调谐型无功补偿及电容器和电抗器及基础

调谐型无功补偿的电容器和电抗器的基础知识

一、电容器的基本概念

1、电容器容值计算：F μ（单位：）

电容器的容量计算公式为：

60.088510r s

C b

ξ-=?

式中：

C F μ--2电容量（） ；s--电极有效面积（cm ）；b--介质厚度（cm）

r ξ--介质的相对介电系数（矿物性绝缘油：3.5 4.5； 合成绝缘油：57） 1）、由公式得出结论：

⑴、电容器一旦制作完成其容值是确定的，其电容器电容值偏差范围为： ①、国家标准的调整偏差范围：－5～＋10%；

②、一般厂家允许偏差：0～＋3% (维持在正偏差范围内)；

⑵、电容器的容值（μF ）只与介质的相对介电系数、电极的有效面积、介质厚度有关，而与系统的电压、电流、容量没有直接关系，一旦生产制作完成了，一个标定电容的容值就确定了，除了有正常偏差外，这个容值是不会发生变化的，如果在常态条件下，容值有明显变化，说明该电容器制作质量有问题。

2）、使用环境：电容器一般使用在周围环境空气温度为－40℃～＋40℃的场所，安装地区海拔高度不超过1000米，对于低电压并联电容器可用在海拔高度2000米以下。

3）、电容器的工作电压和电流的要求：在使用时不得超过1.1倍额定电压和1.3倍额定电流。 4）、三相电容器的容值测试和计算方法：（测试仪器：采用胜利6243万用掌上电桥进行测试）

①、测量三相电容器时，要将电容器三个接线端子中的两个端子短接，然后轮流一一测定为短接接线端子与短接的两端子间的电容量，根据电容器的接法不同，如下图算出所测电容器的电容量。

②、三相电容器电容量的测定方法

③、△接法电容器电容量计算方法

④、Y 接法电容器电容量计算方法

2、电容器容抗的公式 Ω（单位：）

11

2C X c fc ωπ==

式中：

C X ——容抗（Ω） ω——角频率（rad/s ）

f ——电网频率（Hz ）

3、电容器的标称容抗计算：

2310cn

C c

U X Q =?

式中：

kVar kV ----C e Q 电容容量（）

U 电容器额定电压（）

例如：30KVar 450V 电容器，计算其容抗为：

2

30.4510 6.7530

C X =?=Ω

4、电容器容量 k Var （单位：）

23

2

2

210

20.314C C

C e

e e Q Q Q fcu C fU U ππ=??==

式中：

C----电容器容值（μF ） u e ---电容器的额定电压（V ）

kVar kV ----C e Q 电容容量（）

U 电容器额定电压（）

由公式得出结论：

⑴、 电容器在超出1.1倍额定电压和1.3倍额定电流的情况下，会处于明显的超载状态，其温度、噪声、绝缘等都会加速损坏或老化，电容器将会影响正常使用。

⑵、 电容器的容值与容量的关系：

电容器的容值是与电容器制作方式有关，一旦制作完成，在偏差范围内，容值不会变化的，而电容器的容量是系统电压变化而变化的，有明显的与电压的平方成正比的关系，所以，对

例如：30kVar 450V 电容器，其容量和电压的平方成比例变化的，但容值是唯一的，不同

的电压和容量，计算其容值为：

①、在额定450V 的电压下，标称容量30kVar 的电容器的容值为：

222

30

471.8()20.3140.3140.45

C C e e Q Q C F fU U μπ=

===?? ②、在420V 运行电压下，容量下降至26.13kVar 的电容器的容值为：

222

25.9471.7()20.3140.3140.42

C C e e Q Q C F fU U μπ====?? ③、在400V 运行电压下，容量下降至23.4kVar 的电容器的容值为：

222

23.4471.8()20.3140.3140.4

C C e e Q Q C F fU U μπ====?? 5、电压（运行电压）与电容补偿容量的关系：

2

2

c c e e

U Q Q U =

式中：

KVar KVar --------c c e e Q 实际运行电压下补偿容量（） U 电容器实际运行电压（V）

Q 电容器额定电压下补偿容量（） U 电容器端额定电压（V）

例如：

1、30KVar 450V 电容器；

额定电压是450V 时，电容器会输出额定的标准容量30kVar ； 2、在400V 运行电压下，其容量为：

22

22

40030300.792123.76()450

c c e e U Q Q kVar U ==?=?=

3、在1.1倍的495V 运行电压下，其输出容量可以为：

22

22

4953030 1.2136.3()450

c c e e U Q Q kVar U ==?=?=

所以，可以明确的是电容器的容量直接与电压有关系，当运行电压上升至电容器超载范围内时，电容器是可以输出超出额定30 kVar 的输出容量36.3 kVar ，但其运行时间不可以太长，对电容本身也是有伤害的。

6、电容器的额定、运行电流的计算：A （单位：）

6210C e I fcu π-=?

C Q I =

式中：

kVar kV ----C e Q 电容容量（）

U 电容器额定电压（）

例如：30KVar 450V 电容器，计算其额定电流为：

e 3038.5()1.7320.45

I A ===?

运行电压400 V ，容量下降23.7kVar ，计算运行电流为：

23.7c 34.2()1.7320.4

Qc I A ===?

二、电抗器的基本概念

1、 电抗器的电感量（交流电抗器电感量）：（单位：H）

281.25610q

W S

L l -=?'

式中：

w-------电抗器绕组相匝数： 410222m

U

W SB ?=?

