功率因數改善

何謂功率因數

功率是單位時間內所傳輸的能量，功率因數（Power Factor；PF）則是控制電器是否有效使用電力的重要因素，功率因數可反映所使用電器的電力效能。

 

假使功率是單位時間內所傳輸的能量，功率因數（Power Factor；PF）則是控制電器是否有效使用電力的重要因素，功率因數可反映所使用電器的電力效能。

 

假使功率因數偏低，則會增加變壓器及輸電線路的損失，亦即會影響變壓器及線路容量的利用率。習慣上，現在都是以W來表示電力系統或交流電器用品的有效功率數值，而以VA來表示顯示功率的數值，故其功率因數為W╱VA。當功率因數的數值越大，代表其電力利用率越高，一般的電器或設備之PF值大約只在0.5～0.7之間，針對此一情形過去常見的改善電力利用成效之方法，係在靠近負載端的地方加裝電容器，現則可藉由裝設功率因數校正器（Power Factor Correction；PFC）來改善，其作用原理是藉由調整交流電電流輸入的時間與波型，使其與電壓波型儘量一致，以讓功率因數接近於1，即有節省電力、增加電力系統容量和穩定電流等裨益。

 

台灣電力公司對用戶功率因數的規定:

改善功率因數，除了可以減輕電費並降低損失外，還可穩定電壓、提高用電品質及增益電力系統的充裕度。台電公司為鼓勵用戶提高用電設備功率因數，在電價表中訂定：若用戶用電的功率因數超過80％，每超過1％則當月電費可減收0.15％，反之若低於80％，則每低於1％當月電費需加收0.3％。用戶於改善功率因數後，尚可降低線路上之無效電流，保護線路在安全容量下的正常工作，以及確保電器設備與線路的安全使用，降低意外事故之發生，確是一舉多得。

 

功率因數改善的設計理念

 

電力系統交流電力的傳輸分為兩大部份，其一為以KW表示的實功率，另一是以KVAR表示之虛功率。兩者的向量和KVA，就是通稱的視在功率或負載容量。KW和KVAR向量二者相差90度角，以直角三角形表示時，斜邊是視在功率或負載容量，兩垂直股各是實功率及虛功率。
電力系統中當接上用電負載時，由於用電負載多數為電感性如感應電動機、變壓器或其他磁場電路等設備會產生滯後電流，使電流落後電壓 90 度相角，因之其產出之功率被區分為有效功率(KW)與無效功率(KVAR)兩部分，兩者之和即總輸出功率稱為視在功率(KVA)。無效電力使電機設備之產出功率降低並且會造成線路損失增加，最簡單迅速有效的改善方法就是加裝電容器。電容器為電容性負載，會產生越前電流，較電壓越前 90 度相角， 剛好可以抵消電感性之無效電力，使電機設備之總產出功率成為有效 功率，如此可以減少電力系統之損失，如下圖所示，用戶亦因此可減少電費之支出。

裝設電力電容器提高功率因數後，因線路上的部份無效電流改由電容器供給，線路上之無效電流因而減少，線路上之總電流也自然隨之減少。線路損失與線路總電流之平方成正比，功率因數一提高，則線路上之總電流將降低，故線路損失亦隨之降低。

如原來功率因數（PF1）不佳，經改善功率因數（PF2）後將可減少可觀之損失。
饋線減少線路損失：

 

功率因數改善後的諸效益

(一) 節省電費：

功率因數與計算電費有關，通常電力公司規定，用戶的負載功率因數低於標準 (綜合功率因數80%作基準) 時要加收電費；反之，如功率因數高於標準，電費則打折扣。

(二) 增加系統容量：

電力系統中，並聯電容器或電容器組，可供給導前之無效電力，抵消由電感性負載產生的滯後無效電力，進而緩和系統容量，能夠供給更多實負載而不須再增加或變更既有的設備容量。

(三) 減少系統電力損耗：

系統功率損耗可為二大部分：

由上二式可知，因感抗部分的電流而產生的能量損耗及乏損耗，可由功率因數改善到1.0而消失，系統損耗可減到最小。

(四) 增加設備壽命：

改善功率因數後線路總電流減少，便己達到飽合之變壓器、開關等機器設備和線路容量，因此可降低溫昇，增加便用壽命。

(五) 提高負載端電壓

在負載尚未補償時，電感性負載會引起較大之線路壓降，加入電容器補償後，線路電流減少，使得線路的壓降降低，負載的端電壓因而提高。