道路照明工程中提高功率因數(shù)的方法簡介

1、道路照明工程中提高功率因數(shù)的方法簡介 摘 要 本文針對城市道路照明的負(fù)荷特點，分別闡述了對照明線路集中補償方法和對單個路燈的單燈補償方法，并結(jié)合具體的實例，對集中補償進行了詳細(xì)的介紹。關(guān)鍵詞 道路照明 集中補償 單燈補償 0 引言隨著城市道路照明的技術(shù)進步和節(jié)能意識的增強，發(fā)光效率高、使用壽命長的高壓氣體放電燈如高壓高壓納燈和金鹵燈已逐步成為主流。但由于此類光源的功率因數(shù)偏低，一般在0.3-0.5之間，與供電部門對配電系統(tǒng)的功率因數(shù)要求(低壓電源供電的低壓電源側(cè)功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.9以上，高壓電源供電的低壓電源側(cè)功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.95)有較大差距。因此，安裝了氣體放電燈光源的道路照明電氣系統(tǒng)都應(yīng)

2、安裝功率因數(shù)補償設(shè)備。功率因數(shù)補償設(shè)備的裝設(shè)，按全國供用電規(guī)則、( 供用電營業(yè)規(guī)則)、供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范 (GB50052-95)、(建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn))(GB50034-2004)和(民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范)(JGJT16-92都規(guī)定，宜就地補償無功功率，使配電系統(tǒng)的功率因數(shù)達(dá)到規(guī)定值。并指出“供給氣體放電燈的配電線路宜在線路或燈具內(nèi)設(shè)置電容補償，功率因數(shù)不應(yīng)低于0.9”(見建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)條)。所以，凡采用電感鎮(zhèn)流器的氣體放電燈光源都應(yīng)裝設(shè)電容補償無功功率，使功率因數(shù)達(dá)到配電系統(tǒng)的規(guī)定值。提高城市道路照明電氣系統(tǒng)的功率因數(shù)通常采用二種方法，一是采用在路燈專用變壓器的低壓側(cè)根據(jù)單相或三相路燈干線

3、的負(fù)荷的大小和功率因數(shù)情況配置以單相或三相電力電容器實施道路照明電氣系統(tǒng)的集中補償；二是在各個燈具內(nèi)裝設(shè)相應(yīng)規(guī)格的CBB60系列單燈補償電容器實施單燈補償。1 道路照明電氣系統(tǒng)的集中補償 集中補償法是在路燈供電控制箱處集中裝設(shè)低壓大容量三相無功補償電容器，優(yōu)點是投資少，維護管理簡單，費用低，無功負(fù)荷電流不經(jīng)變壓器，降低了電容器前級線路和變壓器的有功無功損耗；缺點是電容器后至負(fù)載的線路無功損耗仍存在。對既考核有功又考核無功的路燈專用變壓器，裝設(shè)低壓無功補償電容器是一項簡便易行，收效顯著的舉措，已被大力推廣?，F(xiàn)以普遍使用的150400W高壓鈉燈為例進行分析計算，該功率范圍鈉燈功率因數(shù)約0.45，按

4、低壓側(cè)補償后功率因數(shù)達(dá)0.9計算每千瓦需要的無功功率和電容量。由電容性無功功率計算公式Qc=CU2可知，要求出電容C，可先計算出電容性無功功率，而根據(jù)功率三角形（圖1）圖1補償前cos=0.45，=63.256°補償后cos=0.90，=25.842°所以Qc=P(tg-tg)=1.5002P=1.5002 (kvar/kW)C=Qc/U2=99(F/kW)即功率因數(shù)從0.45提高到0.90時，無功補償功率是1.5002kvar/kW，折合單相（220V）電容量是99F/kW?，F(xiàn)舉例分析補償前后經(jīng)濟效益對比：現(xiàn)有一臺路燈專用低損耗變壓器，容量100kVA，實際使用有功負(fù)荷4

5、0kW，功率因數(shù)0.45。每天使用時間11h(19:006:00)，每月按30天計，供電部門按0.6元/kWh計算，按功率因數(shù)為0.85進行考核。求補償前月電費調(diào)整量和補償后達(dá)到0.90的電費調(diào)整量，并計算補償后的投資回收期。月實用有功電量為40×11×30=13200(kWh)補償前月實用無功電量為=40tg×11×30=26196(kvarh)查低損耗變壓器有功、無功損耗及功率因數(shù)計算查對手冊（簡稱手冊），月有功損耗768kWh，月無功損耗3670kvarh。月總有功電量=13200+768=13960(kWh)月總無功電量=26196+3607=2

6、9803(kvarh)求比值：29803/13960=2.23，查手冊對應(yīng)功率因數(shù)為0.42，電費調(diào)數(shù)+51%，計算月調(diào)整電費為：13960×0.6×51%=4271。8（元）可見由于功率因數(shù)偏低，基本電價在原有基礎(chǔ)上提高51%。低壓側(cè)裝設(shè)無功補償電容器后使功率因數(shù)達(dá)到0.90后，月實用無功電量為40tg×11×30=6393(kvarh)月總無功電量=6393+3607=10000(kvarh)求比值10000/13960=0.715,查手冊對應(yīng)功率因數(shù)為0.81，電費調(diào)數(shù)+2.0%，計算月調(diào)整電費月調(diào)整電費=13960×0.6×2

