電力電容器的工作原理及其應(yīng)用
電圈360
我作為一名從家電維修人員，轉(zhuǎn)行為建筑電氣安裝施工人員，跨度還是比較大的。電容對于我們從事家電維修的人來說不陌生的。電子電路的構(gòu)成有五大件：電阻，電容，二極管，三極管，集成電路。
電力電容器
電容作為電子電路的核心成員主要作用有：耦合，隔直流電通交流電，濾波。這是我作為多年的家電維修人員所掌握的知識。沒想到在我們項目上又見到了，但是個頭比我之前見到的大得多。這種電容叫做自愈式低電壓并聯(lián)電容器，是電力系統(tǒng)中常見的電氣元件。電力電容器，用于電力系統(tǒng)和電工設(shè)備的電容器。任意兩塊金屬導(dǎo)體，中間用絕緣介質(zhì)隔開，即構(gòu)成一個電容器。電容器電容的大小，由其幾何尺寸和兩極板間絕緣介質(zhì)的特性來決定。當(dāng)電容器在交流電壓下使用時，常以其無功功率表示電容器的容量，單位為乏或千乏。本期專題將詳細(xì)介紹電力電容器的分類、原理、安裝及運(yùn)行維護(hù)等問題。
電力電容器
電力電容器
我們學(xué)過電工學(xué)的都知道功率因數(shù)這個名詞，那么這個自愈式低電壓并聯(lián)電容器就和功率因數(shù)有關(guān)。我們知道在工廠車間中我們用的比較多的動力設(shè)備是電動機(jī)，那么電動機(jī)是感性負(fù)載，又知道電感的電流在相位上滯后電壓90度，電容的電流在相位上超前電壓90度。并且在這同時還會產(chǎn)生無功功率。我們通常用電容去補(bǔ)償無功功率，或者說是提高功率因數(shù)。
電力電容器
電容的單位我們知道有法，毫法，微法，納法，皮法等。它們分別對應(yīng)的關(guān)系是1法=1000毫法=1000000微法
1微法=1000納法=1000000皮法。注意了在電子電器中電容標(biāo)注只有額定電壓和額定電容這兩種，但是在電力電容上卻有多種參數(shù)標(biāo)注，額定容量，額定電容，額定電壓，額定電流，額定功率。注意了這是我們要掌握的知識點(diǎn)，最后我們要學(xué)著判斷電容的好壞。這很重要。我們要知道它有那些故障這樣我們?nèi)ヅ袛嗫梢杂嗅槍π浴５谝唬娙萑萘肯陆担@個我們可以用電容表或者指針表去判斷。第二，擊穿短路，開路這個可以用指針表歐姆檔上去判斷，第三，漏油鼓包，這個可以用直觀法去判斷。
還有就是我們?nèi)ジ鼡Q電力電容的時候一定要記得去放電。方法是用100瓦或者200瓦的燈泡，接在電容的接線柱上等待幾分鐘就可以了。
并聯(lián)電容器是一種無功補(bǔ)償設(shè)備，并聯(lián)在線路上，其主要作用是補(bǔ)償系統(tǒng)的無功功率，提高功率因數(shù)，從而降低電能損耗、提高電壓質(zhì)量和設(shè)備利用率。
串聯(lián)電容器主要用于補(bǔ)償電力系統(tǒng)的電抗，常用于高壓系統(tǒng)。
電力電容器的分類
電力電容器按安裝方式可分為戶內(nèi)式和戶外式兩種;按其運(yùn)行的額定電壓可分為低壓和高壓兩類;按其相數(shù)可分為單相和三相兩種，除低壓并聯(lián)電容器外，其余均為單相;按外殼材料可分為金屬外殼、瓷絕緣外殼、膠木筒外殼等。
按用途又可分為以下8種：
1)并聯(lián)電容器。原稱移相電容器。主要用于補(bǔ)償電力系統(tǒng)感性負(fù)荷的無功功率，以提高功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，降低線路損耗。
2)串聯(lián)電容器。串聯(lián)于工頻高壓輸、配電線路中，用以補(bǔ)償線路的分布感抗，提高系統(tǒng)的靜、動態(tài)穩(wěn)定性，改善線路的電壓質(zhì)量，加長送電距離和增大輸送能力。
3)耦合電容器。主要用于高壓電力線路的高頻通信、測量、控制、保護(hù)以及在抽取電能的裝置中作部件用。
4)斷路器電容器。原稱均壓電容器。并聯(lián)在超高壓斷路器斷口上起均壓作用，使各斷口間的電壓在分?jǐn)噙^程中和斷開時均勻，并可改善斷路器的滅弧特性，提高分?jǐn)嗄芰Α?
