諧波污染下400V網(wǎng)絡(luò)無(wú)功功率補(bǔ)償回路的設(shè)計(jì)和研究

易立

摘要：因科學(xué)技術(shù)的不斷提升及電子產(chǎn)品使用的范圍越來(lái)越廣泛，400V電網(wǎng)中的諧波情況也變得更加嚴(yán)重，且還給三相電容的補(bǔ)償回路帶來(lái)較大的損壞。在該情況下，對(duì)電容的補(bǔ)償回路進(jìn)行并聯(lián)設(shè)計(jì)時(shí)，就不可以只是參照設(shè)計(jì)手冊(cè)簡(jiǎn)單的進(jìn)行查表來(lái)使其得以實(shí)現(xiàn)，而必須對(duì)諧波帶來(lái)的影響進(jìn)行充分的考慮，再經(jīng)過(guò)相應(yīng)的計(jì)算來(lái)對(duì)電容的補(bǔ)償回路進(jìn)行設(shè)計(jì)。文章主要對(duì)諧波污染T400V網(wǎng)絡(luò)無(wú)功功率補(bǔ)償回路的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，以期為補(bǔ)償回路設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的幫助。

關(guān)鍵詞：諧波；400V網(wǎng)絡(luò)；無(wú)功功率；補(bǔ)償回路；設(shè)計(jì)

1引言

目前，許多設(shè)備動(dòng)力的來(lái)源均是利用電機(jī)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，進(jìn)而提升設(shè)備的生產(chǎn)力。電動(dòng)機(jī)在400V的電網(wǎng)中進(jìn)行工作時(shí)，其繞組因受到交流電的影響而表現(xiàn)為相應(yīng)的電感性，并產(chǎn)生一定的磁場(chǎng)，而且此部份電感可以對(duì)電能進(jìn)行釋放、儲(chǔ)存，但其并不會(huì)使電能消耗掉，因而就將其稱作感性無(wú)功功率。伴隨工業(yè)的不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品的大量使用，致使電網(wǎng)中諧波含量也逐漸增多。諧波含量較多時(shí)，若只單純的利用電容回路對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，則會(huì)使電容回路因過(guò)電壓、過(guò)電流而發(fā)生故障。

2分析諧波污染下的400v網(wǎng)絡(luò)無(wú)功功率補(bǔ)償回路的設(shè)計(jì)

2.1補(bǔ)償回路的類型選擇

對(duì)電容的補(bǔ)償回路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要是通過(guò)設(shè)計(jì)人員對(duì)低壓配電的系統(tǒng)進(jìn)行配套設(shè)計(jì)過(guò)程中，想要了解高壓電網(wǎng)的諧波情況、建成之后具體電源波形能否可以實(shí)現(xiàn)，若不考慮到諧波的情況是不行的。在設(shè)計(jì)時(shí)通常可以不用對(duì)高壓電網(wǎng)的諧波情況進(jìn)行考慮，這主要是由于供、配電部份能夠有效監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的質(zhì)量。根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際情況看，電網(wǎng)諧波的分量非常小，但這必須排除特殊的情況。進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)施人員必須將低壓配電系統(tǒng)自身所產(chǎn)生的諧波考慮進(jìn)去，設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)盡可能地采取有效策略來(lái)不斷降低諧波產(chǎn)生。

如今，對(duì)電容的補(bǔ)償回路進(jìn)行分類可以將其劃分為三類：一是標(biāo)準(zhǔn)型的補(bǔ)償回路；該類型的主要是由純電容所組成的。二是過(guò)諧型的補(bǔ)償回路；也是由純電容所組成，但是電容過(guò)流能力顯著高于標(biāo)準(zhǔn)型。三是失諧型的補(bǔ)償回路，往往也稱作調(diào)諧型；在這個(gè)類型中的補(bǔ)償回路是由相應(yīng)電抗率電抗器與電容器串聯(lián)而成，選擇電抗率時(shí)通常是根據(jù)偏離最低次的諧波頻率超過(guò)10%進(jìn)行選取，進(jìn)而防止因補(bǔ)償回路而導(dǎo)致諧波不斷放大、電容器出現(xiàn)過(guò)載的現(xiàn)象。對(duì)補(bǔ)償回路而言，其最關(guān)鍵的作用往往是提供相應(yīng)的無(wú)功功率補(bǔ)償，其還具有濾波的作用。

對(duì)以上這三種類型的補(bǔ)償回路進(jìn)行選擇時(shí)，可根據(jù)諧波產(chǎn)生的分量設(shè)備視在功率、變壓器視在功率比值K1值對(duì)其進(jìn)行確定。如果K1小于等于10%，就可選用標(biāo)準(zhǔn)型的補(bǔ)償回路。若K1大于10%且小于等于20%，則可選用過(guò)諧型；K1大于20%但同時(shí)又小于等于60%時(shí)，則選失諧型；若K1超出60%，就必須考慮將濾波裝置安裝在低壓的配電系統(tǒng)中。

2.2分析電容補(bǔ)償回路中無(wú)功率補(bǔ)償?shù)牟綌?shù)及補(bǔ)償容量設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)電容的補(bǔ)償回時(shí)，首先應(yīng)參照具體的負(fù)荷情況將各個(gè)回路電容容量設(shè)計(jì)出來(lái)。由于電容中補(bǔ)償回路補(bǔ)償通常是對(duì)基波中的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，所以進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中可利用查表方式將其求出。但是，采用失諧型、過(guò)諧型的補(bǔ)償回路時(shí)，想要使電容投切過(guò)程中給400V電網(wǎng)造成的影響得以降低，減少補(bǔ)償?shù)膶?shí)際步數(shù)，可以通過(guò)1—1—2—2—4—4的方式來(lái)補(bǔ)償感性的無(wú)功功率。電抗率K不同，電容相同，無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)娜萘恳膊幌嗤?/p>

