无功功率实例分析

前段时间,接到用户反馈回来的信息,内容大致如下:用户设备不接UPS时,用电流钳形表测量,其输入电流为90A。装上UPS后,钳表测量UPS的输入电流为120A,因此推出UPS多消耗30A,合计每月 多消耗电费:[(30A×380V×1.73)/1000]×0.80元/度×24小时×30天=11359.72元。

　　以上计算对吗?可能此问题困扰很多用户和技术人员,在回答以上问题时,先来做一个日光灯试验,如图1所示。

　　请问,图中电流表测量出来的值是多少?有人认为这还不简单

　　40W÷220V=0.18A

　　实际测量值却是0.36A,为什么呢?那么日光灯是不是就消耗:0.36A×220V=79.2W呢?

　　答案是错误的,若在输入端装上电度表,可以发现日光灯实际消耗的就是40W,那么上述的0.18A电流到底是什么?

　　要回答以上问题,就需要引入无功的概念,对于无功功率的理解很多人不清楚。不妨拿图2中高速公路来形象说明:高速公路每小时允许的通行量是固定的, 这个可以理解为视在功率,用S表示,也就是总功率。真正把货物从A地运输到B地的货车数量,称之为有功功率,用P表示,他们要按运输重量交费。为了维护路 上的交通秩序,少量的巡逻车是必须设置的,这些可以称为无功功率,用Q表示,他们是不交费的。电工学上的公式是:

　　S2=P2+Q2

　　cosφ=P/S

　　从上式可以看出:

　　(1)无功功率不等于没有用,但是越少越好,一般可以通过无功补偿措施降低无功功率。

　　(2)无功功率过大时,有功功率的数量就要减少。比如一个视在功率为100kVA的变压器给一个车间供电,当车间负载的无功功率过大时,这时能供给的有功功率就会减少。

　　(3)在国内，工厂的配电中无功功率一般要控制在一定比例下(一般功率因数0.92以上)，无功功率是不用缴纳电费的，只收取有功功率部分的电费。

　　清楚这些后就可以明白,开始提到的安装上UPS以后输入电流会增加30A的问题,应该这样理解:这30A电流大部分是UPS的无功功率。当 然,UPS本身有个效率问题,假设UPS效率为90%,则安装上UPS,有功功率要多消耗10%是不能避免的,但是不会出现多收30A电流的电费。

　　用UPS带负载时,必须要注意负载的特性,尤其是对一些功率因数很低的负载,也就是无功功率很大的负载,常见的高压钠灯就是如此。已知钠灯的功率因数是0.4,现有单只功率为250W的钠灯共46只,请问用多大容量的UPS能带起来?有人可能这样选择:

　　250W×46只=11500W,用15kVA UPS应该差不多了吧?实际上我们曾经用20kVA的UPS也带不动,为什么?那究竟要用多大功率的UPS才能带动这些负载呢?

　　以下来计算一下:

　　有功功率P=250W×46只=11500W

　　功率因数cosφ=P/S=0.4

　　视在功率S=P/cosφ=11500W

　　/0.4=28750VA

　　也就是说,UPS必须大于28750VA才能带动负载.因此必须选择30kVA以上的UPS才能带动46只250W的钠灯。

　　那么用15kVA的UPS能带动以上负载吗?也来计算一下,现在通过补偿,将高压钠灯的功率因数补偿到0.9,则:

　　有功功率P=250W×46只=11500W

　　功率因数cosφ=P/S=0.9

　　视在功率S=P/0.9=11500W/0.9=12778VA

　　这时选用15kVA的UPS就可以带动负载,只是接近满载运行,对UPS较为不利。

　　所以,无功功率通过补偿可以降低，在配电上,只要功率因数达到供电局的要求，就只需支付有功功率的电费即可。实际上,无功功率并不消耗能量，但是会占用通道资源，所以一般要求其越小越好。