5)電熱電容器。用于頻率為40～24000赫的電熱設(shè)備系統(tǒng)中，以提高功率因數(shù)，改善回路的電壓或頻率等特性。
6)脈沖電容器。主要起貯能作用，用作沖擊電壓發(fā)生器、沖擊電流發(fā)生器、斷路器試驗用振蕩回路等基本貯能元件。
7)直流和濾波電容器。用于高壓直流裝置和高壓整流濾波裝置中。
8)標(biāo)準(zhǔn)電容器。用于工頻高壓測量介質(zhì)損耗回路中，作為標(biāo)準(zhǔn)電容或用作測量高壓的電容分壓裝置。
電力電容器的結(jié)構(gòu)
電力電容器的基本結(jié)構(gòu)包括：電容元件、浸漬劑、緊固件、引線、外殼和套管。結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
圖1 補(bǔ)償電容器結(jié)構(gòu)圖
額定電壓在1kV以下的稱為低壓電容器，1kV以上的稱為高壓電容器，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(dú)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)。
(1)電容元件
用一定厚度和層數(shù)的固體介質(zhì)與鋁箔電極卷制而成。若干個電容元件并聯(lián)和串聯(lián)起來，組成電容器芯子。在電壓為10kV及以下的高壓電容器內(nèi)，每個電容元件上都串有一熔絲，作為電容器的內(nèi)部短路保護(hù)。當(dāng)某個元件擊穿時，其他完好元件即對其放電，使熔絲在毫秒級的時間內(nèi)迅速熔斷，切除故障元件，從而使電容器能繼續(xù)正常工作。電容元件的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 電容元件結(jié)構(gòu)
(2)浸漬劑
電容器芯子一般放于浸漬劑中，以提高電容元件的介質(zhì)耐壓強(qiáng)度，改善局部放電特性和散熱條件。浸漬劑一般有礦物油、氯化聯(lián)苯、SF6氣體等。
(3)外殼和套管
外殼一般采用薄鋼板焊接而成，表面涂阻燃漆，殼蓋上焊有出線套管，箱壁側(cè)面焊有吊攀、接地螺栓等。大容量集合式電容器的箱蓋上還裝有油枕或金屬膨脹器及壓力釋放閥，箱壁側(cè)面裝有片狀散熱器、壓力式溫控裝置等。接線端子從出線瓷套管中引出。
電容器的型號含義如下圖所示。
電力電容器的作用
(1)串聯(lián)電容器的作用
1) 提高線路末端電壓。串接在線路中的電容器，利用其容抗xc補(bǔ)償線路的感抗xl，使線路的電壓降落減少，從而提高線路末端(受電端)的電壓，一般可將線路末端電壓最大可提高10%～20%。
2) 降低受電端電壓波動。當(dāng)線路受電端接有變化很大的沖擊負(fù)荷(如電弧爐、電焊機(jī)、電氣軌道等)時，串聯(lián)電容器能消除電壓的劇烈波動。這是因為串聯(lián)電容器在線路中對電壓降落的補(bǔ)償作用是隨通過電容器的負(fù)荷而變化的，具有隨負(fù)荷的變化而瞬時調(diào)節(jié)的性能，能自動維持負(fù)荷端(受電端)的電壓值。
3) 提高線路輸電能力。由于線路串入了電容器的補(bǔ)償電抗xc，線路的電壓降落和功率損耗減少，相應(yīng)地提高了線路的輸送容量。
4) 改善了系統(tǒng)潮流分布。在閉合網(wǎng)絡(luò)中的某些線路上串接一些電容器，部分地改變了線路電抗，使電流按指定的線路流動，以達(dá)到功率經(jīng)濟(jì)分布的目的。
5) 提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。線路串入電容器后，提高了線路的輸電能力，這本身就提高了系統(tǒng)的靜穩(wěn)定。當(dāng)線路故障被部分切除時(如雙回路被切除一回、但回路單相接地切除一相)，系統(tǒng)等效電抗急劇增加，此時，將串聯(lián)電容器進(jìn)行強(qiáng)行補(bǔ)償，即短時強(qiáng)行改變電容器串、并聯(lián)數(shù)量，臨時增加容抗xc，使系統(tǒng)總的等效電抗減少，提高了輸送的極限功率(Pmax=U1U2/xl-xc)，從而提高系統(tǒng)的動穩(wěn)定。
(2)并聯(lián)電容器的作用
并聯(lián)電容器并聯(lián)在系統(tǒng)的母線上，類似于系統(tǒng)母線上的一個容性負(fù)荷，它吸收系統(tǒng)的容性無功功率，這就相當(dāng)于并聯(lián)電容器向系統(tǒng)發(fā)出感性無功。因此，并聯(lián)電容器能向系統(tǒng)提供感性無功功率，系統(tǒng)運(yùn)行的功率因數(shù)，提高受電端母線的電壓水平，同時，它減少了線路上感性無功的輸送，減少了電壓和功率損耗，因而提高了線路的輸電能力。
