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出品｜正爾科技 撰寫｜潘鵬 一、電力電容器簡(jiǎn)介 電力電容器主要應(yīng)用在電力系統(tǒng)，但在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備及高電壓試驗(yàn)方面也有廣泛地應(yīng)用。按使用電壓的高低可分為高壓電力電容器和低壓電力電容器，以額定電壓1000V為界。高壓電力電容器一般為油浸電容器，而低壓電力電容器多為自愈式電容器（在金屬化電容器問世前也生產(chǎn)油浸低壓電容器），自愈式電容器也稱金屬化電容器。 1.名詞解釋 （1） 電容： 電容器的電容是表征電容器儲(chǔ)存電荷能力的參數(shù)。 電容值稱為電容量，計(jì)量單位為法拉（F），常用派生單位為微法（μF）、微微法（μμF或pF）。 （1）電容器的容量 在交流電壓作用下，電容器的容量（或無功功率）為式中 — 電容器的電容電流 （）； — 對(duì)電容器施加的電壓 （kV）； — 施加電壓的頻率 （）； — 電容器的電容 （）。 2. 電力電容器的分類和用途 （1） 并聯(lián)電容器 并聯(lián)電容器是并聯(lián)補(bǔ)償電容器的簡(jiǎn)稱，與需補(bǔ)償設(shè)備并聯(lián)連接于50Hz或60Hz交流電力系統(tǒng)中，用于補(bǔ)償感性無功功率，改善功率因數(shù)和電壓質(zhì)量，降低線路損耗，提高系統(tǒng)或變壓器的輸出功率。 并聯(lián)電容器又由可分為： (a) 高壓并聯(lián)電容器，其額定電壓在1.0kV以上，大多為油浸電容器； (b) 低壓并聯(lián)電容器，其額定電壓在1.0kV及下，大多為自愈式電容器，以前曾生過油浸低壓電容器?，F(xiàn)在已經(jīng)不多見了； (c) 自愈式低壓并聯(lián)電容器，其額定電壓在1.0kV及下； (d) 集合式并聯(lián)電容器（也稱密集型電容器），準(zhǔn)確地說應(yīng)該稱作并聯(lián)電容器組，額定電壓在3.5～66kV； (e) 箱式電容器，其額定電壓多在3.5～35kV，與集合式電容器的區(qū)別是：集合式電容器是由電容器單元（單臺(tái)電容器有時(shí)也叫電容器單元）串并聯(lián)組成，放置于金屬箱內(nèi)。箱式電容器是由元件串并聯(lián)組成芯子，放置于金屬箱內(nèi)。 (2) 串聯(lián)電容器 串聯(lián)連接于50Hz或60Hz交流電力系統(tǒng)線路中，用以補(bǔ)償電力線路的感抗，減少線路電壓降落，增大傳輸容量，提高線路電壓的穩(wěn)定性。其額定電壓多在2.0kV以下。 (3) 交流濾波電容器 與電抗器、電阻器連接在一起組成交流濾波器，接于50Hz或60Hz交流電力系統(tǒng)中，用來對(duì)一種或多種諧波電流提供低阻抗通道，降低網(wǎng)絡(luò)諧波水平，改善系統(tǒng)的功率因數(shù)。其額定電壓在15kV及以下。 (4) 耦合電容器 在電力線路載波（PLC）系統(tǒng)中利用高電壓輸電線路作為通訊的載體，在接收端通過耦合電容器將輸電線路中的高壓電隔離取出高頻載波信號(hào)，其額定電壓多為110/√3～500/√3kV。 (5) 直流濾波電容器 用于高壓整流濾波裝置及高壓直流輸電中。濾除殘余交流成份，減少直流中的紋波，提高直流輸電的質(zhì)量。其額定電壓多在12kV左右。 3.電力電容器裝置 由單臺(tái)電容器與其它有關(guān)器件配套組成的滿足一定要求的設(shè)備。 (1)并聯(lián)補(bǔ)償電容器裝置（TBB） 變電、輸電和用電設(shè)備中大都是感性負(fù)荷，這就加大了輸變電設(shè)備的視在功率，加大了系統(tǒng)中的電流。在系統(tǒng)中并聯(lián)接入電容器裝置后，由于流過電容器的容性電流與系統(tǒng)中的感性電流相位相反，抵消一部分感性電流，因而減少了系統(tǒng)中的電流，減輕了輸變電設(shè)備的負(fù)荷。提高了輸出能力，也就是提高了功率因數(shù)。 電容器作為無功補(bǔ)償應(yīng)用時(shí)，一般大多是成組成套裝置。 電容器的無功補(bǔ)償作用原理如圖1.1所示 圖1.1 電容器無功補(bǔ)償原理圖 并補(bǔ)電容器裝置的接線圖入圖1.2所示 圖1.2并聯(lián)補(bǔ)償電容器裝置接線圖 圖中： QS —斷路器，其作用是關(guān)、合電容器組； QF —隔離開關(guān)，其作用是：在開斷電容器組后打開，以防止斷路器誤合造成事故。操作順序是在斷路器開斷后打開，在斷路器合閘前先關(guān)合； K —接地開關(guān)，在斷路器合閘前打開，在斷路器開斷后合上，以防止斷路器誤合造成人身或設(shè)備事故； BL —避雷器，現(xiàn)多用金屬氧化物避雷器，以前曾用碳化硅避雷器，現(xiàn)在幾乎已被淘汰，其作用是過電壓保護(hù)（雷電過電壓和操作過電壓）； RD —熔斷器，其作用是切除單臺(tái)故障電容器，在設(shè)備安全允許切除臺(tái)數(shù)之內(nèi)時(shí)，讓電容器裝置繼續(xù)運(yùn)行； FD —放電線圈，其作用是在裝置退出運(yùn)行時(shí)，將電容器中殘存的電荷放掉，其具體要求是在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，5s），電容器兩端的殘存電壓降到規(guī)定值（標(biāo)準(zhǔn)歸規(guī)定，50V），以保證人員和裝置在再次合閘的安全。放電線圈的二次電壓提供繼電保護(hù)的信號(hào)； L —串聯(lián)電抗器，其作用是抑制合閘涌流和抑制電力系統(tǒng)的諧波放大。當(dāng)僅需抑制合閘涌流時(shí)選擇電抗率為0.1％～1％的串聯(lián)電抗器，當(dāng)需抑制5次諧波放大時(shí)選用電抗率4.5％—6％的電抗器，當(dāng)需抑制3次諧波放大時(shí)選用電抗率12％～13％的電抗器。 電抗率一般用K表示，其數(shù)值為電抗器的感抗與電容器的容抗的比值百分?jǐn)?shù)表示,即K=XL/XC ,XL=ωL,XC=1/ωC。 4.電力電容器的絕緣材料 絕緣材料是起絕緣作用材料的總稱，在電容器中兩極板之間的絕緣材料通常稱為介質(zhì)。 1.電容器中常用的絕緣材料 電力電容器中使用的介質(zhì)有氣體、液體和固體之分，除了標(biāo)準(zhǔn)電容器使用氣體介質(zhì)以外，其它均只使用液體和固體介質(zhì)。 按使用固體介質(zhì)的種類不同電力電容器可分為：用電容器紙和絕緣油作為介質(zhì)的全紙電容器（我國早期生產(chǎn)的電容器—第一代產(chǎn)品，現(xiàn)已不再生產(chǎn)）；用電容器紙、聚丙烯薄膜和絕緣油作為介質(zhì)的復(fù)合介質(zhì)電容器（第二代產(chǎn)品，現(xiàn)在生產(chǎn)量也已很少）；用聚丙烯薄膜和絕緣油作為介質(zhì)的全膜電容器（目前生產(chǎn)的主要產(chǎn)品）。固體介質(zhì)承擔(dān)電容器兩電極間的大部分電壓，液體介質(zhì)絕緣油主要作用是充滿兩極間和電容器內(nèi)部的一切空隙以提高局部放電性能，同時(shí)也承擔(dān)小部分電極間電壓和散熱作用。 