工厂供配电技术电子教案第7章-2课件

变压器的空载无功损耗△Qo可用下式近似计算：（7-2）式中：I0%为变压器空载电流占额定电流的百分值，SL7型变压器的Io%可查附表7-4。变压器的空载无功损耗△Qo可用下式近似计算：1变压器额定负荷时的无功损耗△QN可由下式近似计算（7-3）式中：Uk%为变压器的短路电压（阻抗电压UZ）占额定电压的百分值，SL7型变压器的Uk%可查附表7-4。

变压器额定负荷时的无功损耗△QN可由下式近似计算2要使变压器运行在经济负荷Sec.T下，就必须满足变压器单位容量的有功损耗换算值△P/S为最小值的条件。令d(△P/S)/dS=0,可得变压器的经济负荷为（7-4）要使变压器运行在经济负荷Sec.T下，就必须满足变压器单位容3变压器经济负荷与变压器额定容量之比，称为变压器的经济负荷系数或经济负荷率，用Kec.T表示，即（7-5）一般电力变压器的经济负荷率为50%左右。变压器经济负荷与变压器额定容量之比，称为变压器的经济负荷系数4对于新型节能变压器，经济负荷率比旧型号小。若按此原则选择变压器，则使初次投资加大，基本电费也增多。因此变压器容量的选择要多方面综合考虑，负荷率大致在70%左右比较适合我国国情。对于新型节能变压器，经济负荷率比旧型号小。若按此原则选择变压5[例7-1]试计算SL7-500/10型变压器的经济负荷和经济负荷率。解查附表7-4得SL7-500/10型变压器的有关技术数据：△PO=1.08kW,△PK=6.9kW,IO%=2.1,UK%=4。由式（7-2）得△QO≈0.021×500kV.A=10.5kvar由式（7-3）得△QN≈0.04×500kV.A=20kvar[例7-1]试计算SL7-500/10型变压器的经济负荷和6取Kq=0.1，由式（7-5）得此型号变压器的经济负荷率为：因此变压器的经济负荷为：Sec.T=Kec.TSN=0.49×500kV.A=245kV.A取Kq=0.1，由式（7-5）得此型号变压器的经济负荷率为：7(2)两台变压器经济运行的临界负荷假如变电所有两台同型号同容量（SN）的变压器，变电所的总负荷为S。一台变压器单独运行时，由式（7-1）求得其在负荷为S时的有功损耗换算值为△PⅠ≈△P0＋Kq△Q0+(△Pk+Kq△QN)(S/SN)2

(2)两台变压器经济运行的临界负荷8两台变压器并列运行时，每台承担负荷为S/2，因此由式（7-1）求得两台变压器的有功损耗换算值为：△PⅡ≈2(△P0＋Kq△Q0)+2(△Pk+Kq△QN)(S/2SN)2

将以上两式△P与S的函数关系绘成如图7-9所示两条曲线，两条曲相交于A点，两台变压器并列运行时，每台承担负荷为S/2，因此由式（7-9图7-9两台变压器经济运行的临界负荷图7-9两台变压器经济运行的临界负荷10A点所对应的变压器负荷,就是变压器经济运行的临界负荷，用SCr表示。当S=S′＜Scr时，因△P′Ⅰ＜△P′Ⅱ,故宜于一台运行。当S=S″＞Scr时，因△P″Ⅰ＜△P″Ⅱ，故宜于两台运行。当S=Scr时，则△PⅠ＝△PⅡ，即A点所对应的变压器负荷,就是变压器经济运行的临界负荷，用SC11由此可求得两台变压器经济的临界负荷为：

