电抗器工作原理及作用用途.docx
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电抗器工作原理及作用用途
电抗器之杨若古兰创作
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内容简介
一：
电抗器在电力零碎中的感化
二：
电抗器的分类
三：
具体介绍及选用方法
四：
各种电抗器的计算公式
五：
经典问答
一：
电抗器在电力零碎中的感化
因为电力零碎中大量使用电力电子器件,直流用电,变频用电等,发生了大量的谐波,使得看是简单的成绩变得复杂了,用以抵偿的电容器频繁损坏,有的甚至没法投入抵偿电容器,当谐波较小时,可以用谐波按捺器,但零碎中的谐波较高时,就要用串联电抗器了,放大谐波电流.电抗率为4.5%～7%滤波电抗器,用于按捺电网中5次及以上谐波;电抗率为12%～13%滤波电抗器,用于按捺电网中3次及以上谐波.电抗器装于柜内,应加装通风设备散热.电抗器能在额定电压的1.35倍下持久运转,经常使用电抗器的电抗率品种有4.5%、5%、6%、7%、12%、13%等,电抗器的温升：
铁芯85K，线圈95K,绝缘水平：
3kV/1min,无击穿与闪络,电抗器在1.8倍额定电流下的电抗值，其降低值不大于5%,电抗器有三相、单相之分,三相电抗器任二相电抗值之差不大于±3%,电抗器可用于400V或600V零碎,电抗器噪声等级，不大于50dB,电抗器耐温等级H级以上.
信息来自:
输配电设备网
电力零碎中所采纳的电抗器,罕见的有串联电抗器和并联电抗器.串联电抗器次要用来限制短路电流,也有在滤波器中与电容器串联或并联用来限制电网中的高次谐波.并联电抗器用来接收电网中的容性无功,如500kV电网中的高压电抗器,500kV变电站中的低压电抗器,都是用来接收线路充电电容无功的;220kV、110kV、35kV、10kV电网中的电抗器是用来接收电缆线路的充电容性无功的.可以通过调整并联电抗器的数量来调整运转电压.超高压并联电抗器有改善电力零碎无功功率有关运转情况的多种功能,次要包含:
1）轻空载或轻负荷线路上的电容效应,以降低工频暂态过电压.2）改善长输电线路上的电压分布.3）使轻负荷时线路中的无功功率尽可能就地平衡,防止无功功率分歧理流动,同时也减轻了线路上的功率损失.4）在大机组与零碎并列时,降低高压母线上工频稳态电压,便于发电机同期并列.5）防止发电机带长线路可能出现的自励磁谐振景象.6）当采取电抗器中性点经小电抗接地安装时,还可用小电抗器抵偿线路相间及相地电容,以加速潜供电流主动熄灭,便于采取单相快速重合闸.
电力网中所采取的电抗器，实质上是一个无导磁材料的空心线圈.它可以根据须要，安插为垂直、水平和品字形三种拆卸方式.在电力零碎发生短路时，会发生数值很大的短路电流.如果不加以限制，要坚持电气设备的动态波动和热波动是非常困难的.是以，为了满足某些断路器遮断容量的请求，常在出线断路器处串联电抗器，增大短路阻抗，限制短路电流.因为采取了电抗器，在发生短路时，电抗器上的电压降较大，所以也起到了保持母线电压水平的感化，使母线上的电压动摇较小，包管了非故障线路上的用户电气设备运转的波动性.近年来，在电力零碎中，为了清除由高次谐波电压、电流所惹起的电容器故障，在电容器回路中采取串联电抗器的方法改变零碎参数，已取得了明显的后果.220kV、110kV、35kV、10kV电网中的电抗器是用来接收电缆线路的充电容性无功的.可以通过调整并联电抗器的数量来调整运转电压.超高压并联电抗器有改善电力零碎无功功率有关运转情况的多种功能，次要包含：
（1）轻空载或轻负荷线路上的电容效应，以降低工频暂态过电压.