電力電容器中應(yīng)用的氣體絕緣材料介質(zhì) 1）氣體作為電介質(zhì)的最大優(yōu)點(diǎn)是介質(zhì)損耗特別小，最大缺點(diǎn)是絕緣強(qiáng)度低，目前僅用于標(biāo)準(zhǔn)電容器，就是利用介質(zhì)損耗小的優(yōu)點(diǎn)，又因絕緣強(qiáng)度低，所以都用壓縮氣體以提高絕緣強(qiáng)度。應(yīng)用種類主要有純凈而干燥的空氣、氮?dú)?、六氟化硫?/span> 2）液體絕緣介質(zhì) 液體介質(zhì)在電容器中雖承受一定的電壓，但其主要的作用填充固態(tài)絕緣材料（介質(zhì)）間的全部空隙，防止因空隙中殘留的氣體而發(fā)生局部放電影響電容器的使用壽命。另一作用是有利于散熱。 電容器中應(yīng)用的液體介質(zhì) 電容器油（英文縮寫為MO）：最早的應(yīng)用材料，現(xiàn)已被更優(yōu)良的液體介質(zhì)所代替；烷基苯（英文縮寫為AB）：全稱為十二烷基苯，亦已很少應(yīng)用，也是因?yàn)楸恍阅芨玫慕橘|(zhì)所代替；二芳基乙烷（英文縮寫為PXE和PEPE兩種）：又稱S油――源于日本的稱呼，有苯基二甲苯基乙烷（PXE）和苯基乙苯基乙烷（PEPE），后者因其凝固點(diǎn)較低也稱低溫S油；異丙基聯(lián)苯（英文縮寫為IPB）；芐基甲苯（英文縮寫為M/DBT）：是單芐基甲苯和雙芐基甲苯的混合物，也稱C101――源于法國的稱呼；AS-40 ：為單芐基甲苯和二苯基乙烷的摻合物，由日本制造；氯化聯(lián)苯（PCB）：由于毒性較大很難于降解以不被應(yīng)用。 5.自愈式電容器的簡(jiǎn)單介紹 自愈式電容是一種在其介質(zhì)發(fā)生擊穿時(shí)能迅速自動(dòng)恢復(fù)其性能的一種電容器，在這種電容器中其電極是采用蒸發(fā)在介質(zhì)（聚丙烯薄膜等）上的金屬層（鋁、鋅、鋁鋅、銀鋅合金等）。也稱金屬化電容器，介質(zhì)的厚度在6～12μm,金屬層的厚度在0.01～0.03μm，由于金屬層很薄，在介質(zhì)擊穿時(shí)產(chǎn)生的熱量使擊穿點(diǎn)附近的金屬揮發(fā)，該點(diǎn)又恢復(fù)了絕緣性能，這種現(xiàn)象稱為自愈。值得注意的是，往往由于擊穿時(shí)聚丙烯被熔化，與熔化電極的金屬混合，絕緣性能有較大的不確定性，有時(shí)無法恢復(fù)絕緣性能，即所謂自愈失敗。大多數(shù)自愈式電容器用于低電壓（1000V及以下電力系統(tǒng)）系統(tǒng)，但也有用于高電壓系統(tǒng)中。 自愈式電容的元件是將金屬化后的薄膜介質(zhì)卷繞在絕緣管上形成的，通常將卷繞好的元件裝入鋁筒或絕緣筒中，根據(jù)使用電壓和容量的大小由一只或幾只元件串并聯(lián)組成一臺(tái)電容器。在電容器的殼內(nèi)填充液體絕緣物（蓖麻油、菜子油等），當(dāng)填充物為固體絕緣物（桎石或石臘）時(shí)稱為干式自愈式電容器。再用于高電壓系統(tǒng)就稱為干式高壓自愈式電容器。電容器內(nèi)部都有保護(hù)裝置（如 壓力保護(hù)、溫度保護(hù)、熔絲保護(hù)等）和放電裝置。 二 、電力電容器制造工藝要點(diǎn) 電力電容器的制造工藝過程可以通過參觀現(xiàn)場(chǎng)了解，在此不作具體介紹。僅對(duì)工藝要點(diǎn)作一闡述。 