实用电容器、电抗器培训教材

动力分厂培训资料第13页共13页新疆神火铝业公司动力分厂7月份培训资料审核:初审：编制:2013培训内容：电容器、电抗器的运行及检修说明：本培训资料系分厂内部汇总整理，仅供分厂职工培训学习之用，其中难免出现错误漏洞，如有异议请与分厂办公室勾通联系，以便及时更正，如需电子版本请与李磊联系目录第一章.电容器 3第1节.电容器的定义 3第2节.平行板电容器电容的决定因素 4第3节.常见电容器分类 4第4节.电容器的并联与串联 6第5节.电容的运行与维护 7第二章．电抗器 7第三章．谐波治理…………………………8试题库 10第一章电容器套管套管元件放电电阻内熔丝对地绝缘材料标牌接线端子第一节．电容的定义(1)电容器①作用：电容器是电气设备中常用的一种重要元件，可以用来容纳电荷。②构成：两金属板间夹上一层绝缘物质(电介质)就是一个最简单的电容器。两个金属板就是电容器的两个电极。③充电与放电：使电容器带电叫充电；使充电后的电容器失去电荷叫放电。④电容器所带电量：电容器的一个极板上所带电量的绝对值。⑤击穿电压与额定电压：加在电容器两极上的电压如果超过某一极限，电介质将被击穿从而损坏电容器，这个极限电压叫击穿电压；电容器长期工作所能承受的电压叫做额定电压，它比击穿电压要低。(2)电容的定义电容器所带电量与两板间电势差之比叫电容。定义式为①单位：在国际单位制中，电容单位是法(F)。常用单位有：微法(μF)和皮法(pF)。它们的换算关系是1F=106uF=1012pF②物理意义：表示电容器容纳电荷本领大小的物理量。第二节．平行板电容器电容的决定因素平行板电容器的电容，跟介电常量ε成正比，跟正对面积S成正比，跟极板间的距离d成反比。用公式表达为下面表中为几种电介质的介电常量的值。第三节．常用电容器常用的电容器可分为固定电容器和可变电容器。(1)固定电容器固定电容器的电容是固定不变的，常用的有纸质电容器及电解电容器。①纸质电容器：在两层锡箔或铅箔中间夹以在石蜡中浸过的纸，一起卷成圆柱体而制成的电容器(图1-49(a))。②电解电容器：这种电容器是用铝箔作阳极，用铝箔上很薄的一层氧化膜作电介质，用浸渍过电解液的纸作阴极制成的(图1-49(b))。由于氧化膜很薄，这种电容器的电容较大。电解电容器的极性是固定的，使用时正负极不能接错，不能接交流电。(2)可变电容器①特点：电容可以改变。②构成：由两组铝片组成(图1-49(c))，固定的一组铝片叫定片，可以转动的一组铝片叫动片。使用时可以转动动片使两组铝片正对面积发生变化从而改变电容的大小。(3)电路中常用的几种电容器的符号如图1-49(d)所示。（4）电容器的内部结构图如图1-50内熔丝内熔丝外熔丝ABB设计传统设计无熔丝熔丝放电电阻1-50第四节.电容器串联与并联1、电容器的串联……+当n个电容器的电容量相等，均为C0时，总电容C=串联后容量总减小，总耐压增加。2、电容器的并联C=++……第五节电力电容器的运行和维护电力电容器是一种静止的无功补偿设备。它的主要作用是向电力系统提供无功功率，提高功率因数。采用就地无功补偿，可以减少输电线路输送电流，起到减少线路能量损耗和压降，改善电能质量和提高设备利用率的重要作用。1电力电容器的保护(1)电容器组应采用适当保护措施，如采用平衡或差动继电保护或采用瞬时作用过电流继电保护，对于3.15kV及以上的电容器，必须在每个电容器上装置单独的熔断器，熔断器的额定电流应按熔丝的特性和接通时的涌流来选定，一般为1.5倍电容器的额定电流为宜，以防止电容器油箱爆炸。如果电压升高是经常及长时间的，需采取措施使电压升高不超过1.1倍额定电压。