(电容补偿柜)学习资料.doc

电容补偿柜学习资料现在的工业电气设备，由于大量采用感应电动机及变压器，电源除供给有功功率外尚需供给大量的无功功率，由于无功电流通过线路系统，导致配电设备能力未能得到充分利用，并引起以下损害：(1) 功率因数愈低则电力损失也愈大（电能损失与功率因数值的平方成反比）；(2) 电压降也愈大；(3) 增加了设备容量与电力损耗；(4) 增加用户的运行费用（电费）；工业用电中的无功功率直接影响电费，电力的功率因数管理十分重要，电力部门规定大容量用户必须保证功率因数在0.9以上，其他用户应保证在0.85以上。经努力达不到以上规定，必须装设电容补偿设备。功率因数是衡量供电系统经济运行的一个重要指标。电力系统中无功功率的补偿方式有：并联电容器、串联电容器、同步调相机等。工业企业和民用建筑用户多采用并联电容器来补偿功率因数。并联电容器按在供电系统内装设位置分：高压集中补偿、低压成组补偿、低压分散补偿。目前我公司生产工具的电容补偿柜属于低压成组补偿这一类。电容补偿有三相共补和三相分补两类，目前低压上普遍采用三相共补方式。三相共补：即同时对A、B、C三相补偿相同容量的电容。三相分补：即对三相中各相分别计算其COS，根据计算结果再对相应的一相进行补偿。三相共补的补偿精度低，但控制相对简单；三相分补的补偿精度高，但控制相对比较复杂。有关概念：有功功率：在交流电压的作用下，在电器元件上消耗的一个周期内的平均功率。无功功率：电压或电动势与无功电流的乘积。功率因数COS：指在有功功率一定的条件下，取用无功功率的多少，取用无功功率越多，则功率因数越低。无功功率的作用：无功是用来在电路中的电感、电容元件中建立变化的电磁场，从而建立电压，传递和转换有功功率，成为电力系统和用电设备（纯电阻设备除外）正常运转所不可缺少的重要因素之一。交流电力系统运行的目的是为了传输和消耗能源，而无功系统运行就是其不可缺少的手段。无功的存在保持了交流电力系统的电压水平，保证电力系统的稳定运行和用户的供电质量、并使电网传输电能的损耗最小。例如，大家很熟悉的交流感应式电动机，其定子和转子间并没有电的联系，电动机的三相电源是直接供给定子绕组的，当定子绕组通上三相电源后，转子就转动起来了，这是因为当定子绕组通电以后就在定子和转子的间隙产生了旋转磁场，该旋转磁场在旋转过程中切割转子绕组，使转子绕组中感应出电流后就使转子转动起来，在电动机内部产生旋转磁场的那部分电流其实就是无功电流。电力用户的功率因数应达到下列规定：(1) 高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调压装置的电力用户，功率因数为0.95以上。(2) 其它100KVA（KW）及以上10KV供电电力用户，功率因数为0.95以上。(3) 其他电力用户，其功率因数宜达到0.90以上。功率因数降低与有功功率损耗增加的百分数之间的关系见下表：功率因数从1降低到右列数值0.950.90.850.80.750.70.650.6电力网元件中有功功率损耗增加的百分数1123385678104136178从上表可以看出,当功率因数为0.9时，电力系统中有功功率损耗增加23%，当功率因数降低到0.6时，电力系统中有功功率损耗则要增加178%，这说明功率因数越低，则有功功率损耗就越大，所以对电力用户，其功率因数必须达到0.90以上，否则，供电计量部门要进行罚款。在变电所内设置电容柜的作用：人工补偿电力系统功率因数，使功率因数达到规定的数值范围之内。下面开始介绍电容柜的基本原理：1常用的电容柜原理图见附页。2低压并联补偿电容器采用形接线，其优点：(1) Qc()=3Qc(Y) 可节省电容器组的容量。(2) 任一电容器断线，三相线路仍得到无功作补偿。2.1低压并联补偿电容器采用形接线时缺点：(1) 任一电容器击穿时，将造成三相线路的两相短路，短路电流很大，有可能引起电容器爆炸。(2) 对0.4KV的低压并联补偿电容器其内部采用形接线，而对610KV高压并联补偿电容器采用Y形接线。