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电容无功补偿柜一.电容补偿柜之作用:用以提高功率因数,调整电网电压,降低线路损耗,充分发挥设备效率,改善供电质量二.电容柜工作原理:用电设备除电阻性负载外,大部份用电设备均属感性用电负载(如日光灯、变压器、马达等用电设备)这些感应负载,使供电电源电压相位发生改变(即电流滞后于电压),因此电压波动大,无功功率增大,浪费大量电能当功率因数过低时,以致供电电源输出电流过大而浮现超负载现象电容补偿柜内的电脑电容控制系统可解决以上弊端,它可根据用电负荷的变化,而自动设置电容组数的投入,进行电流补偿,从而减低大量无功电流,使路线电能损耗降到最低程度,提供一个高素质的电力源三.电容补偿技术:在工业生产中广泛使用的交流异步电动机,电焊机、电磁铁工频加热器导用点设备都是感性负载这些感性负载在进行能量转换过程中,使加在其上的电压超前电流一个角度这个角度的余弦,叫做功率因数,这个电流(既有电阻又有电感的线圈中流过的电流)可分解为与电压相同相位的有功分量和落后于电压90度的无功分量这个无功分量叫做电感无功电流与电感无功电流相应的功率叫做电感无功功率当功率因数很低时,也就是无功功率很大时会有以下危害增长路线电流使路线损耗增大,浪费电能高压集中补偿的应用低压无功补偿智能电容器实现在柜体内组装,构成无功自动补偿装置,接线简单、维护方便、节约成本优点补偿效果好,容量可调整性好,接线简单、故障少、运行维护方便配置参考根据成套柜补偿容量的要求进行配置低压成套柜配置容量参考GGD柜型柜体尺寸1000mm(宽)x600mm(深)x2230(高)mm可安装智能电容器数量20台40kvar(20kvar+20kvar)无功补偿总容量800kvar(40kvarx20)MNS柜型柜体尺寸600mm(宽)x800mm(深)x2200(高)mm可安装智能电容器数量12台40kvar(20kvar+20kvar)无功补偿总容量480kvar(40kvarx12)⑵大容量电力电子装置,普通电容器就地补偿不恰当随着大型电力电子装置的广泛应用,特别是采用大容量晶闸管电源供电后,导致电网波形畸变,谐波分量增大,功率因数降低更由于此类负载时常是快速变化,谐波次数增高,危及供电质量,对通讯设备影响也很大,所以此类负载采用就地补偿是不安全,不恰当的因为
①电力电子装置会产生高次谐波,在负载电感上有部份被抑制但当负载并联电容器后,高次谐波可顺利通过电容器,这就等效地增加了供电网络中的谐波成份
②由于谐波电流的存在,会增加电容器的负担,容易造成电容器的过流、过热,甚至损坏
③电力电子装置供电的负载如电弧炉、轧钢机等具有冲击性无功负载,这要求无功补偿的响应速度要快,但并联电容器的补偿方法是难以奏效美国斯威尔智能电容器成套设备能满足恶劣环境下的电容补偿要求.美国斯威尔专业开辟的功率因数控制器结合智能电容器组,能快速响应电网功率因数突变的问题,毫秒级的捕捉谐波突变.防止过度补偿引起的设备损坏.同时美国斯威尔智能电容器成套设备具有谐波抑制能力,破坏电容与系统的并联谐振,部份吸收系统中的
3、
5、7次及以上谐波.⑶电动机起动频繁或者时常正反转的场合,不宜采用普通电容器就地补偿异步电动机直接起动时,起动电流约为额定电流的4-7倍,即使采用降压起动措施,其起动电流也是额定电流的2-3倍因此在电动机起动瞬间,与电动机并联的电容器势必流过浪涌冲击电流,这对频繁起动的场合,不仅增加线损,而且引起电容器过热,降低使用寿命止匕外,对具有正反转起动的场合,应把补偿电容器接到接触器头电源进线侧,这虽能使电容随电动机精品文档的运行而投入但当接触器刚断开时,电容器会向电动机绕组放电,,引起电动机自激产生高电压,这也有不妥之处若将补偿电容器接于电源侧,当电动机停运时,电网仍向电容器供给电流,造成电容器负担加重,产生不必要的损耗为此,对无功补偿功率较大的电容器,如需接在电源进线侧,则应对电容器此外加控制开关,在电动机停运时予以切除⑷就地补偿的电容器不宜采用普通电力电容器推广就地补偿技术时,不宜直接使用普通油浸纸质电力电容器,因为其自愈功能很差,使用中可能产生永久性击穿,甚至引起爆炸,危及人身安全应用选型需要考虑的因素
