低压补偿柜设计

　 低压补偿柜的设计

　【摘要】电力系统的发展对人们日常生活的影响极为重大，而在众多的电力问题中，功率因数的提高成为了人们普遍关心的问题。这是因为在企业中，功率因数关系到整个电网的正常运行和整个电力系统的安全。在近几年的发展中，利用低压补偿柜来提高功率因数成为了各个企业的首选。基于此，本文对低压补偿柜的设计进行了研究。

　　【关键词】低压补偿柜设计

　　中图分类号：S611文献标识码： A

　　在电网运行中，存在大量的感性负荷，除了要消耗有功功率外，还要消耗一定的无功功率。这就造成了功率因素降低，功率因数降的越低、电网所需的无功就越多，线路损耗就越大。低压补偿柜用以对感性元件产生的无功功率进行集中补偿、分组补偿或直接补偿，以提高供电系统功率因数，改善电能质量。而无功补偿能保持电力系统无功功率平衡、降低损耗、提高电网的供电质量。因此，低压补偿柜既能有效地维持系统的电压水平、提高电压稳定性，又能避免大量无功的远距离传输，从而降低有功损耗，提高设备的利用率。

　　补偿形式的分类

　　静态补偿与动态补偿

　　（1）静态补偿。采用接触器投切电容器组，反应速度慢，投切瞬间涌流大，成本低，但只适用于负荷基本稳定的用电场所，例如居民小区。

　　（2）动态补偿。采用复合开关（晶闸管元件）投切电容器组，实时跟踪负荷功率因数变化，反应速度快，成本高。动态补偿适用于有突变负荷的用电场所。非同步电气设备，如建材行业使用的辊压机，塑料工厂使用的挤塑机、注塑机，汽车制造厂、船舶制造厂使用的点焊机、缝焊机和焊接机，以及其他行业的升降机、冲压机、电梯、破碎机、电焊机和矿山带式输送机，瞬变电流大，宜选用动态补偿。

　　共补与分补

　　（1）共补。指由控制器统一采样，各相同时投入相同的补偿容量。这种接法适用于三相负荷基本平衡、各相负载的功率因数角相近的系统。三相共补一般采用△接法。

　　（2）分补。指由控制器分相取样，按照各相的功率因数各自投入不同的补偿容量。三相分补一般采用Y 形接法。这种接法适用于各相负载相差较大，功率因数角也有较大差别的系统。

　　补偿方式的选择

　　补偿按性质分为三相电容自动补偿、分相电容自动补偿和三相混合补偿方式。三相电容自动补偿适用于三相负载平衡的供配电系统。因三相回路平衡，回路中无功电流相同，所以在补偿时，调节无功功率参数的信号取自三相中的任意一相即可，三相回路同时投切、可以同时保证三相电压的质量。三相电容自动补偿适用于有大量的三相用电设备的厂矿企业中，是目前应用最广泛的方式。对于三相不平衡的用电系统，必须采用分相电容自动补偿或三相混合补偿方式。在民用中大量使用的是单相负荷，照明、空调等设备由于负荷变化的随机性大，容易造成三相负荷的严重不平衡。尤其是在住宅楼的供电系统中，三相不平衡更为严重。分相补偿调节无功功率的采样电流信号分别取自三相中的每一相，根据每一相感性负载的大小和功率的高低进行相应的补偿，对其它相不产生相互影响，故不会产生欠补偿和过补偿的情况。因此其补偿方式适用于对于存在有大量使用单相用电负载的场合、并且容易产生三相不平衡的用电单位，如住宅小区、宾馆、饭店、大型商场等民用建筑的配电系统中。

　　补偿容量的计算

　　《工业与民用配电设计手册》中指出补偿容量按下式计算

　　=(tan－tan)

