什么是无功

来源：网络   日期:2013-11-20   点击数：

在平稳直流状态下，功率等于电压与电流的乘积，即：。

在交流状态下，由于电压与电流均有为时间的周期函数，则功率由下式来进行计算：

式中T为周期。

当电网中的负荷含有电抗成分（通常为感性成分）或者负荷具有非线性特性时，电压与电流就会有相位差或者电流含有谐波成分，此时电网传输能量的能力下降，功率的计算值小于电压有效值与电流有效值的乘积，于是就引入了功率因素的概念。功率因素的英文全称是power factor,简称PF，PF是一个无量纲的小于1的实数。

鉴于谐波问题的复杂性，本文的内容均不考虑谐波。

当电压与电流用有效值表示并引入功率因素时，则功率由下式来进行计算：

当系统中没有谐波时，功率因数就是电压与电流的相位差φ的余弦函数，即：PF=cosφ。于是功率的表达式可写为：

引入了功率函数的概念之后，我们就可以利用向量的方法将电流分解为有功电流和无功电流。

式中I_R为有功电流，I_L为无功电流，I为视在电流。

同样的方法，我们可以将功率分解为有功功率和无功功率：

式中P为有功功率，P_L为无功功率，P_S为视在功率。

有功功率代表着能量的传递，而无功功率是一种交流电网中特有的不传递能量的伴生量。

在电网系统计量过程中，还经常全和有功电量与无功电量来计算功率因数。由于有功电量相当于有功功率对时间的积分，无功电量相当于无功功率真时间的积分，因此，这样的计算结果相当于功率因数在一个计算周期的平均值。

需要注意的是：

（1）只有无功电流与无功功率的概念，没有无功电压的概念。因此，通常所说的无功可以指无功电流，也可以指无功功率。

（2）当系统中含有谐波时，有cosφ来表达功率因数会产生较大的误差，谐波含量越大，误差越大。

由于无功电流的存在，在传送同样能量的情况下，电流比没有无功的情况下增加，会大量增加系统的铜损，降低线路与变压器的利用率，这是显而易见的事情。

在一个交流连接的电网中，（这里强调交流连接的原因是因为直流输电线路不传递无功，因此用直流输电线路连接的若干电网可以分开为各自独立的电网来考虑地无功问题），无功电流在任何瞬间都是平衡的，也就是说，无功电流的发出量与吸收量在任何瞬间都是相等的，这就是无功平衡原理。

当电网中没有补偿装置时，负荷吸收的无功功率就全部要由发电机来提供。

由于无功平衡全面质量管理原理的存在，无功电流虽然不传递能量，但是却会影响电网的电压，这是由电网中的设备性质决定的。电网中绝大部分发电机均为同步发电机。同步发电机在激磁电流不变时输出的无功电流与输出的电压成反比，即：随着输出电压的减少而输出无功电流增加，反之，随着输出电压的增加而输出无功电流减少。而电网中大部分负荷所吸收的无功电流与电压成反比。因此，如果系统的无功不足，电压就会下降，电压下降以后，负荷吸收的无功减少，发电机发出的无功增加，从而保持无功的平衡。反之，如果系统的无功过剩，电压就会升高，电压升高以后，负荷吸收的无功增加，发电机发出的无功减少，从而保持无功的平衡，也就是说，电网可以依靠电压的变化来自动保持无功平衡。

如果系统中的无功严重不足，就会导致电压急剧下降，电压下降导致发电机发出的无功电流急剧增加，这时，如果某一台发电机由于电流过载而解列退出电网，则无功更加不足，如此连锁反应，会导致电网崩溃的大事故。

由于无功的不良作用，在电网中，总是希望尽量减少无功的传递，减少无功传递的方法就是无功补偿。所谓的无功补偿可以理解为在电网中安装一些可以发出无功的设备，从而使负荷所吸收的无功被就地平衡，避免大量无功电流的远距离传输。