電力電容器在所有高壓電器中（比如：變壓器、電機(jī)、電纜等等），工作電場(chǎng)強(qiáng)度（簡(jiǎn)稱場(chǎng)強(qiáng)）是最高的，也是為數(shù)不多的工作在均勻場(chǎng)強(qiáng)中的電器（極間），因此對(duì)于制造環(huán)境和工藝過程也是最嚴(yán)格的。 在高電壓絕緣結(jié)構(gòu)中，都不可避免的要求盡量減少絕緣材料中（含組合材料間）的雜質(zhì)（主要是灰塵）、水分和空氣。在電力電容器制造過程中則要求更高。因此可以說，在電容器制造過程中對(duì)原材料和工作環(huán)境的要求是最高的。 對(duì)有關(guān)關(guān)鍵點(diǎn)作以下論述： 1.原材料 ①作電極材料的鋁箔 鋁箔是在凈化條件下生產(chǎn)的，并密封包裝運(yùn)輸，我們要做的是防止在使用過程中的污染。 對(duì)于使用的其它金屬材料，如電氣連接用的銅絞線、銅片等也要潔凈。 ②作為介質(zhì)用的聚丙烯薄膜 聚丙烯薄膜也是在凈化條件下生產(chǎn)的，并密封包裝運(yùn)輸，同樣要求防止在使用過程中污染。 對(duì)于使用的其它絕緣材料，如電纜紙、電工紙板等也要潔凈。 ③作為介質(zhì)使用的絕緣油 絕緣油在出廠時(shí)的含水、含氣量都大于使用要求，有時(shí)還含有雜質(zhì)和酸含量較高，在使用前都要進(jìn)行凈化處理（真空脫水、脫氣，用白土去除雜質(zhì)和降低酸值），去除或降低其含量，達(dá)標(biāo)后方能使用。 2.關(guān)鍵工序 ①元件卷制 要按工藝要求嚴(yán)格控制卷制間的潔凈度，不達(dá)標(biāo)就不能生產(chǎn)，否則因灰塵落入電容器的電極間會(huì)發(fā)生極間短路的嚴(yán)重后果。其道理很簡(jiǎn)單，電容器極間工作場(chǎng)強(qiáng)設(shè)計(jì)的本來就很高，在灰塵處使原本極間的均勻的電場(chǎng)發(fā)生了畸變，局部場(chǎng)強(qiáng)變得更高，存在極間擊穿的隱患。這是電容器在使用過程中發(fā)生擊穿損壞的主要原因。 除了生產(chǎn)環(huán)境的嚴(yán)格要求外，在卷制元件時(shí)要控制好鋁箔和聚丙烯薄膜的張力配合，防止鋁箔或聚丙烯薄膜出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象，在褶皺處同樣也會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)畸變，大大提高該處的場(chǎng)強(qiáng)。影響使用壽命甚至極間擊穿損壞。 ②真空浸漬 在完成電容器內(nèi)部的一切裝配工作后，僅留有一或二個(gè)注油、排氣孔與外部相通，等待注油的電容器放入真空干燥浸漬罐內(nèi)，留有的孔通過管道與真空泵和儲(chǔ)油罐連接。 放入罐內(nèi)的電容器首先是進(jìn)行真空干燥處理，加溫和抽真空都是為加快干燥速度，使電容器內(nèi)部的水分和空氣最大限度的排出，在高真空度環(huán)境下注入處理合乎要求的絕緣油，并一直保持至注油結(jié)束。整個(gè)過程應(yīng)嚴(yán)格按工藝文件要求執(zhí)行。 排出水分是為了提高電極間的絕緣性能和減少介電損耗。排出空氣是為了提高局放性能。 這一工序的要點(diǎn)是真空度和注油速度，真空度不夠，電容器內(nèi)部就會(huì)殘留氣體，注油速度過快就會(huì)影響極間氣體的排出，這是局部放電（簡(jiǎn)稱局放）性能不達(dá)標(biāo)的主要原因。局放性能差是電容器壽命短的注意原因。 真空浸漬的方式有：?jiǎn)纬閱巫⑹胶蛦纬殡p注式。以前曾采用過浸泡室真空浸漬方式，現(xiàn)在已經(jīng)基本淘汰。 