（2）改善长输电线路上的电压分布.（3）使轻负荷时线路中的无功功率尽可能就地平衡，防止无功功率分歧理流动同时也减轻了线路上的功率损失.（4）在大机组与零碎并列时降低高压母线上工频稳态电压，便于发电机同期并列.（5）防止发电机带长线路可能出现的自励磁谐振景象.（6）当采取电抗器中性点经小电抗接地安装时，还可用小电抗器抵偿线路相间及相地电容，以加速潜供电流主动熄灭，便于采取.
二：
电抗器的分类
电抗器也叫电感器，一个导体通电时就会在其所占领的必定空间范围发生磁场，所以所有能载流的电导体都有普通意义上的感性.然而通电长直导体的电感较小，所发生的磁场不强，是以实际的电抗器是导线绕成螺线管方式，称空心电抗器；有时为了让这只螺线管具有更大的电感，便在螺线管中拔出铁心，称铁心电抗器.
依附线圈的感抗障碍电流变更的电器.按用处分为7种：
①限流电抗器.串联于电力电路中，以限制短路电流的数值.②并联电抗器.普通接在超高压输电线的末端和地之间，起无功抵偿感化.③通信电抗器.又称阻波器.串联在兼作通信线路用的输电线路中，用以反对载波旌旗灯号，使之进入接收设备.④消弧电抗器.又称消弧线圈.接于三相变压器的中性点与地之间，用以在三相电网的一相接地时供给电感性电流，以抵偿流过接地点的电容性电流，使电弧不容易起燃，从而清除因为电弧多次重燃惹起的过电压.⑤滤波电抗器.用于整流电路中减少竹流电流上纹波的幅值；也可与电容器构成对某种频率能发生共振的电路，以清除电力电路某次谐波的电压或电流.⑥电炉电抗器.与电炉变压器串联，限制其短路电流.⑦起动电抗器.与电动机串联，限制其起动电流.
三：
具体介绍及选用方法
一、干式电抗器的品种与用处
（1）
电抗器是次要的的电力设备，在电力零碎中起抵偿杂散容性电流、限制合闸涌流、限制短路电流、滤波、平波、启动、防雷、阻波等感化.根据电抗器的结构型式可分为空心电抗器、铁心电抗器与半心电抗器.
抵偿杂散容性电流的电抗器次要有并联电抗器与消弧线圈.并联电抗器的感化是限制电力传输零碎的工频电压升高景象，工频电压升高的缘由在于空载长线的电容效应、分歧错误称对地短路故障与突然甩负荷.消弧线圈通常利用在配电零碎，它的感化是使得单绝对地短路电流不克不及持续燃烧，导致电弧熄灭.消弧线圈通常具有调谐功能，可根据电力零碎的杂散电容与脱谐度改变其电感值.
串联电抗器或称阻尼电抗器的感化是限制合闸涌流.串联电抗器与电力电容器串联使用，用于限制对电容器组合闸时的浪涌电流，通常拔取电容器组容量的6%.
限流电抗器是串联于电力零碎当中，多用于发电机出线端或配电零碎的出线端，起限制短路电流的感化.为了与其他电力设备配合，其实际阻抗不克不及小于额定值.
滤波电抗器与电容器配合使用，构成LC谐振歧路.针对特定次数的谐波达到谐振，滤除电力零碎中的无害次谐波.
平波电抗器利用在直流零碎中，起限制直流电流的脉动幅值感化.在设计平波电抗器时须留意线圈中的电流是按电阻分布的，设计时最好采取微分方程组计算.若按交流阻抗设计可能形成线圈出现过热景象，且阻抗值未必精确.
启动电抗器用于交流电动机启动时刻，限制电动机的启动电流，呵护电动机正常运转.
1.
图1.1户外干式空芯电抗器
防雷线圈通经常使用于变电站进出线上，减低侵入雷电波的陡度与幅值.
阻波器与防雷线圈的利用处合相仿，线圈内装有避雷器与调协安装.用于障碍电力线路中特定的通讯载波，便于将通讯载波提取出来，实现电力载波的次要设备.