2电力电容器的投运和退出(1)投运和退出电容器组时，必须考虑以下几点：①当电压超过1.1倍额定电压最大允许值时，禁止将电容器组接入电网。②在电容器组自电网断开后1min内不得重新接入，但自动重复接入情况除外。③在接通和断开电容器组时，要选用不能产生危险过电压的断路器，并且断路器的额定电流不应低于1.3倍电容器组的额定电流。3电力电容器的放电(1)电容器每次从电网中断开后，应该自动进行放电。其端电压迅速降低，不论电容器额定电压是多少，在电容器从电网上断开30s后，其端电压应不超过65V。4运行中的电容器的维护和保养(1)对运行的电容器组的外观巡视检查，应按规程规定每天都要进行，如发现箱壳膨胀应停止使用，以免发生故障。(2)电容器套管和支持绝缘子表面应清洁、无破损、无放电痕迹，电容器外壳应清洁、不变形、无渗油，电容器和铁架子上面不应积满灰尘和其他脏东西。(3)由于继电器动作而使电容器组的断路器跳开，此时在未找出跳开的原因之前，不得重新合上。电抗器第一节电抗器作用电力网中所采用的电抗器，实质上是一个无导磁材料的空心线圈。它可以根据需要布置为垂直、水平和品字形三种装配形式。在电力系统发生短路时，会产生数值很大的短路电流。如果不加以限制，要保持电气设备的动态稳定和热稳定是非常困难的。因此，为了满足某些断路器遮断容量的要求，常在出线断路器处串联电抗器，增大短路阻抗，限制短路电流。

由于采用了电抗器，在发生短路时，电抗器上的电压降较大，所以也起到了维持母线电压水平的作用，使母线上的电压波动较小，保证了非故障线路上的用户电气设备运行的稳定性。

电抗器依靠线圈的感抗阻碍电流变化的电器。按用途分为7种：①限流电抗器。串联于电力电路中，以限制短路电流的数值。②并联电抗器。一般接在超高压输电线的末端和地之间，起无功补偿作用。③通信电抗器。又称阻波器。串联在兼作通信线路用的输电线路中，用以阻挡载波信号，使之进入接收设备。④消弧电抗器。又称消弧线圈。接于三相变压器的中性点与地之间，用以在三相电网的一相接地时供给电感性电流，以补偿流过接地点的电容性电流，使电弧不易起燃，从而消除由于电弧多次重燃引起的过电压。⑤滤波电抗器。与电容器构成对某种频率能发生共振的电路，以消除电力电路某次谐波的电压或电流。⑥电炉电抗器。与电炉变压器串联，限制其短路电流。⑦起动电抗器。与电动机串联，限制其起动电流。

电抗器的接线分串联和并联两种方式。串联电抗器通常起限流作用，并联电抗器经常用于无功补偿。第二节电抗器基本知识介绍1、干式电抗器的种类与用途1.1.引拔条2.接线臂3.包封绝缘图1.1户外干式空芯电抗器户外空心干式电抗器是20世纪80年代出现的新一代电抗器产品，如图1.1所示。它是利用环氧绕包技术将绕组完全密封，导线相互粘接大大的增加了绕组的机械强度。同时利用新的耐候材料喷吐于包封的表面，使得产品能够满足在户外的苛刻条件下运行。包封间由撑条形成气道，包封间与包封内绕组多采用并联连接以便满足容量与散热的要求。为了满足各个并联支路电流合理分配的需要，采用分数匝来减少支路间的环流问题。为了能够形成分数匝，采用星形架作为绕组的出线连接端。绕组的上下星架通过拉纱方式固定，固化后整个产品成为一个整体。这种结构的电抗器与传统方式的电抗器相比较具有可以直接用于户外、电感为线性、噪音小、防爆、使用维护方便等特点，因而对于某些此产品有可能正逐步取代其他形式的电抗器。由于受到绕组结构的限制，户外空芯干式电抗器通常不适合电感量（>700mH）较大或电感较小(<0.08mH)但电流较大的场合，否则就会造成体积过于庞大或者支路电流极不平衡。在这两种极端条件下，需要适当改变线圈的绕线形式。此外，空心电抗器通常占地面积最大、对外漏磁最严重，这是这类电抗器的主要缺点。