DQZHAN技術訊：關于功率因數技術問題
概述
隨著電能質量越來越被重視，功率因數校正（PFC）技術也會被廣泛地應用。通過改良功率因數來增進功率質量，不僅節約成本而且也是一種利潤明顯的投資。
在中低壓配電系統中，VSK致力于改良功率因數（cosΦ）并通過產生無功功率來提高電壓的穩定性進而改善配電系統的電壓質量與可靠性。
功率因數（低功率因數cosΦ）
低功率因數可導致：
1、 較高成本及能源消耗
2、 降低輸電效率
3、 電網功率耗損
4、 較高的變壓器耗損
5、 電網壓降增加
無功功率是如何產生的
電網中的感性負載（如電機，扼流圈，變壓器，感應式加熱器及電焊機等）都會產生不同程度的電滯，即所謂的電感，感性負載具有這樣一種特性——即使所加電壓改變方向，感性負載的這種滯后仍能將電流的方向（如正向）保持一段時間。一旦存在了這種電流與電壓之間的相位差，就會產生負功率，并被反饋到電網中。電流電壓再次相位相同時，又需要相同大小的電能在感性負載中建立磁場，這種磁場反向電能就被稱作無功功率。在交流電網中（50/60Hz），上述過程每秒重復50或60次，因而一種顯而易見的解決方法就是直接將這些磁場電能通過電容器來暫時存儲和釋放，從而減少了電網的無功功率交換。
為此，在一些較大的負載中，如工廠，都有安裝自動功率因數補償系統（支諧式/常規式）。這些系統包含一組電容器單元，它們根據功率因數控制器所測的功率因數來確定電容的投切數量。
功率因數改進
功率因數可通過以下途徑得改良
1、 電容器無功功率補償
2、 半導體有功功率補償
3、 適用過激的同步電機（馬達/發動機）
PFC的類型（支諧或常規）
1、 個別補償（每一無功功率發生器都獨立的進行補償）；
2、 集中補償（無功功率發生器聯成一組，并作為一個整體進行補償）；
3、 自動補償（由功率因數補償在負荷中心點上自動補償）；
4、 混合補償。
功率因數校正基本原理
什么是功率因數
電能的合理應用要求經濟發電、無損傳輸及分配。這就意味著要盡量限制電網中所有引起電能耗損的因素。其中之一的因素就是無功功率，工業以及公共電網上的主要負荷是電阻-點感性的。
電網功率因數校正的目的是通過在某些特定的環節上用超前無功功率來補償滯后無功功率。此方法還能避免過高壓降及額外的電阻耗損。將電容器盡可能地靠近電感負載并聯于電網就可產生所需的超前無功功率。靜態電容補償裝置可以減少網上傳輸的滯后無功功率。當網絡條件改變時，通過增加或取出（投入或切出）單個功率電容器（常規PFC），就可逐步調整所需的超前無功功率來補償滯后無功功率。
功率因數校正的好處
1、輸配電成本降低，3到24個月即可收回投資成本
功率因數校正降低了系統中的無功功率、功率耗損進而輸配電成本也成比例下降；
2、有效的利用設備
功率因數的改善意味著電力設備更經濟實用的工作(同樣的視在功率具有更高的有功功率)；
3、改善電壓的質量；
4、減少壓降；
5、*優的電纜尺寸
隨著功率因數的提高（載流量減小），電纜橫截面也因此減小。或者說，同樣的電纜可以傳輸更多的功率；
6、較小的傳輸耗損
輸電線和開關裝置的載流量減小，加入只有有功部分，這就意味著輸電線的銅損得以降低。
主要元器件
VPFE3型功率因數補償控制器
現代功率因數補償控制器已經微處理器化。微處理器分析來自電流變送器或無功功率的信號并產生開關命令來控制接觸器(或無觸點投切開關)以增加或減少補償電容器的并列數目。VSK由這種微處理器化的功率因數補償控制器產生的智能控制可確保電容器級的平穩利用及*少的開關操作次數，進而也優化了使用周期。本控制器在諧波環境可高可靠運行，不會出現現場常見的死機和亂投切或不投等現象。
VCJR型電容器專用切換接觸器與VTSC型容性動補無觸點投切調節器
VCJR切換接觸器是一種機電開關器件，用于常規或去諧功率因數補償系統中電容器與電容器或電抗器與電容器間的切換。開關操作可由機械觸頭來完成。若對于敏感負載，需要快速開關控制的情形，采用電子開關VTSC型容性動補無觸點快速調節器來控制是較好的選擇。
保險絲（熔斷器）與電磁式脫扣器
VRL5Y-160/3低壓電容保護熔斷器或VB1、VB2型電容專用脫扣器是用于功率因數補償系統作短路保護的**裝置。
VLBD型扼流圈（補償及濾波）
配電網越來越受到現代電力電子設備，即所謂的非線性負載，如驅動馬達、不間斷電源、電子鎮流器等所產生的諧波污染。諧波對連接在功率因數補償電路中的電容器，特別是工作在工振頻率上的電容器是非常危險的，將VLBD扼流圈與電容器串聯可解調串聯共振頻率（電容器的共振頻率），從而有助于防止電容器損壞。關鍵頻率是第五次和第七次諧振頻率（250Hz和350Hz），去諧電容器組也可減少諧波畸變程度并達到清潔網絡的目的。
VZMJ型電容器
