电机就地补偿柜节能方案

电机就地补偿柜节能方案
1 概述
异步电动机功率因数很低，在电网负荷中异步电动机所占的比重较大，是城乡电网的主要无功负荷。

它使各级网损也相应增大，尽管在各级变电所、配电变及各厂矿企业内均装有集中无功补偿装置来提高功率因数，减少电网线损，但集中补偿不仅无法降低低压电网的线损，而且价格较贵。

特别是在乡镇，随着乡镇经济的发展，小型家庭式的生产方式在各地较为普遍，家庭织机、小型砧床、车床、冲床、碾米机、脱粒机等到处都有，加上用户分散，低压网络较长，采用集中无功补偿，仍不能降低低压电网的线损。

低压电网的高线损率对正在实施的城乡电网同网同价政策带来困难，因此，必须对乡镇家庭的异步电动机推广低价的就地无功补偿。

三相低压异步电动机就地无功补偿就是一台与异步电动机特性相配合的电容器直接并联于该电动机，其保护仅利用原异步电动机的保护，不需要外加其它保护装置。

为实施城乡电网同网同价，应大力推广异步电动机就地无功补偿，建议电容器制造厂家应生产与异步电动机相配套的产品。

2 三相低压异步电动机就地无功补偿的好处
用三相低压异步电动机就地无功补偿有以下好处：①简单、价低。

因为只是在电动机上并联一台合适的专用电容器就可，不需要外加其它保护装置，便于推广；②不仅能提高低压电网的功率因数，降低了线损，同时也提高了供电电网的功率因数，降低了配电网线损；③对用户来讲，节约了内线损耗，减少电费，同时可以不会因功率因数不合格而罚款(这对各厂矿企业内的异步电动机也同样)。

装置三相低压异步电动机专用无功补偿电容器，具有较好的经济效益；④提高了低压线路的功率因数，减少末端电压波动，改善了用户的电压，提高了电压质量，也增加了产品数量及质量；⑤因为补偿电容器随电动机投切，只要补偿的电容器容量配置适当，不存在无功过补偿，有较为理想的补偿效果。

用三相低压异步电动机就地无功补偿是一种经济、简单、高效、可靠的无功补偿方法，应在广大的乡镇和工矿企业推广。

为什么一个合适容量的电容器可以与异步电动机直接并联，而不需要外加其它保护装置，仅利用原异步电动机的保护就可，而且是一种经济的无功补偿。

这是因为
①异步电动机在运行时所需要的无功功率从异步电动机的等效电路中可知由两部分组成：一部分是励磁支路所需的无功功率；另一部分是负荷支路所需的无功功率。

小容量的异步电动机主要是励磁支路所需的无功功率，当负荷从由零到满载时，其变化很小，随负荷的增加而略有下降；而负荷支路所需的无功功率随负荷增加而增加，其值一般要比励磁支路所需的无功功率要小，异步电动机容量越小，相对的比例也越小。

小容量的异步电动机从空载到满载，其总的无功功率的变化不大，以Y801.2(0.75kW)为例，空载时无功功率为0.531kvar，而满载时为0.646kvar。

表1为几种小容量Y型异步电动机在不同的负载率下所需的无功功率。

从表中可知，容量小所需无功功率在不同的负载下变化很小。

异步电动机随着容量的增大，从空载到满载所需的总无功功率变化相应加大，如Y165L-2(18.5kW)，空载时所需无功功率5.343kvar，而满载时为10.651kvar。

但一般空载与满载的无功功率之比约为0.5以上。

因此，对低压异步电动机的无功补偿，其并联电容器在运行时的实际补偿容量，只要能补偿其励磁功率，就能使异步电动机运行的功率因数在负载率从40%～100%都有较高值(0.9以上)，而低负载时，其功率因数虽不能达到0.9左右，但由
于所需的无功功率量很小，因此产生的线损不大，而比无补偿时降低了很多。

②由于异步电动机本身就是很好的放电线圈，所以在异步电动机外加电源电压失去时，三相低压异步电动机专用无功补偿电容器可以向异步电动机放电，使电容器端电压很快下降到零，在电网电压复现(电网“重合闸”成功)时，就不会出现过电压。

因此，异步电动机与电容器并联之间不能加装熔断器保护或开关，异步电动机与电容器应同时投入或断开。

③由于并联电容器在异步电动机的额定电压下，所产生的无功功率小于异步电动机在额定电压下空载时需要的励磁功率(略小于空载无功功率)。

当电压上升时，电容器所产生的无功功率随电压的平方增加，而异步电动机因铁芯的磁饱和，其需要的无功功率增加将大于电容器的无功功率增加；当电压下降时，异步电动机和电容器的无功功率几乎都将随电压的平方下降。

因此，并联电容器的补偿容量在运行时所产生的无功功率，总小于异步电动机的不同负载下所需的无功功率。

因此，不会产生过补偿。

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④由于电容器的无功功率比补偿异步电动机空载无功功率要略小于一点，也就是说仅为励磁功率，因此，也就不会产生异步电动机的自励现象。