（7-6）如果是n台同型号同容量的变压器，则n与n-1台变压器经济运行的临界负荷为：

（7-7）

由此可求得两台变压器经济的临界负荷为：12[例7-2]某厂变电所装有两台SL7-500/10型变压器，试计算此变电所变压器经济运行的临界负荷值。解可利用例7-1的同型变压器技术数据，代入式（7-6）求得此变电所两台变压器经济运行的临界负荷为（取Kq=0.1）因此，当负荷S＜346kV.A时，宜于一台运行；当负荷S＞346kV.A时，宜于两台运行。[例7-2]某厂变电所装有两台SL7-500/10型变压137.2.3采用人工补偿装置提高功率因数工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负载，还有感性的电力变压器，从而使功率因数降低。如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下，尚达不到规定的工厂功率因数要求时，则需考虑增设无功功率补偿装置。移相电容器就是一种常用的无功补偿装置。7.2.3采用人工补偿装置提高功率因数14移相电容器与同步补偿机相比，因无旋转部分，所以它具有安装简单、运行维护方便以及有功损耗小（一般约占无功容量的0.3%～0.5%）等优点。所以，在电力系统中，尤其是在工业企业的供电电网中，得到了十分广泛的应用。移相电容器与同步补偿机相比，因无旋转部分，所以它具有安装简单15移相电容器的缺点是，使用寿命短，损坏后不便修复。另外，移相电容器的无功出力与电压的平方成正比。这样当系统电压降低，需要更多的无功功率进行补偿以提高系统电压时，而电容器却因电压低而降低了出力。反之，若系统不需要补偿无功功率时，电容器仍然作为电容性无功功率向电网补偿，使负载电压过分地提高，这也是它的一个缺点。移相电容器的缺点是，使用寿命短，损坏后不便修复。另外，移相电161、并联电容器的接线无功补偿的并联电容器大多采用△形接线，只是少数容量较大的高压电容器组除外。而低压并联电容器绝大多数是做成三相的，且内部已接成三角形。三个电容为C的电容器接成△形，容量为Qc(△)=3ωCU2，式中U为三相线路的线电压。如果三个电容为c的电容器接成Y形，则容量为QC（Y）=3ωCUφ2，式中Uф为三相线路的相电压，

1、并联电容器的接线17由于，因此QC（△）=3QC（Y）。这是并联电容器采用△接线的一个优点。另外电容器采用△接线时，任一电容器断线，三相线路仍得到无功补偿；而采用Y接线，一相断线时，断线的那一相将失去无功补偿。

由于，因此QC（△）=3QC（18但是也必须指出，电容器采用△接线时，任一电容器击穿短路时，将造成三相线路的两相短路，短路电流很大，有可能引起电容器爆炸。这对高压电容器特别危险。如果电容器采用Y形接线，情况就完全不同。图7-10a为电容器Y接线时正常工作的电流分布，图7-10b为电容器Y接线时而a相电容器击穿短路时的电流分布和相量图但是也必须指出，电容器采用△接线时，任一电容器击穿短路时，将19a)正常时的电流分布b)A相电容器击穿短路时的电流分布和相量图图7-10三相线路中电容器Y联时的电流分布a)正常时的电流分布20电容器正常工作时（图7-10a）（图7-8）式中，XC=1/ωC；Uф为相电压电容器正常工作时（图7-10a）21当A相电容器击穿短路时（图7-10b）（图7-9）由上式可知，电容器采用Y形接线，在其中一相电容器击穿短路时，其短路电流仅为正常工作电流的3倍，因此相对比较安全.所以GB50053-1994《10KV以下变电所设计规范》规定：高压电容器组宜接成中性点不接地星形，容量较小时（450kvar及以下）宜按成三角形。低压电容器组应接成三角形。

当A相电容器击穿短路时（图7-10b）222、并联容器的装设位置并联电容器在供电系统中的装设位置，有高压集中补偿、低压集中补偿和单独就地补偿三种方式，如图7-11所示。2、并联容器的装设位置23图7-11并联电容器在供电系统中的装设位置和补偿效果图7-11并联电容器在供电系统中的装设位置和补偿效果24（1）高压集中补偿高压集中补偿是将高压电容器组集中装设在工厂变配电所的6～10kV母线上。这种补偿方式只能补偿6～10KV母线以前线路上的无功功率，而母线后的厂内线路的无功功率得不到补偿，所以这种补偿方式的经济效果较后两种补偿方式差。但这种补偿方式的初投资较少，便于集中运行维护，而且能对工厂高压侧的无功功率进行有效的无功补偿，以满足工厂总功率因数的要求，所以这种补偿方式在一些大中型工厂中应用相当普遍。（1）高压集中补偿25图7-12是接在变配电所6～10kV母线上的集中补偿的并联电容器组接线图。这里的电容器组采用△联结，装在成套电容器柜内。为了防止电容器击穿时引起相间短路，所以△形接线的各边，均接有高压熔断保护。图7-12是接在变配电所6～10kV母线上的集中补偿的并联电26由于电容器从电网上切除时有残余电压，残余电压最高可达电网电压的峰值，这对人身是很危险的，因此必须装设放电装置。图7-12中的电压互感器TV一次绕组就是用来放电的。为了确保可靠放电，电容器组的放电回路中不得装设熔断器或开关。由于电容器从电网上切除时有残余电压，残余电压最高可达电网电压27图7-12高压集中补偿的电容器组接线图图7-12高压集中补偿的电容器组接线图28按GB50053-1994规定，室内高压电容器装置宜设置在单独房间内。当电容器组容量较小时，可设置在高压配电室内，但与高压电容配电装置的距离不应小于1.5m。按GB50053-1994规定，室内高压电容器装置宜设置在单29（2）低压集中补偿低压集中补偿是将低压电容器集中装设在车间变电所的低压母线上。这种补偿方式能补偿变电所低压母线以前包括变压器及其前面高压线路和电力系统的无功功率。由于这种补偿方式能使变电所主变压器的视在功率减小，从而可选较小容量的主变压器，因此比较经济。特别是供电部门对工厂的电费制度通常实行的是两部电费制（一部分是按每月实际用电量计算电量，称为电度电费，另一部分是按装用的变压器容量计算电费，称为基本电费），主变压器容量减小，基本电费就减少了，可使工厂的电费开支减少，所以这种补偿方式在工厂中应用非常普遍。

