阻容吸收的作用

（河南省焦作萬(wàn)方鋁業(yè)股份有限公司 焦作市 454150）

劉 雷

阻容吸收主要作用于過(guò)電壓保護(hù),此外還具有一定抑制諧振和消除諧波的功能。將電阻與電容連接后接入被保護(hù)回路中，通過(guò)電容的充放電和電阻的能量消耗來(lái)吸收和消耗電路接通斷開(kāi)時(shí)感性負(fù)載產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)，避免了被保護(hù)回路過(guò)電壓所造成的負(fù)載絕緣擊穿。

1 阻容吸收原理

阻容吸收裝置主要由電阻、電容組成，通過(guò)電阻電容進(jìn)行過(guò)電壓吸收。電容和電阻降壓的工作原理主要為：電容在一定的交流信號(hào)頻率下產(chǎn)生的容抗來(lái)限制最大工作電流，電阻通過(guò)自身電阻消耗電容存儲(chǔ)能量。由于電容具有隔直通交的特性，它可以通過(guò)電壓變化進(jìn)行能量的存儲(chǔ)和釋放，在此過(guò)程中產(chǎn)生的容抗就起到了限流的作用。由此可見(jiàn)，電容決定了被保護(hù)回路的最大電流，如果負(fù)載一定，那么電容也就決定了負(fù)載上可以得到的電壓，最終起到了限壓的作用；電阻降壓是指電流從電阻流過(guò)，會(huì)在電阻兩端產(chǎn)生壓降，電阻通過(guò)自身電阻消耗電能，保護(hù)電容器。在工頻50Hz條件下，1uF電容的容抗約為3180Ω。如果將220V的交流電壓加在電容器的兩端,那么流過(guò)電容的最大電流約為70mA（需要注意的是雖然流過(guò)電容的電流約有70mA，但電容器并不產(chǎn)生功耗，這主要是由電容的特性決定的，電容所作的功為無(wú)功）。如果在此電容器上再串聯(lián)一個(gè)阻性元件，則阻性元件兩端所得到的電壓和它所產(chǎn)生的功耗完全取決于這個(gè)阻性元件的特性。例如，我們將一個(gè)110V/8W的燈泡與一個(gè)1uF的電容串聯(lián)后，再接到220V/50Hz的交流電壓上，燈泡會(huì)被點(diǎn)亮，發(fā)出正常的亮度且不會(huì)燒壞。這是因?yàn)?10V/8 W的燈泡所需的電流為I=P/U=8W/110V=72mA，它與1uF電容所產(chǎn)生的限流特性相吻合。同理,我們也可以將5W/65V的燈泡與1uF電容串聯(lián)接到220V/50Hz的交流電上，燈泡同樣會(huì)被點(diǎn)亮,而不會(huì)被燒毀。因?yàn)?W/65V的燈泡的工作電流也約為70mA。因此，電容降壓實(shí)際上是利用了電容器的容抗限流作用，即電容器實(shí)際上起到一個(gè)限制電流作用和動(dòng)態(tài)分配電容器與負(fù)載兩端電壓的作用。實(shí)際運(yùn)用中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，還會(huì)加上熔斷器對(duì)電容和電阻進(jìn)行短路保護(hù)。目前此種電容降壓方式應(yīng)用較為廣泛，而單一的電阻降壓由于功耗大（消耗有功功率），因此不常被采用；電感降壓原理同于電容器，但由于電感的參數(shù)不易估計(jì)精確，因此亦沒(méi)有電容降壓常用。

2 阻容吸收參數(shù)選擇

采用電容降壓時(shí)對(duì)回路中元器件參數(shù)的選擇尤為重要，主要應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）電容器的參數(shù)選擇應(yīng)根據(jù)負(fù)載的電流大小和交流電的工作頻率來(lái)選取,而不能依據(jù)負(fù)載的電壓和功率選取。我們?cè)陔娐吩O(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先測(cè)定負(fù)載電流的準(zhǔn)確值，然后再參考示例選擇降壓電容器的容量。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)降壓電容向負(fù)載提供的電流Io，實(shí)際就是流過(guò)電容的充放電電流Ic。電容的容量C越大，容抗Xc就越小，即流經(jīng)電容的充、放電電流就越大。