其中：S ——铁芯截面积（2

cm ）

m B ——磁通密度（T ）

lq ’------气隙长度： q q x

U

l l U ?'=

? 其中：U ?——相电抗压降

x U ——设计要求相电抗压降

S-------铁芯截面（cm ） 1）、由公式得出结论：

⑴、电抗器一旦制作完成其抗值是确定的，其电抗器的抗值偏差范围为：

①、国家标准的调整偏差范围：0%～+5% (K≥4.5%)，0%～+10% (K ＜4.5%)，通常-5～+5%； ②、一般厂家允许偏差：0～+5% (维持在正偏差范围内)；

⑵、电抗器的抗值（mH ）只与电抗器绕组相匝数、气隙长度、铁芯截面有关，而与系统的电压、电流、容量没有直接关系，一旦生产制作完成了，一个标定电抗器的抗值就确定了，除了有正常偏差外，这个抗值值是不会发生大的变化。 2）、电抗器的工作条件：

①、温升：串联电抗器的温升试验要求在1.35倍工频额定电流下进行， 电抗器的温升：铁芯85K ，线圈95K 。 ②、绝缘水平：3kV/1min,无击穿与闪络。

③、电抗器噪声等级：不大于55dB 。电抗器耐温等级：H 级以上。

④、电抗器能在额定电流的1.35倍下长期运行，电抗器在1.8倍额定电流下的电抗值，其下降值不大于5%。

电抗器应能承受下列稳态过电流：

电抗器应能在工频1.35倍或工频加谐波合成电流方均根值为1.2倍的额定电流下连续运行； 有特殊要求时，电抗器可在工频加谐波合成电流方均根值为1.3倍的额定电流下连续运行。

⑤、损耗：小于95(70) ×Sn0.75（容量小于等于500kvar 时用95,大于500时用70）。 ⑥、设计计算时还要核算电抗器的动热稳定特性。 3）、电抗器的材质满足使用要求：

①、铁芯：优质低损耗冷轧硅钢片；

②、气隙：环氧层压玻璃板作间隔，保证气隙在运行中没有变化； ③、线圈：H 级漆包扁铜线绕制，有较好的散热效果。 ④、外观：体积小、重量轻、外观好。 4）、电抗器使用寿命的分析

电抗器在额定负载下长期正常运行的时间，就是电抗器的使用寿命。

电抗器使用寿命由制造它的材料所决定。制造电抗器的材料有金属材料和绝缘材料两大类。金属材料耐高温，而绝缘材料长期在较高的温度、电场和磁场作用下，会逐渐失去原有的力学性能和绝缘性能，例如变脆、机械强度减弱、电击穿。

这个渐变的过程就是绝缘材料的老化。温度愈高，绝缘材料的力学性能和绝缘性能减弱得越快；绝缘材料含水分愈多，老化也愈快。电抗器中的绝缘材料要承受电抗器运行产生的负荷和周围环境的作用，这些负荷的总和、强度和作用时间决定绝缘材料的使用寿命。

● 电抗器铁芯发热，是由于系统谐波电压造成的； ● 电抗器绕组发热，是由于系统谐波电流流过造成的

2、电抗率

电抗率的定义：电抗器总容量与电容总容量之比

例如：

一个调谐型电容滤波补偿回路，只要明确的是电抗率一旦确定，就确定电抗器的容量与电容器的容量之比，电容器的容量随着电压的平方成正比的变化，那么，电抗器的容量也会随着运行电压的变化而变化，但不超出1.1倍额定电压和1.3倍额定电流的情况下，在电抗

由上表数据可以明显看出，一个一个调谐型电容滤波补偿回路中，不会变化的三个参数就是电容的容值（μF ）、电抗率（%）、电抗器的电感值（mH ）这三个基本参数值。

3、用伏安法测试三相交流铁芯电抗器参数： Ⅰ、电抗率（伏安测试法）:（单位：%）

L c K U U K =

??=?相

式中：

l U ?——电抗器相电压降 c U ——电容器线电压

例如：

30kVar 450V 38.5N I A =标称容量：，额定电压：，额定电流：

串联6%的电抗器时，

①、在额定450V 电压下，其电抗器上的压降应为：

4500.0615.6l U V

?=

?=

②、在运行420V 电压下，其电抗器上的压降应为：

0.0614.5l U V

?=

?=

③、标称容量30kVar ，450V 的电容器，串联6%的电抗器时，其电抗器的线性度变化规律为如下表所示：

由伏安法计算得出的电抗器上压降，以及电容串电抗器支路上流过的电流，就可以计算出电抗器的容量：

31000

L C

L U I Q ??=

?

例如：

标称值30kVar ，450V 的电容器，串6%电抗器，压降15.58V,支路电流38.5A, ①、如果在420V 运行电压下，其电抗器的容量计算为：

14.5435.92

3 1.571000L Q kVar ?=

?=

②、如果在400V 运行电压下，其电抗器的容量计算为：

13.8634.2

3 1.421000

L Q kVar ?=

?=

由公式得出结论：

⑴、在工频50Hz 的条件下，电容器一旦选定，电抗率确定，则电抗器也就随之确定了，即一条调谐型滤波补偿支路上，电容一旦标定了，电容器的容值（μF ）即被确定，随之再确定电抗率（1%～12%），即电抗器的抗值（mH ）也就是唯一确定的了，这个电抗值是不会随着系统电压、电流而变化的，而该回路的电容器的端电压、支路电流、电抗器上压降、以及电容器容量、电抗器容量都会随着系统电压的变化而变化的；

⑵、电抗器是由线性度要求的，只要系统电压发生变化，电抗器就会随着电容器的容量变化，而改变电抗器的压降值，但只要该支路上参数（电容器端电压、流过电容和电抗器的支路电流、电抗器上压降）