（2）低压集中补偿30低压电容器柜一般可安装在低压配电室内，与低压配电屏并列装设；只在电容器柜较多时才需考虑单设一房间。图7-13是低压集中补偿的电容器组接线图。这种低压电容器组，都采用△联结，通常利用200V、15～25W的白炽灯的灯丝电阻来放电（也有专用的放电电阻来放电的），这些放电白炽灯同时作为电容器组正常运行的指示灯。低压电容器柜一般可安装在低压配电室内，与低压配电屏并31图7-13低压集中补偿的电容器组接线图图7-13低压集中补偿的电容器组接线图32（3）单独就地补偿单独就地补偿，又称个别补偿或分散补偿，是将并联电容器组装设在需进行无功补偿的各个用电设备旁边。这种补偿方式能够补偿安装部位以前的所有高低压线路和变压器中的无功功率，所以其补偿范围最大，补偿效果最好，应予优先采用。但是这种补偿方式总的投资较大，且电容器组在被补偿的用电设备停止工作时，它也将一并被切除，因此其利用率较低。

（3）单独就地补偿33这种单独就地补偿方式特别适于负荷平稳、经常运转而容量又大的设备如大型感应电动机、高频电炉等采用，也适用于容量虽小但数量多且长时间稳定运行的设备如荧光灯等采用。对于供电系统中高压侧和低压侧基本无功功率的补偿，仍宜采用高压集中补偿和低压集中补偿的方式。

这种单独就地补偿方式特别适于负荷平稳、经常运转而容量又大的设34图7-14是直接接在感应电动机旁的单独就地补偿的低压电容器组接线图。这种电容器组通常就利用用电设备本身的绕组电阻来放电。在工厂供电系统工程中，实际上多是综合应用上述各种补偿方式，以求经济合理地达到总的无功补偿要求，使工厂电源进线处在最大负荷时的功率因数不低于规定值，高压进线时一般不得低于0.9。

图7-14是直接接在感应电动机旁的单独就地补偿的低压电容器组35图7-14感应电动机旁就地无功补偿的低压电容器组接线图图7-14感应电动机旁就地无功补偿的低压电容器组接线图363、并联电容器的控制与保护（1）并联电容器的控制并联电容器有手动投切和自动调节两种控制方式①手动投切的并联电容器采用手动投切，具有简单经济、便于维护的优点，但不便调节容量，更不能按负荷变动情况进行补偿，以达到理想的补偿要求。3、并联电容器的控制与保护37具有下列情况之一时，宜采用手动投切的无功补偿装置：——a）补偿低压基本无功功率的电容器组；——b）补偿常年稳定的无功功率的电容器组；——c）长期投入运行的变压器或变配电所内投切次数较少的高压电动机及高压电容器组。具有下列情况之一时，宜采用手动投切的无功补偿装置：38对集中补偿的高压电容器组，采用高压断路器进行手动投切，如图7-12所示。对集中补偿的低压容器组，可按补偿容量分组投切。图7-15a是利用接触器进行分组投切的电容器组。图7-15b是利用低压断路器进行分组投切的电容器组。对单独就地补偿的电容器组，如图7-14所示，利用控制用电设备的断路器或接触器进行手动投切。对集中补偿的高压电容器组，采用高压断路器进行手动投切，如图739②自动调节的并联电容器具有自动调节功能的并联电容器组，称为无功自动补偿装置。采用自动补偿装置可以按负荷变动情况适时进行无功补偿，达到较理想的无功补偿要求；但其投资较大，且维修比较麻烦，因此凡可不用自动补偿或采用自动补偿效果不大的场合，均不必装设自动补偿装置。②自动调节的并联电容器40具有下列情况之一时，宜装设无功自动补偿装置：a）为避免过补偿，装设无功自动补偿装置在经济上合理时；b）为避免轻载时电压过高，造成某些用电设备损坏而装设无功自动补偿装置在经济上合理时；c）只有装设无功自动补偿装置才能满足在各种运行负荷的情况下的电压偏差允许值时。由于高压电容器采用自动补偿时对电容器组回路中的切换元件要求较高，价格较贵，且维护检修比较困难，因此当补偿效果相同或相近时，宜优先选用低压自动补偿装置。具有下列情况之一时，宜装设无功自动补偿装置：a）为避免过补偿41(a)-利用接触器分组投切；(b)-利用低压断路器分组投切图7-15手动投切的低压电空器组(a)-利用接触器分组投切；(b)-利用低压断路器分组投切42图7-16低压无功自动补偿装置的原理电路图7-16低压无功自动补偿装置的原理电路43低压无功自动补偿装置的原理电路如图7-16所示，电路图中的功率因数自动补偿控制器按电力负荷的变化及功率因数的高低，以一定的时间间隔（10～15S），自动控制各组电容器回路中接触器KM的投切，使电网的无功功率自动得到补偿，保持功率因数在0.95以上，而又不致过补偿。低压无功自动补偿装置的原理电路如图7-16所示，电路图中的功44（2）并联电容器的保护①并联电容器保护的一般要求并联电容器的主要故障形式是短路故障，它可造成电网的相间短路。对于低压并联电容器和容量不超过450kvar的高压并联电容器，可装设熔断器作为相间短路保护。对于容量较大的高压并联电容器组，则需采用高压断路器控制，并装设瞬时或短延时过电流保护作为相间短路保护。（2）并联电容器的保护45如果电容器组装设在含有大型整流设备或电弧炉等“谐波源”的电网上时，电容器组宜装设过负荷保护，带时限动作于信号或跳闸。如果电容器组装设在含有大型整流设备或电弧炉等“谐波源”的电网46电容器对于电压十分敏感，一般规定电网电压不得超过电容器额定电压10%。因此凡电容器安装处的电网电压可能超过其额定电压10%时，应装设过电压保护。过电压保护装置可发出报警信号，或带时限动作于跳闸。电容器对于电压十分敏感，一般规定电网电压不得超过电容器额定电47②并联电容器短路保护的整定ⅰ）熔断器保护的整定采用熔断器来保护并联电容器时，按GB50227-1995《并联电容器装置设计规范》规定，其熔体额定电流IN。.FE不应小于电容器额定电流IN。C的1.43部，并不宜大于其额定电流的1.55倍，而按IEC规定，不宜大于其额定电流的1.65倍，因此取：IN.FE=（1.43～1.65）IN.C(7-10)