電力電容器的安裝
安裝補(bǔ)償電容器的環(huán)境要求如下：
1)電容器應(yīng)安裝在無腐蝕性氣體、無蒸汽，沒有劇烈震動、沖擊、爆炸、易燃等危險的場所。電容器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(jī)時，出風(fēng)口應(yīng)安裝在電容器組的上端。進(jìn)、排風(fēng)機(jī)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。
安裝電容器的技術(shù)要求如下：
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，名牌向外。
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，走道寬度應(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)遮攔，遮攔的網(wǎng)孔3～4cm2為宜。
4)高壓電容器外殼之間的距離，一般不應(yīng)小于10cm;低壓電容器外殼之間的距離應(yīng)不小于50mm。
5)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。
6)每臺電容器與母線相連的接線應(yīng)采用單獨(dú)的軟線，不要采用硬母線連接的方式，以免安裝或運(yùn)行過程中對瓷套管產(chǎn)生應(yīng)力造成漏油或損壞。
7)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(qiáng)度增高和發(fā)熱損壞。
8)較低電壓等級的電容器經(jīng)串聯(lián)后運(yùn)行于較高電壓等級網(wǎng)絡(luò)中時，其各臺的外殼對地之間，應(yīng)通過加裝相當(dāng)于運(yùn)行電壓等級的絕緣子等措施，使之可靠絕緣。
9)電容器經(jīng)星形連接后，用于高一級額定電壓，且系中性點(diǎn)不接地時，電容器的外殼應(yīng)對地絕緣。
10)電容器安裝之前，要分配一次電容量，使其相間平衡，偏差不超過總?cè)萘康?%。當(dāng)裝有繼電保護(hù)裝置時還應(yīng)滿足運(yùn)行時平衡電流誤差不超過繼電保護(hù)動作電流的要求。
11)對個別補(bǔ)償電容器的接線應(yīng)做到：對直接啟動或經(jīng)變阻器啟動的感應(yīng)電動機(jī)，其提高功率因數(shù)的電容可以直接與電動機(jī)的出線端子相連接，兩者之間不要裝設(shè)開關(guān)設(shè)備或熔斷器;對采用星—三角啟動器啟動的感應(yīng)式電動機(jī)，最好采用三臺單相電容器，每臺電容器直接并聯(lián)在每相繞組的兩個端子上，使電容器的接線總是和繞組的接法相一致。
12)對分組補(bǔ)償?shù)蛪弘娙萜鳎瑧?yīng)該連接在低壓分組母線電源開關(guān)的外側(cè)，以防止分組母線開關(guān)斷開時產(chǎn)生的自激磁現(xiàn)象。
13)集中補(bǔ)償?shù)牡蛪弘娙萜鹘M，應(yīng)專設(shè)開關(guān)并裝在線路總開關(guān)的外側(cè)，而不要裝在低壓母線上。
電力電容器的運(yùn)行
(1)電容器的安全運(yùn)行
電容器應(yīng)在額定電壓下運(yùn)行。如暫時不可能，可允許在超過額定電壓5%的范圍內(nèi)運(yùn)行;當(dāng)超過額定電壓1.1倍時，只允許短期運(yùn)行。但長時間出線過電壓情況時，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(jìn)行工作。如暫時不可能，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(diǎn)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超過60℃。如發(fā)現(xiàn)存在上述現(xiàn)象時，應(yīng)采用人工冷卻，必要時將電容器組與網(wǎng)路斷開。
(2)電容器相關(guān)參數(shù)的監(jiān)控
1)溫度的監(jiān)視。無廠家規(guī)定時，電容器的溫度一般應(yīng)為-40℃～40℃，在電容器外殼粘貼示溫蠟片。運(yùn)行中電容器溫度異常升高的原因包括：運(yùn)行電壓過高(介損大);諧波的影響(容抗小電流大);合閘涌流(頻繁投切);散熱條件惡化。
