電工第八章(電容器)

第八章并聯(lián)電容器

主講：趙志紅第八章并聯(lián)電容器教學(xué)目的：熟悉并聯(lián)電容器的基本知識，掌握電容器安裝、使用與維護的方法。教學(xué)重點：并聯(lián)電容器的補償原理。一、電容器的結(jié)構(gòu)和型號額定電壓在lkV以下的稱為低壓電容器，lkV以上的稱為高壓電容器。lkV以下的電容器都做成三相、三角形連接線，內(nèi)部元件并聯(lián)，每個并聯(lián)元件都有單獨的熔絲；高壓電容器一般都做成單相，內(nèi)部元件并聯(lián)。外殼用密封鋼板焊接而成；芯子由電容元件串并聯(lián)組成，電容元件用鋁箔作電極，用復(fù)合絕緣薄膜絕緣。電容器內(nèi)衣絕緣油（礦物油或十二烷基苯等）作浸漬介質(zhì)。結(jié)構(gòu)和型號額定電壓多為10.5kV、6.3kV、35kV等，低壓的為：0.23kV、0.4kV、0.525kV等二、無功補償?shù)幕驹?/p>

無論是工業(yè)負荷還是民用負荷，大多數(shù)均為感性。所有電感負載均需要補償大量的無功功率，提供這些無功功率有兩條途徑：一是輸電系統(tǒng)提供；二是補償電容器提供。如果由輸電系統(tǒng)提供，則設(shè)計輸電系統(tǒng)時，既要考慮有功功率，也要考慮無功功率。由輸電系統(tǒng)傳輸無功功率，將造成輸電線路及變壓器損耗的增加，降低系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。而由補償電容器就地提供無功功率，就可以避免由輸電系統(tǒng)傳輸無功功率，從而降低無功損耗，提高系統(tǒng)的傳輸功率。這也是當(dāng)今電氣自動化技術(shù)及電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域所面臨發(fā)展的一個重大課題，且正在受到越來越多的關(guān)注。

補償原理無功功率是一種既不能作有功，但又會在電網(wǎng)中引起損耗，而且又是不能缺少的一種功率。在實際電力系統(tǒng)中，異步電動機作為傳統(tǒng)的主要負荷使電網(wǎng)產(chǎn)生感性無功電流；電力電子裝置大多數(shù)功率因數(shù)都很低，導(dǎo)致電網(wǎng)中出現(xiàn)大量的無功電流。無功電流產(chǎn)生無功功率，給電網(wǎng)帶來額外負擔(dān)且影響供電質(zhì)量。因此，無功功率補償(以下簡稱無功補償)就成為保持電網(wǎng)高質(zhì)量運行的一種主要手段之一，這也是當(dāng)今電氣自動化技術(shù)及電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域所面臨發(fā)展的一個重大課題，且正在受到越來越多的關(guān)注。

三、并聯(lián)電容器的作用1、補償無功功率，提高功率因數(shù)；2、提高供電設(shè)備的出力；3、降低功率損耗和電能損耗；4、改善電壓質(zhì)量。四、并聯(lián)電容器的補償方式

1、集中補償:把電容器組集中安裝在變電所的一次或二次側(cè)母線上，并裝設(shè)自動控制設(shè)備，使之能隨負荷的變化而自動投切。

電容器集中補償接線圖電容器接在變壓器一次側(cè)時，可使線路損耗降低，一次母線電壓升高，但對變壓器及其二次側(cè)沒有補償作用，而且安裝費用高；電容器安裝在變壓器二次側(cè)時，能使變壓器增加出力，并使二次側(cè)電壓升高，補償范圍擴大，安裝、運行、維護費用低。

優(yōu)點：電容器的利用率較高，管理方便，能夠減少電源線路和變電所主變壓器的無功負荷。缺點：不能減少低壓網(wǎng)絡(luò)和高壓配出線的無功負荷，需另外建設(shè)專門房間。工礦企業(yè)目前多采用集中補償方式。并聯(lián)電容器的補償方式2、分組補償:將全部電容器分別安裝于功率因數(shù)較低的各配電用戶的高壓側(cè)母線上，可與部分負荷的變動同時投入或切除。

