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電壓調整及使用電容器改善功率因數之探討 莊登吉.林俊吉.鍾翼能 前言： 為使用電戶之電壓保持在容許之變動範圍內，減輕電力輸送損失，除了電力業者應致力於系統之電壓調整和功率因數之改善外，用戶端的積極配合更是良好供電品質的要務。 壹、電壓調整（Voltage Regulation） (一) 電壓變動之原因 1. 線路上的電壓降：電流流經線路會因電阻、電感、電容之效應而產生壓降。 2. 頻率變化：系統頻率高低變化時，發電機輸出電壓亦隨之高低變化。 3. 負載變動：用戶的負載性質及大小隨時牽動線路之電壓。 4. 發電機功率因數之變化。 (二) 電壓調整之利益 1. 增進供電品質、提高用戶滿意度。 2. 減少系統設備容量，提高供電效率，降低線路損失，增加營運收入。 3. 電壓一定，與其他電路並聯方便。 4. 不致影響感應電動機、同步電動機、變壓器之運轉特性及壽命。 5. 穩定電子設備之發射能力、運用特性及延長使用年限。 6. 燈光無閃爍現象，不影響光度及壽命。 7. 穩定電熱器之熱量輸出、發熱時間及壽命，效率合乎標準，用電經濟。 (三) 電壓變動容許標準 電力業者實際上無法做到恆定的供電電壓，惟配電電壓應保持在一定的變動範圍內，才不致影響用戶用電器具之正常使用。依台灣電力公司所定之容許電壓變動標準如下： 註：1. 標準範圍：用戶設備之運用可獲最滿意結果之電壓變動範圍。 2. 容許限度：無法維持供電電壓於標準範圍，但能保持在容許限度以內，使用戶設備仍可有相當合理之使用效果。 3. 非常供電：當線路發生事故、改修等特殊狀況下得作非常供電，但需儘速改善。 (四) 電壓調整之方法 1. 變壓器分接頭之選定：變電所主變壓器及配電電壓器，視一次側電壓值來選定適當分接頭，提高二次側電壓。 2. 有載分接頭切換裝置之變壓器：變電所主變壓器常使用O.L.T.C之變壓器，可隨負載之變動改善電壓，調整幅度約 ±10％。 3. 感應電壓調整器：在變電所或線路上裝設，利用一次及二次繞阻位置之不同來變更感應電壓以補償線路壓降，調整幅度約 ±5％~±10％。 4. 固定式昇壓器：配電線路上裝置普通變壓器，提高一定的電壓。 5. 並聯電容器：在變電所或配電線路或用戶端裝設電容器，能抵消無效電力，提高功率因數、改善電壓降。 6. 串聯電容器：在配電線路上串聯電容器以補償線路電感抗，改善電壓降，防止諧波電流。 貳、功率因數改善（Power Factor Improvement） (一) 功率因數的定義 交流電力可分為有效電流及無效電流，兩種電流的向量互成直角而與系統供應之總電流成一直角三角形，其關係為： （總電流）2＝（有效電流）2＋（無效電流）2 或（視在電力）2＝（有效電力）2＋（無效電力）2 　 一般而言，電感性無效電力其功率因數“滯後”，而電容性無效電力其功率因數“超前”，白熾燈及電熱器之功率因數不超前也不滯後。 電力系統的負載，其有效電力及無效電力均由發電機供給，但無效電力的輸送需要較高的電壓，增加線路之電力損失，佔用系統容量，造成系統營運、維護運轉損失。所以最好在靠近負載處供給無效電力，提高功率因數，以減少系統供應之無效電力，在配電系統裡幾乎均使用電容器來改善功率因數。 (二) 電容器之基本原理 以兩片互相平行的金屬片，中間以空氣或其他絕緣材料相隔，金屬片的一端接電池的正極，另一端接負極，通電後金屬片上能儲存電荷。這種儲存電荷的裝置即為電容器，電容器的容量單位為法拉，以公式表示為： C＝Ｑ／Ｖ C＝電容器之容量（法拉） Q＝金屬片上儲存的電荷（庫侖） V＝金屬片間之電壓（伏特） 或Ｃ＝ＫＡ／Ｌ Ｋ＝金屬片間絕緣物之介質常數（法拉／公尺） Ａ＝金屬片的面積（平方公尺） Ｌ＝金屬片間的距離（公尺） 電極的面積越大，兩極間的距離越小，介質常數越高則電容器之容量越大。 高壓系統的電容器以仟乏（KVAR）為單位，低壓電容器以微法拉為單位，其關係如下： KVAR＝Ｖ2 2πfc（10-6）／1000 Ｖ＝額定電壓（V） ｆ＝電力系統的頻率（HZ） Ｃ＝電容量（μf） (三) 電容器的額定、標準 電容器有單相及三相兩種，三相電容器接線較為方便，單相電容器則是運用較靈活，電力系統使用之電容器容量較大，由多個單相電容器組成。電容器的KVAR容器誤差為＋15%-0%，電容器運轉時的損失，在額定電壓、額定頻率、25℃時，紙電容器每ＫＶＡＲ約３Ｗ，而Ｐ.Ｐ.薄膜電容器約0.2W。電容器允許運轉電壓為額定電壓的110%，在緊急時可在較高電壓下短時間運轉，其最大運轉容量不得超過額定容量的135%。 (四) 防止電容器事故之對策 1. 電容器應選用較高一級之耐壓等級。 2. 電容器之單位電容，採用多段式控制，來降