户外空心干式电抗器是20世纪80年代出现的新一代电抗器产品，如图1.1所示.它是利用环氧绕包技术将绕组完整密封，导线彼此粘接大大的添加了绕组的机械强度.同时利用新的耐候材料喷吐于包封的概况，使得产品能够满足在户外的苛刻条件下运转.包封间由撑条构成气道，包封间与包封内绕组多采取并联连接以便满足容量与散热的请求.为了满足各个并联歧路电流合理分配的须要，采取分数匝来减少歧路间的环流成绩.为了能够构成分数匝，采取星形架作为绕组的出线连接端.绕组的上下星架通过拉纱方式固定，固化后全部产品成为一个全体.这类结构的电抗器与传统方式的电抗器比拟较具有可以直接用于户外、电感为线性、乐音小、防爆、使用保护方便等特点，因此对于某些此产品有可能正慢慢取代其他方式的电抗器.
因为受到绕组结构的限制，户外空芯干式电抗器通常不适合电感量（>700mH）较大或电感较小（<0.08mH）但电流较大的场合，否则就会形成体积过于庞大或者歧路电流极不服衡.在这两种极端条件下，须要适当改变线圈的绕线方式.此外，空心电抗器通常占地面积最大、对外漏磁最严重，这是这类电抗器的次要缺点.
干式铁心电抗器主如果由铁心和线圈构成的，如图1.2所示.干式铁心电抗器次要由铁心、线圈构成.铁心可分为铁心柱与铁轭两部分，铁心柱通常是由铁饼与气隙构成.线圈与铁心柱套装，并由端部垫块固定.铁心柱则由螺杆与上下铁轭夹件固定成全体.对于三相电抗器常采取三心柱结构，但对于三相不服衡运转条件下，需采取多心柱结构，否则容易形成铁心磁饱和成绩.干式铁心电抗器的线圈通常采取浇注、绕包与浸漆方式.因为铁磁介质的导磁率极高,而且其磁化曲线是非线性的,故用在铁心电抗器中的铁心必须带气隙.带气隙的铁心,其磁阻次要取决于气隙的尺寸.因为气隙的磁化特性基本上是线性的,所以铁心电抗器的电感值取决于本身线圈匝数和线圈和铁心气隙的尺寸.因为干式铁心电抗器是将磁能次要存贮于铁心气隙当中，铁心相当于对磁路短路，相当于只要气隙总长度的空心线圈.是以铁心电抗器线圈的匝数较少，从而其体积较小.体积小，必定散热面积小，是以铁心电抗器的损耗较小.此外，因为铁心的存在，铁心电抗器的空间漏磁较小.
铁心电抗器磁场通过铁心与气隙构成回路，其电感值是否呈线形取决于铁心的磁场工作形态.当铁心出现磁饱和，则气隙内磁场将出现非线性变更，形成电感非线性.这是铁心类电抗器存在明显的缺乏的地方.另外，铁心的磁滞伸缩惹起的乐音成绩，和分量重、组装复杂、不克不及直接户外使用均是这类电抗器的缺点.
二、产品型号含义
干式空心串联电抗器型号含义
CKGKL□/□□□
特殊使用环境
额定电抗率
零碎额定电压（kV）
电抗器额定容量（kVar）
铝质材料（铜质材料不暗示）
空心
干式
串联电抗器
干式空心并联电抗器型号含义
BKGKL□/□
零碎电压（kV）
额定容量（kVar）
铝线
空心
干式
并联电抗器
干式空心限流电抗器型号含义
CKGKL□□□
电抗率
额定电流（A）
零碎电压（kV）
铝线
空心
干式
限流电抗
干式空心滤波电抗器型号含义
LKGKL□□/□□
清除高次谐波次数
电抗器额定电感（mH）
电抗器额定电流（A）
零碎额定电压（kV）
铝线
空心
干式
滤波电抗器
三、电抗器的一些定义
并联电抗器
并联连接在零碎上的电抗器，次要用于抵偿电容电流.
