干式磁屏蔽電抗器優勢分析

【摘 要】為了解決普通電抗器的漏磁等問題，人們開發出了干式磁屏蔽電抗器，其具有諸多優點。通過分析干式磁屏蔽電抗器的結構和原理，對其的特點與優勢進行了總結。

【關鍵詞】磁屏蔽；電抗器；漏磁

0.引言

我國電力系統曾經廣泛應用普通干式空心電抗器，因為其結構簡單，運行維護方便。盡管普通干式空心電抗器有許多優點如機械強度高，絕緣程度高，以及良好的感抗值線性度等等，但是也存在明顯的缺點，特別是在電抗器周圍存在嚴重的磁通泄露，損耗加大，噪音明顯，低功率影響電能質量，漏磁嚴重會對周圍電子儀器產生影響，電磁污染嚴重。進入二十一世紀，電氣產品的發展趨勢傾向于節能、安全、環保，為了解決普通干式空心電抗器使用中的問題，人們成功地設計出了干式磁屏蔽電抗器，在普通空心電抗器的基礎上進行改進和創新，既解決了漏磁等問題，又保留著普通空心電抗器的特點，具有了安全環保、節能、可靠性強的特點。

1.電抗器的原理

空氣和導線的導磁率相似，普通電抗器的通路徑主要暴露在空氣中，在空氣中的磁通會發散到電抗器以外，出現漏磁現象。電抗器隨著體積的增加，由于磁通增大而使得漏磁現象加重。漏磁現象產生的感應渦流，會影響附近的金屬導體和閉合回路，使其發熱而損壞，所以我們安裝普通空心電抗器時，會有安全距離來保證漏磁現象不會對周圍設備造成損害。事實上，即便在安全距離之外，空心電抗器的漏磁現象也會影響到一些電子儀器的使用。而干式磁屏蔽電抗器多出了鐵心，鐵心的導磁率比空氣要大的多，很大程度上控制了磁通經過的路徑，盡可能避免了磁通發散到外圍。加裝鐵心可以使磁通的絕大部分路徑在鐵心內，有效地減少了漏磁。

2.干式磁屏蔽電抗器的優勢

2.1干式磁屏蔽電抗器結構優勢

普通的干式空心電抗器沒有屏蔽筒，磁通經過的路徑大部分是空氣，相比之下干式磁屏蔽電抗器中內外鐵心構成閉合回路，鐵心成為了磁通的主要路徑。干式磁屏蔽電抗器在主要結構上沒有太多變化，多根導線多層并聯組成了電抗器的圓筒式結構。圓筒式的屏蔽筒放置在電抗器線圈的內側和外側，屏蔽筒由許多鐵心片堆疊而成，（圖1）可以采取整體澆注的方法整體固化屏蔽筒與線包，避免鐵心受潮和震動，降低電抗器的噪音，有助于電抗器的安裝和使用。

圖1 干式磁屏蔽電抗器結構

2.2防漏磁優勢

空氣的導磁率比較低，鐵的導磁率比較大，相同的大小電感，干式磁屏蔽電抗器中線圈匝數遠比普通干式空心電抗器少，空心電抗器的磁通發散嚴重，在導線上的渦流損耗很大，對周圍的電器設備影響大；而磁屏蔽電抗器就能夠縮小體積，同時減小了電阻，磁力線被控制在內外鐵心里，干式磁屏蔽電抗器中內外鐵心構成閉合回路，磁通經過的大部分是鐵心，降低了電抗器導線的渦流損耗，也避免了漏磁，保證了電磁安全，使得外圍空氣中的漏磁大大減少，也減小了安裝時的安全距離。

我們來對比兩種電抗器的磁通路徑，普通電抗器內的磁通經過：空氣和導線（電抗器內部）—空氣（線圈上端）—空氣（電抗器外部）—空氣（線圈下端）—空氣和導線（電抗器內部）。

干式磁屏蔽電抗器內磁通經過：鐵心（線圈內）—空氣（線圈上端）—鐵心（線圈外）—空氣（線圈下端）—鐵心（線圈內），在通過鐵心時會有少量磁通經過鐵心附近的空氣。對比兩種電抗器的磁通路徑，因為鐵心的存在，干式磁屏蔽電抗器具有更好的導磁效果，比普通空心電抗器更具優勢。干式磁屏蔽電抗器減小了體積，減少了線圈匝數，也就減小了導線電阻，進一步減少了損耗，防漏磁優勢明顯，在電抗器實際使用中十分有效，也更安全。

2.3低損耗的優勢

普通空心電抗器的損耗嚴重，一方面是導線渦流，導線渦流在損耗中比例很大，另一方面是電阻損耗。從普通空心電抗器的磁通路徑可以看出，磁通穿過導線，產生渦流損耗。我們在選普通空心電抗器取導線直徑時，為了降低損耗選取直徑較小的導線。而干式磁屏蔽電抗器由于多出了鐵心，使得其線圈匝數不到原來的一半，減小了電阻，降低電阻損耗。導線渦流損耗方面，鐵心的加入改變了磁通路徑，磁通幾乎不穿過導線的，導線渦流被很大程度上削弱，損耗控制在很小的范圍內。加入鐵心之后，其鐵心由于磁通經過而產生損耗，不過電抗器降低的導線渦流損耗和電阻損耗，遠大于鐵心損耗，并不影響降耗的整體效果。干式磁屏蔽電抗器在實際應用中低損耗優勢也得到驗證，為電力系統節約大量能量。

2.4抗短路優勢

考慮一根導線上的電動力F:

F=BIL

其中：B——磁密，

L——導線長度，

I——電流；

由于多根導線多層并聯組成了電抗器的圓筒式結構，使得干式磁屏蔽電抗器的磁場分布十分復雜，我們分析線圈的受力情況，考察線圈上每根導線的電動力，它們的矢量和就是線圈所受合力。鐵心會把大部分磁通路徑控制在其內部，導線上的磁通減少，同時降低了導線磁密B。另外較少的線圈匝數使得導線可以更短，由磁密B和導線長度L以及電流I與電動力F的關系，可知此時導線的電動力比普通情況下減弱，整個線圈所受的力也變小，顯然能更好的抵抗短路電流產生的電動力的沖擊。在實際面對短路電動力沖擊時，干式磁屏蔽電抗器表現出了良好的抗沖擊能力。

2.5低噪聲優勢

在交變磁場的作用下，鐵心會發生磁場伸縮，在勵磁頻率的變換下，鐵心會發生振動，產生噪音。為了降低噪聲水平，采取鐵心和線包整體固化的方法，用環氧樹脂整體澆注，鐵心外包裹了牢固的保護層，同時被固定住，減弱了鐵心的振動，同時也降低了電抗器整體噪聲。在應用中，噪聲是影響使用環境十分重要的因素，電抗器的低噪聲優勢使其應用更加方便和廣泛。

2.6安裝使用優勢

同等情況下，其線圈匝數遠少于普通空心電抗器，線圈匝數減少使得我們可以減小電抗器的體積，對空間大小要求降低，安裝使用更方便。

3.總結

普通電抗器的磁通在其外發散，出現漏磁的現象，在電抗器周圍傳播，嚴重影響了周圍電子儀器正常工作，甚至危害人們的生活。干式磁屏蔽電抗器，降低了漏磁現象的危害，保證了磁通無法泄露到自身外部，周圍環境中的電子儀器得以正常工作，確保了人們的安全，并且節約了能量，提高了能量利用效率，保護了環境。與普通電抗器相比，干式磁屏蔽電抗器在每一個方面都更有優勢，更加適合實際使用。 [科]