②并联电容器短路保护的整定48ⅱ)电流继电器的整定采用电流继电器作相间短路保护时，电流继电器的动作电流IOP应按下式计算：（7-11）式中，Krel为保护装置的可靠系数，取2～2.5；Kw为保护装置的接线系数，相电流接线为1；Ki为电流互感器的电流比，考虑到电容器的合闸涌流，互感器一次额定电流宜选为电容器组额定电流的1.5～2倍。

ⅱ)电流继电器的整定49ⅲ）保护灵敏度的检验并联电容器过电流保护的灵敏度，应按电容器端子上在系统最小运行方式下发生两相短路的条件来检验，即（7-12）式中，I（2）k.min为在系统最小运行方式下电容器端子上的两相短路电流。

ⅲ）保护灵敏度的检验504、并联电容器的运行维护（1）并联电容器的投入和切除并联电容器在供电系统正常运行时是否投入，主要视供电系统的功率因数或电压是否符合要求而定。如果功率因数过低或电压过低时，则应投入电容器或增加电容器投入量。并联电容器是否切除或部分切除，也主要视系统的功率因数或电压情况而定。如果变配电所母线电压偏高（如超过电容器额定电压10%）时，则应将电容器切除或部分切除。4、并联电容器的运行维护51当发生下列情况之一时，应立即切除电容器：①电容器爆炸；②接头严重过热；③套管闪络放电；④电容器喷油或起火；⑤环境温度超过40℃。如果变配电所停电，也应切除电容器，以免突然来电时，母线电压过高，使电容器击穿。当发生下列情况之一时，应立即切除电容器：①电容器爆炸；②接头52在切除电容器时，须从仪表指示或指示灯来检查其放电回路是否完好。电容器组从电网切除后，应立即通过放电回路放电。按GB50053-1994规定，高压电容器放电时间应不短于5min，低压电容器放电时间应不短于1min。为确保人身安全，人体接触电容器之前，还应采用短接导线将所有电容器两端直接短接放电。

