低压无功补偿柜的设计改进

结合我国工业企业低压补偿柜的使用现状，总结了目前低压无功补偿柜设计中存在的问题，从电容器的选择/保护，柜体的设计方面为改进低压无功补偿柜设计提供思路。

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实行限制用电后，为提高用电质量，降低系统损耗，减少电费的支出，很多单位企业安装了无功功率补偿柜（以下简称PFC柜），因此，我们首先要了解无功功率补偿的原理，进而提出当前PFC柜设计中存在的问题并针对这些问题提出解决的思路。
一、无功补偿的基本原理
在电力系统中，电动机及其它有线圈（绕组）的设备是负载的主要形式，我们称为感性负载。这类负载将消耗一部分电功率来建立线圈磁场，额外的增加了电源的负担，功率因素COS?就是反映总电功率中有功功率所占的比例。
从理论公式P=UICOS?可以看出，功率因素的降低，为了维持有功功率，电流将增大，使线路的损耗加大，增加了电压损失，降低了供电的质量，不利于提高用电的效率。因此，在供电系统中，增加无功补偿设备，提高供电网络的功率因数，对电网降损节电，安全可靠的运行有着极为重要的意义。我国大部分供电公司规定用户的功率因素必须大于0.9 。
无功补偿最基本的形式就是提高感性负载的功率因数，也就是用适当容量的电容器与感性负载并联，这样就可以使电感中的磁场能量与电容器的电场能量进行交换，从而减少电源与负载间能量的互换，感性负载两端并联一个适当电容器后，可以有效提高功率因数，使功率因素COS?尽量接近1 。
二、目前PFC柜设计上的存在的问题
2.1 目前PFC柜的设计，基本上是假设负荷侧性质为线性状态来设计生产的，不能完全适应各种负荷性质的需要。取样信号一般都取线电压和相电流之间的相位差，电容柜投切仅以电压为约束条件,功率因数为投切阀值是不完善的,缺乏电容器投切后电压及无功变化的动态预算,作为反馈信号输入到控制器,避免产生投、切振荡的闭环技术措施。
没有考虑到投、切时电容产生的浪涌电流，交流接触器极易拉弧。以谐波污染为主要原由的配电网络，控制器没有设定约束条件，仅以过压作为保护条件，不能满足现行电网中的各种运行情况。
2.2 电容器的选型不当，相当一部分PFC柜仍然选用的是油浸式的电容，没有预充电电阻，电容器内部没有安全保障；在电路设计中，忽视对电容器的保护，相当一部分补偿柜仍然采用的是空气开关，使电容出现故障时不能及时切断回路，导致短路事故的发生，发生火灾，甚至导致整个配电柜烧毁。
2.3 PFC柜的柜体设计存在严重缺陷，不重视通风设计，导致电容器长期运行在规定温度以上，使电容器的使用寿命大幅降低；柜内存在的母排，开关、接触器、电容、电感等器件没有有效的隔离，当电容爆炸（任何好的保护都有可能失效）时会产生大量的电尘团，导致故障的扩大，甚至发生电气火灾。
三．改进PFC柜设计的探讨
针对目前市场上PFC柜在设计上存在的问题，本文主要从电容器的选型/保护及柜体的设计等方面提出改进的思路。
3.1.电容器的选择
3.1.1选择至少可以承受100*In的浪涌电流和电压高一个等级的电容（比如用440V电容取代400V电容），像FRAKO电容，可以承受200-300*In的浪涌电流。较高的电压等级和耐浪涌电流的能力，可以使电容在谐波存在的情况下，寿命更长。
3.1.2选择节能（能耗在0.2-0.5W/Kvar）环保型的干式电容，由于采用了自愈式和分段薄膜技术，电容器带有预充电电阻，内置保险，可以使把电容的灾难性的损坏变成渐进式的或自愈式的。不能选择油浸式的电容，不利于环保并有火灾的风险。