采用分組補償時，補償?shù)臒o功不再通過主干線以上線路輸送，從而降低配電變壓器和主干線路上的無功損耗，因此分組補償比集中補償降損節(jié)電效益顯著。這種補償方式補償范圍更大，效果比較好，但設(shè)備投資較大，利用率不高，一般適用于補償容量小、用電設(shè)備多而分散和部分補償容量相當(dāng)大的場所。

優(yōu)點：電容器的利用率比單獨就地補償方式高，能減少高壓電源線路和變壓器中的無功負荷。缺點：不能減少干線和分支線的無功負荷，操作不夠方便，初期投資較大。并聯(lián)電容器的補償方式并聯(lián)電容器的補償方式3、個別補償:即對個別功率因數(shù)特別不好的大容量電氣設(shè)備及所需無功補償容量較大的負荷，或由較長線路供電的電氣設(shè)備進行單獨補償。把電容器直接裝設(shè)在用電設(shè)備的同一電氣回路中，與用電設(shè)備同時投切。圖中的電動機同時又是電容器的放電裝置。

用電設(shè)備消耗的無功能就地補償，能就地平衡無功電流，但電容器利用率低。一般適用于容量較大的高、低壓電動機等用電設(shè)備的補償優(yōu)點：補償效果最好。缺點：電容器將隨著用電設(shè)備一同工作和停止，所以利用率較低、投資大、管理不方便。電容器個別補償接線圖五、并聯(lián)電容器的計算1、電流的計算（1）按電容器的標(biāo)稱容量和額定電壓計算電流：單相：Ic=Q/U三相：Ic=Q/√3U（2）按電容器實際電容值和額定電壓計算電流：單相：Ic=0.314CU三相：Ic=0.314CU/√32、補償容量的選擇實際做功的有功電流為：IR；補償前感性電流為：IL0；線路總電流為：I0；并聯(lián)電容器后，容性電流為:Ic；補償后線路感性電流減為：IL；補償后線路總電流為：I；如要將功率因數(shù)從cosφ1提高到

cosφ2

，需要的電容電流為：Ic=IL0-

IL=IR

(tgφ1-tgφ2)

即:Q=P(tgφ1-tgφ2)

六、電容器的安裝1、補償電容器的搬運。①若將電容器搬運到較遠的地方，應(yīng)裝箱后再運。裝箱時電容器的套管應(yīng)向上直立放置。電容器之間及電容器與木箱之間應(yīng)墊松軟物。②搬運電容器時，應(yīng)用外殼兩側(cè)壁上所焊的吊環(huán)，嚴(yán)禁用雙手抓電容器的套管搬運。③在倉庫及安裝現(xiàn)場，不允許將一臺電容器置于另一臺電容器的外殼上。

電容器的安裝2、安裝補償電容器的環(huán)境要求。①電容器應(yīng)安裝在無腐蝕性氣體及無蒸汽、沒有劇烈震動、沖擊、爆炸、易燃等危險場所。電容器室的防火等級不低于二級。②裝于戶外的電容器應(yīng)防止日光直接照射。③電容器室的環(huán)境溫度應(yīng)滿足制造廠家規(guī)定的要求一般規(guī)定為40℃。④電容器室裝設(shè)通風(fēng)機時，進風(fēng)口要開向本地區(qū)夏季的主要風(fēng)向，出風(fēng)口應(yīng)安裝在電容器組的上端。進、排風(fēng)機宜在對角線位置安裝。⑤電容器室可采用天然采光，也可用人工照明，不需要裝設(shè)采暖裝置。⑥高壓電容器室的門應(yīng)向外開。電容器的安裝3、安裝補償電容器的技術(shù)要求。①為了節(jié)省安裝面積，高壓電容器可以分層安裝于鐵架上，但垂直放置層數(shù)應(yīng)不多于三層，層與層之間不得裝設(shè)水平層間隔板，以保證散熱良好。上、中、下三層電容器的安裝位置要一致，銘牌向外。②安裝高壓電容器的鐵架成一排或兩排布置，排與排之間應(yīng)留有巡視檢查的走道，走道寬應(yīng)不小于1.5m。③高壓電容器組的鐵架必須設(shè)置鐵絲網(wǎng)遮欄，遮欄的網(wǎng)孔以3～4cm2為宜。

