电抗器、电容器工作原理以及无功补偿装置

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资源描述

依靠线圈的感抗阻碍电流变化的电器叫电抗器.电抗器常用作限流.稳流.降压.补偿.移相等.按用途分为以下几种:1.限流电抗器---又叫串连电抗器.补偿电容器组回路中串入电抗器后,能抑制电容器支路的高次谐波,降低操作过电压,限制故障过电流.2.并联电抗器---一般接于超高压输电线的末端和地之间,起无功补偿作用.3.消弧电抗器---又称消弧线圈.接于3相变压器的中性点与地之间,用以在3相电网的1相接地时供给电感性电流,以补偿流过接地点的电容性电流,消除过电压.4.起动电抗器---与电动机串连,限制其起动电流.5.电炉电抗器---与电炉变压器串连,限制其短路电流.6.滤波电抗器---用于整流电路,以减少电流上纹波的幅值;可与电容器构成对某种频率共振的电路,以消除电力电路某次谐波的电压或电流.隔直流:作用是阻止直流通过而让交流通过。2.旁路(去耦):为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。3.耦合:作为两个电路之间的连接,允许交流信号通过并传输到下一级电路4.滤波:这个对DIY而言很重要,显卡上的电容基本都是这个作用。5.温度补偿:针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响,而进行补偿,改善电路的稳定性。6.计时:电容器与电阻器配合使用,确定电路的时间常数。7.调谐:对与频率相关的电路进行系统调谐,比如手机、收音机、电视机。8.整流:在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。9.储能:储存电能,用于必须要的时候释放。例如相机闪光灯,加热设备等等。(如今某些电容的储能水平已经接近锂电池的水准,一个电容储存的电能可以供一个手机使用一天。电容柜补偿原理2009年03月14日星期六下午08:55在交流电路中,电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数,用符号cosΦ表示,在数值上,功率因数是有功功率和视在功率的比值,即cosΦ=P/S功率因数的大小与电路的负荷性质有关,如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1,一般具有电感或电容性负载的电路功率因数都小于1。功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低,说明电路用于交变磁场转换的无功功率大,从而降低了设备的利用率,增加了线路供电损失。所以,供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。(1)最基本分析:拿设备作举例。例如:设备功率为100个单位,也就是说,有100个单位的功率输送到设备中。然而,因大部分电器系统存在固有的无功损耗,只能使用70个单位的功率。很不幸,虽然仅仅使用70个单位,却要付100个单位的费用。在这个例子中,功率因数是0.7(如果大部分设备的功率因数小于0.9时,将被罚款),这种无功损耗主要存在于电机设备中(如鼓风机、抽水机、压缩机等),又叫感性负载。功率因数是马达效能的计量标准。(2)基本分析:每种电机系统均消耗两大功率,分别是真正的有用功(叫千瓦)及电抗性的无用功。功率因数是有用功与总功率间的比率。功率因数越高,有用功与总功率间的比率便越高,系统运行则更有效率。(3)高级分析:在感性负载电路中,电流波形峰值在电压波形峰值之后发生。两种波形峰值的分隔可用功率因数表示。功率因数越低,两个波形峰值则分隔越大。保尔金能使两个峰值重新接近在一起,从而提高系统运行效率。对于功率因数改善:电网中的电力负荷如电动机、变压器、日光灯及电弧炉等,大多属于电感性负荷,这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力系统吸收有功功率,还同时吸收无功功率。因此在电网中安装并联电容器无功补偿设备后,将可以提供补偿感性负荷所消耗的无功功率,减少了电网电源侧向感性负荷提供及由线路输送的无功功率。由于减少了无功功率在电网中的流动,因此可以降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗,这就是无功补偿的效益。无功补偿的主要目的就是提升补偿系统的功率因数。因为供电局发出来的电是以KVA或者MVA来计算的,但是收费却是以KW,也就是实际所做的有用功来收费,两者之间有一个无效功率的差值,一般而言就是以KVAR为单位的无功功率。大部分的无效功都是电感性,也就是一般所谓的电动机、变压器、日光灯……,几乎所有的无效功都是电感性,电容性的非常少见。也就是因为这个电感性的存在,造成了系统里的一个KVAR值,三者之间是一个三角函数的关系:KVA的平方=KW的平方+KVAR的平方简单来讲,在上面的公式中,如果今天的KVAR的值为零的话,KVA就会与KW相等,那么供电局发出来的1KVA的电就等于用户1KW的消耗,此时成本效益最高,所以功率因数是供电局非常在意的一个系数。用户如果没有达到理想的功率因数,相对地就是在消耗供电局的资源,所以这也是为什么功率因数是一个法规的限制。目前就国内而言功率因数规定是必须介于电感性的0.9~1之间,低于0.9,或高于1.0都需要接受处罚。这就是为什么我们必须要把功率因数控制在一个非常精密的范围,过多过少都不行。供电局为了提高他们的成本效益要求用户提高功率因数,那提高功率因数对我们用户端有什么好处呢?①通过改善功率因数,减少了线路中总电流和供电系统中的电气元件,如变压器、电器设备、导线等的容量,因此不但减少了投资费用,而且降低了本身电能的损耗。②藉由良好功因值的确保,从而减少供电系统中的电压损失,可以使负载电压更稳定,改善电能的质量。③可以增加系统的裕度,挖掘出了发供电设备的潜力。如果系统的功率因数低,那么在既有设备容量不变的情况下,装设电容器后,可以提高功率因数,增加负载的容量。举例而言,将1000KVA变压器之功率因数从0.8提高到0.98时:补偿前:1000×0.8=800KW补偿后:1000×0.98=980KW同样一台1000KVA的变压器,功率因数改变后,它就可以多承担180KW的负载。