功率因數校正電容器能產生必要超前無功功率以補償滯后無功功率。功率因數補償電容器應該能夠經受因為開關操作引起的高浪涌電流（>100*1n），如查電容器是并聯的電容器組，那么由于來自電網和并聯電容器開關的充電電流，會使浪涌電流增加（≥150*1n）。
電壓波動（包括瞬變過電壓，上/下電壓波動以及閃變）
以上波動大多數是由于大功率負載（如電焊機和電弧爐）或大功率波動引起的。這些隨機的電壓波動也常被稱作閃變，因為它們很容易從照明設備的可視變化中被注意到。它們不僅干擾人們的視線，而且會損壞一些敏感的生產過程。在較弱的電網中，閃變會對很大的地域造成影響，而動態電壓補償則是一種可能的補救方法。諧波畸變是由非線性負載引起的，它可能導致相聯設備和誤動作。諧波引起的共振甚至破壞電網中的某些設備，而有源及無源濾波器可防止這種現象的發生。整流頻率特性曲線下凹通常由電力電子設備所引起，它可以通過布線來降低。
功率電容器的相關介紹
VSK電容器的設計
1、MKK/MKP
廣泛應用的電容器，考慮其物理特性與經濟成本，往往需要采用不同的電介質工藝。就地壓功率因數校正而言，MKK/MKP（金屬化塑料/聚丙烯膜）工藝已被證明是目前*為經濟實用的技術。它的電介質厚度隨額定電壓的變化而變化。其金屬化層（以鋅和鋁為主要成分）和特別加強的厚邊保證大電流擊高溫工作環境中電容的穩定性。厚邊及特殊薄膜切割技術（波紋式與平滑切割的優化組合）可產生*大的有效表面用于金屬噴涂或接合處理（繞組設計）這導致了突出的浪涌電流抑制能力，此外由于繞組薄膜邊緣收縮效應引起的邊緣接觸問題也得到充分解決。
2、自**
當電容器在鄰近使用壽命期限或由于電氣過載及過熱時就可能發生擊穿現象。這就會產生一個小電弧，它在幾微秒內就可以把擊穿區的金屬化層蒸發，而在此處由高溫產生的氣壓同時又將氣化的金屬化層吹出擊穿區，這樣就在擊穿區形成一個沒有金屬化層的絕緣區，在擊穿發生過程及發生之后，電容器仍能正常工作，由自**引起的電容量的損失少于100PF，也就是說損失程度只有通過精密的測量儀器才能檢測出來。
3、真空灌注
繞組單元被加熱，然后干燥一段時間而灌注（侵漬材料）則在高度真空環境中完成。用于這種方法，空氣和濕氣可以從電容器的內部排出，從而避免了電極的氧化和局部放電。隨后電容器就被密封在電容器殼內（例如鋁殼）。VSK這些復雜的生產過程確保了電容器具有極好的電容穩定性，以及較長的使用壽命。
應用指南
1、熔斷器及脫扣器的保護
功率電容器應采用熔斷器（保險絲）或電磁式脫扣器作保護短路。應該優先選用慢燒斷，低電壓及高開斷容量的保險絲，保險絲的額定值應為電容器標稱電流的1.6到1.8倍。電磁式脫扣器應整定在9到12倍的額定電流值之間，可以防止它們在高浪涌電流時的誤動作。建議采用VRL5Y型低壓電容保護熔斷器或VB1、VB2型電容器專用脫扣器具有此功能。
2、開關
當電容器接入交流系統時，諧振電路或多或少會有一定程度的衰減，除了額定電流外，電容器也接受了一數倍于額定電流的瞬變電流（可高達200倍）。這時選用的接觸器除了滿足廠商聲明的容性電流切換能力外，應選用切換速度快、沖擊小的接觸器。推薦使用帶有超前觸點的電容器接觸器VCJR型，它的特點是利用預先充電電阻來抑制浪涌電流。
3、放電
電容器被再次接入前必須要放電至*大電壓為額定電壓的10%。這樣可以防止放電脈沖對PFC系統中的電容器使用壽命的影響，并防止電路震蕩。電容器在3分鐘內放電必須小于75V。在功率電容器與放電裝置之間的電路中，不得有任何開關，保險絲或任何其它斷開裝置。VSK為所有系列的電容器都提供了電容器放電電阻或放電扼流圈。
4、用于帶有諧波的網絡
諧波是由非線性電壓/電流特性的電子負載的操作而引起的。（如用于驅動裝置、電焊機及不間斷電源的整流器和變頻器），諧波是頻率幾倍于50Hz或60Hz線頻率的正弦電壓和電流。在低壓三相系統中，5次和7次諧波是*為嚴重的，去諧電容器被用于受諧波影響的系統的功率因數校正，此時由VZMJ功率電容器和VLBD扼流圈組成串聯諧振電路，調整這個電路的串聯諧振頻率使之低于系統中諧波頻率。對于高于串聯諧振頻率的頻率它呈感性，這就是避免了與系統電感發生共振，根據所選擇的串聯諧頻率，部分諧波電流可由去諧功率電容器吸收。剩余諧波電流則流入上級系統。去諧功率電容器有助于減少由諧波引起的電壓畸形并減輕對其它電子負載正常工作的干擾。
5、安裝
技術規范如VDE0101，VDE0506第四部分及第46部分、EN60831和IEC831均適用于功率電容器的安裝與操作。他們應置于涼爽及通風的地方并遠離其它散熱元件。如果有充分的空氣流通而且電容器的間距至少有50毫米，那么自然冷卻就足夠了。否則，在通風不太好的情況下需要強制冷卻（風扇），將溫度調整至*大容許環境溫度之內。
