電容器
八月
16
作者:
2016/8/16 下午 10:20
圖片來源：士林電機 低壓油式進相電容器
利用電容器能提供超前電流即進相功率的特性，將多段（或固定）電容器並聯在負載上，供給負載所需之無效功率，用以改善（提高）功率因數，以提升至0.95為原則，可降低幹線的電流，進而影響斷路器和管徑線徑之選用（設置費用），減少線路損失和壓降，降低變壓器之容量需求。
第 181 條 容量之決定應符合下列規定：
- 電容器之容量(WVAR)以改善功率因數至95 %為原則。
第 183 條 過電流保護應符合下列規定：
- 過電流保護之額定值或標置應以電容器額定電流之1.35倍為原則。
電容器容量試算
在運轉有效實功率（KW）不變情況下，採用電容器來提高功率因數至pf = 0.95以上，考慮變壓器之無效功率損失和配電盤之設備容量，計算提高功率因數至pf ＝0.95，所需的電容器容量KVAR。
- 變壓器二次側功率因數改善所需電容器之容量Qc ( KVAR )：
Q_C=配電盤 P（KW）×需量 DF×{tan[cos^(-1)(〖pf〗_1 ) ]-tan[cos^(-1)(〖pf〗_2 ) ] }
其中pf 1為改善前功率因數，pf 2為改善後功率因數 = 0.95
- 變壓器之無效功率損失Qtr ( KVAR )：
Q_tr=激磁電流之無效電力+漏電抗消耗之無效電力=變壓器之設備容量KVA×變壓器之激磁電流I_o (%)+變壓器之設備容量KVA×變壓器之阻抗Z(%)×(負載之容量KVA÷變壓器之設備容量KVA)^2
- 變壓器一次側功率因數改善所需電容器之容量 Qt ( KVAR )：
Q_t=配電盤P(KW)×需量DF×{tan[cos^(-1)(〖pf〗_tr ) ]-tan[cos^(-1)(〖pf〗_2 ) ] }
其中pf tr為改善前功率因數，pf 2為改善後功率因數 = 0.95
若該盤為變壓器二次側銜接子盤，功率因數要檢討至變壓器一次側（考慮變壓器的無效功率損失），也就是變壓器一次側的功率因數要達到95 %。
某配電盤之系統電壓為 380 V，總負載 S = P + jQ為1870 KVA = 1559.18 KW + j 1032.4 KVAR，需量DF為1，在運轉有效實功率 （KW） 不變情況下，採用電容器來提高功率因數至pf = 0.95，試求所需的電容器容量KVAR？
圖片來源：保帆企業 調諧電抗電容器組
- 控制開關為電容專用電磁接觸器+電抗器（MC+SR），不設管（空氣中），線長為1，置於盤內。
- 因送電瞬間電流極大，形同短路，為防止火花噴出，保護設備不可使用閘刀開關KS。
- 使用電容器改善功率因數前，若有需要，須先設定該盤的需量。
抑制諧波
在工廠中安裝了大量整流器、變頻器與馬達驅動器，這些負載都會引起諧波電流，即一波形頻率為基本波形頻率的整數倍，而基本波與諧波的合成波稱為失真波（如圖1、圖2）。
而諧波會引起 … 斷路器誤動作，電纜線過熱，破壞絕緣，照明閃爍，電動機過載與擾動等。
當並聯電容器改善功率因數的同時，為了避免因電感性負載並聯電容器，可能出現LC並聯共振而而放大諧波電流，通常會在電容器上串聯一個電抗器來抑制諧波電流。
電容器安裝於含諧波之回路時，一般應加裝 6%之串聯電抗器，第五諧波較高之回路應加裝 8%之串聯電抗器，電弧爐等第三諧波大之場所應加裝 13%或 15%之串聯電抗器，安裝於非固定投入之回路時應加裝 6%之串聯電抗器。
容抗 XC
X_C=1/(2×π×f×C)
其中XC（容抗）、f（頻率）、C（電容）各個參數的單位依次為Ω、HZ、F（Farad）。
感抗 XL
X_L=2×π×f×L
其中XL（感抗）、f（頻率）、L（電感）各個參數的單位依次為Ω、HZ、H（Henry）。
其中f0（共振頻率）參數的單位為HZ，也就是在電容器串聯一個6 %電抗器，共振頻率為 245 Hz，防第5次諧波300Hz共振。
若系統電壓為 380 V，試求容量為 5 KVAR之電容器的容抗值？
串聯電抗器之電感值選定
電容器容量Q（KVAR）換算電容C（μF）公式：
Q=2×π×f×C×〖V_C〗^2×〖10〗^(-9)
其中Q（電容器容量）、f（頻率）、C（電容）、VC（電容電壓）各個參數的單位依次為KVAR、HZ、μF、V。
故電容C（μF）
C= (Q×〖10〗^9)/(2×π×f×〖V_C〗^2 )（μF） = (Q×〖10〗^3)/(2×π×f×〖V_C〗^2 ) （F）
將電容C（F）帶回容抗公式
X_C=1/(2×π×f×C)=〖V_C〗^2/(Q×〖10〗^3 )
串聯 6%電抗器之電感值
XL = 2 * π * f * L = XC * 6 % = XC * 0.06
X_L=2×π×f×L =X_C×0.06=〖V_C〗^2/(Q×〖10〗^3 )×0.06
故電感L值
L= (〖V_C〗^2×0.06)/(2×π×f×Q×〖10〗^3 ) （H）
某配電盤採12段，每段容量為80KVAR，電壓等級為480V之電容器來改善功率因數。欲在電容器上串聯 6%電抗器抑制諧波，試求此電抗器之電感值 mH？
電容器之電壓昇
當串聯電抗器使用時，電容器之端電壓將會提昇1/（1 - L）倍，其中P為感抗與容抗比，XL / XC，若採6%電抗器，容許電壓變動率 ± 10%，則電容器之電壓昇VC為
V_c=V_r×1/(1-P)×1.1
電容器之電壓等級不得小於電容器之電壓昇VC。
欲採用電容器改善功率因數，並在電容器上串聯 6%電抗器以抑制諧波。若系統電壓為380 V，試求電容器應採之電壓等級？
電容器電壓提高後其容量變化之換算公式：
Q_1/Q_2 =〖V_1〗^2/〖V_2〗^2
其中Q1（所需電容量）、V1（系統電壓）、Q2（電壓提高後之容量）、V2（欲提高之電壓）各個參數的單位依次為KVAR、V、KVAR、V。
某配電盤系統電壓為 380 V，已知採用電容器來提高功率因數至pf = 0.95，所需的電容器容量為535.3 KVAR，欲在電容器上串聯 6%電抗器以抑制諧波，考慮電容器之電壓昇為444.68 V，故電容器之電壓等級採480 V，試求電容器所需之容量KVAR？
自動功率因數調整器
多段電容器，可利用自動功率因數調整器(APFR) 來追蹤功率因數之變化，可依照實際功率因數與目標功率因數之差別，自動增減電容器之並聯，達到目標功率因數的控制目的。
.jpg)
比流器（CT）：將大電流變成小電流（5 A或1 A），提供儀表或保護電驛使用，以達到系統保護及電流量測之目的，其一次側電流為幹線總開關之AT值
比壓器（PT）：將高電壓變成低電壓（120 V 或110 V），可量測電壓和功率因數，並提供儀表、配電盤的照明及保護電驛之控制電源，其一次側電壓為配電盤的線電壓。