④减少了用户的电费支出;透过上述各元件损失的减少及功率因数提高的电费优惠。此外,有些电力电子设备如整流器、变频器、开关电源等;可饱和设备如变压器、电动机、发电机等;电弧设备及电光源设备如电弧炉、日光灯等,这些设备均是主要的谐波源,运行时将产生大量的谐波。谐波对发动机、变压器、电动机、电容器等所有连接于电网的电器设备都有大小不等的危害,主要表现为产生谐波附加损耗,使得设备过载过热以及谐波过电压加速设备的绝缘老化等。并联到线路上进行无功补偿的电容器对谐波会有放大作用,使得系统电压及电流的畸变更加严重。另外,谐波电流叠加在电容器的基波电流上,会使电容器的电流有效值增加,造成温度升高,减少电容器的使用寿命。谐波电流使变压器的铜损耗增加,引起局部过热、振动、噪音增大、绕组附加发热等。谐波污染也会增加电缆等输电线路的损耗。而且谐波污染对通讯质量有影响。当电流谐波分量较高时,可能会引起继电保护的过电压保护、过电流保护的误动作。因此,如果系统量测出谐波含量过高时,除了电容器端需要串联适宜的调谐(detuned)电抗外,并需针对负载特性专案研讨加装谐波改善装置。改善电能质量的理由:为什么说提高用户的功率因数可以改善电压质量?电力系统向用户供电的电压,是随着线路所输送的有功功率和无功功率变化而变化的。当线路输送一定数量的有功功率是,如输送的无功功率越多,线路的电压损失越大。即送至用户端的电压就越低。如果110KV以下的线路,其电压损失可近似为:△U=PR+QX/Ue其中:△U-线路的电压损失,KVUe--线路的额定电压,KVP--线路输送的有功功率,KWQ--线路输送的无功功率,KVARR—线路电阻,欧姆X--线路电抗,欧姆由上式可见,当用户功率因数提高以后,它向电力系统吸取的无功功率就要减少,因此电压损失也要减少,从而改善了用户、无功补偿的原理电网输出的功率包括两部分;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,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;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,这部分功率称为无功功率,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,电流超前于电压90℃.而电流在电容元件中作功时,电流滞后电压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,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的道理.2.无功补偿的意义(1)补偿无功功率,可以增加电网中有功功率的比例常数(2)减少发,供电设备的设计容量,减少投资,例如当功率因数cosΦ=0.8增加到cos4=0.95时,装1Kvar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.(3)降低线损,由公式△P%=(1-cosΦ/cosΦ)X100%得出其中cosΦ为补偿后的功率因数,cosΦ为补偿前的功率因数则cosΦcosΦ,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.3.无功补偿的原则提高用电单位的自然功率因数,无功补偿分为集中补偿,分散补偿和随机随器补偿,应该遵循:全面规划,合理布局,分级补偿,就地平衡;集中补偿与分散补偿相结合,以分散补偿主;高压补偿与低压补偿相结合,以低压补偿为主;调压与降损相结合,以降损为主的原则.4.无功补偿装置的组合元件(1)低压无功补偿设备的组合元件①无功功率自动补偿控制器根据电网无功功率是否达到无功设定值来控制电力电容器的投入和切除,并且有过,欠电压保护功能②无触点可控硅模块或智能复合开关③电容器(内带放电电阻)④熔断器⑤电流互感器⑥避雷器⑦开关⑧电抗器(对无触点开关起到过电流保护作用;对防止电容器过电流也起到抑制作用)另外,还装配监视用的电压表,电流表,功率因数表和信号指示灯等.除了用改变电力网参数来减少电压损耗以外,改变电压损耗的另一个重要方面是改变电网元件中传输的功率。即改变表达式中的P和Q的大小,在满足负荷有功功率的前提下,要改变供电线路、变压器传输的有功功率,是比较困难的,常常是不可能的。因此,改变线路、变压器传输功率都是改变其无功功率,使表达式中的Q减少。由此我们引出无功功率的几个非常重要的关键的概念.2.1无功功率补偿概念当今电厂受水、环保等多方面的制约,它的位置越来越远离负荷中心,即使建在靠近负荷点,由于单机容量越来越大,发电机的额定功率因数也越来越高,这样,电网实际接受的无功功率就越来越少,单靠发电机发出的无功功率远远不能满足电网对无功功率的需要,必须配置各种无功功率补偿装置。例如:目前北京地区有功负荷的2/3电力要从山西、内蒙、河北等地远距离用超高压500kV线路送来,为了能接受到这么多的有功功率,必须在北京地区负荷中心装设相应数量的无功功率补偿电力设施(一般为1kW的有功电力配1kvar的无功电力补偿设施)。2.2无功功率就地补偿的概念无功补偿装置的分布,首先要考虑调压的要求,满足电网电压质量指标。同时,也要避免无功功率在电网内的长距离传输,减少电网的电压损耗和功率损耗。无功功率补偿的原则是做到无功功率分层分区平衡,就是要做到哪里有无功负荷就在那里安装无功补偿装置。这既是经济上的需要,也是无功电力特征所必需的,如果不这样做,就达不到最佳补偿的目的,解决不了无功电力就地平衡的问题。2.3无功功率平衡的概念如同有功功率平衡一样,电力系统的无功功率在每一刻也必须保持平衡。在电力系统中,频率与有功功率是一对统一体,当有功负荷与有功电源出力相平衡时,频率就正常,达到额定值50Hz,而当有功负荷大于有功出力时,频率就下降,反之,频率就会上升。电压与无功功率也和频率与有功功率一样,是一对对立的统一体。当无功负荷与无功出力相平衡时,电压就正常,达到额定值,而当无功负荷大于无功出力时,电压就下降,
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