2)電壓的監(jiān)視。應(yīng)在額定電壓下運(yùn)行，亦允許在1.05倍額定電壓運(yùn)行，在1.1倍額定電壓運(yùn)行不超過4小時。
3)電流的監(jiān)視。應(yīng)在額定電流下運(yùn)行，亦允許在1.3倍額定電流下運(yùn)行，電容器組三相電流的差別不應(yīng)超過±5%。
(3)電容器的投入退出
當(dāng)功率因數(shù)低于0.85，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(diǎn)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。
電力電容器組在接通前應(yīng)用兆歐表檢查放電網(wǎng)絡(luò)。接通和斷開電容器組時，必須考慮以下幾點(diǎn)：
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1分鐘內(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。
電力電容器的維護(hù)
(1)操作電容器時的注意事項
1)正常情況下，全站停電操作，應(yīng)先拉開電容器斷路器，后拉開各出線斷路器;恢復(fù)送電時，順序相反。
2)事故情況下，全站停電后，必須將電容器的斷路器拉開。
3)并聯(lián)電容器組斷路器跳閘后，不準(zhǔn)強(qiáng)送電;熔絲熔斷后，未查明原因前，不準(zhǔn)更換熔絲送電。
4)并聯(lián)電容器組，禁止帶電荷合閘;再次合閘時，必須在分閘3分鐘后進(jìn)行
5)裝有并聯(lián)電阻的斷路器不準(zhǔn)使用手動操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行合閘。
6)高壓電容器組外露的導(dǎo)電部分，應(yīng)有網(wǎng)狀遮攔，進(jìn)行外部巡視時，禁止將運(yùn)行中電容器組的遮攔打開。
7)任何額定電壓的電容器組，禁止帶電荷合閘，每次斷開后重新合閘，須在短路三分鐘后(即經(jīng)過放電后少許時間)方可進(jìn)行。
8)更換電容器的保險絲，應(yīng)在電容器沒有電壓時進(jìn)行。故進(jìn)行前，應(yīng)對電容器放電。
(2)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3分鐘后，再檢查斷路器、電流互感器、電力電纜及電容器外部情況。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(jìn)一步對保護(hù)做全面的通電試驗。
3)當(dāng)電容器的熔絲熔斷后，應(yīng)向值班調(diào)度員匯報，取得同意后，再切斷電源并對電容器放電后，先進(jìn)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(yùn)行。如經(jīng)送電后熔絲扔熔斷，則應(yīng)退出故障電容器。
4)處理故障電容器應(yīng)先斷開電容器的斷路器，拉開斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)。由于電容器組經(jīng)放電電阻放電后，可能部分殘存電荷一時放不完，仍應(yīng)進(jìn)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，在接觸故障電容器前，還應(yīng)戴上絕緣手套，先用短路線將故障電容器兩極短接，然后手動拆卸和更換。
(3)電容器日常巡視的主要項目
1)監(jiān)視運(yùn)行電壓、電流、溫度、
2)外殼有無膨脹、滲漏油，附屬設(shè)備是否完后。
3)內(nèi)部有無異音。
4)熔絲是否熔斷，放電裝置是否良好。
5)各處接點(diǎn)有無發(fā)熱及小火花放電。
6)套管是否清潔完整，有無裂紋、閃絡(luò)現(xiàn)象。
7)引線連接處有無松動、脫落或斷線，母線各處有無燒傷、過熱現(xiàn)象。
8)室內(nèi)通風(fēng)、外殼接地線是否良好。
9)電容器組繼電保護(hù)運(yùn)行情況.
以上就是100唯爾(100vr.com)小編為您介紹的關(guān)于電力電容器的知識技巧了，學(xué)習(xí)以上的電力電容器的工作原理及其應(yīng)用知識，對于電力電容器的幫助都是非常大的，這也是新手學(xué)習(xí)電子專業(yè)所需要注意的地方。如果使用100唯爾還有什么問題可以點(diǎn)擊右側(cè)人工服務(wù)，我們會有專業(yè)的人士來為您解答。
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