图1.2干式铁心电抗器干式铁心电抗器主要是由铁心和线圈组成的，如图1.2所示。干式铁心电抗器主要由铁心、线圈构成。铁心可分为铁心柱与铁轭两部分，铁心柱通常是由铁饼与气隙组成。线圈与铁心柱套装，并由端部垫块固定。铁心柱则由螺杆与上下铁轭夹件固定成整体。对于三相电抗器常采用三心柱结构，但对于三相不平衡运行条件下，需采用多心柱结构，否则容易造成铁心磁饱和问题。干式铁心电抗器的线圈通常采用浇注、绕包与浸漆方式。由于铁磁介质的导磁率极高,而且其磁化曲线是非线性的,故用在铁心电抗器中的铁心必须带气隙。带气隙的铁心,其磁阻主要取决于气隙的尺寸。由于气隙的磁化特性基本上是线性的,所以铁心电抗器的电感值取决于自身线圈匝数以及线圈和铁心气隙的尺寸。由于干式铁心电抗器是将磁能主要存贮于铁心气隙当中，铁心相当于对磁路短路，相当于只有气隙总长度的空心线圈。因此铁心电抗器线圈的匝数较少，从而其体积较小。体积小，必然散热面积小，因此铁心电抗器的损耗较小。此外，由于铁心的存在，铁心电抗器的空间漏磁较小。图1.2干式铁心电抗器铁心电抗器磁场通过铁心与气隙构成回路，其电感值是否呈线形取决于铁心的磁场工作状态。当铁心出现磁饱和，则气隙内磁场将出现非线性变化，造成电感非线性。这是铁心类电抗器存在明显的不足之处。另外，铁心的磁滞伸缩引起的噪音问题，以及重量重、组装复杂、不能直接户外使用均是这类电抗器的缺点。第三章谐波治理第一节概述电能质量的好坏，直接影响到工业产品的质量，评价电能质量有三方面标准。首先是电压方面，它包含电压的波动、电压的偏移、电压的闪变等；其次是频率波动；最后是电压的波形质量，即三相电压波形的对称性和正弦波的畸变率，也就是谐波所占的比重。我国对电能质量的三方面都有明确的标准和规范。随着科学技术的发展，随着工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用电设备在电网中大量投运，造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。它不仅增加了电网的供电损耗，而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行，造成了这些装置的误动与拒动，直接威胁电网的安全运行。举个常见的例子来说，电子节能灯在使用量所占比重较小的电网中运行，的确比常用的白炽灯好，不仅亮度高又省电，而且使用寿命也长。但是相反，在大量投运节能灯后，就会发现节能灯的损坏率大大提高。这是由于节能灯是非线性负荷，它产生较大的谐波污染了这一片电网，造成三相负荷基本平衡情况下，中心线电流居高不下，线电压与相电压之比比1要小得多，造成了该片电网供电质量下降，用电设备发热增加，电网线损增加，使得该区的配变发热严重，严重影响其使用寿命。因此我们对非线性用电设备产生的谐波必须进行治理，使谐波分量不超过国家标准。电力系统中谐波的来源电力系统中的谐波来自电气设备，也就是说来自发电设备和用电设备。由于发电机的转子产生的磁场不可能是完善的正弦波，因此发电机发出的电压波形不可能是一点不失真的正弦波。由于电网电压偏移在±7%以下，所以发电、变电设备产生的谐波分量都比较小，比国家的考核标准低的多，因此发电、变电设备不是影响电网电压波形方面质量的主要矛盾。为此，影响电网电压波形质量的主要矛盾是非线性用电设备，也就是说非线性用电设备是主要的谐波源，非线性用电设备主要有以下四大类：1电弧加热设备：如电弧炉、电焊机等.2、交流整流的直流用电设备：如电力机车、电解、电镀等。3、交流整流再逆变用电设备：如变频调速、变频空调等。4、开关电源设备：如中频炉、彩色电视机、电脑、电子整流器等。这些用电设备都是非线性用电设备，但它们产生的谐波各不相同。