實(shí)行限制用電后，為提高用電質(zhì)量，降低系統(tǒng)損耗，減少電費(fèi)的支出，很多單位企業(yè)安裝了無(wú)功功率補(bǔ)償柜（以下簡(jiǎn)稱PFC柜），因此，我們首先要了解無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)脑?，進(jìn)而提出當(dāng)前PFC柜設(shè)計(jì)中存在的問題并針對(duì)這些問題提出解決的思路。

一、無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹?/h1>

在電力系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)及其它有線圈（繞組）的設(shè)備是負(fù)載的主要形式，我們稱為感性負(fù)載。這類負(fù)載將消耗一部分電功率來建立線圈磁場(chǎng)，額外的增加了電源的負(fù)擔(dān)，功率因素COS?就是反映總電功率中有功功率所占的比例。

從理論公式P=UICOS?可以看出，功率因素的降低，為了維持有功功率，電流將增大，使線路的損耗加大，增加了電壓損失，降低了供電的質(zhì)量，不利于提高用電的效率。因此，在供電系統(tǒng)中，增加無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，提高供電網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)，對(duì)電網(wǎng)降損節(jié)電，安全可靠的運(yùn)行有著極為重要的意義。我國(guó)大部分供電公司規(guī)定用戶的功率因素必須大于0.9。

無(wú)功補(bǔ)償最基本的形式就是提高感性負(fù)載的功率因數(shù)，也就是用適當(dāng)容量的電容器與感性負(fù)載并聯(lián)，這樣就可以使電感中的磁場(chǎng)能量與電容器的電場(chǎng)能量進(jìn)行交換，從而減少電源與負(fù)載間能量的互換，感性負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)適當(dāng)電容器后，可以有效提高功率因數(shù)，使功率因素COS?盡量接近1。

二、目前PFC柜設(shè)計(jì)上的存在的問題

2.1 目前PFC柜的設(shè)計(jì)，基本上是假設(shè)負(fù)荷側(cè)性質(zhì)為線性狀態(tài)來設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，不能完全適應(yīng)各種負(fù)荷性質(zhì)的需要。取樣信號(hào)一般都取線電壓和相電流之間的相位差，電容柜投切僅以電壓為約束條件,功率因數(shù)為投切閥值是不完善的,缺乏電容器投切后電壓及無(wú)功變化的動(dòng)態(tài)預(yù)算,作為反饋信號(hào)輸入到控制器,避免產(chǎn)生投、切振蕩的閉環(huán)技術(shù)措施。

沒有考慮到投、切時(shí)電容產(chǎn)生的浪涌電流，交流接觸器極易拉弧。以諧波污染為主要原由的配電網(wǎng)絡(luò)，控制器沒有設(shè)定約束條件，僅以過壓作為保護(hù)條件，不能滿足現(xiàn)行電網(wǎng)中的各種運(yùn)行情況。

2.2 電容器的選型不當(dāng)，相當(dāng)一部分PFC柜仍然選用的是油浸式的電容，沒有預(yù)充電電阻，電容器內(nèi)部沒有安全保障；在電路設(shè)計(jì)中，忽視對(duì)電容器的保護(hù)，相當(dāng)一部分補(bǔ)償柜仍然采用的是空氣開關(guān)，使電容出現(xiàn)故障時(shí)不能及時(shí)切斷回路，導(dǎo)致短路事故的發(fā)生，發(fā)生火災(zāi)，甚至導(dǎo)致整個(gè)配電柜燒毀。

2.3 PFC柜的柜體設(shè)計(jì)存在嚴(yán)重缺陷，不重視通風(fēng)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致電容器長(zhǎng)期運(yùn)行在規(guī)定溫度以上，使電容器的使用壽命大幅降低；柜內(nèi)存在的母排，開關(guān)、接觸器、電容、電感等器件沒有有效的隔離，當(dāng)電容爆炸（任何好的保護(hù)都有可能失效）時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的電塵團(tuán)，導(dǎo)致故障的擴(kuò)大，甚至發(fā)生電氣火災(zāi)。

三．改進(jìn)PFC柜設(shè)計(jì)的探討

針對(duì)目前市場(chǎng)上PFC柜在設(shè)計(jì)上存在的問題，本文主要從電容器的選型/保護(hù)及柜體的設(shè)計(jì)等方面提出改進(jìn)的思路。

3.1.電容器的選擇

3.1.1選擇至少可以承受100*In的浪涌電流和電壓高一個(gè)等級(jí)的電容（比如用440V電容取代400V電容），像FRAKO電容，可以承受200-300*In的浪涌電流。較高的電壓等級(jí)和耐浪涌電流的能力，可以使電容在諧波存在的情況下，壽命更長(zhǎng)。

3.1.2選擇節(jié)能（能耗在0.2-0.5W/Kvar）環(huán)保型的干式電容，由于采用了自愈式和分段薄膜技術(shù)，電容器帶有預(yù)充電電阻，內(nèi)置保險(xiǎn)，可以使把電容的災(zāi)難性的損壞變成漸進(jìn)式的或自愈式的。不能選擇油浸式的電容，不利于環(huán)保并有火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.電容器的保護(hù)

3.2.1 檢查供電側(cè)的用電質(zhì)量，確認(rèn)是否在可接受的范圍之內(nèi)（V-THD＜3%，I-THD＜10%），如果超出范圍，建議使用有解諧的補(bǔ)償柜（例如使用7%的電抗器）來防止系統(tǒng)電容產(chǎn)生共振，諧波的抑制可以有效的延長(zhǎng)電容的壽命。