例，型号BCMJ0.4-20-3表示：B：表示并联电容器；C：表示油浸式；M：表示介质类型为聚丙烯薄膜；J：表示电极类型为金属化；0.4：表示额定电压为0.4KV；20：表示额定容量为20KVar；3：表示电容器为三相；该电容器额定电流按I=计算，Q电容器额定容量（KVar）U电容器额定电压（KV）即20KVar电容器额定电流I=29A3 并联电容器的主要保护：(1) 熔断器短路保护：并联电容器的主要故障是短路故障，它可造成电网的相间短路，故对低压并联电容器，一般装设熔断器作为相间短路保护。熔断器的熔芯电流按1.431.55倍电容器电流计算。(2) 热继电器过负荷保护：由于电网内高次谐波或其它过电压的影响，会使电容器产生过负荷，热继电器的主要作用是电容器的过负荷保护，其过负荷保护电流按1.35倍的电容器电流计算。4 电容器放电指示灯：放电指示灯主要作用是当电容器组从电网中切除后，保证在5S内将电容器组上的剩余电压降至50V及以下，其次它具有指示电容器组的投入时运行指示。为了保证安全放电，电容器组的放电回路中不得装设熔断器，以免熔断时切断放电回路，危及人身安全。5为确保电容器的使用寿命，电容器的工频稳态过电压和运行时间应符合以下规定：工频过电压最大持续时间说明1.1Un长期指长期过电压的最高值应不超过1.1Un1.15Un每24h中30min系统电压的调整与波动1.2Un5min轻负荷时电压升高1.3Un1min轻负荷时电压升高6电容柜总进线开关：电容柜总进线开关一般选用熔断器式开关作为总的进线保护，当选用断路器时，断路器的短路瞬时保护功能必须设置为OFF（关）位置。7XD1型电抗器：作用：限制电容器接通瞬间的涌流，限制涌流倍数50倍。电抗率：串联电抗器的感抗与并联电容器的容抗之比，以百分数表示。电抗率是串联电抗器的重要参数，电抗率大小直接影响着它的作用，当电网中谐波含量甚少, 装设串联电抗器的目的仅为限制电容器组追加投入时的涌流，电抗率可选得比较小，一般为0.11（如XD1系列），在计及回路连接电感（可按1 uHm考虑）影响后，可将合闸涌流限制到允许范围。在电抗率选取时可根据回路连线的长短确定靠近上限或下限电容器的容抗计算公式：XC=，可以看出，频率f越高、电容的容量C越大，其容抗XC也就越小，且在电容的接通瞬间相当于电容短路，此时接通瞬间的电流就是电容器的涌流，必须限制它的大小。每台三相电容器的各相均应配置一只电抗器，当三相并列安装时应注意电抗器的进出线方向，其中间相必须和两侧相的接线相反，如两侧相首端X1为进线，则中间相末端X2为进线，电抗器相互间中心距离不得小于42mm。为何三只XD1型电抗器安装时中间相末端X2为进线呢？因为原来是生产厂家考虑到电抗器内线圈的绕向问题。8电容接触器：作用：接通和分断电容器，具有抑制涌流能力。9避雷器：作用：用于限制并联电容器装置的操作过电压。10功率因数补偿控制器：取样信号：一相总进线电流（如A相），另外两相电压（如B、C相）。作用：根据得到的一相电流、另外两相电压信号，控制器实时计算电网的功率因数，并根据控制器内预先设定的功率因数值进行比较，若小于设定的功率因数值，则控制器输出接通信号控制接触器接通投入电容器；若大于设定的功率因数值，则控制器输出断开信号使电容器从电网上断开。11转换开关：在手动状态下，手动控制电容器的投入与切断。12安装表计：按照规定，低压并联电容器装置，应配置电流表、电压表、功率因数表。13电容器补偿容量的确定：已知负荷有功功率P，补偿前功率因数COS1，需提高功率因数到COS2，所需电容器的容量Q为：Q=P（tan arccos1- tan arccos2） （Kvar）例：cos1=0.6， cos2=0.9，P=1000KW，则Q=1000x（tan arccos0.6- tan arccos0.9）=1000x(1.33-0.48)=850Kvar14由于电容柜在运行过程中产生大量的热，所以在电容柜上应设置强制散热用的轴流风机。15有关谐波的概念：与电网连接并输入两倍于50Hz及以上的频率电流的设备，统称为谐波源。如2次谐波的频率为100Hz，3次谐波的频率为150Hz，5次谐波的频率为250Hz。能产生谐波的设备：软起动器、变频器、电梯、钢厂的直流系统、电弧炉等。高次谐波的危害：高次谐波电流通过变压器，可使变压器铁芯损耗明显增加；通过交流电动机，不仅使电动机的铁心损耗增加，还会使电机转子产生振动现象；高次谐波通过电容器，容易使电容器产生过负荷而导致电容器损坏；当电网中存在高次谐波，可使线路的电能损耗增加，可产生电压谐振，引起过电压，容