電容器的安裝⑤高壓電容器外殼之間的距離，一般應(yīng)不小于10cm；低壓電容器外殼之間的距離應(yīng)不小于50mm。⑥高壓電容器室內(nèi)，上下層之間的凈距不應(yīng)小于0.2m；下層電容器底部與地面的距離應(yīng)不小于0.3m。⑦每臺電容器與母線相連的接線應(yīng)采用單獨的軟線，不要采用硬母線連接的方式，以免安裝或運行過程中對瓷套管產(chǎn)生應(yīng)力造成漏油或損壞。⑧安裝時，電氣回路和接地部分的接觸面要良好。因為電容器回路中的任何不良接觸，均可能產(chǎn)生高頻振蕩電弧，造成電容器的工作電場強度增高和發(fā)熱損壞。

4、電容器的接線三相電容器內(nèi)部多為三角形接線，補償方式分為低壓分散（或就地）補償、低壓集中補償、高壓補償幾種。右圖為低壓分散（或就地）補償接線圖。圖中的電動機同時又是電容器的放電裝置。電容器的接線七、電容器的運行與維護1、電容器的放電裝置

電容器組與電網(wǎng)斷開后，由于極板上仍然存在電荷，兩端存在一定的殘余電壓。而且，由于電容器極間絕緣電阻很高，自行放電的速度很慢，殘余電壓要延續(xù)較長的時間，為了盡快消除電容器極板上的電荷，對電容器組要加裝與之并聯(lián)的放電裝置，使其停電后能自動放電。不論電容器額定電壓是多少，在電容器從電網(wǎng)上斷開30s后，其端電壓應(yīng)不超過65V。一方面能防止電容器帶電荷再次合閘；另一方面可以防止運行值班人員或檢修人員工作時，觸及有剩余電荷的電容器而發(fā)生危險。在接觸自電網(wǎng)斷開的電容器的導(dǎo)電部分前，即使電容器已經(jīng)自動放電，還必須用絕緣的接地金屬桿，短接電容器的出線端，進行逐只放電。

2、電容器的安全運行電容器應(yīng)在額定電壓下運行。如暫時不可能，可允許在超過額定電壓5％的范圍內(nèi)運行；當(dāng)超過額定電壓1.1倍時，只允許短期運行。但長時間出現(xiàn)過電壓情況時，應(yīng)設(shè)法消除。電容器應(yīng)維持在三相平衡的額定電流下進行工作。如暫不可能，不允許在超過1.3倍額定電流下長期工作，以確保電容器的使用壽命。裝置電容器組地點的環(huán)境溫度不得超過+40℃，24h內(nèi)平均溫度不得超過+30℃，一年內(nèi)平均溫度不得超過+20℃。電容器外殼溫度不宜60℃。超過如發(fā)現(xiàn)超過上述要求時，應(yīng)采用人工冷卻，必要時將電容器組與網(wǎng)路斷開。

3、電容器的保護(1)容量在100kvr以下時，可用跌落式保險保護；100kvr~300kvr時，用采用負荷開關(guān)，300kvr以上時，用采用斷路器保護。電容器的保護(2)用合適的避雷器來進行大氣過電壓保護。