谐波现状浅析通过对市场的常用用电器的谐波状况的测试，我们了解到目前我国内工业企业的谐波污染十分严重，尤其是早些年为了节能，引入的变频电源和直流用电器的投入，其5次、7次、11次谐波电流的含量分别占基波的20%、11%、6%，这对于小功率的用户而言，还不怎样，但对于大功率的用户来说，危害就很大了，对于中频炉用户，它用常规的无功补偿就无法进行，有的用户用常规的电容器无功补偿，无法投入电容器，有的即便投入了，也对5次谐波电流放大了1.8~3.8倍以上，使得电动机、变压器等用电器的铜损、铁损大大地增加，缩短了设备的使用寿命，多交了电费。第二节谐波治理的方法谐波的治理主要采用无源滤波装置和有源滤波器。1、无源滤波装置主要采用LC回路，并联于系统中，LC回路的设定，只能针对于某一次谐波，即针对于某一个频率为低阻抗，使得该频率流经为其设定的LC回路，达到消除（滤除）某一频率的谐波的目的。LC回路在滤除谐波的同时，在基波对系统进行无功补偿。这种滤波装置简单，成本低，但不能滤除干净。其主要元件为投切开关、电容器、电抗器以及保护和控制回路。2、有源电力滤波器。这种滤波器是用电力电子元件产生一个大小相等，但方向相反的谐波电流，用以抵销网络中的谐波电流，这种装置的主要元件是大功率电力电子器件，成本高，在其额定功率范围内，原则上能全部滤除干净。目前常用的谐波治理的方法无外乎有二种，无源滤波和有源滤波。下面就谈谈这二种方法的优缺点以及市场前景及其经济效益的分析。1、无源谐波滤除装置无源滤波的主要结构是用电抗器与电容器串联起来，组成LC串联回路，并联于系统中，LC回路的谐振频率设定在需要滤除的谐波频率上，例如5次、7次、11次谐振点上，达到滤除这3次谐波的目的。其成本低，但滤波效果不太好，如果谐振频率设定得不好，会与系统产生谐振。现在，市场上流通较多的采取的滤波方法就是这一种，主要是因为低成本，用户容易接受。虽滤波的效果较差，只要满足国家对谐波的限制标准和电力部门对无功的要求就行了。由于其低成本，市场的需求也就大，一般而言，低压0.4KV系统大多数采用无源滤波方式，高压10KV几乎都是采用这种方式对谐波进行治理。由于我国的中小企业大多数是私有的，业主对谐波的危害认识不足，一般不愿意拿出大量的经费来治理谐波，而有的企业由于谐波的含量太大，常规的无功补偿不能凑效，供电部门对无功的要求又是十分严格的，达不到就要罚款。因此，业主不得不要求滤波。因而，其市场的前景可观，经济效益也就可观了。国内低压侧高水平的谐波滤除装置是采用光纤触发系统，大幅度降低因谐波干扰致使电缆触发所产生的误动。2、有源谐波滤除装置有源谐波滤除装置是在无源滤波的基础上发展起来的，它的滤波效果好，在其额定的无功功率范围内，滤波效果是百分之百的。它主要是由电力电子元件组成电路，使之产生一个和系统的谐波同频率、同幅度，但相位相反的谐波电流与系统中的谐波电流抵消。但由于受到电力电子元件耐压，额定电流的发展限制，成本极高，其制作也较之无源滤波装置复杂得多，成本也就高得多了。其主要的应用范围是计算机控制系统的供电系统，尤其是写字楼的供电系统，工厂的计算机控制供电系统。对单台的装置而言，其利润是可观的，但用户一般不愿意用有源滤波，对于谐波的含量，不必滤得太干净，只要不危害其他用电器也就可以了。试题库一、选择题1、电容器中储存的能量是（）。(A)热能；(B)机械能；(C)磁场能；(D)电场能。答案:D2、在电容电路中，通过电容器的是（）。(A)直流电流；(B)交流电流；(C)直流电压；(D)直流电动势。答案:B3、在正弦交流纯电容电路中，（）式正确。(A)I=UC；(B)I=u/C；(C)I=U/C；(D)I=U/C。