1、谐波含量及分布配电系统可能产生的电流谐波次数与幅值及电压谐波总畸变率,根据谐波含量确认补偿方案
2、负荷类型配电系统现行负荷和非线性负荷占总负荷比例,根据比例确定补偿方案
3、无功需求配电系统中如果感性负荷比例大则无功需求大,补偿容量应增大
4、符合变化情况配电系统中若静态符合多,则采用静态补偿,若频繁变化负荷多则采用动态跟踪补偿较合适
5、三相平衡性配电系统中若三相负荷平衡则采用三相共补,若三相负荷不平衡则采用分相补偿或者混合补偿无功补偿设计方案参考基于斯威尔电气提供的智能无功补偿控制器设计的无功补偿方案,可参考下述原则非线性负I无功补偿I荷比率设计方案三相不平三相平衡三相不平三相平衡I衡静态负频繁变化衡频繁变静态负荷荷负荷化负荷负荷中非I三相共分相补偿I三相共I分相补偿I线性设备补,复合或者混合d补,可控或者混合*勺5%变开关过零偿,硅开关动偿,压器容量投切,复合开关态切换可控硅开(主要为智能电容过零投电容器S关动态切线性负器SWL-切;WL-DMZS换;荷)8MZS电容器S电容器SWL-8MZF WL-DMZF或者SWL-或者SWL-DZ8ZMSMS分相补偿分相补偿三相共补三相共补或者混合补或者混合补可控硅开15%(负荷复合开关可控硅开复合开关关动态切中非线性过零投切关动态切过零投切设备比率电容回路电容回路电容回路350%变电容回路中串联6%压器容量中串联6%中串联6%中串联6%或者12%非(存在一或者12%;或者12%非或者12%非调谐滤波滤波电抗调谐滤波定量的谐调谐滤波电抗波)电抗电抗电容电容器S器:电容器S电容器S WL-LBDMZWL-WL-LBDMZLBMZSWL-LBMZFS F或者SWL-或者SWL-raMZS破坏电容破坏电容破坏电容破坏电容与系统的与系统的与系统的与系统的并联谐振,并联谐振,并联谐振,并联谐振,谐波管理部份吸收部份吸收部份吸收部份吸收目标系统中的系统中的系统中的系统中的
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5、7次及以上次及以上次及以上次及以上谐波谐波谐波谐波LBDMZS分相补偿三相共补分相补偿三相共补或者混合司偿可控硅开复合开关负荷中非可控硅开复合开关关动态切过零投切线性设备关动态切过零投切换比率>50%由电容或考由电容或者变压器容电抗组成由电容或者电抗组成量(存在大电抗组成的调谐滤电抗组成的调谐滤量谐波)的调谐滤波回路的调谐滤波回路波回路波回路电容器S电容器S电容器S电容器S WL-WL-LBDMZLBMZSWL-LBMZS或者SWL-F或者SWLLBLBDMZSMZS彻底吸收彻底吸收彻底吸收谐波管理彻底吸收
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5、7目标
3、
5、7次及以上电次及以上次及以上次及以上流谐波电流谐波电流谐波电流谐波因路线电流增大,可使电压降低影响设备使用对变压器而言,无功功率越大,则供电局所收的每度电电费越贵,当功率因数低于
0.7时,供电局可拒绝供电对发机电而言,以310KW发机电为例310KW发机电的额定功率为280KW,额定电流为530A,当负载功率因数
0.6时功率二380x530x
1.732x
0.6=210KW从上可看出,在负载为530A时,机组的柴油机部份很轻松,而电球以不堪重负,如负荷再增加则需再开一台发机电加接入电容补偿柜,让功率因数达到
0.96,同样210KW的负荷电流=210000/380x
1.732x
0.96=332A补偿后电流降低了近200A,柴油机和电球部份都相当轻松,再增加部份负荷也能承受,不需再加开一台发机电,可节约大量柴油也让其他机组充分歇息从以上可看出,电容补偿的经济效益可观,是低压配电系统中不可缺少的重要成员电容补偿柜工作原理及用途用电设备除电阻性负载外,大部份用电设备均属感性用电负载如日光灯、变压器、马达等用电设备这些感应负载,使供电电源电压相位发生改变(即电流滞后于电压),因此电压波动大,无功功率增大,浪费大量电能当功率因数过低时,以致供电电源输出电流过大而浮现超负载现象电容补偿柜内的电脑电容控制系统可解决此弊端,它