諧波污染下400V網絡無功功率補償回路的設計和研究

易立

摘要：因科學技術的不斷提升及電子產品使用的范圍越來越廣泛，400V電網中的諧波情況也變得更加嚴重，且還給三相電容的補償回路帶來較大的損壞。在該情況下，對電容的補償回路進行并聯設計時，就不可以只是參照設計手冊簡單的進行查表來使其得以實現，而必須對諧波帶來的影響進行充分的考慮，再經過相應的計算來對電容的補償回路進行設計。文章主要對諧波污染T400V網絡無功功率補償回路的設計進行研究，以期為補償回路設計提供相應的幫助。

關鍵詞：諧波；400V網絡；無功功率；補償回路；設計

1引言

目前，許多設備動力的來源均是利用電機把電能轉換成機械能，進而提升設備的生產力。電動機在400V的電網中進行工作時，其繞組因受到交流電的影響而表現為相應的電感性，并產生一定的磁場，而且此部份電感可以對電能進行釋放、儲存，但其并不會使電能消耗掉，因而就將其稱作感性無功功率。伴隨工業的不斷發展，電子產品的大量使用，致使電網中諧波含量也逐漸增多。諧波含量較多時，若只單純的利用電容回路對無功功率進行補償，則會使電容回路因過電壓、過電流而發生故障。

2分析諧波污染下的400v網絡無功功率補償回路的設計

2.1補償回路的類型選擇

對電容的補償回路進行設計時，主要是通過設計人員對低壓配電的系統進行配套設計過程中，想要了解高壓電網的諧波情況、建成之后具體電源波形能否可以實現，若不考慮到諧波的情況是不行的。在設計時通常可以不用對高壓電網的諧波情況進行考慮，這主要是由于供、配電部份能夠有效監測電網的質量。根據當前的實際情況看，電網諧波的分量非常小，但這必須排除特殊的情況。進行設計時設施人員必須將低壓配電系統自身所產生的諧波考慮進去，設計過程中應盡可能地采取有效策略來不斷降低諧波產生。

如今，對電容的補償回路進行分類可以將其劃分為三類：一是標準型的補償回路；該類型的主要是由純電容所組成的。二是過諧型的補償回路；也是由純電容所組成，但是電容過流能力顯著高于標準型。三是失諧型的補償回路，往往也稱作調諧型；在這個類型中的補償回路是由相應電抗率電抗器與電容器串聯而成，選擇電抗率時通常是根據偏離最低次的諧波頻率超過10%進行選取，進而防止因補償回路而導致諧波不斷放大、電容器出現過載的現象。對補償回路而言，其最關鍵的作用往往是提供相應的無功功率補償，其還具有濾波的作用。

對以上這三種類型的補償回路進行選擇時，可根據諧波產生的分量設備視在功率、變壓器視在功率比值K1值對其進行確定。如果K1小于等于10%，就可選用標準型的補償回路。若K1大于10%且小于等于20%，則可選用過諧型；K1大于20%但同時又小于等于60%時，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中。

2.2分析電容補償回路中無功率補償的步數及補償容量設計

設計電容的補償回時，首先應參照具體的負荷情況將各個回路電容容量設計出來。由于電容中補償回路補償通常是對基波中的無功功率進行補償，所以進行設計的過程中可利用查表方式將其求出。但是，采用失諧型、過諧型的補償回路時，想要使電容投切過程中給400V電網造成的影響得以降低，減少補償的實際步數，可以通過1—1—2—2—4—4的方式來補償感性的無功功率。電抗率K不同，電容相同，無功功率補償的容量也不相同。

2.3分析失諧型補償回路的電抗器選擇設計

根據諧波存在的實際情況來看，市面上目前存在3種電抗率電抗：一是5.7%的電抗，其調諧頻率是210HZ，可以運用在諧波在5次以上且所占的諧波分量比較重的情況中；主要是對5次及以上的諧波進行抑制。二是7%的電抗，該電抗的調諧頻率在190HZ，應在諧波超過5次但諧波的分量重的情況；同樣可有效抑制5次或超過5次的諧波。三是14%的電抗，其主要的調諧頻率是135HZ，能夠將其運用在3次諧波、諧波分量較重的相關情形中，可對3次及以上諧波產生抑制作用。

2.4分析電容器選擇設計

選擇電容器時，除了需要對電容的容量進行詳細的選擇之外，還必須重視電容的過流情況、額定電壓。這里主要對失諧型及分過諧型情況展開研究。

（1）過諧型的補償回路電容是直接接到電網中，因而其電容額定電壓能夠參照電網的電壓進行確定。為確保電容工作壽命、補償回路可靠性、安全性，對電容的補償回路進行設計時，必須選擇電容過流能力在1.8倍的額定的工作電流電容器。

（2）在失諧型的補償回路中，應將具有電抗率的相應電抗串聯在其中，并從失量角度進行設計分析，因而可以判斷出將電抗進行串聯之后，電容中的電壓就已經不在是電網的電壓了，其轉變為：UC=UN+UL，其中UC表示電容端的電壓，uN使電網電壓，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，進行設計時可以根據相關的公式對電容端電壓進行確定。

2.5分析保護熔斷及斷路器的選擇設計

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

2.6分析電容補償回路中投切接觸器的設計及選擇

選擇電容補償回路中投切接觸器時，應選擇為了切換三相電容器所設計的專門的電容接觸器，在此類接觸器的設計中存在一個相關的抑制電阻，且通過該電阻提前介入到電容器中的抑制電阻能夠將電容投入過程中形成的最大的電流控制在60倍的額定電流下，進而對接觸器、電容器進行保護。利用限流電阻器對峰值進行切換之后電流就會被切斷，而電容器進行正常工作的過程中工作電流并不會通過這個電阻器。另外，接觸器觸點容量必須超過保護熔斷的電流1.1倍，進而才可以使補償回路可靠性增加。

3結語

伴隨工業不斷發展、電子產品大量使用，致使電網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行無功功率補償，并對電容大難補償回路進行計算，才可以更好的對電容無功率補償回路進行設計。因此，諧波污染比較嚴重、諧波較明確時，可針對具體的情況做更進一步的細化設計研究。