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出品｜正爾科技 撰寫｜潘鵬 一、電力電容器簡介 電力電容器主要應用在電力系統(tǒng)，但在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備及高電壓試驗方面也有廣泛地應用。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存電荷能力的參數(shù)。 電容值稱為電容量，計量單位為法拉（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)補償電容器的簡稱，與需補償設(shè)備并聯(lián)連接于50Hz或60Hz交流電力系統(tǒng)中，用于補償感性無功功率，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。現(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），準確地說應該稱作并聯(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（單臺電容器有時也叫電容器單元）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，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)補償電容器裝置（TBB） 變電、輸電和用電設(shè)備中大都是感性負荷，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)。 電容器作為無功補償應用時，一般大多是成組成套裝置。 電容器的無功補償作用原理如圖1.1所示 圖1.1 電容器無功補償原理圖 并補電容器裝置的接線圖入圖1.2所示 圖1.2并聯(lián)補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（雷電過電壓和操作過電壓）； RD —熔斷器，其作用是切除單臺故障電容器，在設(shè)備安全允許切除臺數(shù)之內(nèi)時，讓電容器裝置繼續(xù)運行； FD —放電線圈，其作用是在裝置退出運行時，將電容器中殘存的電荷放掉，其具體要求是在規(guī)定的時間內(nèi)（標準規(guī)定，5s），電容器兩端的殘存電壓降到規(guī)定值（標準歸規(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的信號； 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。當僅需抑制合閘涌流時選擇電抗率為0.1％～1％的串聯(lián)電抗器，當需抑制5次諧波放大時選用電抗率4.5％—6％的電抗器，當需抑制3次諧波放大時選用電抗率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數(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，除了標準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，同時也承擔小部分電極間電壓和散熱作用。 電力電容器中應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)點是介質(zhì)損耗特別小，最大缺點是絕緣強度低，目前僅用于標準電容器，就是利用介質(zhì)損耗小的優(yōu)點，又因絕緣強度低，所以都用壓縮氣體以提高絕緣強度。應用種類主要有純凈而干燥的空氣、氮氣、六氟化硫。 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。 電容器中應用的液體介質(zhì) 電容器油（英文縮寫為MO）：最早的應用材料，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，亦已很少應用，也是因為被性能更好的介質(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用。 5.自愈式電容器的簡單介紹 自愈式電容是一種在其介質(zhì)發(fā)生擊穿時能迅速自動恢復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)擊穿時產(chǎn)生的熱量使擊穿點附近的金屬揮發(fā)，該點又恢復了絕緣性能，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，有時無法恢復絕緣性能，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），當填充物為固體絕緣物（桎石或石臘）時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)部都有保護裝置（如 壓力保護、溫度保護、熔絲保護等）和放電裝置。 二 、電力電容器制造工藝要點 電力電容器的制造工藝過程可以通過參觀現(xiàn)場了解，在此不作具體介紹。僅對工藝要點作一闡述。 電力電容器在所有高壓電器中（比如：變壓器、電機、電纜等等），工作電場強度（簡稱場強）是最高的，也是為數(shù)不多的工作在均勻場強中的電器（極間），因此對于制造環(huán)境和工藝過程也是最嚴格的。 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原材料和工作環(huán)境的要求是最高的。 對有關(guān)關(guān)鍵點作以下論述： 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，并密封包裝運輸，我們要做的是防止在使用過程中的污染。 對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，并密封包裝運輸，同樣要求防止在使用過程中污染。 對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 絕緣油在出廠時的含水、含氣量都大于使用要求，有時還含有雜質(zhì)和酸含量較高，在使用前都要進行凈化處理（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，達標后方能使用。 2.關(guān)鍵工序 ①元件卷制 要按工藝要求嚴格控制卷制間的潔凈度，不達標就不能生產(chǎn)，否則因灰塵落入電容器的電極間會發(fā)生極間短路的嚴重后果。其道理很簡單，電容器極間工作場強設(shè)計的本來就很高，在灰塵處使原本極間的均勻的電場發(fā)生了畸變，局部場強變得更高，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)境的嚴格要求外，在卷制元件時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，在褶皺處同樣也會產(chǎn)生電場畸變，大大提高該處的場強。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油罐連接。 放入罐內(nèi)的電容器首先是進行真空干燥處理，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。整個過程應嚴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。 這一工序的要點是真空度和注油速度，真空度不夠，電容器內(nèi)部就會殘留氣體，注油速度過快就會影響極間氣體的排出，這是局部放電（簡稱局放）性能不達標的主要原因。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：單抽單注式和單抽雙注式。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 試驗種類 電力電容器的試驗分為出廠試驗（例行試驗）、型式試驗、驗收試驗和研究性試驗和特殊性試驗。 1）出廠試驗 出廠試驗的目的是檢驗產(chǎn)品是否符合設(shè)計圖樣，其電性能及密封性是否達到有關(guān)標準和技術(shù)條件的要求，因此，出廠試驗應對每臺產(chǎn)品進行。出廠試驗的項目有： a) 電容測量； b) 電容器損耗角正切（tanδ）測量； c) 端子間電壓試驗； d) 端子與外殼間交流電壓試驗； e) 內(nèi)部放電器件試驗； f) 密封性試驗； g) 內(nèi)部熔絲的放電試驗。 2）型式試驗 型式試驗的目的是全面檢驗產(chǎn)品的設(shè)計是否合理，生產(chǎn)工藝是否良好，產(chǎn)品的性能是否能全面達到標準和技術(shù)條件的要求，并可為評價產(chǎn)品水平和可靠性提供依據(jù)，當新產(chǎn)品制出時，在試品上進行型式試驗。型式試驗的項目有： 型式試驗 a) 熱穩(wěn)定性試驗； b) 高溫下電容器損耗角正切（tanδ）測量； c) 端子與外殼間交流電壓試驗（對地耐壓試驗）； d) 端子與外殼間雷電沖擊電壓試驗； e) 短路放電試驗； f) 電容器配用的外部熔斷器的試驗； g) 內(nèi)部熔絲的隔離試驗； h）局部放電試驗。 3）驗收試驗 驗收試驗的目的是檢驗產(chǎn)品在運輸、儲存或安裝中是否受到損傷，主要性能指標是否達到要求，該試驗是在用戶收到產(chǎn)品后或投入運行前進行。試驗項目可以采用出廠試驗的項目或選擇其中一部分。 4）研究性試驗 研究性試驗是為了開發(fā)新產(chǎn)品、特殊產(chǎn)品，采用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝時所進行的一些項目的試驗。 5）耐久性試驗（特殊試驗） 耐久性試驗是對元件（其介質(zhì)設(shè)計和介質(zhì)組合）以及組裝成電容器單元的這些元件的制造工藝進行驗證的試驗。耐久性試驗既費時又昂貴，但可以覆蓋一定范圍的電容器設(shè)計。
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