可根据用电负荷的变化,而自动设置电容组数的投入,进行电流补偿,从而减低大量无功电流,使路线电能损耗降到最低程度,提供一个高素质的电力源在电力系统中,电动机或者其它带有线圈(绕组)的设备不少这种设备除了从电源取得一部份电功率作有功用外,还将耗用一部份电功率用来建立线圈磁场而这部份被消耗掉的能量并非转换成为了我们需要能量的其它形式(比如机械能),所以习惯上把它称为“无功功率”实际上“无功”并非无用的功,它是感性负载建立工作磁场所消耗掉的能量,是必须的,否则这些电器(如电动机)就无法正常工作但是,由于这种“无功”电流在输电路线中的流动,额外地增加了输电路线的的负坦,所以我们必须要把输电路线的“无功”减少到最小而采取的措施普通就是用容性负载(比如电容器)来抵消感性负载的影响,常见的就是采用电容补偿柜这也是提高功率因数的常见方法之一功率因数cos(P(也称力率)是反映总电功率中有功功率所占的比例大小功率因数是在0〜1之间,它表示负载电流做的实用功率的百分比功率因数的计算cos p-P/S其中P—有功功率kWQ—无功功率kvarS—视在功率kVA无功补偿的基本原理电网输出的功率包括两部份;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或者声能,利用这些能作功,这部份功率称为有功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部份功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流滞后于电压
90.而电流在电容元件中作功时,电流超前电压
90.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差
180.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,无功补偿的具体实现方式把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路,能量在两种负荷之间相互交换这样,感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿无功补偿的意义⑴补偿无功功率,可以增加电网中有功功率的比例常数⑵减少发、供电设备的设计容量,减少投资,例如当功率因数cos
①=
0.8增加到cos
①=
0.95时,装IKvar电容器可节省设备容量
0.52KW;反之,增加
0.52KW对原有设备而言,相当于增大了发、供电设备容量因此,对新建、改建工程,应充分考虑无功补偿,便可以减少设计容量,从而减少投资⑶降低线损,由公式AP%=1-cos
①/cos
①x100%得出其中cos
①为补偿后的功率因数,cos
①为补偿前的功率因数则cos
①〉cos
①,所以提高功率因数后,线损率也下降了,减少设计容量、减少投资,增加电网中有功功率的输送比例,以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益所以,功率因数是考核经济效益的重要指标,规划、实施无功补偿势在必行电网中常用的无功补偿方式包括
①集中补偿在高低压配电路线中安装并联电容器组;
②分组补偿在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器;
③单台电动机就地补偿在单台电动机处安装并联电容器等加装无功补偿设备,不仅可使功率消耗小,功率因数提高,还可以充分挖掘设备输送功率的潜力确定无功补偿容量时,应注意以下两点
①在轻负荷时要避免过补偿,倒送无功造成功率损耗增加,也是不经济的
②功率因数越高,每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小,通常情况下,将功率因数提高到