（2）為保證電容可靠工作，其耐壓選擇應(yīng)大于兩倍的電源電壓。如果電源電壓為220V，那么電容耐壓應(yīng)大于440V；如果電源電壓為700V，那么電容耐壓應(yīng)大于1400V。

（3）限流電容應(yīng)采用無(wú)極性電容,不能采用電解電容，一般最理想的電容為鐵殼油浸電容。

（4）電容降壓不適合容性和感性負(fù)載。

（5）泄放電阻R的選擇必須要保證在要求時(shí)間內(nèi)泄放掉電容上的所有電荷。

3 阻容吸收在變電所的應(yīng)用

焦作萬(wàn)方萬(wàn)鋁變電所為110kV，280kA電解鋁變電所，所內(nèi)廣泛運(yùn)用了阻容吸收裝置：整流柜直流母線(xiàn)側(cè)直流吸收、交流側(cè)交流吸收、單臂各元件阻容吸收、偏移及控制繞組阻容吸收裝置，以及10kV高壓柜內(nèi)安裝的過(guò)電壓吸收器都屬于阻容吸收裝置。上述裝置根據(jù)自身結(jié)構(gòu)在作用上略有區(qū)分：10 kV高壓柜內(nèi)安裝的過(guò)電壓吸收器主要是對(duì)真空開(kāi)關(guān)開(kāi)斷時(shí)所產(chǎn)生的操作過(guò)電壓進(jìn)行吸收保護(hù)；而整流柜內(nèi)阻容吸收則是對(duì)回路的過(guò)電壓進(jìn)行吸收保護(hù)，見(jiàn)圖1。

圖1 整流柜交流吸收原理圖

圖1中X11、Y31、Z51為交流三相電源尾端，各相并接一組阻容吸收裝置，工作時(shí)相間為兩路阻容吸收串聯(lián)接入進(jìn)行保護(hù)。以Z51Y31為例，Z51相阻容吸收裝置為電容C1與電阻RS1串聯(lián)接入，Y31阻容吸收裝置為電容C2與電阻RS2串聯(lián)接入，即在Y31與Z51相間形成一個(gè)由電容C1、電阻RS1、電容C2、電阻RS2相串聯(lián)的阻容吸收回路，該阻容吸收回路將對(duì)Y31Z51相間進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)。另外在該整流柜交流吸收回路中還增加了熔斷器RD1、RD2、RD3 和 壓 敏 電 阻 YM1、YM2、YM3。 熔 斷 器RD1、RD2、RD3 分別串接于 X11、Y31、Z51 相阻容吸收回路中，對(duì)各X11、Y31、Z51各相以及相間的阻容吸收回路進(jìn)行短路保護(hù)；壓敏電阻YM1、YM2、YM3 則并分別并接入 X11Z51、X11Y31、Y31Z51之間，對(duì)各X11、Y31、Z51各相間的阻容吸收回路進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)。壓敏電阻顧名思義就是一個(gè)壓敏元件，其電阻可在低壓下盡可能大，近視于回路不通；而當(dāng)電壓超過(guò)UN時(shí)，流過(guò)它的電流激增，來(lái)抑制電路中經(jīng)常出現(xiàn)的異常過(guò)電壓，保護(hù)電路免受過(guò)電壓的損害。

我們進(jìn)行了科冠變交流吸收裝置的改造工作。科冠變交流吸收電容安裝在整流柜頂，運(yùn)行時(shí)柜體自身溫度增加了電容的運(yùn)行溫度，加速了電容的損壞。為了減少電容運(yùn)行溫度，增加電容的使用壽命，我們?cè)谡髌魇覗|墻上安裝交流電容箱，將交流吸收電容移至東墻上。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，在保證安全距離的前提下確定柜內(nèi)備件布局，繪制安裝圖，通過(guò)班組成員的共同努力，順利將原裝于A、B整流柜上的交流吸收裝置移入控制箱內(nèi)，整體安裝于整流柜東墻上，圓滿(mǎn)完成了該機(jī)組的交流吸收移位改造工作，見(jiàn)圖2。

圖2 安裝設(shè)計(jì)圖