2.3分析失諧型補(bǔ)償回路的電抗器選擇設(shè)計(jì)

根據(jù)諧波存在的實(shí)際情況來(lái)看，市面上目前存在3種電抗率電抗：一是5.7%的電抗，其調(diào)諧頻率是210HZ，可以運(yùn)用在諧波在5次以上且所占的諧波分量比較重的情況中；主要是對(duì)5次及以上的諧波進(jìn)行抑制。二是7%的電抗，該電抗的調(diào)諧頻率在190HZ，應(yīng)在諧波超過(guò)5次但諧波的分量重的情況；同樣可有效抑制5次或超過(guò)5次的諧波。三是14%的電抗，其主要的調(diào)諧頻率是135HZ，能夠?qū)⑵溥\(yùn)用在3次諧波、諧波分量較重的相關(guān)情形中，可對(duì)3次及以上諧波產(chǎn)生抑制作用。

2.4分析電容器選擇設(shè)計(jì)

選擇電容器時(shí)，除了需要對(duì)電容的容量進(jìn)行詳細(xì)的選擇之外，還必須重視電容的過(guò)流情況、額定電壓。這里主要對(duì)失諧型及分過(guò)諧型情況展開研究。

（1）過(guò)諧型的補(bǔ)償回路電容是直接接到電網(wǎng)中，因而其電容額定電壓能夠參照電網(wǎng)的電壓進(jìn)行確定。為確保電容工作壽命、補(bǔ)償回路可靠性、安全性，對(duì)電容的補(bǔ)償回路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須選擇電容過(guò)流能力在1.8倍的額定的工作電流電容器。

（2）在失諧型的補(bǔ)償回路中，應(yīng)將具有電抗率的相應(yīng)電抗串聯(lián)在其中，并從失量角度進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，因而可以判斷出將電抗進(jìn)行串聯(lián)之后，電容中的電壓就已經(jīng)不在是電網(wǎng)的電壓了，其轉(zhuǎn)變?yōu)椋篣C=UN+UL，其中UC表示電容端的電壓，uN使電網(wǎng)電壓，UL是電抗所形成的壓降電壓。因電抗率不一樣，所以電容端的電壓也不一樣，進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)相關(guān)的公式對(duì)電容端電壓進(jìn)行確定。

2.5分析保護(hù)熔斷及斷路器的選擇設(shè)計(jì)

電容回路的熔斷器及進(jìn)線斷路的斷路器對(duì)電容的補(bǔ)償回路具有的可靠性及安全性具有重要的決定作用。因此，在進(jìn)行回路熔斷、進(jìn)線斷路的斷路器選擇的時(shí)候，要根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行相關(guān)選擇，如果選大了，電容的補(bǔ)償回路難以得到有效保護(hù)。倘若選小了，會(huì)大大降低電容的補(bǔ)償回路的適用性及可靠性。由于存在400V電網(wǎng)諧波，并且電網(wǎng)諧波不是十分明顯，其導(dǎo)致的電容過(guò)流難以進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，所以需要相關(guān)工作人員充分憑借其經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定，通常情況下，過(guò)諧型補(bǔ)償回路進(jìn)線斷路的斷路器的過(guò)流能力一般選擇1.5的倍額定電流；短路電流一般選擇10倍的額定電流；回路熔斷的過(guò)流能力一般選擇1.6倍的額定電流。針對(duì)失諧型的補(bǔ)償回路進(jìn)線斷路的斷路器過(guò)流能力的選擇，則應(yīng)以電抗率的差異為依據(jù)，選擇過(guò)流能力不同的斷路器，在電抗率為7%、5.7%的時(shí)候，選擇額定電流為1.31倍的斷路器為宜，在電抗率為14%的時(shí)候，選擇1.12倍過(guò)流能力的斷中器為宜。一般情況下，短路電流可以根據(jù)10倍的額定電流進(jìn)行選擇，回路熔斷可以根據(jù)1.5倍的額定電流熔斷進(jìn)行選擇。

2.6分析電容補(bǔ)償回路中投切接觸器的設(shè)計(jì)及選擇

選擇電容補(bǔ)償回路中投切接觸器時(shí)，應(yīng)選擇為了切換三相電容器所設(shè)計(jì)的專門的電容接觸器，在此類接觸器的設(shè)計(jì)中存在一個(gè)相關(guān)的抑制電阻，且通過(guò)該電阻提前介入到電容器中的抑制電阻能夠?qū)㈦娙萃度脒^(guò)程中形成的最大的電流控制在60倍的額定電流下，進(jìn)而對(duì)接觸器、電容器進(jìn)行保護(hù)。利用限流電阻器對(duì)峰值進(jìn)行切換之后電流就會(huì)被切斷，而電容器進(jìn)行正常工作的過(guò)程中工作電流并不會(huì)通過(guò)這個(gè)電阻器。另外，接觸器觸點(diǎn)容量必須超過(guò)保護(hù)熔斷的電流1.1倍，進(jìn)而才可以使補(bǔ)償回路可靠性增加。

3結(jié)語(yǔ)

伴隨工業(yè)不斷發(fā)展、電子產(chǎn)品大量使用，致使電網(wǎng)諧波的含量不斷增多。因而在諧波的含量較多的情況之下，只有利用純電容回路進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，并對(duì)電容大難補(bǔ)償回路進(jìn)行計(jì)算，才可以更好的對(duì)電容無(wú)功率補(bǔ)償回路進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，諧波污染比較嚴(yán)重、諧波較明確時(shí)，可針對(duì)具體的情況做更進(jìn)一步的細(xì)化設(shè)計(jì)研究。