电容补偿故障原因及解决办法
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非线性负荷>300kW 谐波影响须全面考虑 必须使用谐波滤波器
p30
补偿设备的制造工艺影响
为什么电容器变成定时炸弹???
金属化箔膜材质的选择等级 元件散热的考虑 元件连结的方式 元件安全的设计 单体散热的考虑 单体外壳材质的选择 防火、防爆的设计
p31
电容器温度分级
Symbol
补偿设备 故障原因及解决办法
谐波概述
KurKoulu/17.3.00/ALe
p1
1
补偿设备故障原因分析
使用纯电容补偿 调谐滤波器谐振点匹配不当 电容器耐压设计不足 电抗器耐流设计不足 补偿设备选用不当 补偿设备的制造工艺影响 补偿设备成套的工艺影响
p2
纯电容补偿
谐波会造成电容器过电流 谐波会造成电容器与系统产生并联谐振 谐波会造成电容器与系统产生串联谐振
电容器本身散热设计???
p34
电容器-散热设计
金属间隔片 以降低内部温度 避免故障扩散
内部连接铜排 低电流密度、 低接触电阻、 低损失
空气对流冷气孔 降低内部温度 增加散热面积 40%
钢铁外壳 散热佳
p35
电容器-事故的种类
元件短路 过压力而爆裂 起火燃烧
p36
元件短路
250V
Internal Fuse 內附熔絲
p33
温度对电容器寿命的影响
IEC 60831-1
Case temp variation from maximun
8
6
4
Maximun recommended
2
case temperture
0
-2
-4
-6 -8
20 30 40 50 60 70 80 90 100
200 300
% life at maximun and normal voltage
f0=204
避免大于第五谐波的谐振发生
p11
解决办法
XL=14.8%XC :130Hz
Z(Ω)
电电 容感 性性
f(Hz)
150 200 250
f0=130
避免大于第三谐波的谐振发生
p12
电容器耐压设计不足
设计400V??? 设计415V??? 设计440V??? 设计460V???
p13
23457 78 62 39 62 44
I5 ≒200/0.4/√3/0.9*20% ≒64A超标
p21
补偿设备选用不当
当非线性負荷容量超过300kW以上
仍然选择调谐滤波器
结果: 谐波电流严重超标 所有负荷皆会受谐波影响 调谐滤波器过流而损坏
p22
补偿设备选用不当
(GB/T 14549-93 用户谐波电流允许值)
谐波电流≈过载导致过热 谐波电流≈绝缘破坏 谐波电流≈集肤效应
p25
谐波影响≈转动电机
谐波电流≈铜损 谐波电压≈铁损 电力谐波≈机械效率、转矩
p26
谐波影响≈控制系统
电压过零点漂移 改变线电压的位置点 导致控制器判断错误 最终控制系统失控
p27
谐波影响≈通讯
电力谐波≈感应电磁场 影响≈通讯品质
p28
补偿设备选用不当
70%
谐波电流 I5 , I7 ,I11 …
I5=160A I7=112A
变压器
2500kVA 10/0.4kV Z=6%
30%
I1=53A
I5=48A
I7=34A 过载运行
480V 50KVAR* 6 STEP
p29
解决办法
非线性负荷>200kW 须考虑谐波的影响 仍可使用調諧滤波器 必要时可考虑使用谐波滤波器
选择调谐滤波器??? 选择谐波滤波器???
p19
补偿设备选用不当
当非线性负荷容量约200kW
选择调谐滤波器
结果: 谐波电流超标 对谐波敏感负荷开始產生影响
p20
补偿设备选用不当
(GB/T 14549-93 用户谐波电流允许值)
标称电压 (KV)
0.38
基准短路 容量(MVA)
10
谐波次数及谐波电流允许值(A)
标称电压 (KV)
0.38
基准短路 容量(MVA)
10
谐波次数及谐波电流允许值(A)
23457 78 62 39 62 44
I5≒500/0.4/√3/0.9*20% ≒160A严重超标
p23
谐波影响≈变压器
谐波电流≈铜损、漏磁损 谐波电压≈铁损 电力谐波≈噪音、温升
p24
谐波影响≈电力电缆
p6363
总结
不使用纯电容补偿 谐振点设计 电容器耐压设计 电抗器耐流设计 根据非线性负荷容量选择适当的方案 选择制造工艺考虑周全的厂家 选择成套的考虑周全的厂家 以上条件将会成就设计使用寿命20年的口碑
p64
A B C D
IEC 60831-1
Ambient air temperature
Max.