限流电抗器
串联连接在零碎上的电抗器，在零碎发生故障时，用以限制电流.
滤波电抗器
与电容器组串联或并联连接，用以降低、阻断或过滤谐波或通讯频率.
平波电抗器
在直流零碎中，用以减少谐波电流或暂态过电流的电抗器.
电抗器的接线分串联和并联两种方式.串联电抗器通常起限流感化，并联电抗器经经常使用于无功抵偿.
1.半芯干式并联电抗器：
在超高压远距离输电零碎中，连接于变压器的三次线圈上.用于抵偿线路的电容性充电电流，限制零碎电压升高和操纵过电压，包管线路可靠运转.
2.半芯干式串联电抗器：
安装在电容器回路中，在电容器回路投入时起
电抗器在额定负载下持久正常运转的时间，就是电抗器的使用寿命.电抗器使用寿命由制作它的材料所决定.制作电抗器的材料有金属材料和绝缘材料两大类.金属材料耐高温，而绝缘材料持久在较高的温度、电场和磁场感化下，会逐步失去原本的力学功能和绝缘功能，例如变脆、机械强度减弱、电击穿.这个渐变的过程就是绝缘材料的老化.温度愈高，绝缘材料的力学功能和绝缘功能减弱得越快；绝缘材料含水分愈多，老化也愈快.电抗器中的绝缘材料要承受电抗器运转发生的负荷和四周环境的感化，这些负荷的总和、强度和感化时间决定绝缘材料的使用寿命.
四、电抗器参数的定义及计算公式
电抗器与并联电容器组相串联的回路所接入的电力零碎的额定电压.
电抗器通过工频额定电流时，一相绕组两端的电压方均根值.
电抗器在工频额定端电压和额定电流时的视在功率.
单相电抗器的额定容量S=U*I
三相电抗器的额定容量S=3U*I
额定电抗
电抗器通过工频额定电流时的电抗值.
X=1000U/IL=U/（I*2пf）*1000
二、干式电抗器的品种与用处
（2）
（一）、电抗器是一个大的电感线圈，根据电磁感应道理，感应电流的磁场老是障碍本来磁通的变更，如果本来磁通减少，感应电流的磁场与本来的磁场方向分歧，如果本来的磁通添加，感应电流的磁场与本来的磁场方向相反.
根据这一道理，如果突然发生短路故障，电流突然增大，在这个大的电感线圈中，要发生一个障碍磁通变更的反向电势E反，在这个反向电势E反的感化下，必定要发生一个反向的电流，达到限制电流突然增大的变更，起到限制短路电流的感化，从而保持了母线电压水平.
II负+4I故=5I负3I反=2I负
（二）、装设电抗器带来的长处：
1、选用遮断容量小的主开关（901）；
2、选用遮断容量小的线路开关（951958）；
3、小容量的开关体积小、占用空间小、占地面小；
4、降低了工程造价；
5、倒闸操纵方便；
（三）、装设电抗器带来的缺点：
电抗器正常工作时要耗费必定的电能，形成一些电压降，普通在5%摆布.
（四）、电抗器接线
1、变压器低压开关串联电抗器
2、母线分段电抗器
3、线路串联电抗器
4、变压器低压开关并联电抗
（五）、分裂电抗器的利用：
两头带抽头的分裂电抗器也得到了广泛的利用，如：
东郊变10kV侧分裂电抗器.
因为分裂电抗器的两个歧路有电磁的联系，是以，正常情况下，它所呈现的电抗值比较小，压降也小，当任何一个歧路有短路时，电抗值变大，从而能无效地限制短路电流.
电抗器计算公式
电抗器计算公式.各种电抗器的计算公式
090715:
41
（六）、普通串联电抗器电抗率的选择方法：
在实际工程利用中，我们会碰到因为电抗器的电抗率选择不当，至使零碎中的谐波放大或与零碎发生谐振，对电网形成干扰的成绩，上面本人结合实际工程中的经验，浅介普通串联电抗器如何选择电抗率.