其现象可用图2来分析。

QC1、QC2、QC3为三相低压异步电动机就地无功补偿电容器的电压电流曲线，在运行电压为E1B时，电容器的无功电流分别为I0C、I0B、I0A，其中I0B就是异步电动机的励磁电流，
I0C大于异步电动机的励磁电流I0B、I0A，小于异步电动机的励磁电流I0B。

若电容器的电压电流曲线为QC3，当异步电动机与专用电容器在电源断开后，为简化分析，假定不考虑异步电动机负载和损耗、电容器的损耗，由于异步电动机定子、转子铁芯的磁回路残存的磁场产生的微小电压E0，使电容器产生微弱进相电流，电容器的进相电流又促使异步电动机的磁通增大，而异步电动机的磁通增大又使其产生的电压增大，异步电动机磁场产生的电压增大，又使电容器的进相电流进一步增大，这样，异步电动机磁场产生的电压与电容器的进相电流反复相互作用，使励磁电流所感应电压从K点不断呈阶梯上升到C点(电容器电压电流曲线QC3与异步电动机磁饱和曲线交点)，达到相应E1C，而E1C大大超过异步电动机与电容器的额定电压E1B，这就是自励磁现象。

由于异步电动机在空载的情况下，也有损耗，因此，励磁电流所感应电压实际上将比E1C要低。

如果电容器的电压电流曲线为QC1、QC2，即使不考虑异步电动机负载和损耗、电容器的损耗，其励磁电流所感应电压从K点不断呈现阶梯上升到A(电容器电压电流曲线QC1与异步电动机磁饱和曲线交点)或B(电容器电压电流曲线QC2与异步电动机磁饱和曲线交点)点，达到相应电压E1A、E1B，就不可能出现励磁电流所感应电压高于异步电动机与电容器的额定电压的自励磁现象。

从上可知，只要电容器仅补偿异步电动机的励磁功率，就不会产生异步电动机的自励磁现象。

⑤对于家庭式的异步电动机采用三相低压异步电动机就地无功补偿的经济性是明显的，因为它比其他复杂的无功补偿要便宜得很多。

就是对无功负荷仅为异步电动机的工矿、企业等也是经济的，因为虽然它装置的总无功容量要为集中的无功装置的3～4倍，但集中无功补偿装置的单位容量的费用却为单台电容器的4～6倍左右，异步电动机就地无功补偿总费用要比集中的无功补偿装置少。

而且用三相低压异步电动机就地无功补偿电容器可降低工矿、企业内的低压电网损失，节约了能源，减少了电费支出。

⑥三相低压异步电动机就地无功补偿电容器可选用常用的低压自愈式金属化膜电容器，该电容器以金属化聚丙烯薄膜作电极和介质，其产品具有自愈性，并且有重量轻、体积小、损耗低等优点，特别是价格低。

考虑到乡镇电网电压波动较大，后半夜稍偏高，加上无功补偿后，电压要相应提高一点，电容器的额定电压宜选用常规的400V产品。

但要求电容器接线端子、引线等带电体不能外露，以保安全。

综合以上所说，可明显得出：三相低压异步电动机就地无功补偿是一种经济、简单、高
效、可靠的无功补偿方法，不仅适合乡镇分散的加工业、家庭式工业内装置的异步电动机，而且对工矿的异步电动机也同样适合。

它是降低低压供电网和电表后的内线损耗的最有效方法。

曾在杭州市余杭区、临安县的农村家庭每台织机中装置三相低压异步电动机就地无功补偿电容器，取得了较为理想的效果。

3 Y系列、J02系列常用小型三相异步电动机就地无功补偿电容器配置容量
由于异步电动机补偿电容器容量要根据各种规格电动机，在不同负载下所需的无功功率以及电容器容量误差等因素来选择，不能简单地用0.4乘电动机的额定容量来确定。

这因为不同系列、不同容量、不同极数其空载的无功功率与电动机的额定功率之比相差是很大的，从表1中可明显看出。

三相低压异步电动机专用无功补偿电容器容量的选择既要考虑到尽量减少不同规格数量，要考虑一种规格尽可能多适用于几种异步电动机的型号，同时又要保证异步电动机在不同的负载时功率因数满足补偿要求和不发生自励磁现象的过电压。

表2、表3为Y系列、JO2系列常用小型三相异步电动机(15kW及以下)就地无功补偿电容器容量配置表，是根据各异步电动机在不同负载下所需的无功功率选择的，对改善功率因数的效果是满意的。

4 结论
异步电动机就地无功补偿是一种经济、简单、高效、可靠的无功补偿方法，应在广大的乡镇和工矿企业推广。

建议电容器制造厂家应生产与异步电动机相配套的产品；异步电动机的制造厂家应在设计上考虑专用补偿电容器的安装位置；供电部门应制定相应规定，大力推广异步电动机无功补偿，以降低低压电网线损。