0 引言
隨著社會(huì)的發(fā)展,對(duì)工業(yè)化的要求程度越來越高,各種電器的使用使人們對(duì)電力的需求和依賴性都越來越大。在電力供電系統(tǒng)中,為了提高電網(wǎng)的功率因數(shù),節(jié)約電能,提高供電質(zhì)量,改善供電環(huán)境,無功功率補(bǔ)償裝置被廣泛應(yīng)用于電力供電系統(tǒng)。
無功補(bǔ)償?shù)木唧w實(shí)現(xiàn)方式主要為:把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路,能量在兩種負(fù)荷之間相互交換。這樣,感性負(fù)荷所需要的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率補(bǔ)償。
目前,低壓無功補(bǔ)償內(nèi)使用的電力電容器裝置,經(jīng)常會(huì)選用微型斷路器作為保護(hù),也經(jīng)常發(fā)生一些事故和災(zāi)害。為了讓潛在的危害盡可能地少發(fā)生,需要了解微型斷路器相關(guān)知識(shí)及保護(hù)特性,也要了解電力電容器的配套要求。
1 電容器標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其配套元件的要求
用于低壓補(bǔ)償柜內(nèi)的斷路器,主要是用來保護(hù)其內(nèi)部的電力電容器及其相關(guān)電氣元件。
根據(jù)GB 50227—2008的4.2.9的條款要求,低壓并聯(lián)電容器裝置宜裝設(shè)以下配套元件:總回路刀開關(guān)和分回路投切器件、操作過電壓保護(hù)用避雷器、短路用的保護(hù)熔斷器、過載保護(hù)器件、限流線圈、放電器件及諧波含量超限保護(hù)、自動(dòng)投切控制器、保護(hù)元件、信號(hào)和測(cè)量表計(jì)等配套器件,接線圖如圖1所示。
在圖1中,QS為刀開關(guān)或隔離開關(guān),TA為電流互感器,FV為避雷器,FU為熔斷器,L為電抗器或限流線圈,KM為交流接觸器,FR為熱繼電器,C1、C2、…、Cn為電容器,TV為放電線圈,HL為照明指示燈。
圖1 低壓并聯(lián)電容器裝置元件配置接線
注:C2及Cn回路元件配置同圖左側(cè)。
根據(jù)GB 50227—2008的5.3.1要求,應(yīng)用于并聯(lián)電容器裝置的斷路器選型,應(yīng)采用真空斷路器或SF6斷路器等適合于電容器組投切的設(shè)備,其技術(shù)性能應(yīng)符合斷路器共用技術(shù)要求,尚應(yīng)滿足下列要求:
(1)應(yīng)具備頻繁操作的性能;
(2)合、分時(shí)觸頭彈跳不應(yīng)大于限定值,開斷時(shí)不應(yīng)出現(xiàn)重?fù)舸?
