关于成套开关电容补偿柜的发热情况讨论

黄耀志

摘要：在电网系统的运行过程中，为了改善电网功率因数低下带来的能源浪费和不利于生产供电的因素，电容补偿柜应运而生。电容补偿柜是根据分层分区、就地平衡的原则被设计和制造的，用于集中补偿低压电网的功率因数的电气设备。基于此，本文主要就电容补偿柜的发热情况进行分析。

关键词：功率因素；电容补偿柜；发热

一、电容补偿柜温度过高的危害分析

1、高温环境条件下电器元件的降容。电容补偿柜内的各电器元件均按相关标准规定有正常工作的环境条件。一般来说，电器正常运行的环境温度条件为：周围空气温度不高于40℃，当电器运行在周围空气温度高于40℃时，在一定温度范围内，允许降低负荷长期工作。开关柜内元器件的降容，使设备工作效率低于设计指标，甚至不能满足运行要求。

2、对金属材料性能的影响。温度升高会导致金属材料的机械强度下降甚至软化，例如铜在温度超过200℃时，铝在温度超过90℃时，机械强度将明显下降；而铜和铝正是低压电容补偿柜电气回路中广泛应用的金属材料，柜内大部分的元器件和所有连接导体都由铜或铝制成。同时，高温会引起导体表面的氧化、硫化等，使导体接触电阻剧增，进而使导体的发热量进一步加大。

3、对绝缘材料的影响。在高温环境下，有机绝缘材料将会变脆老化，导致绝缘性能下降甚至绝缘击穿，材料的使用寿命也将缩短。例如，A级绝缘材料在一定温度范围内，每升高8～10℃，材料的使用寿命将缩短50%，因此长期运行在高温条件下的电容补偿柜内的元器件以及电缆的使用寿命等都会受到严重的影响。

4、造成元器件的故障。高温是众多元器件的大敌，高温可使半导体器件热击穿，使电子激活加剧，进而使不导电的半导体层导通：高温也可使元器件的性能变劣，例如高温作用下，元器件的反向导电电流增大，放大倍数减小等。低压电容补偿柜上所使用的无功补偿控制器、数字式测量仪表等都是精密的元器件，长期处于高温工作环境易导致其工作不正常以及寿命缩短等。

二、电容补偿柜内部过热原因分析

1、导体发热。目前，部分铜排、电缆厂家一味降低产品成本，以次充好，使用杂质含量较多的铜材、甚至是黄铜来代替纯铜出售，以至于回路电阻大幅度增加，发热量也大量增加。造成设备运行中搭接头接触电阻过大的主要原因有：搭接头的紧固螺栓松动，导体搭接面不平整，接触面积偏小，以及导体表面氧化等。

2、元器件发热。大容量的各类主回路元器件都是发热大户，尤其是滤波电抗器，因为其工作时不仅仅存在焦耳损耗，更在其铁磁部件中产生交变磁通，从而在铁磁体中产生涡流和磁滞损耗。以诺基亚公司生产的XKIB系列滤波电抗器为例，根据其使用说明书，正常使用时，电抗器表面温度可到达90～120℃，多组电抗器同时运行时的发热量是巨大的。

3、外界环境温度过高。低压电容补偿柜因柜内过热引起设备故障或事故的情况，夏季发生的次数占全年次数的多数。夏季环境温度高是一个重要原因，我国大部分地区夏季温度可高达40℃，部分用户配电室内无通风设施，环境更为严酷，在设计时通常可按正常环境温度增加5℃考虑，由此带来的影响不容忽视。

三、电容补偿柜过热情况的处理对策

1、柜内导体设计及安装要求。降低导体本身的发热量，应降低整个回路电阻：①采用优质导体。开关柜内通常要求采用T2型优质纯铜加工导电体，其材质电阻率ρ≤0.0177Ω·mm2/m。②增大导体截面积。电容柜内导体截面积应满足设备最大工作电流的要求，并留有一定裕度。③加強制造工艺，降低接触电阻。在铜母排搭接接头处采取压花、镀锡或镀银等措施，并且搭接接头的紧固螺栓务必满足紧固力矩的要求。采用具有耐高温能力的导体。柜内软电缆，尤其是与滤波电抗器直接连接的一次电缆，应采用耐高温型电缆。

2、柜内自然风道设计。风道是形成风冷散热的重要组成部分，在有限的柜内空间考虑将众多的元器件合理布局，保证元器件之间的间距，改善散热条件，留出风道。对于组数较多、体积较大的电容器及电抗器，应分层布置，并且保持各层元器件对应整齐，不阻挡风道。在电容柜内温度升高时，合理的风道布局将形成烟囱效应，热空气沿垂直风道上升，通过柜顶通风孔或开关柜缝隙将热量迅速排出至柜外。用于热设计的进风、排风口防护等级应保持与开关柜整体外壳防护等级一致。户内低压开关设备防护等级通常不超过IP4X，即需防止直径超过1mm的固体尘埃进入外壳，因此可以在通风口处加装1mm孔径的丝网。

3、强制风冷散热设计。当自然通风的方法不能达到散热要求时，可以采取强制通风的散热设计。考虑低压电容补偿柜内的多组电容电抗器同时工作的运行方式，以及发热元器件并列布置的安装方式，通常采取并联风道的设计方法，其特点是：①冷却均匀，风流从进风口进入后，分散流经每个单元到达出风口，各单元流经的风量、风速和温度基本相等；②风阻小，风流经过的层数就是元器件布置的层数；③散热效果好；④要求采用输送风量较大的轴流风机，可采用2～4台100W的风机，根据热空气上升的特性，在风机安装时应保持柜底风机为进气方向，柜顶风机为排气方向，选用风机时应尽可能选择静音风机，防止工作时噪声超出开关柜设备允许的标准值。风机的控制采用温湿度控制器进行自动控制，在满足温升要求的同时，降低风机的工作时间，延长其寿命，并减少额外的能耗。

4、柜顶金属板采用黑漆喷涂工艺处理。黑漆喷涂工艺实际上是提高材料的灰度，使材料表面的辐射波吸收率提高、反射率降低，从而达到快速散热的目的。通常开关柜外壳尺寸相对固定，散热面积不便于增大，但是通过黑漆喷涂工艺处理的柜顶金属板可以有效提高单位面积散热效率。由于电容补偿柜内辐射功率较小，相对于加强制风冷的散热方法，黑漆喷涂工艺对散热的作用比较有限，仅作为对流散热的一种补充。

四、小结

总之，电容无功补偿柜技术的实施，极大的提升了供配电系统设备的技术性能和技术水平。与此同时，电容器配电柜的散热问题对电容器能否长期正常运行影响很大，一个散热良好的成套低压电容器配电柜能够延长电容器的使用年限，为企业节省资金并提高供电质量和经济效益。

参考文献：

[1]刘立灿.大电流开关柜发热故障的原因分析和处理[J].电工技术，2013（11）.

[2]高春媛.开关柜结构散热与通风的设计[J].科技创新与应用，2014（19）.

（作者单位：佛山市特变电气有限公司）