仅用于限制涌流时，电抗率宜取0.1%到1%；不考虑布景谐波时，当并联电容器安装接入电网处含有5次及以上谐波时，电抗率宜取4.4%到6%；当并联电容器安装接入电网处含有3次及以上谐波时，电抗率宜取12%；而对于布景谐波，配置电抗率应遵守阔别准绳，如布景含有5次谐波，宜配置电抗率为1%的电抗器.
上面由电抗器的电抗率的计算公式 （N为谐振点，XK%为电抗率）对电抗率的选择方法进行分析.
若不考虑布景谐波，当并联电容器安装接入电网处含有5次及以上谐波时，以串电抗率为6%的电抗器为例，根据以上公式可以计算出LC歧路的谐振点在4.08处，此时对5次及以上谐波来说是感性的，不会对5次及以上谐波放大；而对于布景谐波，当并联电容器安装接入电网处含有5次布景谐波时，以串电抗率为1%的电抗器为例，根据以上公式可以计算出LC歧路的谐振点在10处，因为此时的谐振点离5次比较远，所以此时LC歧路的5次谐波阻抗也比较大，5次谐波电压就会在LC歧路上构成一个比较小的5次谐波电流，此时LC歧路是平安的.
四：
各种电抗器的计算公式
加载其电感量按下式计算:
线圈公式
阻抗（ohm）=2*3.14159*F（工作频率）*电感量（mH），设定需用360ohm阻抗，是以：
电感量（mH）=阻抗（ohm）÷（2*3.14159）÷F（工作频率）=360÷（2*3.14159）÷7.06=8.116mH
据此可以算出绕线圈数：
圈数=[电感量*{（18*圈直径（吋））+（40*圈长（吋））}]÷圈直径（吋）
圈数=[8.116*{（18*2.047）+（40*3.74）}]÷2.047=19圈
空心电感计算公式
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zhaizl
空心电感计算公式：
L（mH）=（0.08D.D.N.N）/（3D+9W+10H）
D线圈直径
N线圈匝数
d线径
H线圈高度
W线圈宽度
单位分别为毫米和mH..
空心线圈电感量计算公式:
L=（0.01*D*N*N）/（l/D+0.44）
线圈电感量l单位:
微亨
线圈直径D单位:
cm
线圈匝数N单位:
匝
线圈长度l单位:
cm
频率电感电容计算公式:
L=25330.3/[（f0*f0）*c]
工作频率:
f0单位:
MHZ本题f0=125KHZ=0.125
谐振电容:
c单位F本题建义c=5001000pf可自行先决定,或由Q值决定
谐振电感:
L单位:
微亨
线圈电感的计算公式
1.针对环行CORE，有以下公式可利用:
（IRON）
L=N2．ALL=电感值（H）
HDC=0.4πNI/lN=线圈匝数（圈）
AL=感应系数
HDC=直流磁化力I=通过电流（A）
l=磁路长度（cm）
l及AL值大小，可参照Micrometal对照表.例如:
以T5052材，线圈5圈半，其L值为T5052（暗示OD为0.5英吋），经查表其AL值约为33nH
L=33．（5.5）2=998.25nH≒1μH
当流过10A电流时，其L值变更可由l=3.74（查表）
HDC=0.4πNI/l=0.4×3.14×5.5×10/3.74=18.47（查表后）
即可了解L值降低程度（μi%）
2.介绍一个经验公式
L=（k*μ0*μs*N2*S）/l
其中
μ0为真空磁导率=4π*10（7）.（10的负七次方）
μs为线圈内部磁芯的绝对磁导率，空心线圈时μs=1
N2为线圈圈数的平方
S线圈的截面积，单位为平方米
l线圈的长度，单位为米
k系数，取决于线圈的半径（R）与长度（l）的比值.
