù)中兩條直角邊與斜邊的關系了，放坐標系中P在x軸，Q在y軸，S就他倆合成的斜邊，θ就是S與P的夾角。要想明白無功補償?shù)脑?，腦里一定要想象出這個坐標系，也就是當三個元素分別變化時圖形是如何變化的。

3、那到底無功功率的物理意義是什么？

上面所談的只是無功功率的數(shù)學定義。要說清楚他的物理意義，先要從什么是做功開始。從能量守恒原理可知，電路中所做的功實際是指負荷把電能轉化為其他的能量。如把電能轉化為熱能、光能、機械能、化學能等，產(chǎn)生這些作用的元件我們稱為電阻元件。電能通過這類元件，能量就傳到電路系統(tǒng)外面了，習慣上稱為元件吸收能量，而元件吸收能量的快慢就用功率這個概念，這種電阻元件所產(chǎn)生的功率就是我們所說的有功功率（電能讓他們轉走了，確實有做功）。但另外有一些元件，如電抗器，電容器，他們在電路中也轉換電能，但只在一個頻率周期的一半時間轉走電能，而另外一半時間又把電能轉回來。電抗器在一個頻率周期中兩次把電能轉化為磁能，而在同一周期內又兩次把磁能轉回電能。電容器也類似，一個頻率周期中兩次把電能轉化為靜電能（電能的儲存），而在同一周期內又兩次把靜電能轉回電能（電能的釋放）。這類元件不斷地從電路中吸收能量，但又把能量放回來，因此在一個頻率周期上看，電路系統(tǒng)中的能量沒有被轉走，沒有做功，如果作數(shù)學推導，確實可以得到P=0（具體推導請參考教材）。但是這種能量的交換雖然對于元件本身沒有做功，但他對電路的其他元件是有影響的，特別是當這個交換的速度變得很大時，作用更明顯，為了考察這種現(xiàn)象，科學家強行給出了無功功率這個名稱，他就是指上述元件的能量交換速率（有功功率是能量轉換）。在數(shù)學意議上實際是把功率的負半周期強加上了絕對號。最后還要說說的是視在功率S，其實視在功率也不是真正的意義上的功率，與無功功率一樣，是科學家為考察電路現(xiàn)象而定義的一個概念，即元件端電壓的方均根值與流過電流的方均根值的乘積（實際就是電流表上的電流讀數(shù)與電壓表上電壓讀數(shù)的乘積）。

   小結：

無功功率是元件在電路中能量交換的速度，而有功功率是元件在電路中能量轉換的速度，而視在功率是無功功率與有功功率的三角合成。三者的數(shù)理關系表現(xiàn)為Q=Q=√S∧2-P∧2  。

注：上述分析是以正弦交流電路為基礎，沒有特別說明的元件均指理想元件。

三、關于無功概念的淺析。

由于部分同志對無功的概念較為混亂，現(xiàn)試對其作出淺析，希望對大家有幫助。

大家應建立一個概念，無功并不會被消耗，只會被補償、平衡。

首先，大家應了解為什么要定義無功。無功是無功類設備（電感、電抗）與電網(wǎng)進行能量交換的速率。應強調的是交換的速率，而不是交換過程中的損耗，即在交換過程中由于漏磁、介質損耗等能量的損失并不屬于無功，這些是因無功過程中引起的有功損耗。

再明白點說明無功的定義及與有功的分別。電網(wǎng)中存在電能，當電流通過負荷時，會產(chǎn)生機械運動、光、熱能等其它能量的表現(xiàn)。這實際上電能轉換成機械能、光成與熱能等。這種轉換速率我們稱為有功，轉換的結果就是電能的消耗，其主要特征是當電能通過負荷轉換成其它型式的能量后，并不能立刻變回電能（一個周期內）。而有些特殊的設備（如電抗器、電容器），當電流流過它們時，在半個周期內，電能會轉變成磁能或場能等形式，但在后半個周期內，這些能量會轉變回電能并反送回電網(wǎng)，因此從整個周期來看，設備沒有從電網(wǎng)中吸收任何電能，只是不斷的作能量交換（是交換而不是轉變）；為計算交換的速率，因此定義無功這個概念，這類設備就是無功負荷。雖要說明的是，實際上是沒有純無功負荷的，實際的無功設備在能量交換時一定有能量的損耗（如漏磁、介質損耗等），這部分丟失的損耗不能算入無功，這是因無功作用而產(chǎn)生的有功損耗。同理有些人把設備產(chǎn)生的不是需要的熱能等能量損失稱為無功是不對的，這是無用功，而不是無功，因其不能轉回電能。

有些人可能會問，無功既然只是無能量交換，沒有能量消耗（確切的說是轉變?yōu)槠渌问降哪芰浚?，那為什么我們還要那么重視無功呢？下面用一個例子說明：電廠發(fā)電，煤送入工廠，會被消耗（相當于有功），工人每天上下班，在工廠進出，人數(shù)并不減小（相當于無功）。工人雖然不會損耗，但工人上下班必然占用道路，影響煤的輸送（為了說明問題，只好認為他們是用同一道路的），這就相當于無功影響了設備的輸電效率。同時，工人在上下班的過程中必然對路面產(chǎn)生損壞，路程越長則維護費用越大（這相當于無功引起的線路損耗，屬有功）；為減小這個損耗，廠區(qū)內最好就建有工人住房（這相當于無功就地補償、平衡）。

總結：

無功是能量交換的速率，本身并不產(chǎn)生損耗。我們常說的無用功損耗能等，實際上很多是屬于有功，因為它是把電能轉為熱能或機械能等。但無功負荷在能量交換過程中必然帶來有功損耗，而且負荷與電源的距離越遠則損耗越大，并且會占用大量的線路輸送能力；為了減小這方面的損失，我們就要在無功負荷設備的旁邊加裝反性質的無功負荷，使其互相進行能量交換，減小對電源的依賴，達到提高線路輸送能力及減小線損的目的。