在切除电容器时，须从仪表指示或指示灯来检查其放电回路是否完好53（2）并联电容器的维护并联电容器在正常运行中，值班员应定期检视其电压、电流和室温等，并检查其外部，看看有无漏油、喷油、外壳膨胀等现象，有无放电声响或放电痕迹，接头有无发热现象，放电回路是否完好，指示灯是否指示正常等。对装有通风装置的电容器室，还应检查通风装置各部分是否完好。（2）并联电容器的维护54本章小结在供用电过程中，必须特别注意用电安全。人们常说的触电一般是指电流流过人体，对人体造成伤害，也叫做电击。决定触电伤害程度的因素主要有两个：触电电流的大小和触电时间的长短。可以用触电流和触电时间的乘积来鉴定触电伤害程度。我国规定30mAs为极限值。本章小结55携带式电工安全用具主要有基本安全用具、辅助安全用具和检修安全用具三种。基本安全用具包括绝缘拉杆或绝缘钳，它直接与带电体接触，具有绝缘和操作的作用；辅助安全用具包括绝缘手套、绝缘靴、绝缘垫、绝缘台等，它不直接与带电体接触，只加强基本安全用具的保安使用，或用来防止跨步电压触电或电弧烧伤，或用来加强操作人员的操作安全；检修安全用具包括临时接地线、临时遮栏、临时隔板、临时围栏、标志牌、防烧伤用具及登高安全用具等。携带式电工安全用具主要有基本安全用具、辅助安全用具和检修安全56国家颁布的和现场制定的安全工作规程，是确保工作安全的基本依据。只有严格执行有关安全工作规程，才能确保工作安全。能源包括电能，是发展国民经济的重要物质技术基础，节约电能具有十分重要的意义。要搞好工厂的电能节约工作，必须大力提高工厂供用电水平，这就须从工厂供用电系统的科学管理和技术改造两方面采取措施。并采用提高自然功率因数和采用人工补偿装置提高功率因数的措施。国家颁布的和现场制定的安全工作规程，是确保工作安全的基本依据57思考题和习题7.7.2人体电阻值一般是多大？7.2安全用电常识的主要内容是什么？7.3什么是触电？触电电流对人体的危害程度主要决定于哪些因素？7.4电器安全用具有哪些种类？各种电器安全用具的作用是什么？思考题和习题587.5节约用电的意义是什么？如何做好节约用电工作？7.6怎样提高功率因数？7.7工业企业的节电措施有哪些？7.8为什么并联电容器组大多数采用△接线？但是对于容量较大的高压电容器组又为什么宜采用Y接线？7.9并联补偿电容器都应该设有哪些保护？7.10什么叫经济运行？对电力变压器应如何考虑其经济运行？7.5节约用电的意义是什么？如何做好节约用电工作？59变压器的空载无功损耗△Qo可用下式近似计算：（7-2）式中：I0%为变压器空载电流占额定电流的百分值，SL7型变压器的Io%可查附表7-4。变压器的空载无功损耗△Qo可用下式近似计算：60变压器额定负荷时的无功损耗△QN可由下式近似计算（7-3）式中：Uk%为变压器的短路电压（阻抗电压UZ）占额定电压的百分值，SL7型变压器的Uk%可查附表7-4。

变压器额定负荷时的无功损耗△QN可由下式近似计算61要使变压器运行在经济负荷Sec.T下，就必须满足变压器单位容量的有功损耗换算值△P/S为最小值的条件。令d(△P/S)/dS=0,可得变压器的经济负荷为（7-4）要使变压器运行在经济负荷Sec.T下，就必须满足变压器单位容62变压器经济负荷与变压器额定容量之比，称为变压器的经济负荷系数或经济负荷率，用Kec.T表示，即（7-5）一般电力变压器的经济负荷率为50%左右。变压器经济负荷与变压器额定容量之比，称为变压器的经济负荷系数63对于新型节能变压器，经济负荷率比旧型号小。若按此原则选择变压器，则使初次投资加大，基本电费也增多。因此变压器容量的选择要多方面综合考虑，负荷率大致在70%左右比较适合我国国情。对于新型节能变压器，经济负荷率比旧型号小。若按此原则选择变压64[例7-1]试计算SL7-500/10型变压器的经济负荷和经济负荷率。解查附表7-4得SL7-500/10型变压器的有关技术数据：△PO=1.08kW,△PK=6.9kW,IO%=2.1,UK%=4。由式（7-2）得△QO≈0.021×500kV.A=10.5kvar由式（7-3）得△QN≈0.04×500kV.A=20kvar[例7-1]试计算SL7-500/10型变压器的经济负荷和65取Kq=0.1，由式（7-5）得此型号变压器的经济负荷率为：因此变压器的经济负荷为：Sec.T=Kec.TSN=0.49×500kV.A=245kV.A取Kq=0.1，由式（7-5）得此型号变压器的经济负荷率为：66(2)两台变压器经济运行的临界负荷假如变电所有两台同型号同容量（SN）的变压器，变电所的总负荷为S。一台变压器单独运行时，由式（7-1）求得其在负荷为S时的有功损耗换算值为△PⅠ≈△P0＋Kq△Q0+(△Pk+Kq△QN)(S/SN)2

