补偿电容对电度表计量影响的实验分析

钟承尧，陈巧婵

（1.海南师范大学 物理与电子工程学院，海南 海口 571158；2.那大二中，海南 儋州 571700）

补偿电容对电度表计量影响的实验分析

钟承尧1，陈巧婵2

（1.海南师范大学 物理与电子工程学院，海南 海口 571158；2.那大二中，海南 儋州 571700）

通过对无功电容补偿原理和电度表工作原理的分析表明，无功补偿电容接在电度表前其计量值大；接在电度表后其计量值小.并通过实验数据验证了理论分析的结果.

电度表；计量；补偿电容；无功功率

随着科技的进步，无功功率补偿在电力系统中的应用日趋广泛.无功功率补偿主要有高压集中补偿、低压集中补偿、低压就地补偿三种方式[1].三种补偿方式的电容器安装位置不同，补偿效果也不同，给电力系统带来的经济效益也不同.在日常生活中，电度表是衡量用户用电多少的量度.补尝电容的加入，对其计量的影响不容忽视.根据电容补偿的原理[2]，通过实验验证，分析电容器接在电度表前和后，对电度表计量的影响.

1 基本原理

日常生活中所使用的电动机、日光灯等负载，大多是感性负载，需要电源提供较大的电感性无功功率才能工作，占用了电源的资源，降低了电源的带载能力.常用并联电容的方式进行无功功率补偿，以此来提高功率因数，提高电源的利用率.无功功率的补偿点不同，对电网的补偿效果不同.电度表前，电度表后是两个不同的补偿点，对电度表的计量也会产生不同的影响.

1.1 补偿电容接在电度表前的影响

电度表是电能计量和生产经济核算的重要量具[3].从变压器输出的电能经过电度表供给负载，负载不同，线路中的电流不同，电度表中铝盘转动速度不一样.若在电度表前并联一电容器组进行无功功率补偿[4]，则补偿电容减少了负载与电源之间的无功功率交换，可以降低线路中电流，进而减少了电压损耗.

在线路末端装设补偿容量QC后，线路电压损失减少值可近似按（1）式[5]求得：

从补偿原理来分析，电源端电压为U̇，流过电度表的负载电流为 İ1，其滞后电源电压相位角为φ.通过电容器的电流为 İc，它超前电源电压90°.并联点以前的电流 İ是 İ1与 İc的相量和，见图1.

由相量图可知，并联补偿电容后，线路中的总电流İ减少，端电压会稍有增大，感性负载的电流İ1会稍微增大.

此时通过电度表的电流仍为İ1而不是主线路中实际的 İ(İ1)＞İ.则通过电压线圈和电流线圈产生的交变磁通稍大，电度表转速大，计量值相应的会稍大.

也就是说，在电度表前并联补偿电容将使电度表计量的电能值比用户实际使用的大些.这种补偿方式对用户而言，是不合算的.

1.2 补偿电容接在电度表后的影响

补偿电容接在电度表之后，也就是对负载的集中补偿.根据补偿原理，可知补偿点以前电流减少，即由电压线圈和电流线圈产生的交变磁通减小，电度表中铝盘转速相应变慢，计量值相应变小.

根据三相交流输电线中能量损耗方程式[6]：

在输电线路中电能损耗的大小与用户的用电负载，电压和功率因数有关，即：线路的有功电能损耗与负荷的平方成正比；与电阻及使用时间成正比；与电压平方和功率因数平方成反比.而用电负荷P，线路电阻R及使用时间一般不变.因此，线路损耗与功率因数和电压平方成反比.

若负载的有功电量为P，并联前功率因数为cosφ1，并联后功率因数为cosφ2，线路损耗占总用电量的比例为a%.则其经济效益为：

在负载上并联了补偿电容以后，减少了电源与负载之间的无功功率交换，这时电感性负载所需的无功功率大部分或全部都是就地供给（电容器供给），就是说无功功率的交换主要或全部发生在感性负载和电容器之间.这样，电源供给的无功功率减少，线路中的电流相应减小，电度表所计量的值也会相应的减少.

2 实验分析

2.1 实验电路

在基本原理中，提到了通过电度表的电流、负载功率、耗电量.为了验证理论的正确，对这三个量进行测量.用交流电流表测量通过电度表的电流，用功率表计量负载功率，电度表计量耗电量多少.本实验的研究对象是三相异步电动机，其功率为250 W频率为50 Hz，额定电压为380 V，额定电流为0.85 A，电动机空载时的功率因数低，且为感性电路，因此，可以用补偿电容提高其功率因数.实验过程中，并联一功率为180 W异步电动机，增大负载，以便更清楚的观察功率表、电流表的变化.