三 、高壓電力電容器的試驗(yàn) 試驗(yàn)種類 電力電容器的試驗(yàn)分為出廠試驗(yàn)（例行試驗(yàn)）、型式試驗(yàn)、驗(yàn)收試驗(yàn)和研究性試驗(yàn)和特殊性試驗(yàn)。 1）出廠試驗(yàn) 出廠試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)產(chǎn)品是否符合設(shè)計(jì)圖樣，其電性能及密封性是否達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件的要求，因此，出廠試驗(yàn)應(yīng)對(duì)每臺(tái)產(chǎn)品進(jìn)行。出廠試驗(yàn)的項(xiàng)目有： a) 電容測(cè)量； b) 電容器損耗角正切（tanδ）測(cè)量； c) 端子間電壓試驗(yàn)； d) 端子與外殼間交流電壓試驗(yàn)； e) 內(nèi)部放電器件試驗(yàn)； f) 密封性試驗(yàn)； g) 內(nèi)部熔絲的放電試驗(yàn)。 2）型式試驗(yàn) 型式試驗(yàn)的目的是全面檢驗(yàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是否合理，生產(chǎn)工藝是否良好，產(chǎn)品的性能是否能全面達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件的要求，并可為評(píng)價(jià)產(chǎn)品水平和可靠性提供依據(jù)，當(dāng)新產(chǎn)品制出時(shí)，在試品上進(jìn)行型式試驗(yàn)。型式試驗(yàn)的項(xiàng)目有： 型式試驗(yàn) a) 熱穩(wěn)定性試驗(yàn)； b) 高溫下電容器損耗角正切（tanδ）測(cè)量； c) 端子與外殼間交流電壓試驗(yàn)（對(duì)地耐壓試驗(yàn)）； d) 端子與外殼間雷電沖擊電壓試驗(yàn)； e) 短路放電試驗(yàn)； f) 電容器配用的外部熔斷器的試驗(yàn)； g) 內(nèi)部熔絲的隔離試驗(yàn)； h）局部放電試驗(yàn)。 3）驗(yàn)收試驗(yàn) 驗(yàn)收試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)產(chǎn)品在運(yùn)輸、儲(chǔ)存或安裝中是否受到損傷，主要性能指標(biāo)是否達(dá)到要求，該試驗(yàn)是在用戶收到產(chǎn)品后或投入運(yùn)行前進(jìn)行。試驗(yàn)項(xiàng)目可以采用出廠試驗(yàn)的項(xiàng)目或選擇其中一部分。 4）研究性試驗(yàn) 研究性試驗(yàn)是為了開發(fā)新產(chǎn)品、特殊產(chǎn)品，采用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝時(shí)所進(jìn)行的一些項(xiàng)目的試驗(yàn)。 5）耐久性試驗(yàn)（特殊試驗(yàn)） 耐久性試驗(yàn)是對(duì)元件（其介質(zhì)設(shè)計(jì)和介質(zhì)組合）以及組裝成電容器單元的這些元件的制造工藝進(jìn)行驗(yàn)證的試驗(yàn)。耐久性試驗(yàn)既費(fèi)時(shí)又昂貴，但可以覆蓋一定范圍的電容器設(shè)計(jì)。
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