计算出的电感量的单位为亨利.
k值表
2R/lk
三订交流进线电抗器的设计计算
当选定了电抗器的额定电压降ΔUL，再计算出电抗器的额定工作电流I当前，就可以计算电抗器的感抗XL.电抗器的感抗XL由式（3）求得：
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XL=ΔUL/In（Ω）（3）
有了以上数据便可以对电抗器进行结构设计.
电抗器铁芯截面积S与电抗器压降ΔUL的关系，如式（4）所示：
式中：
ΔUL——单位V；
f——电源频率（Hz）；
B——磁通密度（T）；
N——电抗器的线圈圈数；
Ks——铁芯迭片系数取Ks=0.93.
电抗器铁芯窗口面积A与电流In及线圈圈数N的关系如式（5）所示：
A=InN/（jKA）（5）
式中：
j——电流密度，根据容量大小可按2～2.5A/mm2选取；
KA——窗口填充系数，约为0.4～0.5.
铁芯截面积与窗口面积的乘积关系如式（6）所示：
SA=UI/（4.44fBjKsKA×10－4）（6）
由式（6）可知，根据电抗器的容量UI（=ΔULIn）值，选用适当的铁芯使截面积SA的积能符合式（6）的关系.
假设选用B=0.6T，j=200A/cm2，Ks=0.93，KA=0.45，设A=1.5S,则电抗器铁芯截面与容量的关系为：
为了使进线电抗器有较好的线性度，在铁芯中应有适当的气隙.调整气隙，可以改变电感量.气隙大小可先选定在2～5mm内,通过实测电感值进行调整.
来源:
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电抗器电感量的测定
1直流电抗器LDC电感量的测定 铁芯电抗器的电感量和它的工作状况有很大关系，而且是呈非线性的，所以应尽可能使电抗器处于实际工作条件下进行测量.图4所示是测量直流电抗器的电路.在电抗器上分别加上直流电流Id与交流电流I～，用电容C=200μF隔开交直流电路，测出LDC两端的交流电压U～与交流电流I～，可由式（9）、式（10）式近似计算电感值L.
2交流电抗器电感量的测定 带铁芯的交流电抗器的电感量不宜用电桥测量，因为测电感电桥的电源频率一般是采用1000Hz，因此测电感电桥只可用于测量空心电抗器.
对于用硅钢片叠制而成的交流电抗器，电感量的测量可用工频电源的交流电压表——电流表法测量，如图5所示.通过电抗器的电流可以略小于额定值，为求精确可以用电桥测量电抗器线圈内阻rL，每相电感值可按式（11）计算：
式中：
U——交流电压表的读数（V）；
I——交流电流表的读数（A）；
rL——电抗器每相线圈电阻（Ω）.
由于电抗器线圈内阻rL很小，在工程计算中常可忽略
五：
经典问答
1：
滤波电抗器的道理
滤波电抗器也就是滤波电感，说白了就是线圈.交流电经半波或全波整流后，其波形起伏变更很大，对于一些请求较高的场合，如许的电源是没法使用的.交流电流经电感线圈时，线圈会发生自感电动势，此电动势会随着电流波形的变更而变更，并老是要禁止原电动势的增大或减小，输入电流增大时，自感电动势会禁止电流增大，输入电流减小时，自感电动势会禁止电流减小，从而达到减小波形的起伏的感化，就像一根曲折的绳子穿过一根不太大的管子一样，绳子会被捋直.感抗等于电感和频率的积，当电流频率高到必定程度时，感抗就很大了，如许对于高频率交流电来说，电感就想当因而开路的，如许可以在电路中起到一个阻隔高频的感化，而让直流电流和低频的电流通过，也就是可以滤掉高频波.
2：
电抗器的感化是什么啊.只是起滤波感化吗？
电容串联用电抗器次要有两个感化：
1、按捺合闸是的冲击涌流，由电路道理我们晓得，电容器没充电前电压为0V，且电容器两端电压不克不及突变，所以电容器在投入瞬间理论上相当于短路，当电网电压不过零时投入
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