答案:A4、电容器的容抗与（）成反比。(A)电压；(B)电流；(C)电抗；(D)频率。答案:D5、采取无功补偿装置调整系统电压时，对系统来说（）。(A)调整电压的作用不明显；(B)既补偿了系统的无功容量，又提高了系统的电压；(C)不起无功补偿的作用；(D)调整电容电流。答案:B6、电容器中性母线应刷（）色。(A)黑；(B)赭；(C)灰；(D)紫。答案:B7、新投运电容器组应进行（）合闸冲击试验。(A)3次；(B)5次；(C)7次；(D)1次。答案:A8、（）接线的电容器组应装设零序平衡保护。(A)三角形；(B)星形；(C)双星形；(D)开口三角形。答案:C9、电容器组的过流保护反映电容器的（）故障。(A)内部；(B)外部短路；(C)双星形；(D)相间。答案:B10、电容器的无功输出功率与电容器的电容（）。(A)成反比；(B)成正比；(C)成比例；(D)不成比例。答案:B11、对于同一电容器，两次连续投切中间应断开（）min时间以上。(A)5；(B)10；(C)30；(D)60。答案:A12、当电容器额定电压等于线路额定电压时，则应接成（）并入电网。(A)串联方式；(B)并联方式；(C)星形；(D)三角形。答案:C13、电容不允许在（）额定电压下长期运行。(A)100%；(B)110%；(C)120%；(D)130%。答案:D14、新装电容器的三相电容之间的差值应不超过一相的总电容量的（）。(A)1%；(B)5%；(C)10%；(D)15%。15.变压器按中性点绝缘水平分类时，中性点绝缘水平与端部绝缘水平相同叫（）。答：全绝缘16. 变压器接线组别为Yyn时，其中性线电流不得超过额定低压绕组电流（）。答：25%；17. 变压器安装升高座时，放气塞应在升高座（）。答：最高处；18. 变压器铁芯接地电流每（）检查一次。答：月；19. 变压器注油时应使油位上升至与（）相应的位置。答：环境；20. 变压器内部故障（）动作。答：瓦斯、差动保护；21. 对变压器差动保护进行相量图分析时，应在变压器（）时进行。答：载有一定负荷；22. 变压器发生内部故障时的主保护是（）保护。答：瓦斯23.选择断路器遮断容量应根据安装（）来决定。答：最大短路电流24. 一般变压器的上层油温不能超过（）℃。答：8525. 三绕组变压器绕组由里向外排列顺序为（）。答：低压、中压、高压；26.日 变压器气体继电器内有气体（）。答：不一定有故障；27. 变压器的接线组别表示变压器的高压、低压侧（）间的相位关系。答：线电压；28. 变压器在额定电压下，二次开路时在铁芯中消耗的功率为（）。答：铁损；29. 变压器一、二次绕组的匝数之比为25，二次侧电压为400V，一次侧电压为（）V。答：1000030. 与变压器气体继电器连接油管的坡度为（A）。答：2%～4%；31. 三绕组变压器的零序保护是（）和保护区外单相接地故障的后备保护。答：高压侧绕组；32. 变压器短路阻抗与阻抗电压（）。答：相同；32. 变压器的温度升高时，绝缘电阻测量值（）。答：降低；34. 油浸式变压器装有气体继电器时，顶盖沿气体继电器方向的升高坡度为（）。答：1%～1.5%；35. 变压器装设的差动保护，对变压器来说一般要求是（）。答：1500kVA以上的变压器要装设。36. 额定电压为1kVA以上的变压器绕组，在测量绝缘电阻时，必须用（）。(A)1000V绝缘电阻表；(B)2500V绝缘电阻表；(C)500V绝缘电阻表；(D)200V绝缘电阻表。37.测量1000kVA以上变压器绕组的直流电阻标准是：各相绕组电阻相互间的差别应不大于三相平均值的（）。答：2%；38.自耦变压器公共绕组过负荷保护是为了防止（）供电时，公共绕组过负荷而设置的。答：中压侧向