0.95就是合理补偿就三种补偿方式而言,无功就地补偿克服了集中补偿和分组补偿的缺点,是一种较为完善的补偿方式⑴因电容器与电动机直接并联,同时投入或者停用,可使无功不倒流,保证用户功率因数始终处于滞后状态,既有利于用户,也有利于电网⑵有利于降低电动机起动电流,减少接触器的火花,提高控制电器工作的可靠性,延长电动机与控制设备的使用寿命无功就地补偿容量可以根据以下经验公式确定QWUI0式中Q—无功补偿容量(kvar);U—电动机的额定电压(V);10---电动机空载电流(A);但是无功就地补偿也有其缺点⑴不能全面取代高压集中补偿和低压分组补偿;众所周之,无功补偿按其安装位置和接线方法可分为高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿其中就地补偿区域最大,效果也好但它总的电容器安装容量比其它两种方式要大,电容器利用率也低高压集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小,利用率也高,且能补偿变压器自身的无功损耗为此,这三种补偿方式各有应用范围,应结合实际确定使用场合,各司其职编辑本段其他相关控制电容器投切的器件控制电容器投切的器件主要有投切电容器专用接触器、复合开关、同步开关和晶闸管投切电容器专用接触器有一组辅助接点串联电阻后与主接点并联在投入过程中辅助接点先闭合,与辅助接点串联的电阻使电容器预充电,然后主接点再闭合,于是就限制了电容器投入时的涌流复合开关就是将晶闸管与继电器接点并联使用,由晶闸管实现电压过零投入与电流过零切除,由继电器接点来通过连续电流,这样就避免了晶闸管的导通损耗问题,也避免了电容器投入时的涌流但复合开关既使用晶闸管又使用继电器,于是结构就变得比较复杂,成本也比较高,并且由于晶闸管对过流、过压及对dv/dt的敏感性也比较容易损坏在实际应用中,复合开关故障多半是由晶闸管损坏所引起的同步开关是近年来最新发展的技术,顾名思义,就是使机械开关的接点准确地在需要的时刻闭合或者断开对于控制电容器的同步开关,就是要在接点两端电压为零的时刻闭合,从而实现电容器的无涌流投入,在电流为零的时刻断开,从而实现开关接点的无电弧分断由于同步开关省略了晶闸管,因此不仅成本降低,而且可靠性提高同步开关是传统机械开关与现代电子技术完美结合的产物,使机械开关在具有独特技术性能的同时,其高可靠性以及低损耗的特点得以充分显示出来晶闸管是动态无功补偿装置惟一可选的器件,晶闸管的动作速度快,可以在一个交流周期内完成电容器的投入与切除,并且对投切次数没有限制但是晶闸管的导通损耗大,价格高,可靠性差,除非用于动态补偿,否则并没有优势可言美国斯威尔智能电容器能灵便的应用于高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿.就地(分散)补偿应用不需要设置专用的无功补偿箱或者无功补偿柜,实现对各种场合的小容量就地补偿■在用电设备旁放置智能电容器■在壁挂式配电箱内放置智能电容器■在工程车间配电设备内(旁)放置智能电容器■在用户配变小于lOOkvar的计量柜、配电柜内放置智能电容器优点无功补偿距离短,节能降损效果显著,设备接线简单、维护方便配置参考对于小容量负载,按照负载总功率的25%〜40%配置智能电容器容量例一台电动机就地补偿方案电动机额定功率50kW无功补偿容量15kvar(10kvar+5kvar)智能电容器数量1台SWL-8MZS/450-
10.5无功补偿级数
0、
5、1015kvar低压分组补偿的应用对户外配电变进行就地无功补偿,直接将设备安装于柱挂式户外设备箱内优点体积小、接线简、维护方便;投资小、节能降损效果显著配置参考配变无功补偿容量普通为配变容量的25%〜40%例户外配电变压器应用方案配变容量200kVA无功补偿容量60kvar2x30kvar20kvar+1Okvar智能电容器数量2台SWL-8MZS/450-
20.10无功补偿级数
0、
10、
20、
30、
40、
50、60安装在箱变低压室,根据配电变压器容量进行补偿,选用若干台智能电容器联机使用优点接线简单、维护方便、成本低、节约空间的显著特点配置参考箱变无功补偿容量普通为配变容量的25%〜40%例箱式变集中补偿应用方案箱变容量500kVA无功补偿容量190kvar4x40kvar20kvar+20kvar+1x30kvar20kvar+1Okvar智能电容器数量4台SWL-8MZS/450-
20.201台。