[科普中国]-电容效应

定义

在电感、电容串联的L-C回路中，如果容抗大于感抗，即回路固有振荡角频率 比电源角频率高时，在电源电压E作用下，回路中将流过电容性电流。容性电流在电感上的压降V1与电容上电压Vc反相，即Vc=E+V1。抬高了电容上的电压，这种现象称为电容效应2。

超高压输电线路电容效应超高压输电线路距离较长，输电线路的电容不能忽略，此时就必须考虑线路的电容效应。

作用效果长距离输电线路空载或轻载时由于线路容抗大于线路感抗，在电源电动势的作用下，线路中通过的电容电流在感抗上的压降将使容抗上的电压高于电源电动势，即空载线路上的电压高于电源电压，致使沿线电压分布不均，末端电压最高。这就是空载或轻载线路的电容效应，又称费兰梯效应(Ferranti effect)。超高压输电系统空载线路的电容效应是引起工频过电压的主要原因，这种过电压虽然对系统正常绝缘的电气设备一般没有危害 ，但在超高压远距离输电确定绝缘水平时却起着重要作用3。

作用原理超高压远距离输电线路，要考虑它的分布参数特征。对于三相对称、稳态、均匀的线路，可以取单相线路进行计算，计算时取正序参数。单相线路示意图如图1所示。

图中：Z1、y1分别为单位长度线路的阻抗和导纳， ； 分别表示距线路末端长度为x处的电压电流； ， 分别表示距线路末端x+dx处的电压电流。
线路末端电压U2和电流I2为已知值时的线路稳态方程为:

(1)
(2)
式中： 为线路传播系数，对架空线路来说， 、 ，为无损线路的波阻抗，L0、C0为线路单位长度的电感、电容。
对于空载无损线路：

则线路末端电压与首端电压关系为
(3)
距线路末端x处的电压为
(4)

由式(4)可见：均匀空载线路沿线电压呈余弦升高，末端电压最高。它主要起源于由输电线路对地电容引起的无功过剩，线路越长，无功过剩越多，从而沿线电压升高越明显。在我国超高压系统中，要求线路侧工频过电压不大于最高运行相电压的1.4倍，母线侧不大于1.3倍。因此，应当采取措施抑制工频电压升高3。

注意事项1)超高压输电线路在空载或轻载时会出现工频电压升高，如不采取措施，对设备绝缘及其运行条件产生重大影响，影响保护电器的工作条件和效果。

2)采用分段并联电抗器的无功补偿措施可有效抑制工频电压升高，沿线设置的并联电抗器数越多，效果越好。并联电抗器的数量和补偿度的确定应考虑技术和经济的因素。

3)仅一处并联电抗器时，在末端最佳；线路末端压将给变电站无功补偿、电压控制带来困难3。

限制措施为了限制电容效应引起的工频电压升高，在超高压电网中，广泛采用并联电抗器来补偿线路的电容电流，以削弱其电容效应4。