(2)两台变压器经济运行的临界负荷67两台变压器并列运行时，每台承担负荷为S/2，因此由式（7-1）求得两台变压器的有功损耗换算值为：△PⅡ≈2(△P0＋Kq△Q0)+2(△Pk+Kq△QN)(S/2SN)2

将以上两式△P与S的函数关系绘成如图7-9所示两条曲线，两条曲相交于A点，两台变压器并列运行时，每台承担负荷为S/2，因此由式（7-68图7-9两台变压器经济运行的临界负荷图7-9两台变压器经济运行的临界负荷69A点所对应的变压器负荷,就是变压器经济运行的临界负荷，用SCr表示。当S=S′＜Scr时，因△P′Ⅰ＜△P′Ⅱ,故宜于一台运行。当S=S″＞Scr时，因△P″Ⅰ＜△P″Ⅱ，故宜于两台运行。当S=Scr时，则△PⅠ＝△PⅡ，即A点所对应的变压器负荷,就是变压器经济运行的临界负荷，用SC70由此可求得两台变压器经济的临界负荷为：

（7-6）如果是n台同型号同容量的变压器，则n与n-1台变压器经济运行的临界负荷为：

（7-7）

由此可求得两台变压器经济的临界负荷为：71[例7-2]某厂变电所装有两台SL7-500/10型变压器，试计算此变电所变压器经济运行的临界负荷值。解可利用例7-1的同型变压器技术数据，代入式（7-6）求得此变电所两台变压器经济运行的临界负荷为（取Kq=0.1）因此，当负荷S＜346kV.A时，宜于一台运行；当负荷S＞346kV.A时，宜于两台运行。[例7-2]某厂变电所装有两台SL7-500/10型变压727.2.3采用人工补偿装置提高功率因数工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负载，还有感性的电力变压器，从而使功率因数降低。如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下，尚达不到规定的工厂功率因数要求时，则需考虑增设无功功率补偿装置。移相电容器就是一种常用的无功补偿装置。7.2.3采用人工补偿装置提高功率因数73移相电容器与同步补偿机相比，因无旋转部分，所以它具有安装简单、运行维护方便以及有功损耗小（一般约占无功容量的0.3%～0.5%）等优点。所以，在电力系统中，尤其是在工业企业的供电电网中，得到了十分广泛的应用。移相电容器与同步补偿机相比，因无旋转部分，所以它具有安装简单74移相电容器的缺点是，使用寿命短，损坏后不便修复。另外，移相电容器的无功出力与电压的平方成正比。这样当系统电压降低，需要更多的无功功率进行补偿以提高系统电压时，而电容器却因电压低而降低了出力。反之，若系统不需要补偿无功功率时，电容器仍然作为电容性无功功率向电网补偿，使负载电压过分地提高，这也是它的一个缺点。移相电容器的缺点是，使用寿命短，损坏后不便修复。另外，移相电751、并联电容器的接线无功补偿的并联电容器大多采用△形接线，只是少数容量较大的高压电容器组除外。而低压并联电容器绝大多数是做成三相的，且内部已接成三角形。三个电容为C的电容器接成△形，容量为Qc(△)=3ωCU2，式中U为三相线路的线电压。如果三个电容为c的电容器接成Y形，则容量为QC（Y）=3ωCUφ2，式中Uф为三相线路的相电压，

1、并联电容器的接线76由于，因此QC（△）=3QC（Y）。这是并联电容器采用△接线的一个优点。另外电容器采用△接线时，任一电容器断线，三相线路仍得到无功补偿；而采用Y接线，一相断线时，断线的那一相将失去无功补偿。

由于，因此QC（△）=3QC（77但是也必须指出，电容器采用△接线时，任一电容器击穿短路时，将造成三相线路的两相短路，短路电流很大，有可能引起电容器爆炸。这对高压电容器特别危险。如果电容器采用Y形接线，情况就完全不同。图7-10a为电容器Y接线时正常工作的电流分布，图7-10b为电容器Y接线时而a相电容器击穿短路时的电流分布和相量图但是也必须指出，电容器采用△接线时，任一电容器击穿短路时，将78a)正常时的电流分布b)A相电容器击穿短路时的电流分布和相量图图7-10三相线路中电容器Y联时的电流分布a)正常时的电流分布79电容器正常工作时（图7-10a）（图7-8）式中，XC=1/ωC；Uф为相电压电容器正常工作时（图7-10a）80当A相电容器击穿短路时（图7-10b）（图7-9）由上式可知，电容器采用Y形接线，在其中一相电容器击穿短路时，其短路电流仅为正常工作电流的3倍，因此相对比较安全.所以GB50053-1994《10KV以下变电所设计规范》规定：高压电容器组宜接成中性点不接地星形，容量较小时（450kvar及以下）宜按成三角形。低压电容器组应接成三角形。

