阻容吸收的作用

（河南省焦作萬方鋁業(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，通過電容的充放電和電阻的能量消耗來吸收和消耗電路接通斷開時感性負(fù)載產(chǎn)生的自感電動勢，避免了被保護(hù)回路過電壓所造成的負(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，通過電阻電容進(jìn)行過電壓吸收。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頻率下產(chǎn)生的容抗來限制最大工作電流，電阻通過自身電阻消耗電容存儲能量。由于電容具有隔直通交的特性，它可以通過電壓變化進(jìn)行能量的存儲和釋放，在此過程中產(chǎn)生的容抗就起到了限流的作用。由此可見，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，會在電阻兩端產(chǎn)生壓降，電阻通過自身電阻消耗電能，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,那么流過電容的最大電流約為70mA（需要注意的是雖然流過電容的電流約有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，電容所作的功為無功）。如果在此電容器上再串聯(lián)一個阻性元件，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阻性元件的特性。例如，我們將一個110V/8W的燈泡與一個1uF的電容串聯(lián)后，再接到220V/50Hz的交流電壓上，燈泡會被點亮，發(fā)出正常的亮度且不會燒壞。這是因為110V/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，燈泡同樣會被點亮,而不會被燒毀。因為5W/65V的燈泡的工作電流也約為70mA。因此，電容降壓實際上是利用了電容器的容抗限流作用，即電容器實際上起到一個限制電流作用和動態(tài)分配電容器與負(fù)載兩端電壓的作用。實際運(yùn)用中，根據(jù)現(xiàn)場情況，還會加上熔斷器對電容和電阻進(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)不易估計精確，因此亦沒有電容降壓常用。

2 阻容吸收參數(shù)選擇

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

（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選取,而不能依據(jù)負(fù)載的電壓和功率選取。我們在電路設(shè)計時，應(yīng)先測定負(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。這是因為通過降壓電容向負(fù)載提供的電流Io，實際就是流過電容的充放電電流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

焦作萬方萬鋁變電所為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)安裝的過電壓吸收器主要是對真空開關(guān)開斷時所產(chǎn)生的操作過電壓進(jìn)行吸收保護(hù)；而整流柜內(nèi)阻容吸收則是對回路的過電壓進(jìn)行吸收保護(hù)，見圖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Y31Z51相間進(jìn)行過電壓保護(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，對各X11、Y31、Z51各相間的阻容吸收回路進(jìn)行過壓保護(hù)。壓敏電阻顧名思義就是一個壓敏元件，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UN時，流過它的電流激增，來抑制電路中經(jīng)常出現(xiàn)的異常過電壓，保護(hù)電路免受過電壓的損害。

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，我們在整流器室東墻上安裝交流電容箱，將交流吸收電容移至東墻上。通過現(xiàn)場勘查，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，圓滿完成了該機(jī)組的交流吸收移位改造工作，見圖2。

圖2 安裝設(shè)計圖