电抗器类产品技术原理课件

电抗器类产品技术讲座

产品原理用途设计要点四型号、规格、编号办法一产品原理1.定义

因其电感特性而应用于电力系统中的装置或器件叫电抗器，也就是常说的电感线圈。其中电感L是结构参数，与电源无关；电抗X（X=ωL）与电源有关。有磁场交变就会产生电场，电场交变也会产生磁场。在电源的作用下：a.电感L有可能变化。如铁心磁饱和，非线性材料组成磁路。b.电抗与电源频率有关：2.原理

又由可得

（可得磁阻为：）

3.工业产品要解决的问题

简要的说，在满足电路对电抗器的电感值、电抗值的前提下，还要能通过其所要求的电流以及其它部位的绝缘安全。总之一句话，安全、可靠、经济、合理。这样的电感就包括线性电感、饱和电感、可调电感、可控电感；电流：长期电流、短时电流、动热稳定电流、谐波电流分量、直流分量这些因素的不同考虑与电抗器的不同用途有关

4.分类

并联电抗器、串联电抗器、限流电抗器、消弧电抗器、启动电抗器、接地变压器、平波电抗器、滤波电抗器、TCR并联电抗器、阻波器等二、用途

电抗器产品主要应用于电力系统中，还有一些容量较大的电力用户，如石化、钢铁、化工、水厂、自备电场等，还有少量的用于电力电子电路中。SVC用的TCR并抗、滤波电抗器、平波电抗器、启动电抗器都属于用户级，而并抗、串抗、消弧线圈、接地变、限抗多用于电力系统中，大的电力用户也有使用。用途，简单来说，从物理学上讲，电抗器与电容器作用相反。电容器是无功发电机，充电电源，是无功电源；而电抗器是无功用电器，是消耗无功功率的。由此可知电抗器的作用。其基本特性要求:在最高运行电压下可靠运行，一般1.1～1.15倍

在一定电压范围内（140%）电感保持线性

2.串联电抗器

因与并联电容器串联组成并联电容器无功补偿装置而得名⑴限制合闸涌流和涌流频率.我们知道电容器电压不能突变.

意味着合闸瞬间电容电流可能很大(可能时间长了开关坏了).抑制系统电压畸变。⑵限制谐波放大作用.由于电容器的电流超前于电压,就相当于发电机.

但加上串联电抗器后，LC回路的特征阻抗对高于其谐调频率的谐波呈现出感性，变成和负载一样，是的消耗器件，都减少了，（③④也就是降低了母线谐波电压值，抑制了谐波。⑤⑥。）

(忽略r不计)4.限流电抗器

很简单，就是利用电抗器的电抗值，限制线路的短路电流值在一定的可承受范围内，利于故障线路的切除和处理，减少对前级设备和系统的冲击。例如：XKSCKL-10.5-3000-10,在10.5kV无穷大系统中，其可以限制系统短路电流在30kA以内。5.消弧线圈

单相对地后

大于一定的值时电弧持续或间歇性电弧，将烧毁设备，并容易扩大为两相、三相短路事故，也会导致过电压危及系统绝缘。消弧线圈的作用就是减小。自动调谐消弧线圈接地成套装置，则是加入自动化功能，更准确，更迅捷。但是有许多的难题，主要是信号测量、检入、判断的精确度等方面。6.接地变压器

无中性点的系统，消弧线圈如何接入呢？接地变就是提供一个人为的中性点。但是与Y型接法又不同，Y型接法有零序磁通、附加损耗、发热现象、阻抗大等问题，也影响二次负荷正常供电，Zn接地变就没有上述问题，同时可作为站用变。8.平波电抗器

多用于直流整流电路中，电压低、电流大，整流后直流电压有较多的交流分量，对直流负荷有危害。例如电镀不均匀。希望负荷上的直流电压分量所占比例尽量高，各次交流分量所占比例尽量低。

平波电抗器对直流分量相当于短路，对交流分量相当于大电抗，这就达到了上述目的。直流电压分量绝大部分由平波电抗器分压。阳极电抗器作用类似。9.TCR并抗

变化极大的负载，如钢炉，无功负荷也由0~100%变化。如果不及时补偿的话，系统电压变化非常大。希望随时调节电容器输出。SVC应运而生。LC回路，图是工频无功补偿兼滤波。TCR在可控硅的控制下，实现无功功率的可调，达到目的。10.阻波器

