便攜式電容器放電裝置的研制

孔文苑 奚 童 李珂芮

（紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司昆明卷煙廠）

0 引言

感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、變壓器等工廠用電設(shè)備，都屬于感性設(shè)備。它們會(huì)增加輸電線路的電能損耗，降低功率因數(shù)，影響供電品質(zhì)。電容器能“抵消”一部分感性設(shè)備帶來(lái)的影響，提高功率因數(shù)，降低額外的電能損耗和線路損耗，所以日常做好電容器的維護(hù)保養(yǎng)工作必不可少。電容器維護(hù)保養(yǎng)中非常重要的一環(huán)是做好電容器的放電工作，這關(guān)乎到檢修人員的人身安全和設(shè)備的運(yùn)行安全。

1 電容器概述

1.1 電容器提高功率因數(shù)的原理

1.1.1 功率因數(shù)

功率因數(shù)計(jì)算如下：

式中，P為有功功率；Q為無(wú)功功率。如果功率因數(shù)不能達(dá)到供電要求，則必須降低無(wú)功功率的值，即進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。

1.1.2 無(wú)功補(bǔ)償原理

在交流電路中，純電感負(fù)載中的電流與純電容負(fù)載中的電流相位相差180°，即方向相反，所以它們電流大小可以相互抵消。

工廠電力負(fù)載大多為感性負(fù)荷，在其中并聯(lián)安裝電容器等容性負(fù)載，電容電流與電感電流相互抵消，使總電流減小，從而達(dá)到無(wú)功功率減小，提高功率因數(shù)的目的。

1.2 電容器需要放電的原因

電容器退出工作后，電容上還有很多殘余電荷。如果電荷沒(méi)有放電通道，會(huì)長(zhǎng)期存在，電容器會(huì)長(zhǎng)期帶有高壓電。

這樣，工作人員在檢修電容器時(shí)，就容易發(fā)生觸電事故；而且如果帶電的電容器再次投入運(yùn)行，電容上高壓電會(huì)與電網(wǎng)電壓進(jìn)行疊加，產(chǎn)生一個(gè)很高的電壓沖擊，有可能會(huì)導(dǎo)致其他設(shè)備的損壞。

所以電容器檢修前必須進(jìn)行電容器放電工作。

1.3 電容器放電

1.3.1 電容器放電現(xiàn)狀分析

電容器的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 電容器結(jié)構(gòu)圖

目前電容器的放電，對(duì)于放電導(dǎo)體的選擇，一般使用6mm2的電纜線；對(duì)于放電端負(fù)載的選擇，一般采用直接接地線放電。具體放電方法是：將一根電纜線的一頭接電容器柜的接地端，另一頭接在電容器的三相接點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)分別對(duì)電容器三相進(jìn)行放電的操作，如圖2 所示。

圖2 電容器柜內(nèi)接地放電操作

這種方法具有操作簡(jiǎn)單，材料易找、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，但是也存在不少問(wèn)題：

1）無(wú)法把控放電是否充分。無(wú)法直觀判斷出放電是否充分，電容器上是否還存在殘余電荷，往往只能憑經(jīng)驗(yàn)，增加放電時(shí)間，存在不確定性。

2）安全性差。如果電容器還存在殘留電荷，在后續(xù)檢修過(guò)程中使用電容表等設(shè)備時(shí)，容易燒壞設(shè)備。人員有觸電危險(xiǎn)，存在不小的安全隱患。

1.3.2 市場(chǎng)現(xiàn)有的電容器放電方式和裝置調(diào)研分析

電容器放電方式根據(jù)電容種類而有所不同。一般的電容器放電可以使用正負(fù)極短接的方法。而高壓電容不能直接短路放電，這樣不僅容易燒壞電容的接點(diǎn)，同時(shí)短路發(fā)出聲響巨大，有安全隱患。

依照電工安全操作規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，高壓電容器要求通過(guò)負(fù)載放電?？梢赃x擇適當(dāng)?shù)碾娮杌驘襞荨㈦娎予F等負(fù)載較大的用電器進(jìn)行放電，延長(zhǎng)放電時(shí)間并增加放電次數(shù)，直到放完殘余的電荷。

經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，目前市面上沒(méi)有專門(mén)的電容器放電裝置。電力從業(yè)人員往往都是根據(jù)使用的電容器具體情況，選擇負(fù)載和放電導(dǎo)體，自行安裝進(jìn)行放電操作。

2 電容器放電裝置設(shè)計(jì)

2.1 電容器放電裝置的使用需求和研發(fā)方向

為了解決目前電容器的放電問(wèn)題，開(kāi)展了電容器放電裝置的研制。

新研制的電容器放電裝置必須滿足：

1）便攜性。由于電站多、分布廣，所以電容器驗(yàn)電裝置必須易攜帶，方便隨時(shí)使用。

2）直觀性。電容器驗(yàn)電裝置要能夠直觀反映放電情況，讓操作人員能夠?qū)Ψ烹娺^(guò)程做到直觀掌握，避免放電不充分，留有殘余電荷的情況。

3）便易性。電容器驗(yàn)電裝置要做到操作簡(jiǎn)便，為檢修人員節(jié)約操作時(shí)間，提高工作效率。

根據(jù)電容器的放電原理，研發(fā)的便攜式電容器放電裝置應(yīng)由3 個(gè)部分組成，分別是電荷傳輸部件、電容器固定部件和放電負(fù)載，如圖3 所示。