(3)應(yīng)能承受電容器組的關(guān)合涌流和工頻短路電流以及電容器高頻涌流的聯(lián)合作用。
2 實(shí)際電容柜廠家的配套使用情況
目前電容器配套有以下幾種用法:
(1)逐漸使用低壓斷路器作為保護(hù)元件
如圖1所示,總線回路開關(guān)使用框架式斷路器ACB替代刀開關(guān)QS,用塑殼斷路器(MCCB)替代熔斷器FU和電抗器L,用微型斷路器(MCB)替代接觸器KM和熱繼電器FR。
(2)使用MCB和熱繼電器作為保護(hù)元件
如圖1所示,他們使用MCB替代熔斷器FU和電抗器L,其它不變。
(3)使用刀熔開關(guān)、MCB和熱繼電器作為保護(hù)元件
按圖1所示,使用刀熔開關(guān)替代刀開關(guān)QS,用微型斷路器MCB替代熔斷器FU和電抗器L,其它不變。
(4)按GB 50227標(biāo)準(zhǔn)要求的方案來配置
即圖1所示,此種情況最為合理。
3 對(duì)上述電容器配套使用情況分析
3.1 關(guān)鍵元件的分析
作為總回路刀開關(guān)QS是對(duì)總回路電流的接通和分?jǐn)唷?/p>
熔斷器FU主要是對(duì)分回路進(jìn)行過電流保護(hù),它是根據(jù)電流的熱效應(yīng)工作,當(dāng)電流超過規(guī)定值一段時(shí)間后,以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化,從而使電路斷開;它的優(yōu)點(diǎn)為:價(jià)格低廉、過電流保護(hù)效果好(因?yàn)閯?dòng)作快速且分?jǐn)喽搪冯娏鲿r(shí),不產(chǎn)生噴弧,對(duì)其周邊元件和設(shè)備不會(huì)產(chǎn)生傷害);缺點(diǎn)為:安裝不太方便,反時(shí)限電流保護(hù)范圍小,分?jǐn)喽搪冯娏骱?需要更換熔體,不能實(shí)現(xiàn)遙控。
避雷器FV主要用來抑制電氣回路中產(chǎn)生的操作過電壓。
電抗器L主要用來限制電網(wǎng)電壓突變和操作過電壓引起的電流沖擊;另外,電抗器也是用來抑制諧波以及用來限制電容器合閘時(shí)過高的涌流值。
接觸器KM主要用來對(duì)電氣回路進(jìn)行快速接通和斷開的頻繁操作控制。
熱繼電器FR主要利用電流的熱效應(yīng)對(duì)電氣回路進(jìn)行過載保護(hù)。
放電線圈TV與電容串聯(lián),起放電作用,就是當(dāng)系統(tǒng)斷電的時(shí)候,放電線圈可以卸除電容里的剩余電量。
3.2 電容器的特殊性
電容器在投切運(yùn)行時(shí),在投入瞬間出現(xiàn)較高的頻率和較大幅值的電流(涌流)和過電壓,嚴(yán)重時(shí)伴隨諧波的產(chǎn)生。
按GB 50227—2008的5.5.3要求,電容器合閘涌流最高可達(dá)到電容器組額定電流的20倍。
另外,電容器作為容性載荷,負(fù)載超前電壓的相位角為90°,對(duì)線路上的元件產(chǎn)生較大的傷害。
3.3 電容器配套情況分析
在上述第2章節(jié)(1)、(2)、(3)中,都為取消熔斷器FU及電抗器L,如此,電網(wǎng)電壓突變、操作過電壓引起的電流沖擊及涌流等直接施加給斷路器,斷路器容易受到過度傷害而造成保護(hù)失效;另外,斷路器在分?jǐn)喽搪冯娏魉查g會(huì)產(chǎn)生噴弧,對(duì)電容柜內(nèi)其它元件造成傷害。
對(duì)上述第2章節(jié)(1),由于取消接觸器KM,MCB為非頻繁操作元件,此場(chǎng)合下,MCB因?yàn)轭l繁通斷電流易受到傷害而造成保護(hù)失效;且由于去除熱繼電器FR,電流的熱效應(yīng)對(duì)電氣回路中的元件傷害而不能及時(shí)被保護(hù),從而發(fā)生電氣事故。
4 對(duì)MCB用于電容器裝置的注意事項(xiàng)
用于保護(hù)電容器裝置的MCB,在選用時(shí)要注意以下方面:
(1)MCB只能用于保護(hù)中小型容量的電容器載荷系統(tǒng),容量一般為40 kvar以下。