阻波器用在超高压110kV及以上线路的高频保护和载波通讯装置中。阻止高频信号进入电力系统。限制其在一定范围内，不影响电力系统。

⑵铁心电抗器

a.变压器式有接地变、高漏抗消弧线圈、调容式消弧线圈。接地变与高漏抗消弧线圈就是变压器，只不过接地变的一次恻在系统单相对地故障发生时，有短时的零序电流流过时不影响二次负载的正常用电，干变则除了空载外，一二次容量始终相等；高漏抗消弧线圈的突出特点则是100%短路阻抗的单相三线圈变压器，低压短路情况下，高压侧流过额定电流时能可靠运行2小时，第三个线圈连接滤波装置以漏除装置产生的谐波；调容式消弧线圈则是在二次侧投入不同的电容器来等效改变阻抗。变压器等效电路：

b.铁心带气隙大多数铁心电抗器都是这种结构，包括并抗、串抗、起抗、消弧线圈、平波电抗器等。

()由于相等，所以两段磁力线的电压U相等，电流、相差很大，所以可以理解为磁路串联相当于电气并联，同样磁路并联相当于电气串联。由此可以看出基本的设计要计算一些什么内容了。

根据设计目标确定线圈的结构形式

布置计算线圈的几何尺寸

计算变压器各性能参数

评估

调整（再循环）

评估的基本标准是：①各种绝缘距离（可靠性）；②各性能参数（可靠性）；③外形比例是否协调，是否满足客户的安装环境要求等（科学性）；④是否还有更经济且符合要求的方案（经济性）；⑤是否满足工艺可行性简洁性的要求。可靠性最重要的有：温升、磁密、、、、等等，、是否能同时满足，若同时满足是否成本增加太多。

计算特点由结构特点所致：

（同理得、）

（同理得、）

可得

温度上升曲线：

其中发热时间常数

⑷起动电抗器

起动电抗器的选型实际上归结为我们怎样建立计算所需的等效电路，以及选用起动电抗器所要达到的目的是什么。是保持母线电压还是降低起动电流到某一确定值，还是两者都有要求。起动电抗器只有电动机起动过程中通电运行，正常运转后自动退出运行。因此起动电抗器为短时运行方式，校验短时绕组温升（基本上是绝热温升计算）120S不超过150K。因此，起动电抗器线圈电密、磁密均较高。起动电抗器连续两次起动，每次不超过60S，后第三次起动必须120min之后才行。

⑸并联电抗器

并联电抗器线圈与干变比较，注意其线规不能太大，其温升应在最大连续运行电压下考核，即长期过载能力有要求，通常1.1~1.2倍。与串抗比较，其线圈端电压高十几倍，相同容量的电流小许多。铁心部分与串抗等同样设计。但是并抗通常容量大、个体大、重量大。

⑹平波电抗器

平波电抗器我们很少，几乎没有生产，但其设计要注意。要使其正常发挥作用，必须使其在纹波电流和直流分量同时作用下铁心磁路不会饱和。线圈电流以直流分量为准。⑺空心电抗器设计

①基础知识A.空心电抗器的优点及结构相对于传统的油浸式铁心电力电抗器及水泥电抗器来讲，空心电抗器具有重量轻、电感线性度好、机械强度高、噪音低、抗短路冲击能力强；更为突出的是干式空心电抗器可以常年置于户外环境下而无需检修；此外由于采用了阻燃材料，干式空心电抗器对防火无严格的要求，可以减少电站及其安装场地的基建投资；同时干式空心电抗器比水泥电抗器损耗更小、体积更小。空心电抗器的基本结构形式如图所示。它实际是由多层同轴线圈并联而成。为了散热的原因，这些线圈又被分成了数组，每组构成一个包封。星形架的设置最大限度的完成了分数匝的绕制。完成了线圈的支撑与放置。

由于层与层及匝与匝之间有强烈的互感存在，这种电抗器的设计计算非常复杂，几乎无法由人工来完成，必须由计算机完成。所以计算机未普遍应用之前，这种电抗器没有得到广泛的开发。

B.电感互感计算根据电磁学中的公式（Neurrann公式）及微分学原理，不难得出图中所示半径分别为、，高度分别为、，单位长度匝数分别为、，中心距离为S的同轴等壁螺线管之间的互感为：其中:

函数

由上式出发，可以求得高度为H，半径为R，单位长度匝数为N的薄壁螺线管的自感为：

只要计算和的值就可以了。由计算机完成。有了上述计算，那么每一层每一包封及其相互之间的互感都可以计算出，并调整，就可以设计上述空心电抗器了。C.手工设计空心电抗器，设计计算程序

a.由线圈绕制的单层圆筒式线圈的电感（mH）式中：n……线圈匝数D……线圈平均直径（cm）K……D/h的函数h……线圈高度b.由圆线绕制的多层圆筒式线圈的电感当h>D时：（mH）当h<D时：（mH）

式中：b……线圈辐向尺寸c……h/b的函数c.由扁线绕制的单饼式线圈的电感（mH）式中……b/D的函数

空心电抗器设计软件就是要解决上述设计的计算问题。根据产品工况及可靠性、经济性、工艺性等边界条件输出设计结果。软件从解电压方程入手，不断的调整设计方案，包括层数、线规、内径、高度、包封数等等。

②设计软件介绍……

……

如果用电感表示则：电抗

①

小电阻接地成套装置DZC电阻器10S额定电流A