圖3 便攜式電容器驗(yàn)電裝置組成部件

2.2 電容器放電裝置電荷傳輸部件

電荷傳輸部件，也就是能夠?qū)㈦姾蛇M(jìn)行傳輸?shù)膶?dǎo)體部分，其作用是將電容器停電后的殘余電荷從電容器端傳輸給放電設(shè)備。

銅芯電纜線具有造價(jià)便宜、購(gòu)買渠道方便、載流量大、能夠滿足放電需求的特點(diǎn)。故選擇銅芯電纜線作為電荷傳輸部件，計(jì)算確定銅芯線的截面積：

按目前使用的電容器容量為26.2kvar（400V），計(jì)算其額定電流：

通過(guò)查找資料，銅芯電纜線的截面積與載流量的關(guān)系如表1 所示。

表1 銅芯電纜線選用參考表

故使用6mm2的銅芯電纜線。

2.3 電容器放電裝置電容器固定部件

電容器固定部件是為了將導(dǎo)體部分與電容器端連接，從而將電荷從電容器上引出。根據(jù)市面上現(xiàn)有的材料，結(jié)合實(shí)際情況，列出3 個(gè)可選方案：①電纜銅芯線頭+螺絲固定；②冷壓端子+螺絲固定；③鱷魚(yú)夾子固定。

2.3.1 電纜銅芯線頭+螺絲固定

“電纜銅芯線頭+螺絲”的固定方案（見(jiàn)圖4），需要使用電纜線和壓線螺絲兩種材料，無(wú)需事先制作，現(xiàn)剝現(xiàn)用，使用方便。

圖4 電纜銅芯線頭固定方式

具體操作方法是操作人員先將電纜銅芯線頭絕緣層剝開(kāi)，露出銅芯線頭，然后“擰線”，最后用螺絲擰緊固定。

但是這樣的固定方法容易斷線，而且如果接觸不良還會(huì)導(dǎo)致接頭過(guò)熱引起燒蝕，存在一定的安全隱患。

2.3.2 冷壓端子+螺絲固定

“冷壓端子+螺絲”的固定方案（見(jiàn)圖5），需要使用到冷壓端子和壓線螺絲兩種材料，需要提前制作。

圖5 冷壓端子固定方式

具體制作工藝：①剝線；②將線頭塞進(jìn)冷壓端子的套筒；③壓緊；④擰螺絲。

操作人員放電時(shí)，先將做好的帶有冷壓端子的線頭塞進(jìn)電容器端，再將螺絲擰緊。

這樣的固定方式需要提前對(duì)冷壓端子進(jìn)行加工，在使用時(shí)還需要使用螺絲將冷壓端子進(jìn)行固定，不夠簡(jiǎn)便。

2.3.3 鱷魚(yú)夾子固定

“鱷魚(yú)夾子”的固定方案（見(jiàn)圖6），僅僅需要使用到鱷魚(yú)夾子一種現(xiàn)成材料，市面上很容易購(gòu)買到。

圖6 鱷魚(yú)夾子固定方式

使用前要對(duì)鱷魚(yú)夾子加工制作，只需將線頭剝線后，塞進(jìn)鱷魚(yú)夾子的套筒內(nèi)再壓緊即可。需要對(duì)電容器放電時(shí)，將鱷魚(yú)夾子直接夾在電容器的接線端，連接/斷開(kāi)都十分方便。

綜合三種方案分析對(duì)比，確定使用鱷魚(yú)夾子作為電容器固定部件。

2.4 電容器放電裝置放電負(fù)載

市面上常用到的放電負(fù)載有電阻、電烙鐵、燈泡等材料。電阻和電烙鐵都存在放電過(guò)程不直觀，操作人員無(wú)法直接判斷殘余電荷是否放完的缺點(diǎn)，存在容易燒壞表筆和燙傷人員的安全隱患。而燈泡放電則非常直觀，能夠準(zhǔn)確知道剩余電荷是否放完。所以選擇相應(yīng)電壓等級(jí)的信號(hào)燈（22mm/220V）作為放電負(fù)載。

3 電容器放電裝置制作及效果檢驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，對(duì)電容器放電裝置進(jìn)行制作。首先，制作電容器端固定部件。先在鱷魚(yú)夾子的接線端將銅芯導(dǎo)線與鱷魚(yú)夾子緊密相連，再用絕緣膠帶將裸露的銅芯線包扎起來(lái)。

第二步，制作放電顯示裝置。取一個(gè)3 位3 孔指示燈防水盒，將三只信號(hào)燈對(duì)孔對(duì)位安裝在指示燈防水盒上（見(jiàn)圖7）。

圖7 制作放電顯示裝置

最后一步，將接好鱷魚(yú)夾子的三根銅芯導(dǎo)線的另一端與信號(hào)燈相連。這樣，便攜式電容器放電裝置就制作完成。

利用自制的便捷式電容器放電裝置進(jìn)行電容器放電試驗(yàn)。在電容器斷電后，將3 個(gè)鱷魚(yú)夾分別夾在電容器的三相端頭，觀察放電情況。

對(duì)放電試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并與原來(lái)的放電方式進(jìn)行對(duì)比，如表2 所示。

表2 兩種放電方式對(duì)比表

4 結(jié)束語(yǔ)

電容器具有無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓δ埽梢杂行p少線路的能量損耗，改善電壓質(zhì)量，提高系統(tǒng)供電功能。運(yùn)行維修中，做好電容器的放電工作，能夠保障用電安全，避免發(fā)生人身事故。

新研制的便攜式電容器放電裝置方便攜帶，使用方法簡(jiǎn)單，放電效果好，消除了潛在的安全隱患，提高了檢修工作效率。