当A相电容器击穿短路时（图7-10b）812、并联容器的装设位置并联电容器在供电系统中的装设位置，有高压集中补偿、低压集中补偿和单独就地补偿三种方式，如图7-11所示。2、并联容器的装设位置82图7-11并联电容器在供电系统中的装设位置和补偿效果图7-11并联电容器在供电系统中的装设位置和补偿效果83（1）高压集中补偿高压集中补偿是将高压电容器组集中装设在工厂变配电所的6～10kV母线上。这种补偿方式只能补偿6～10KV母线以前线路上的无功功率，而母线后的厂内线路的无功功率得不到补偿，所以这种补偿方式的经济效果较后两种补偿方式差。但这种补偿方式的初投资较少，便于集中运行维护，而且能对工厂高压侧的无功功率进行有效的无功补偿，以满足工厂总功率因数的要求，所以这种补偿方式在一些大中型工厂中应用相当普遍。（1）高压集中补偿84图7-12是接在变配电所6～10kV母线上的集中补偿的并联电容器组接线图。这里的电容器组采用△联结，装在成套电容器柜内。为了防止电容器击穿时引起相间短路，所以△形接线的各边，均接有高压熔断保护。图7-12是接在变配电所6～10kV母线上的集中补偿的并联电85由于电容器从电网上切除时有残余电压，残余电压最高可达电网电压的峰值，这对人身是很危险的，因此必须装设放电装置。图7-12中的电压互感器TV一次绕组就是用来放电的。为了确保可靠放电，电容器组的放电回路中不得装设熔断器或开关。由于电容器从电网上切除时有残余电压，残余电压最高可达电网电压86图7-12高压集中补偿的电容器组接线图图7-12高压集中补偿的电容器组接线图87按GB50053-1994规定，室内高压电容器装置宜设置在单独房间内。当电容器组容量较小时，可设置在高压配电室内，但与高压电容配电装置的距离不应小于1.5m。按GB50053-1994规定，室内高压电容器装置宜设置在单88（2）低压集中补偿低压集中补偿是将低压电容器集中装设在车间变电所的低压母线上。这种补偿方式能补偿变电所低压母线以前包括变压器及其前面高压线路和电力系统的无功功率。由于这种补偿方式能使变电所主变压器的视在功率减小，从而可选较小容量的主变压器，因此比较经济。特别是供电部门对工厂的电费制度通常实行的是两部电费制（一部分是按每月实际用电量计算电量，称为电度电费，另一部分是按装用的变压器容量计算电费，称为基本电费），主变压器容量减小，基本电费就减少了，可使工厂的电费开支减少，所以这种补偿方式在工厂中应用非常普遍。

（2）低压集中补偿89低压电容器柜一般可安装在低压配电室内，与低压配电屏并列装设；只在电容器柜较多时才需考虑单设一房间。图7-13是低压集中补偿的电容器组接线图。这种低压电容器组，都采用△联结，通常利用200V、15～25W的白炽灯的灯丝电阻来放电（也有专用的放电电阻来放电的），这些放电白炽灯同时作为电容器组正常运行的指示灯。低压电容器柜一般可安装在低压配电室内，与低压配电屏并90图7-13低压集中补偿的电容器组接线图图7-13低压集中补偿的电容器组接线图91（3）单独就地补偿单独就地补偿，又称个别补偿或分散补偿，是将并联电容器组装设在需进行无功补偿的各个用电设备旁边。这种补偿方式能够补偿安装部位以前的所有高低压线路和变压器中的无功功率，所以其补偿范围最大，补偿效果最好，应予优先采用。但是这种补偿方式总的投资较大，且电容器组在被补偿的用电设备停止工作时，它也将一并被切除，因此其利用率较低。

（3）单独就地补偿92这种单独就地补偿方式特别适于负荷平稳、经常运转而容量又大的设备如大型感应电动机、高频电炉等采用，也适用于容量虽小但数量多且长时间稳定运行的设备如荧光灯等采用。对于供电系统中高压侧和低压侧基本无功功率的补偿，仍宜采用高压集中补偿和低压集中补偿的方式。

这种单独就地补偿方式特别适于负荷平稳、经常运转而容量又大的设93图7-14是直接接在感应电动机旁的单独就地补偿的低压电容器组接线图。这种电容器组通常就利用用电设备本身的绕组电阻来放电。在工厂供电系统工程中，实际上多是综合应用上述各种补偿方式，以求经济合理地达到总的无功补偿要求，使工厂电源进线处在最大负荷时的功率因数不低于规定值，高压进线时一般不得低于0.9。