Highest mean over any period of
24h
1year
40
30
20
45
35
25
50
40
30
55
45
35
p32
散热的考虑
电容器内部单体皆由极薄 之金属薄膜制造而成
此薄膜受环境温度影响甚巨 电容器之寿命受环境影响
结果: 造成电容器迅速故障 增大谐波对电网的影响
p3
实际案例
p4
实际案例
p5
实际案例
p6
解决办法
不再使用纯电容补偿 加装抑制谐振的调谐补偿设备
p7
调谐滤波器谐振点匹配不当
谐波会造成电容器与系统产生并联谐振 谐波会造成电容器与系统产生串联谐振
结果: 造成电容器迅速故障 增大谐波对电网的影响
Fuse
250V SC
故 障
External Fuse 外部熔絲
p37
37
元件短路
Internal Fuse 內附熔絲
Fuse
External Fuse 外部熔絲
307V
故障層電壓提昇122% 容量減少1/16
333V
SC
開短 路路
非故障層電壓提昇133% 因容量與電壓平方成正比， 因此容量不減反增
p40
塑料外壳
散热不易 会燃烧
p41
接线方式
增加阻抗 增加温度 降低电容器寿命
p42
接线方式
接线繁杂 增加维修点 增加故障点
p43
接线方式
p44
补偿设备成套的工艺影响
补偿柜不是开关柜!!!
安全设计的考虑 器件装设位置的考虑 整柜通风散热的考虑 装配细节的考虑
p45
安全设计的考虑
电容器耐压设计不足
VS VH
_
VL +
+ V_ C
VC=VS+VL+VH
VL VR
VC
IEEE 519 VH:谐波电压
(低压)
(高压)
V3=0.5%VS
0.5%VS
V5=5.0%VS
3.0%VS
V7=5.0%VS
3.0%VSLeabharlann Baidu
p14
解决办法
假设:系统电压400V XL= 6%XC VC=VS +V L +VH
裸露的母线系统会有感电危险 带负荷拉闸的危险
p46
裸露的母线系统
p47
安全的母线系统
p48
安全的母线系统
p49
安全的隔离开关设计
空 载 拉 闸 ， 人 员 安 全
p50
器件装设位置
p51
整柜通风散热的考虑
热空气
积热现象
冷空气
p52
绝佳的整柜通风散热设计
p53
装配细节的考虑
p54
装配细节的考虑
p8
调谐滤波器谐振点匹配不当
任何负载都可使用 调谐(6% or 7%SR)滤波器??
p9
解决办法
非线性负荷型式
三相整流设备 (6脉冲整流)
单相整流设备 (2脉冲整流)
XL= 6%XC
XL= 14.8%XC
p10
解决办法
XL=6%XC :204Hz
Z(Ω)
电电 容感 性性
f(Hz)
150 200 250
VC=400 + 400*6% +400* 10.5% =466V
所以电容器耐压至少要大于466V
p15
解决办法
假设:系统电压400V XL= 14.8%XC VC=VS +V L +VH
VC=400 + 400*14.8% +400* 10.5% =501V
所以电容器耐压至少要大于501V
p16
电抗器耐流设计不足
p17
解决办法
VS
V3
V5
V7
I1
I
I
I7
3
5
ZLC(1)
ZLC(3)
ZLC(5)
ZLC(7)
I1=VS/ ZLC(1) I3=V3/ ZLC(3) I5=V5/ ZLC(5) I7=V7/ ZLC(7)
需考虑基波电流 三谐波电流 五谐波电流 七谐波电流
p18
补偿设备选用不当
p38
38
元件短路
内部熔丝与外部熔丝之比较
断一只熔丝损失容量 熔丝误动作可能性 外壳爆裂可能性 熔丝断开无法运转
内附熔丝 低 低 低 NO
外部熔丝 高 高 高 YES
p39
39
电容器-安全设计
内部熔丝 (世界专利) 过电流、 过温度、 过压力
蛭石 具有防火、 防爆之功能, 倍加安全
钢铁外壳 外壳采用1mm高 强度的镀锌钢板
二 点 五 毫 米 ， 适 于 运 输
p55
12
紧故不实
34
p56
装配细节的考虑
p57
其他细节
低压电容柜之弧光保护
p58
其他细节
24小时免付费服务电话
p5959
其他细节
中间进线(电流分布)
p6060
其他细节
通风滤网方便抽取
p6161
其他细节
CT 短接片
p6262
补偿柜&配电柜的CCC
p30
补偿设备的制造工艺影响
为什么电容器变成定时炸弹???