　　式中 ——补偿容量，kvar；

　　 ——企业的计算有功功率，kW；

　　 tan、tan——补偿前、后计算负荷功率因数角的正切值。

　　根据上式，可以计算出供电系统所需的总容量。合适选择补偿总容量，还需合适选择单组容量。为避免低负荷过补偿现象，往往采用单组小容量加多组大容量电容混合组合的方式。例如无功补偿装置总容量为240 kvar，有3 种电容组合方式。第一种分成8 组，每组30 kvar；第二种分成9 组，第一组10 kvar，第二组20 kvar，其余7 组各30 kvar；第三种分成16 组，每组15 kvar。比较以上三种电容组合方式，第一种方式经济成本最低，投切级差为30 kvar；第二种方式经济成本次之，投切级差为10 kvar；第三种方式经济成本最高，投切级差为15 kvar。则低负荷时，第一种方式虽然成本低，但容易出现过补偿现象，第三种方式级差减小，但成本高，第二种方式采用单组小容量加多组大容量电容混合组合方式，既可实现成本利益，又可避免过补偿现象。

　　低压补偿柜的柜体设计

　　低压补偿柜框架采用2.5 mm 厚C 型材，立柱、侧板和仪表门等采用2.0 mm 厚钢板，柜高2 200 mm，GGD 柜深为600 mm，GCK 柜深可为800 mm，可为1 000 mm，柜宽按实际容量大小可选择600 mm、800mm 和1 000 mm，建议补偿总容量较大时可分补偿主柜与副柜，单柜容量≤ 360 kvar。低压补偿柜的柜体设计重点为通风设计。电容器，特别是电抗器在工作时产生大量的热量，因此低压补偿柜的设计应充分考虑通风效果。建议在前下通风门、后上通风门、后下通风门、后门和底板均冲出一定数量的桥形孔，利于通风散热；可在柜后门安装4 个轴流风机，因热空气比冷空气轻，柜内空气流向由下往上，因此设计时应将2 个风机装于柜后上方，作为排气口，另2 台风机装于柜后下方（反装），作为进气口。

　　低压补偿柜的配置方案及元器件的选择

　　1、主要元件的配置(电容柜中必不可少的元件)

　　(1)主开关的选择：主开关一般采用刀熔开关，其容量的选择为不应小于电容器组额定电流的1．43倍并不宜大于额定电流的1．55倍。

　　(2)避雷器：应选用无间隙金属氧化物避雷器。

　　(3)功率补偿控制器：常用的控制回路数有4，6，8，10，12不等。

　　(4)低压电容器：采用自愈式低压并联电容器，电容器内装放电电阻，能使电容器在断开电源3min内，剩余电压从x/2u降至50V以下，确保操作安全，额定电压可分为400V、450V、525V及690V等。

　　(5)另外电容柜还必须具有电流表，功率因素表，投入和切除信号指示(指示灯)，电压表(可选)及手动转换开关(可选)。

　　2、分回路的配置方案

　　（1）静态补偿方案的配置

　　①保护器件建议选用半导体专用的快速熔断器，熔断器熔芯的额定电流按1．75In选择(In电容器的额定电流)。现在许多地方改用微型断路器作为保护器件，那么其选择应不小于其控制的电容器组电流的1.35倍，应选1.5倍为宜。

　　②切换电容器用接触器：基本采用CJ19系列，接触器本身带有抑制涌流装置，能有效地减小合闸涌流对电容器的冲击和抑制开断时的过电压。

　　③热继电器：JR36系列为经常采用的保护器件，其选择是电容器额定电流的1.35倍。

　　（2）动态补偿方案的配置

　　①保护器件：与静态补偿方案的配置相同。

　　②切换电容器用：电容补偿投切开关或动态无功补偿投切调节器。

　　③随着电力电子技术的广泛应用和发展，供电系统中增加了大量的非线性负荷，如低压小容量家用电器和大容量的工业用整流设备、变频设备，这些非线性负荷的工作会使电网电流、电压波形发生畸变，从而引起电网中有谐波产生，影响补偿装置的正常工作，则在电容器回路中必须串接电抗器，这样才能够抑制高次谐波和限制电容器的合闸涌流，保护电容器组正常运行，提高设备运行的可靠性。其电抗器额定容量大多数情况下取电容器组容量的2％ 以上就行，如果系统存在3次、5次谐波最好选用6％ ～7％。

　　总结

　　设计低压补偿柜时，需综合分析系统与负载等因素，选择合适的补偿容量、补偿形式，合理设计装置柜体，合理安装元器件，才能实现利益最大化，延长装置寿命，实现对系统的有效补偿，改善电能质量。

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