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并联电力电容器的结构及制造

已有 370 次阅读2014-6-21 10:43

7.1 并联电力电容器单元

7.1.1 油浸箔式高电压并联电力电容器单元的结构及制造

 高电压并联电力电容器通常为油浸式,其极板由铝箔构成,故称油浸箔式。主要由元件、绝缘件、连接件、出线套管和箱壳等组成,有的电力电容器内部还装设放电电阻和熔丝。

 电力电容器元件、绝缘件等制造和装配均在高度洁净(不劣于10000级)的环境中进行,然后按工艺要求对组装好的电力电容器进行严格的真空干燥处理,除去内部的水分、空气等,并用经过净化处理的绝缘油进行充分的浸渍,然后进行封口,使内外隔绝,防止介质受大气、水分作用而发生绝缘性能降低和早期老化,影响电力电容器的使用寿命和使用可靠性。

 下面对电力电容器的主要部件作一些介绍:

  (1)元件

 元件是电力电容器的基本电容单元,它是由电介质和被它隔开的电极所构成的部件。高压并联电力电容器中的元件通常由两张铝箔作极板、中间夹多层薄层固体介质卷绕后压扁而成。隐箔插引线片结构是电力电容器元件的传统结构,其极板利用率高,制作工艺简单。但由于在铝箔边缘和引线片上常有肉眼看不见的毛刺和尖角,使元件及引线片引出部位局部电场集中,在过电压的作用下,电场集中的地方会首先发生局部放电。为了防止早期损坏,电力电容器只能在较低的电场强度下工作。铝箔凸出折边结构是针对隐箔插引线片结构的缺点而作出改进的一种结构。两张铝箔分别向一边凸出于固体介质层之外,铝箔的另一边则向内折边,处于固体介质层边缘之内。元件不插引线片,而由凸出的铝箔引出和导入电流。这样就可基本消除边缘铝箔和引线片的毛刺和尖角对局部电场分布的不良影响,使电力电容器元件的局部放电起始、熄灭电压和击穿电压得到提高。由于与插引线片结构比较,元件的导电路径大大缩短,并消除了引线片与铝箔的接触电阻,所以这种结构的电力电容器的损耗更低。铝箔凸出折边结构的元件,其局部放电起始场强比不折边的元件高23%~43%。

 美国Cooper公司从上世纪90年代开始采用经激光分切的铝箔设计、制造电力电容器。铝箔经激光分切后,边缘呈圆柱。这种构造同样有利于降低铝箔边缘部位电介质和电场强度,从而提高电力电容器的电气性能。

 (2)箱壳

 高电压并联电力电容器通常采用1.5~2mm厚的冷轧薄钢板或不锈钢板制成的矩形箱壳,其机械强度较高,易于焊接和散热,也便于安装。电力电容器中的绝缘油因温度改变引起的体积变化可由箱壳大面的弹性变形来进行补偿调节。在箱壳上开有供配装接线端子套管的孔,并开有注油孔,箱壳窄面两侧焊有供搬运和安装用的吊攀。为了安全,箱壳上均装有供接地或固定电位用的接地片或接地螺栓。箱壳的焊接通常采用气体保护焊(一般为氩弧焊接),以减少箱壳的变形,提高焊接质量。箱壳的机械强度应满足相应的耐受爆破能量的要求。

 (3)套管和导电杆

 线路端子采用瓷质的油绝缘套管,外部采取多个伞裙的形式以增长爬电距离。表面涂釉烧结,其机械强度、工频击穿电压、外表干闪络、湿闪络和内腔油中闪络距离均应在套管设计时予以充分考虑。载流导体即导电杆采用铜棒,导电杆上端有螺纹,下端焊有铜绞线,载流密度一般不超过2.5A/mm2,铜绞线在套管腔内与电力电容器心子出线连接,表面有纸层或纸管覆盖。制造工艺良好的电力电容器,套管内腔应基本上充满绝缘油。套管与导电杆及套管与箱壳连接目前有两种方式,即钎焊式和装配式。装配式是将套管与导电杆法兰及套管与箱壳的连接部位制作成密封机构,嵌入橡胶密封圈加力压入,并注入密封胶。套管与导电杆及套管与箱壳连接部位强度不可能很高,在搬运、安装电力电容器时,应尽量避免直接受力,严禁拎套管。外部与电力电容器线路端子的连线应采用软导线,以免硬质导电排热胀冷缩时产生应力而破坏套管部位的密封,从而导致因电力电容器的密封问题而发生漏油现象。

 (4)绝缘件

 电力电容器内部的绝缘件主要由电缆纸及电工纸板经剪切、冲孔、弯折而制成,由其构成元件间、元件组间、心子对箱壳间、引出线对箱壳间、内部熔丝对元件间等处的绝缘。绝缘件的制作应在净化环境下进行。

 (5)内部熔丝

   并联电力电容器用内部熔丝是设置在电力电容器内部的有选择性的限流熔丝,设置方法是每个元件一个,故也称为元件熔丝。内部熔丝的动作是由元件击穿引起的,通过元件熔丝动作将故障元件瞬时断开,从而使该电力电容器单元的其余部分以及接有该电力电容器单元的电力电容器组继续运行。外部并联电力电容器数量和电源系统可达到的短路电流不影响内部熔丝的限流。

 应注意:内部熔丝对电力电容器内部连线之间的短路或带电部分与外壳之间的短路不提供保护。

 目前尚无对元件熔丝额定电流的定义及相应的试验方法。在设计中通常采用比元件最大电流大得多的电流作为元件熔丝的额定电流,这意味着其仅断开故障元件。元件熔丝应符合前面所述的隔离要求和承受要求。电压等级3kV 及以上容量较大的高压并联电力电容器单元内部均有元件的串并联,在一个元件击穿后,所有并联元件将其贮存能量的一部分释放到故障元件内,而工频电流被串联连接的剩余的完好元件限制。若电力电容器内部的元件均是先并后串,在电力电容器一个故障元件断开之后,电力电容器在相应降低了的容量下继续运行,这时与被断开的故障元件相并联的完好元件上的电压最高,约为初始电压的mn/[n(m-1)+1]倍(式中m为电力电容器单元中元件并联数,n为元件串联数),在Y形连接中性点不接地情况下,由于中性点位移,电压可能更高。

 (6)内部放电器件

 电力电容器单元是否需装内部放电电阻应视使用场合而定。如果电力电容器或电力电容器组额定电压属中压级,装设了放电线圈,则电力电容器单元中不必装放电电阻。若电力电容器组应用于超高压场合,无法装设放电线圈,那么电力电容器内部装设放电电阻就必不可少了。电力电容器单元中的放电器件是放电电阻,放电电阻接在电力电容器内部引出端之间,通常设置在电力电容器箱壳的顶盖下方。放电电阻应有足够的耐受电压能力和功率,特别应顾及到电力电容器极间可能进行直流耐压试验的情况。放电电阻通常由多个电阻串并联后组成,电阻之间和电阻与引出端子之间的连接必须可靠。

 单相电力电容器单元中的放电电阻值的计算式为:

 

 式中:R——放电电阻值,MΩ

 C——电容,μf

 UN——单元的额定电压,V

 UR——允许剩余电压,V

 t——从UN放电到UR的时间(S)

   电力电容器单元内装有放电电阻后也有不利的方面:电力电容器的损耗增大,由于增加了元器件可靠性有可能降低,成本增加。 


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