金属化箔膜材质的选择等级 元件散热的考虑 元件连结的方式 元件安全的设计 单体散热的考虑 单体外壳材质的选择 防火、防爆的设计
p31
电容器温度分级
Symbol
补偿设备 故障原因及解决办法
谐波概述
KurKoulu/17.3.00/ALe
p1
1
补偿设备故障原因分析
使用纯电容补偿 调谐滤波器谐振点匹配不当 电容器耐压设计不足 电抗器耐流设计不足 补偿设备选用不当 补偿设备的制造工艺影响 补偿设备成套的工艺影响
p2
纯电容补偿
谐波会造成电容器过电流 谐波会造成电容器与系统产生并联谐振 谐波会造成电容器与系统产生串联谐振
电容器本身散热设计???
p34
电容器-散热设计
金属间隔片 以降低内部温度 避免故障扩散
内部连接铜排 低电流密度、 低接触电阻、 低损失
空气对流冷气孔 降低内部温度 增加散热面积 40%
钢铁外壳 散热佳
p35
电容器-事故的种类
元件短路 过压力而爆裂 起火燃烧
p36
元件短路
250V
Internal Fuse 內附熔絲
p33
温度对电容器寿命的影响
IEC 60831-1
Case temp variation from maximun
8
6
4
Maximun recommended
2
case temperture
0
-2
-4
-6 -8
20 30 40 50 60 70 80 90 100
200 300
% life at maximun and normal voltage
f0=204
避免大于第五谐波的谐振发生
p11
解决办法
XL=14.8%XC :130Hz
Z(Ω)
电电 容感 性性
f(Hz)
150 200 250
f0=130
避免大于第三谐波的谐振发生
p12
电容器耐压设计不足
设计400V??? 设计415V??? 设计440V??? 设计460V???
p13
23457 78 62 39 62 44
I5 ≒200/0.4/√3/0.9*20% ≒64A超标
p21
补偿设备选用不当
当非线性負荷容量超过300kW以上
仍然选择调谐滤波器
结果: 谐波电流严重超标 所有负荷皆会受谐波影响 调谐滤波器过流而损坏
p22
补偿设备选用不当
(GB/T 14549-93 用户谐波电流允许值)
谐波电流≈过载导致过热 谐波电流≈绝缘破坏 谐波电流≈集肤效应
p25
谐波影响≈转动电机
谐波电流≈铜损 谐波电压≈铁损 电力谐波≈机械效率、转矩
p26
谐波影响≈控制系统
电压过零点漂移 改变线电压的位置点 导致控制器判断错误 最终控制系统失控
p27
谐波影响≈通讯
电力谐波≈感应电磁场 影响≈通讯品质
p28
补偿设备选用不当
70%
谐波电流 I5 , I7 ,I11 …
I5=160A I7=112A
变压器
2500kVA 10/0.4kV Z=6%
30%
I1=53A
I5=48A
I7=34A 过载运行
480V 50KVAR* 6 STEP
p29
解决办法
非线性负荷>200kW 须考虑谐波的影响 仍可使用調諧滤波器 必要时可考虑使用谐波滤波器
选择调谐滤波器??? 选择谐波滤波器???
p19
补偿设备选用不当
当非线性负荷容量约200kW
选择调谐滤波器
结果: 谐波电流超标 对谐波敏感负荷开始產生影响
p20
补偿设备选用不当
(GB/T 14549-93 用户谐波电流允许值)
标称电压 (KV)
0.38
基准短路 容量(MVA)
10
谐波次数及谐波电流允许值(A)
标称电压 (KV)
0.38
基准短路 容量(MVA)
10
谐波次数及谐波电流允许值(A)
23457 78 62 39 62 44
I5≒500/0.4/√3/0.9*20% ≒160A严重超标
p23
谐波影响≈变压器
谐波电流≈铜损、漏磁损 谐波电压≈铁损 电力谐波≈噪音、温升
p24
谐波影响≈电力电缆
p6363
总结
不使用纯电容补偿 谐振点设计 电容器耐压设计 电抗器耐流设计 根据非线性负荷容量选择适当的方案 选择制造工艺考虑周全的厂家 选择成套的考虑周全的厂家 以上条件将会成就设计使用寿命20年的口碑
p64
A B C D
IEC 60831-1
Ambient air temperature
Max.