7、.0% =167（元）補償前后月調(diào)整電費差額：42718-167=4104.8（元）功率因數(shù)從0.45補償?shù)?.90后，需要無功功率Qc=P(tg-tg)=40×1.500260(kvar)單臺三相低壓電容器容量為15kvar，出廠價350420元，按420元計，需電容器臺數(shù)及總投資60÷15=4（臺）420×4=1680（元）從以上計算可以看出，裝設(shè)低壓無功補償電容器后所增加的費用僅需半月就可收回電容器的投資，即使考慮與低壓無功補償電容器相關(guān)的功率因數(shù)檢測、控制、保護等外圍器件的投資費用，其投資回收周期也不會超過6個月，而且能長期受到電費減價優(yōu)惠，又能更充分利用

8、變壓器的容量。一次投資，長期受益，是一項不可多得的節(jié)電措施。目前國內(nèi)的城市道路照明行業(yè)針對路燈用電系統(tǒng)的負(fù)載功率因數(shù)偏低的問題，通常是采用三相共補的集中補償手段來改善其線路功率因數(shù)，起到了一定的補償效果，但由于路燈類三相負(fù)荷的不對稱性，使得集中補償措施的實際效果補償效果受到了較大的影響。據(jù)此，我們經(jīng)過較長時間的研究，總結(jié)出了適合于城市道路照明供電系統(tǒng)的三相功率因數(shù)分相測量，取得了良好的使用效果。其設(shè)計指導(dǎo)思想是：1針對不對稱負(fù)荷的無功補償方案，應(yīng)該摒棄傳統(tǒng)的三相功率因數(shù)共測共補的設(shè)計方案，而應(yīng)采取分相檢測。2補償柜應(yīng)該摒棄傳統(tǒng)的無功功率共補的方案，而應(yīng)采取分相與共補相結(jié)合和先共補后分補的混合補

9、償方式。3在分相補償中為提高可靠性和節(jié)省空間擬采用Y接法的三相組合分補電容器組。4在分組補償和三相共補償線路中應(yīng)有效地解決操作過電壓、強電壓和浪涌電流問題。5在分相補償和三相共補償線路中應(yīng)有效地抑制諧波電流問題，并能有效地解決抗干擾問題。6為了提高產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化程度和提高防護效果擬采用標(biāo)準(zhǔn)柜體，要考慮防雨防塵設(shè)計，并能有降溫風(fēng)機。不對稱負(fù)荷的無功補償方案的系統(tǒng)簡圖如圖2所示圖22、道路照明電氣系統(tǒng)的單燈補償在路燈的各燈具內(nèi)裝設(shè)相應(yīng)規(guī)格的CBB60系列耐壓為400V的單燈補償電容器，可使各級照明配電線路的電流大大降低，線路功率因數(shù)明顯提高。以400W高壓鈉燈為例，在沒有裝設(shè)相應(yīng)規(guī)格的CBB60系列

10、單燈補償電容器之前，其正常工作電流為4。6A, 功率因數(shù)為0。46。當(dāng)裝設(shè)了容量為50uF的CBB60系列單燈補償電容器之后，其工作電流為2。29A, 功率因數(shù)為0。91。由此可見，裝設(shè)了補償后的電流比未裝設(shè)補償電容器的電流減小近50%，功率因數(shù)提高近一倍。不難發(fā)現(xiàn)，燈具在裝設(shè)補償電容器后的變壓器、各級配電線路、開關(guān)設(shè)備和保護設(shè)備都要比沒有裝設(shè)補償電容器前增大了近一倍，同時，線路功耗和線路壓降都將顯著降低，即節(jié)約電能、同時也提高設(shè)備利用效率、提高路燈亮燈率。與集中補償方法相比較，單燈補償?shù)耐顿Y回收周期相近，但存在安裝不便、維修麻煩等既缺點，盡管如此，該方法在新安裝的路燈工程中值得廣泛推廣和應(yīng)用

11、。圖3為單燈補償方法的接線圖。圖3表1為高壓鈉燈裝設(shè)單燈補償電容器的對照表高壓鈉燈功率補償前工作電流補償后工作電流補償電容量70W0.98A0.49A12uF110W1.25A0.68A15uF150W1.8A0.89A22uF250W3.0A1.56A35uF400W4.6A2.35A50uF表2為金鹵燈裝設(shè)單燈補償電容器的對照表金鹵燈功率補償前工作電流補償后工作電流補償電容量70W0.98A0.48A12uF100W1.25A0.69A15uF175W1.5A0.78A18uF250W2.1A1.09A22uF400W3.25A1.72A30uF3、結(jié)束語 綜上所述，不論是集中補償還是單燈補償對提高城市道路照明電氣系統(tǒng)的功率因數(shù)、節(jié)約電能、提高變壓器和線路利用率、提高系統(tǒng)電能質(zhì)量都是十分有利的。但在具體地選擇補償方案時應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場情況確定合適的補償方法。針對已經(jīng)投入運行的城市道路照明電氣系統(tǒng)建議采用集中補償?shù)募夹g(shù)方案，這樣可以減小安裝工作量和維修工作量。當(dāng)路燈的三相負(fù)荷電流基本對稱時，可采用三相共補的集中補償手段來改善其線路功率因數(shù)，當(dāng)路燈的三相負(fù)荷電流不對稱時應(yīng)采用混合補償?shù)募夹g(shù)方案，以達(dá)到預(yù)期的補償目標(biāo)。針對設(shè)計中的和新施工的道路照明電氣系統(tǒng)建設(shè)采用單燈補償?shù)募夹g(shù)方案，以實現(xiàn)真正的“就地補償”，達(dá)到最佳的補償效果。參考文獻(xiàn)：1.劉躍群，王強，劉卓炯，光源電器和應(yīng)用