变电所的用电负荷大多都是感性负荷，如水泵、电梯、空调、冰箱等带有线圈（绕组）的设备，这样的电路中既有阻性负荷又有感性负荷（如水泵、电梯、空调的功率因数大约分别为：0.8、0.6、0.8）。如图1所示,

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图1

这类设备除了从电源取得一部分电能作有用功外，还必须耗用一部分电能用来建立线圈磁场。

为建立线圈磁场就需要电流，这部分电流在流动过程中并不消耗电能，只是在电场能量与磁场能量之间进行转换，称为无功电流，这些电流如果由发电机提供并经过长距离传送，将会额外地增加输电线路的总电流从而增加线损，也会降低变压器有功功率的输出。

研究发现感性无功电流是滞后于电压90度的电流，与此相反配电线路上并联电容器可产生超前于电压90度的容性无功电流,并且容性无功电流可以与感性无功电流相互抵消，利用这一特性大多数都是在变压器的低压端并联电容器来就地补偿负载所需的感性无功功率，以提高有功功率的输出。

那么电路中并联了电容器后为什么就可以提高功率因数呢？本人试从电磁振荡的瞬时图形着手，深入分析电感电流和电容电流之间的此消彼长，从而形象的说明无功补偿的基本原理。

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图2

现在假设有这样一个模型：见图2，电路仅仅由一个大电容和一个大电感构成，忽略各处电阻。现在合上开关，待电容充满电后停止供电，因电容与电感并联，承受的是同一电压，电容与电感电压的瞬时相位相同。

见图3，电感电流滞后电压90度（电感电流的峰值比电压峰值落后1/2T），电容电流超前电压90度（电容电流的峰值比电压峰值超前1/2T）。

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图3

在1/4T这一瞬时，其一，电容的A极板上充满了正电（将电容的两极板分别设为A和B）,电容的电压u（C）处于最高值，充电完毕，电容的电流i（C）等于0，此时电容的电场能最大；其二，电感的电压u（L）同时处于最高值（因电容与电感的端点联在一起），电感的电流i（L）也等于0（因电容与电感在同一回路上），此时整个回路中磁场能最小、电场能最大。

随着时间向图形的右侧推移，电容向电感放电,电容的电流曲线位于时间轴的下方为负电，并且放电的电流逐渐加大。放电电流经过电感时，电感会产生一个磁场,这个磁场所产生的自感电流方向与它相反,阻止电流变大，所以电感的电流位于时间轴的上方为正电，并且电流逐渐加大。电流增加,磁场会增强,所以电感中的磁场能在增加。
    电容继续放电,电容两端的电压会下降，电感的电流在增加,说明电感产生的磁场在增强,这符合能量守恒,它表示电容中的电场能逐渐转换成了电感中的磁场能,在1/2T这一瞬时，电容的电压u（C）等于0，电容的电流i（C）达到最大值（因电容的容量是一定的，当电容的电压达到最大时，电荷充不进去了，电流趋近于零，反之当电容的电压达到最小时，电荷放出或充入的速度最快），因此时电容的电压为0，所以此时电容的电场能最小也等于0；电感的电流i（L）处于最大值（因电容与电感在同一回路上），此时整个回路中电场能最小、磁场能最大。这说明：电容把它所有的电场能都转换成了电感中的磁场能。
    因为电容电压为0了,而此时电流达到一个最大值,电流不能突变，电容的A极板上逐渐增加负电，相当于电流开始反向向电容充电，电容在吸收电感磁场的电流，随着电容吸收的电量变多,极板电压升高，电流也就越来越小，电容的反向电压达到最大时，电流为0,。在3/4T这一瞬时，电场能最大，磁场能为0。如果LC回路没有能量损耗,根据能量守恒,此时电容的电压与转换前的电压相同,只是方向相反，这个过程说明：电感把磁场能又转换成了电容的电场能。
    当电感中的磁能为0,电流也为0时,电容又开始向电感放电,过程与上述相同,方向相反.如此反复,便形成了电磁振荡。
　　如果电路中除电容、电感外还有电阻，即有能量损耗，但无电源，则能量通过电阻上散发的焦耳热不断损耗殆尽，电流和电压的振幅逐渐衰减为零，这种电磁振荡称为阻尼振荡。

如果在由电容、电感和电阻组成的电路中还有交流电源，电源的电动势随时间按正弦函数变化，则由于电源不断提供能量，补偿在电阻上的能量损耗，稳定后电路中电流、电荷的振幅将保持恒定。这种电磁振荡称为受迫振荡，受迫振荡的频率等于交流电源的频率。

若控制投入电路中的电容量，使电路中产生的电容电流不能完全抵消电感电流，这时图4所示的电路图形就是现实中的无功补偿的数学模型。

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图4

电路中并联了电容器后，电路由图1转变成图4，电路中所需的电感电流分为两部分，一部分从电磁振荡电路中获得补偿，另一部分仍从电源处获得。因投入电容减少了电源与感性用电器之间电路中的总电流，减小了无功功率。这就是无功补偿原理的形象解说。

下面进一步从电流的矢量图加以说明。见图5，

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图5

在没有投入电容补偿时，电路中电阻性电流为i(R)，感性电流为i(L),其电路中的总电流为i[Ø(L)];总电流与电阻性电流之间的夹角为Ø（L）；

在投入电容补偿后，电路中电阻性电流仍为i(R)，实际电感性电流为i(L)减去i（C）后的较小的电流,其电路中的总电流变为较小的i[Ø(L-C)];总电流与电阻性电流之间的夹角为Ø（L-C）；夹角Ø（L-C）小于夹角Ø（L）。由此就产生了“电流三角形”，见图6，取Ø=图5中的Ø（L-C）；i(总）=图5中的i[Ø(L-C)]；

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图6

将“电流三角形”各边都乘以U,就可得到“功率三角形”图7

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图7

S是视在功率，P是有功功率，Q是无功功率，cosφ是功率因数，φ越小cosφ数值越大，有功功率就越大。  

P=Scosφ

举例来说：一台500KVA的变压器，通过无功补偿，将变压器的功率因数从0.75提高到0.95。（功率因数达到1时将会产生电流谐振，就如同力学中的共振，会损坏电器。所以功率因数应小于1）

补偿前该变压器满载可承受功率为：P=Scosφ=500×0.75=375KW

补偿后该变压器满载可承受功率为：P=Scosφ=500×0.95=475KW

同样一台变压器，无功补偿后，它就可以多承担100KW的负载。这从另一方面也提醒我们，其可承受满载功率必须小于375KW。否则无功补偿装置万一失效，变压器将会超负荷运行。

再分析一下该例中电流的变化：若负载为300KW

补偿前：I=N/(√3Ucosφ）=300000/（1.732×380×0.75）=607.8A

补偿后：I=N/(√3Ucosφ）=300000/（1.732×380×0.95）=479.8A

减少了128A电流，可以认为，该变压器的无功补偿电流为128A！一个小时就可节约128度电！可见无功补偿对于用户端的巨大经济效益。

      以上就是变配电房无功补偿的基本原理。