Highest mean over any period of
24h
1year
40
30
20
45
35
25
50
40
30
55
45
35
p32
散热的考虑
电容器内部单体皆由极薄 之金属薄膜制造而成
此薄膜受环境温度影响甚巨 电容器之寿命受环境影响
结果: 造成电容器迅速故障 增大谐波对电网的影响
p3
实际案例
p4
实际案例
p5
实际案例
p6
解决办法
不再使用纯电容补偿 加装抑制谐振的调谐补偿设备
p7
调谐滤波器谐振点匹配不当
谐波会造成电容器与系统产生并联谐振 谐波会造成电容器与系统产生串联谐振
结果: 造成电容器迅速故障 增大谐波对电网的影响
Fuse
250V SC
故 障
External Fuse 外部熔絲
p37
37
元件短路
Internal Fuse 內附熔絲
Fuse
External Fuse 外部熔絲
307V
故障層電壓提昇122% 容量減少1/16
333V
SC
開短 路路
非故障層電壓提昇133% 因容量與電壓平方成正比， 因此容量不減反增
p40
塑料外壳
散热不易 会燃烧
p41
接线方式
增加阻抗 增加温度 降低电容器寿命
p42
接线方式
接线繁杂 增加维修点 增加故障点
p43
接线方式
p44
补偿设备成套的工艺影响
补偿柜不是开关柜!!!
安全设计的考虑 器件装设位置的考虑 整柜通风散热的考虑 装配细节的考虑
p45
安全设计的考虑
电容器耐压设计不足
VS VH
_
VL +
+ V_ C
VC=VS+VL+VH
VL VR
VC
IEEE 519 VH:谐波电压
(低压)
(高压)
V3=0.5%VS
0.5%VS
V5=5.0%VS
3.0%VS
V7=5.0%VS
3.0%VSLeabharlann Baidu
p14
解决办法
假设:系统电压400V XL= 6%XC VC=VS +V L +VH
裸露的母线系统会有感电危险 带负荷拉闸的危险
p46
裸露的母线系统
p47
安全的母线系统
p48
安全的母线系统
p49
安全的隔离开关设计
空 载 拉 闸 ， 人 员 安 全
p50
器件装设位置
p51
整柜通风散热的考虑
热空气
积热现象
冷空气
p52
绝佳的整柜通风散热设计
p53
装配细节的考虑
p54
装配细节的考虑
p8
调谐滤波器谐振点匹配不当
任何负载都可使用 调谐(6% or 7%SR)滤波器??
p9
解决办法
非线性负荷型式
三相整流设备 (6脉冲整流)
单相整流设备 (2脉冲整流)
XL= 6%XC
XL= 14.8%XC
p10
解决办法
XL=6%XC :204Hz
Z(Ω)
电电 容感 性性
f(Hz)
150 200 250
VC=400 + 400*6% +400* 10.5% =466V
所以电容器耐压至少要大于466V
p15
解决办法
假设:系统电压400V XL= 14.8%XC VC=VS +V L +VH
VC=400 + 400*14.8% +400* 10.5% =501V
所以电容器耐压至少要大于501V
p16
电抗器耐流设计不足
p17
解决办法
VS
V3
V5
V7
I1
I
I
I7
3
5
ZLC(1)
ZLC(3)
ZLC(5)
ZLC(7)
I1=VS/ ZLC(1) I3=V3/ ZLC(3) I5=V5/ ZLC(5) I7=V7/ ZLC(7)
需考虑基波电流 三谐波电流 五谐波电流 七谐波电流
p18
补偿设备选用不当
p38
38
元件短路
内部熔丝与外部熔丝之比较
断一只熔丝损失容量 熔丝误动作可能性 外壳爆裂可能性 熔丝断开无法运转
内附熔丝 低 低 低 NO
外部熔丝 高 高 高 YES
p39
39
电容器-安全设计
内部熔丝 (世界专利) 过电流、 过温度、 过压力
蛭石 具有防火、 防爆之功能, 倍加安全
钢铁外壳 外壳采用1mm高 强度的镀锌钢板
二 点 五 毫 米 ， 适 于 运 输
p55
12
紧故不实
34
p56
装配细节的考虑
p57
其他细节
低压电容柜之弧光保护
p58
其他细节
24小时免付费服务电话
p5959
其他细节
中间进线(电流分布)
p6060
其他细节
通风滤网方便抽取
p6161
其他细节
CT 短接片
p6262
补偿柜&配电柜的CCC