無功功率實例分析

前段時間,接到用戶反饋回來的信息,內(nèi)容大致如下:用戶設(shè)備不接UPS時,用電流鉗形表測量,其輸入電流為90A。裝上UPS后,鉗表測量UPS的輸入電流為120A,因此推出UPS多消耗30A,合計每月 多消耗電費:[(30A×380V×1.73)/1000]×0.80元/度×24小時×30天=11359.72元。

　　以上計算對嗎?可能此問題困擾很多用戶和技術(shù)人員,在回答以上問題時,先來做一個日光燈試驗,如圖1所示。

　　請問,圖中電流表測量出來的值是多少?有人認(rèn)為這還不簡單

　　40W÷220V=0.18A

　　實際測量值卻是0.36A,為什么呢?那么日光燈是不是就消耗:0.36A×220V=79.2W呢?

　　答案是錯誤的,若在輸入端裝上電度表,可以發(fā)現(xiàn)日光燈實際消耗的就是40W,那么上述的0.18A電流到底是什么?

　　要回答以上問題,就需要引入無功的概念,對于無功功率的理解很多人不清楚。不妨拿圖2中高速公路來形象說明:高速公路每小時允許的通行量是固定的, 這個可以理解為視在功率,用S表示,也就是總功率。真正把貨物從A地運(yùn)輸?shù)紹地的貨車數(shù)量,稱之為有功功率,用P表示,他們要按運(yùn)輸重量交費。為了維護(hù)路 上的交通秩序,少量的巡邏車是必須設(shè)置的,這些可以稱為無功功率,用Q表示,他們是不交費的。電工學(xué)上的公式是:

　　S2=P2+Q2

　　cosφ=P/S

　　從上式可以看出:

　　(1)無功功率不等于沒有用,但是越少越好,一般可以通過無功補(bǔ)償措施降低無功功率。

　　(2)無功功率過大時,有功功率的數(shù)量就要減少。比如一個視在功率為100kVA的變壓器給一個車間供電,當(dāng)車間負(fù)載的無功功率過大時,這時能供給的有功功率就會減少。

　　(3)在國內(nèi)，工廠的配電中無功功率一般要控制在一定比例下(一般功率因數(shù)0.92以上)，無功功率是不用繳納電費的，只收取有功功率部分的電費。

　　清楚這些后就可以明白,開始提到的安裝上UPS以后輸入電流會增加30A的問題,應(yīng)該這樣理解:這30A電流大部分是UPS的無功功率。當(dāng) 然,UPS本身有個效率問題,假設(shè)UPS效率為90%,則安裝上UPS,有功功率要多消耗10%是不能避免的,但是不會出現(xiàn)多收30A電流的電費。

　　用UPS帶負(fù)載時,必須要注意負(fù)載的特性,尤其是對一些功率因數(shù)很低的負(fù)載,也就是無功功率很大的負(fù)載,常見的高壓鈉燈就是如此。已知鈉燈的功率因數(shù)是0.4,現(xiàn)有單只功率為250W的鈉燈共46只,請問用多大容量的UPS能帶起來?有人可能這樣選擇:

　　250W×46只=11500W,用15kVA UPS應(yīng)該差不多了吧?實際上我們曾經(jīng)用20kVA的UPS也帶不動,為什么?那究竟要用多大功率的UPS才能帶動這些負(fù)載呢?

　　以下來計算一下:

　　有功功率P=250W×46只=11500W

　　功率因數(shù)cosφ=P/S=0.4

　　視在功率S=P/cosφ=11500W

　　/0.4=28750VA

　　也就是說,UPS必須大于28750VA才能帶動負(fù)載.因此必須選擇30kVA以上的UPS才能帶動46只250W的鈉燈。

　　那么用15kVA的UPS能帶動以上負(fù)載嗎?也來計算一下,現(xiàn)在通過補(bǔ)償,將高壓鈉燈的功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.9,則:

　　有功功率P=250W×46只=11500W

　　功率因數(shù)cosφ=P/S=0.9

　　視在功率S=P/0.9=11500W/0.9=12778VA

　　這時選用15kVA的UPS就可以帶動負(fù)載,只是接近滿載運(yùn)行,對UPS較為不利。

　　所以,無功功率通過補(bǔ)償可以降低，在配電上,只要功率因數(shù)達(dá)到供電局的要求，就只需支付有功功率的電費即可。實際上,無功功率并不消耗能量，但是會占用通道資源，所以一般要求其越小越好。