实验过程中采用二功率表测量法测量负载功率.D34—W型低功率因数瓦特表测量的功率：P=Cα

式中：P—功率，单位瓦特；

C—仪表常数即刻度每格所代表之瓦特；

α—仪表偏转后指示格数.

三相电路负载功率为二表功率之和：P=P1+P2.实验测量电路示意图见图2.

由补偿电容量确定公式[7]：

其中P为三相功率，U为每相电容所加电压，φ1为电动机原功率因数角，φ2为补偿后电动机功率因数角，ω为电动机的角速度.补偿电容后，电动机的功率因数一般为0.9，经计算得出C为9.9μF.实验中采用实验室现有的4.0μF/250V的电容器串联变成2.0μF进行无功功率补偿.由于负载小，三相电度表显示结果不易于比较，采用功率表来测量后推算出电度表的计量结果.

2.2 实验结果与分析

实验数据见表1和表2.

表1 负载为250W空载电动机的实验数据Tab.1The experimental data when motor's load is 250W

并联2.0μF的电容进行无功补偿，功率因数并未提高到0.9，但由表中数据可见，补偿电容接在功率表前，流过功率表的电流值大，功率表的读数大；补偿电容接在功率表后，流过功率表的电流值小，功率表的读数小.

表2 负载为250W电动机与180W的电动机并联的实验数据Tab.2The experimental data when motor of 250W load and the other of 180W load is in parallel connection

虽然补偿电容接在电度表前后功率表的读数只相差几瓦，但实验中所接负载较小，再者随着时间的推移，电度表计量的差别将会是非常的明显的.从对三相电流的测量结果分析可得：在电度表前并联电容，通过功率表的电流大；在电度表后并联电容，通过功率表的电流小.在补偿电容不变的条件下，增大其负载，电流的变化量增大.由此类推：功率越大，电流差值越大，电度表计量的差值也越大；补偿电容增大，功率因数相应提高，功率表计量的差值也增大，电度表计量的差值也会随着增大.

实验过程中，负载功率较小.企业、家庭所使用的电器设备功率远大于实验中所用的电动机，因电容器补偿点的不同而导致的电度表计量的差值也会更大.

由于电压有所波动，实验过程中不同时刻，电压值不同，导致实验结果存在一定的误差，所取值均为平均值.但从所取数据来看，在误差范围内，实验结果也能说明问题.

3 小结

经过理论计算和实验验证说明，补偿电容器接在电度表前，电度表计量值大；补偿电容器接在电度表后，电度表计量值小.因此，用户在进行无功功率补偿时，对补偿点的选择应考虑补偿电容对电度表计量值的影响.补偿电容接在电度表前，用户所支付的电费多；补偿电容接在电度表后，用户所支付的电费少.

[1]岑毅南,赵秀臣.关于煤矿无功就地补偿方式的节能分析[J].电工技术,1998(7):5-7.

[2]黎江.电力用户提高功率因数效益分析[J].山西建筑,2007,33(28):220-221.

[3]王金波.电度表接线的新检查方法[J].电力建设,2003,24(10):34-36.

[4]杨云龙,王凤清.配电配电变压器三相不平衡运行带来的附加损耗、电压偏差及补偿方法[J].电网技术,2004,28(8):73-76.

[5]秦曾煌.电工学[M].北京:高等教育出版社,2003.

[6]彭凤生.关于若干节电措施的探讨[J].现代节能,1988(1):12-16.

[7]张良程.采用电容补偿降低多组电表共用PT的计量误差[J].福建建筑,2007,108(6):68-70.

Experimental Analysis of Compensation Capacitor’s Effect on Watt-hour Meter Measure

ZHONG Chengyao1，CHEN Qiaochan2
（1.College of Physics and Electronic Engineering，Hainan Normal University，Haikou571158，China；2.Nada No.2 Middle School，Danzhou571700，China）

In the article,the analysis of the idle capacitor compensation principle and watt-hour meter’s working theo⁃ry indicated that,the measured value of the watt-hour meter would be larger when the reactive power compensation ca⁃pacitor was placed in front of it,and would be lesser when the capacitor was placed behind.The result of theory analysis was verified by experimental data.

watt-hour meter；measure；compensation capacitor；reactive power

TM 531

A

1674-4942（2011）02-0163-03

2011-02-25

黄 澜