(3)每個電容器上裝置單獨的熔斷器，熔斷器的額定電流應(yīng)按熔絲的特性和接通時的涌流來選定，一般為1.5~2倍電容器的額定電流為宜。

(4)電容器不允許裝設(shè)自動重合閘裝置。主要是因電容器放電需要一定時間，當(dāng)電容器組的開關(guān)跳閘后，如果馬上重合閘，電容器是來不及放電的，在電容器中就可能殘存著與重合閘電壓極性相反的電荷，這將使合閘瞬間產(chǎn)生很大的沖擊電流，從而造成電容器外殼膨脹、噴油甚至爆炸。

八、電容器的投入和退出當(dāng)功率因數(shù)低于0.9、電壓偏低時應(yīng)投入；當(dāng)功率因數(shù)趨近于1且有超前趨勢、電壓偏高時應(yīng)退出。發(fā)生下列故障之一時，應(yīng)緊急退出：①連接點嚴(yán)重過熱甚至熔化；②瓷套管閃絡(luò)放電；③外殼膨脹變形；④電容器組或放電裝置聲音異常；⑤電容器冒煙、起火或爆炸。電容器的投入和退出注意事項：(1)電力電容器組在接通前應(yīng)用兆歐表檢查放電網(wǎng)絡(luò)。(2)接通和斷開電容器組時，必須考慮以下幾點：①當(dāng)匯流排(母線)上的電壓超過1.1倍額定電壓最大允許值時，禁止將電容器組接入電網(wǎng)。②在電容器組自電網(wǎng)斷開后1min內(nèi)不得重新接入，但自動重復(fù)接入情況除外。

③在接通和斷開電容器組時，要選用不能產(chǎn)生危險過電壓的斷路器，并且斷路器的額定電流不應(yīng)低于1.3倍電容器組的額定電流。

九、電容器的操作(1)在正常情況下，全所停電操作時，應(yīng)先斷開電容器組斷路器后，再拉開各路出線斷路器。恢復(fù)送電時應(yīng)與此順序相反。(2)事故情況下，全所無電后，必須將電容器組的斷路器斷開。(3)電容器組斷路器跳閘后不準(zhǔn)強送電。保護熔絲熔斷后，未經(jīng)查明原因之前，不準(zhǔn)更換熔絲送電。(4)電容器組禁止帶電荷合閘。電容器組再次合閘時，必須在斷路器斷開3min之后才可進行。

十、電容器運行中的故障處理

(1)當(dāng)電容器噴油、爆炸著火時，應(yīng)立即斷開電源，并用砂子或干式滅火器滅火。(2)電容器的斷路器跳閘，而熔絲未熔斷。應(yīng)對電容器放電3min后，再檢查斷路器、電流互感器、電力電纜及電容器外部等情況。若未發(fā)現(xiàn)異常，則可能是由于外部故障或電壓波動所致，可以試投，否則應(yīng)進一步對保護做全面的通電試驗。通過以上檢查、試驗，若仍找不出原因，則應(yīng)拆開電容器組，并逐臺進行檢查試驗。但在未查明原因之前，不得試投運。(3)當(dāng)電容器的熔絲熔斷時，應(yīng)向值班調(diào)度員匯報，取得同意后，在切斷電源并對電容器放電后，先進行外部檢查，如套管的外部有無閃絡(luò)痕跡、外殼是否變形、漏油及接地裝置有無短路等，然后用搖表搖測極間及極對地的絕緣電阻值。如未發(fā)現(xiàn)故障跡象，可換熔絲繼續(xù)投入運行。如經(jīng)送電后熔絲仍熔斷，則應(yīng)退出故障電容器。

電容器運行中的故障處理處理故障電容器應(yīng)注意的安全事項

處理故障電容器應(yīng)在斷開電容器的斷路器，拉開斷路器兩則的隔離開關(guān)，由于電容器組經(jīng)放電電阻(放電變壓器或放電PT)放電后，可能部分殘存電荷一時放不盡，仍應(yīng)進行一次人工放電。放電時先將接地線接地端接好，再用接地棒多次對電容器放電，直至無放電火花及放電聲為止。盡管如此，在接觸故障電容器之前，還應(yīng)戴上絕緣手套，先用短路線將故障電容器兩極