谐波污染下400V网络无功功率补偿回路的设计和研究

易立

摘要：因科学技术的不断提升及电子产品使用的范围越来越广泛，400V电网中的谐波情况也变得更加严重，且还给三相电容的补偿回路带来较大的损坏。在该情况下，对电容的补偿回路进行并联设计时，就不可以只是参照设计手册简单的进行查表来使其得以实现，而必须对谐波带来的影响进行充分的考虑，再经过相应的计算来对电容的补偿回路进行设计。文章主要对谐波污染T400V网络无功功率补偿回路的设计进行研究，以期为补偿回路设计提供相应的帮助。

关键词：谐波；400V网络；无功功率；补偿回路；设计

1引言

目前，许多设备动力的来源均是利用电机把电能转换成机械能，进而提升设备的生产力。电动机在400V的电网中进行工作时，其绕组因受到交流电的影响而表现为相应的电感性，并产生一定的磁场，而且此部份电感可以对电能进行释放、储存，但其并不会使电能消耗掉，因而就将其称作感性无功功率。伴随工业的不断发展，电子产品的大量使用，致使电网中谐波含量也逐渐增多。谐波含量较多时，若只单纯的利用电容回路对无功功率进行补偿，则会使电容回路因过电压、过电流而发生故障。

2分析谐波污染下的400v网络无功功率补偿回路的设计

2.1补偿回路的类型选择

对电容的补偿回路进行设计时，主要是通过设计人员对低压配电的系统进行配套设计过程中，想要了解高压电网的谐波情况、建成之后具体电源波形能否可以实现，若不考虑到谐波的情况是不行的。在设计时通常可以不用对高压电网的谐波情况进行考虑，这主要是由于供、配电部份能够有效监测电网的质量。根据当前的实际情况看，电网谐波的分量非常小，但这必须排除特殊的情况。进行设计时设施人员必须将低压配电系统自身所产生的谐波考虑进去，设计过程中应尽可能地采取有效策略来不断降低谐波产生。

如今，对电容的补偿回路进行分类可以将其划分为三类：一是标准型的补偿回路；该类型的主要是由纯电容所组成的。二是过谐型的补偿回路；也是由纯电容所组成，但是电容过流能力显著高于标准型。三是失谐型的补偿回路，往往也称作调谐型；在这个类型中的补偿回路是由相应电抗率电抗器与电容器串联而成，选择电抗率时通常是根据偏离最低次的谐波频率超过10%进行选取，进而防止因补偿回路而导致谐波不断放大、电容器出现过载的现象。对补偿回路而言，其最关键的作用往往是提供相应的无功功率补偿，其还具有滤波的作用。

对以上这三种类型的补偿回路进行选择时，可根据谐波产生的分量设备视在功率、变压器视在功率比值K1值对其进行确定。如果K1小于等于10%，就可选用标准型的补偿回路。若K1大于10%且小于等于20%，则可选用过谐型；K1大于20%但同时又小于等于60%时，则选失谐型；若K1超出60%，就必须考虑将滤波装置安装在低压的配电系统中。

2.2分析电容补偿回路中无功率补偿的步数及补偿容量设计

设计电容的补偿回时，首先应参照具体的负荷情况将各个回路电容容量设计出来。由于电容中补偿回路补偿通常是对基波中的无功功率进行补偿，所以进行设计的过程中可利用查表方式将其求出。但是，采用失谐型、过谐型的补偿回路时，想要使电容投切过程中给400V电网造成的影响得以降低，减少补偿的实际步数，可以通过1—1—2—2—4—4的方式来补偿感性的无功功率。电抗率K不同，电容相同，无功功率补偿的容量也不相同。

2.3分析失谐型补偿回路的电抗器选择设计

根据谐波存在的实际情况来看，市面上目前存在3种电抗率电抗：一是5.7%的电抗，其调谐频率是210HZ，可以运用在谐波在5次以上且所占的谐波分量比较重的情况中；主要是对5次及以上的谐波进行抑制。二是7%的电抗，该电抗的调谐频率在190HZ，应在谐波超过5次但谐波的分量重的情况；同样可有效抑制5次或超过5次的谐波。三是14%的电抗，其主要的调谐频率是135HZ，能够将其运用在3次谐波、谐波分量较重的相关情形中，可对3次及以上谐波产生抑制作用。

2.4分析电容器选择设计

选择电容器时，除了需要对电容的容量进行详细的选择之外，还必须重视电容的过流情况、额定电压。这里主要对失谐型及分过谐型情况展开研究。

（1）过谐型的补偿回路电容是直接接到电网中，因而其电容额定电压能够参照电网的电压进行确定。为确保电容工作寿命、补偿回路可靠性、安全性，对电容的补偿回路进行设计时，必须选择电容过流能力在1.8倍的额定的工作电流电容器。

（2）在失谐型的补偿回路中，应将具有电抗率的相应电抗串联在其中，并从失量角度进行设计分析，因而可以判断出将电抗进行串联之后，电容中的电压就已经不在是电网的电压了，其转变为：UC=UN+UL，其中UC表示电容端的电压，uN使电网电压，UL是电抗所形成的压降电压。因电抗率不一样，所以电容端的电压也不一样，进行设计时可以根据相关的公式对电容端电压进行确定。

2.5分析保护熔断及断路器的选择设计

电容回路的熔断器及进线断路的断路器对电容的补偿回路具有的可靠性及安全性具有重要的决定作用。因此，在进行回路熔断、进线断路的断路器选择的时候，要根据实际需要进行相关选择，如果选大了，电容的补偿回路难以得到有效保护。倘若选小了，会大大降低电容的补偿回路的适用性及可靠性。由于存在400V电网谐波，并且电网谐波不是十分明显，其导致的电容过流难以进行准确的计算，所以需要相关工作人员充分凭借其经验进行确定，通常情况下，过谐型补偿回路进线断路的断路器的过流能力一般选择1.5的倍额定电流；短路电流一般选择10倍的额定电流；回路熔断的过流能力一般选择1.6倍的额定电流。针对失谐型的补偿回路进线断路的断路器过流能力的选择，则应以电抗率的差异为依据，选择过流能力不同的断路器，在电抗率为7%、5.7%的时候，选择额定电流为1.31倍的断路器为宜，在电抗率为14%的时候，选择1.12倍过流能力的断中器为宜。一般情况下，短路电流可以根据10倍的额定电流进行选择，回路熔断可以根据1.5倍的额定电流熔断进行选择。

2.6分析电容补偿回路中投切接触器的设计及选择

选择电容补偿回路中投切接触器时，应选择为了切换三相电容器所设计的专门的电容接触器，在此类接触器的设计中存在一个相关的抑制电阻，且通过该电阻提前介入到电容器中的抑制电阻能够将电容投入过程中形成的最大的电流控制在60倍的额定电流下，进而对接触器、电容器进行保护。利用限流电阻器对峰值进行切换之后电流就会被切断，而电容器进行正常工作的过程中工作电流并不会通过这个电阻器。另外，接触器触点容量必须超过保护熔断的电流1.1倍，进而才可以使补偿回路可靠性增加。

3结语

伴随工业不断发展、电子产品大量使用，致使电网谐波的含量不断增多。因而在谐波的含量较多的情况之下，只有利用纯电容回路进行无功功率补偿，并对电容大难补偿回路进行计算，才可以更好的对电容无功率补偿回路进行设计。因此，谐波污染比较严重、谐波较明确时，可针对具体的情况做更进一步的细化设计研究。