图7-14是直接接在感应电动机旁的单独就地补偿的低压电容器组94图7-14感应电动机旁就地无功补偿的低压电容器组接线图图7-14感应电动机旁就地无功补偿的低压电容器组接线图953、并联电容器的控制与保护（1）并联电容器的控制并联电容器有手动投切和自动调节两种控制方式①手动投切的并联电容器采用手动投切，具有简单经济、便于维护的优点，但不便调节容量，更不能按负荷变动情况进行补偿，以达到理想的补偿要求。3、并联电容器的控制与保护96具有下列情况之一时，宜采用手动投切的无功补偿装置：——a）补偿低压基本无功功率的电容器组；——b）补偿常年稳定的无功功率的电容器组；——c）长期投入运行的变压器或变配电所内投切次数较少的高压电动机及高压电容器组。具有下列情况之一时，宜采用手动投切的无功补偿装置：97对集中补偿的高压电容器组，采用高压断路器进行手动投切，如图7-12所示。对集中补偿的低压容器组，可按补偿容量分组投切。图7-15a是利用接触器进行分组投切的电容器组。图7-15b是利用低压断路器进行分组投切的电容器组。对单独就地补偿的电容器组，如图7-14所示，利用控制用电设备的断路器或接触器进行手动投切。对集中补偿的高压电容器组，采用高压断路器进行手动投切，如图798②自动调节的并联电容器具有自动调节功能的并联电容器组，称为无功自动补偿装置。采用自动补偿装置可以按负荷变动情况适时进行无功补偿，达到较理想的无功补偿要求；但其投资较大，且维修比较麻烦，因此凡可不用自动补偿或采用自动补偿效果不大的场合，均不必装设自动补偿装置。②自动调节的并联电容器99具有下列情况之一时，宜装设无功自动补偿装置：a）为避免过补偿，装设无功自动补偿装置在经济上合理时；b）为避免轻载时电压过高，造成某些用电设备损坏而装设无功自动补偿装置在经济上合理时；c）只有装设无功自动补偿装置才能满足在各种运行负荷的情况下的电压偏差允许值时。由于高压电容器采用自动补偿时对电容器组回路中的切换元件要求较高，价格较贵，且维护检修比较困难，因此当补偿效果相同或相近时，宜优先选用低压自动补偿装置。具有下列情况之一时，宜装设无功自动补偿装置：a）为避免过补偿100(a)-利用接触器分组投切；(b)-利用低压断路器分组投切图7-15手动投切的低压电空器组(a)-利用接触器分组投切；(b)-利用低压断路器分组投切101图7-16低压无功自动补偿装置的原理电路图7-16低压无功自动补偿装置的原理电路102低压无功自动补偿装置的原理电路如图7-16所示，电路图中的功率因数自动补偿控制器按电力负荷的变化及功率因数的高低，以一定的时间间隔（10～15S），自动控制各组电容器回路中接触器KM的投切，使电网的无功功率自动得到补偿，保持功率因数在0.95以上，而又不致过补偿。低压无功自动补偿装置的原理电路如图7-16所示，电路图中的功103（2）并联电容器的保护①并联电容器保护的一般要求并联电容器的主要故障形式是短路故障，它可造成电网的相间短路。对于低压并联电容器和容量不超过450kvar的高压并联电容器，可装设熔断器作为相间短路保护。对于容量较大的高压并联电容器组，则需采用高压断路器控制，并装设瞬时或短延时过电流保护作为相间短路保护。（2）并联电容器的保护104如果电容器组装设在含有大型整流设备或电弧炉等“谐波源”的电网上时，电容器组宜装设过负荷保护，带时限动作于信号或跳闸。如果电容器组装设在含有大型整流设备或电弧炉等“谐波源”的电网105电容器对于电压十分敏感，一般规定电网电压不得超过电容器额定电压10%。因此凡电容器安装处的电网电压可能超过其额定电压10%时，应装设过电压保护。过电压保护装置可发出报警信号，或带时限动作于跳闸。电容器对于电压十分敏感，一般规定电网电压不得超过电容器额定电106②并联电容器短路保护的整定ⅰ）熔断器保护的整定采用熔断器来保护并联电容器时，按GB50227-1995《并联电容器装置设计规范》规定，其熔体额定电流IN。.FE不应小于电容器额定电流IN。C的1.43部，并不宜大于其额定电流的1.55倍，而按IEC规定，不宜大于其额定电流的1.65倍，因此取：IN.FE=（1.43～1.65）IN.C(7-10)

②并联电容器短路保护的整定107ⅱ)电流继电器的整定采用电流继电器作相间短路保护时，电流继电器的动作电流IOP应按下式计算：（7-11）式中，Krel为保护装置的可靠系数，取2～2.5；Kw为保护装置的接线系数，相电流接线为1；Ki为电流互感器的电流比，考虑到电容器的合闸涌流，互感器一次额定电流宜