3.2.2 選擇熔斷器隔離開關(guān)代替空氣開關(guān)，電容投切可以采用可控硅與交流接觸器相結(jié)合的復(fù)合開關(guān)，可以有效的降低電容投入時(shí)的涌流和電容斷開時(shí)接觸器的拉弧。

3.2.3 PFC組應(yīng)該留出30%-40%的余量，內(nèi)部電纜應(yīng)適當(dāng)放大，并且必須是A級(jí)阻燃電纜，控制電線也必須是阻燃的。

3.2.4 在控制線路設(shè)計(jì)中，應(yīng)采用以單片機(jī)為基礎(chǔ)的控制器，按負(fù)荷側(cè)有功、無(wú)功的值取樣，進(jìn)行分析計(jì)算，自動(dòng)識(shí)別工作電容器和備用電容器，發(fā)出指令，自動(dòng)循環(huán)選擇不同的電容器進(jìn)行投切，使每個(gè)電容的運(yùn)行時(shí)間大致相同，延長(zhǎng)電容器的使用壽命。控制器同時(shí)還具有電容回路過壓，過流等保護(hù)功能。

3.3 補(bǔ)償柜柜體的設(shè)計(jì)

我們不能排除一個(gè)電容會(huì)發(fā)生爆炸或者火災(zāi)，因?yàn)椋瑹o(wú)論任何品牌/型號(hào)，任何好的保護(hù)功能都可能會(huì)失效。當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，銅和金屬汽化時(shí)會(huì)膨脹22000倍，所有這些氣體和熱量都會(huì)急劇膨脹。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)合理的配電盤，隔離，通風(fēng)，電容的裝配方式及IP防護(hù)等級(jí)就非常重要：

3.3.1 電容器要與電抗器要相互隔離，兩者都要與接觸器，熔斷器隔離開關(guān)，電纜，木排等隔離，同時(shí)每個(gè)柜之間也要隔離，把故障限制在每個(gè)柜子里。以下的圖一是很好的例子（其中的進(jìn)線開關(guān)不建議安裝，應(yīng)由電纜供電）：

圖一

圖二

圖三

3.3.2 使用強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)

根據(jù)電容器的經(jīng)驗(yàn)法則，電容器的工作溫度，每降低10攝氏度，壽命會(huì)增加一倍。一般電容器規(guī)定的最高工作溫度為55攝氏度，所以我們期望電容器工作溫度在40-45攝度左右。

目前很多PFC柜都是自然通風(fēng)方式，我們強(qiáng)烈建議安裝強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)。如上圖二/圖三所示，PFC柜前后都有進(jìn)風(fēng)口,頂部安裝至少兩個(gè)出風(fēng)扇（下面裝有防止風(fēng)扇意外跌落下來的裝置），，帶自動(dòng)恒溫調(diào)節(jié)器和超溫報(bào)警裝置，如果PFC柜的通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)風(fēng)機(jī)跳閘或進(jìn)風(fēng)口堵塞等情況，我們可以立即知道。

3.3.3電容器的裝配方法對(duì)于通風(fēng)和散熱也起到很重要的作用，電容器不應(yīng)該安裝在水平封閉的底板上，底板板上應(yīng)該有通風(fēng)孔。建議以下面圖四的方式安裝：

圖四 推薦的安裝方式

圖五 錯(cuò)誤的安裝方式

圖六 IPX1防護(hù)

3.3.5 柜子的設(shè)計(jì)還要體現(xiàn)安全的原則，不允許有裸露的母排和手指可能觸摸到的帶電體。若有，必須用阻燃隔板加以隔離，并貼有“當(dāng)心觸電”的標(biāo)識(shí)。PFC柜的頂部應(yīng)該安裝防護(hù)板（圖六所示），距離柜頂約200mm，防止垂直滴下來的液體直接進(jìn)入配電盤，也利于散熱；防護(hù)板的尺寸應(yīng)略大于電柜柜頂尺寸，四周有折邊，略微傾斜，留一面小開口，讓液體可以從柜體旁落到地面，使柜體的防護(hù)等級(jí)達(dá)到應(yīng)為IPX1。

結(jié)語(yǔ)

無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆绞竭€分為個(gè)別就地補(bǔ)償，分組補(bǔ)償，集中補(bǔ)償?shù)榷喾N形式，確保通過并聯(lián)電容器等設(shè)備裝置，達(dá)到補(bǔ)償線路電流損耗的目的。保護(hù)功能全面的控制技術(shù)，良好通風(fēng)的柜體設(shè)計(jì)，元器件正確的安裝隔離方式，細(xì)致周到的安全防護(hù)措施，規(guī)范良好的維護(hù)保養(yǎng)是補(bǔ)償柜能夠正常安全運(yùn)行的保證。

改進(jìn)低壓無(wú)功補(bǔ)償柜設(shè)計(jì)，克服存在的問題，為供電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)提出新的工作方向，為電能質(zhì)量的推進(jìn)樹立標(biāo)桿。當(dāng)然，怎么樣更加科學(xué)合理的用電，更加環(huán)保健康的生活方式一直是現(xiàn)在社會(huì)生活追求的目標(biāo)。

（編自《電氣技術(shù)》，作者為陳虹霓。）