(2)注意電氣配套元件的選用,見圖1,用MCB替代熔斷器FU,但電抗器L、接觸器KM、熱繼電器FR等應(yīng)保留。
(3)盡可能選用額定短路分?jǐn)嗄芰Σ坏陀?0 k A的MCB。
(4)要根據(jù)電容器的規(guī)格,確定選用合適技術(shù)參數(shù)及規(guī)格的MCB。
(5)選用的電容器及接觸器應(yīng)符合GB 50027的相關(guān)要求。
(6)電容柜內(nèi)的連接導(dǎo)線或匯流排應(yīng)符合相關(guān)GB 7251.1—2013、GB 7251.12—2013等標(biāo)準(zhǔn)要求,型號(hào)規(guī)格正確,安裝接線及帶電導(dǎo)體間的電氣距離等應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范要求。
(7)所有配套元件及電容器安裝完畢,需要仔細(xì)檢查,對(duì)電容器的放電部件進(jìn)行放電(除非此電容器本身有自動(dòng)放電的部件),確定無誤后,人工進(jìn)行試運(yùn)行,此步驟要注意操作元件的次序,具體為:首先閉合MCB—關(guān)上電容柜門—總回路控制開關(guān)(刀開關(guān)或隔離開關(guān))合閘—電容器控制器得電—轉(zhuǎn)換柜組控制開關(guān),使電容器投入切換工作。
運(yùn)行過程中有異常情況,應(yīng)立即停止,斷電檢查,故障排查完畢,要對(duì)電容器的放電部件進(jìn)行放電(除非此電容器本身有自動(dòng)放電的部件,此點(diǎn)要注意,曾經(jīng)見到運(yùn)行檢查人員,在未對(duì)電容器的放電部件進(jìn)行放電的情況下,直接閉合MCB,導(dǎo)致MCB當(dāng)場(chǎng)爆炸,噴出的電弧傷害臨近的MCB即柜體底板,幸而未傷害到人體,事故未擴(kuò)大)。
在試運(yùn)行時(shí),對(duì)于一臺(tái)電容柜內(nèi)有多組電容器的情況,不要同時(shí)啟用讓多組電容器同時(shí)切換投入工作,要依次、逐組性地讓其切換投入工作。
5 確定選用MCB的技術(shù)參數(shù)
5.1 確定選用微型斷路器的額定電流In
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求,選用斷路器的額定電流為(1.37~1.5)Ic(Ic為電容器額定電流),實(shí)際中常常取用In=1.5Ic。
如電容器未標(biāo)明額定電流,可通過下述的公式計(jì)算:
式中:Q—電容器的容量,kvar;
U—電容器的工作電壓,kV。
示范舉例:有一臺(tái)電容器,工作電壓為400 V,容量30 kvar,求其額定電流。
根據(jù)公式(1):
實(shí)際上,可以根據(jù)電工手冊(cè)的經(jīng)驗(yàn)公式來估算,其估算公式:
如上例,Ic=1.5Q=1.5×30=45(A)。
5.2 確定MCB可用于保護(hù)電容器的容量范圍
根據(jù)5.1中的公式(2),可用MCB來保護(hù)的電容器最大容量(目前短路分?jǐn)嗄芰?0 k A及以上的MCB,其額定電流為63 A):
Q=63×2/3=42(kvar)。
則電容器最大容量規(guī)格為40 kvar。
但在實(shí)際應(yīng)用中,可能涉及一些影響因素,如高溫環(huán)境、密閉柜體內(nèi)散熱不良等影響因素,需要對(duì)選用的保護(hù)斷路器降容使用,一般根據(jù)使用的環(huán)境及場(chǎng)合,降容系數(shù)約為0.9。
6 結(jié)語
隨著短路高分?jǐn)嗄芰CB的問世,MCB用于保護(hù)電容器載荷的場(chǎng)合也會(huì)越來越多,但要真正讓MCB正常用于該場(chǎng)合,且發(fā)揮其應(yīng)有的保護(hù)效果,要有一個(gè)過程,這也是MCB生產(chǎn)廠家與低壓無功補(bǔ)償柜的生產(chǎn)公司共同研究的課題。這不僅需要提高M(jìn)CB的短路分?jǐn)嗄芰?還需要解決其在分?jǐn)囝~定短路電流時(shí),不能有明顯噴弧。