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                                      电力电容器基础知识及常见运行问题①

                                      文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2020-12-15 11:14:00【

                                      电力电容器基础知识及常见运行问题

                                      1. 基本概念

                                      1.1 电容器(Capacitor)

                                      电容器由两块平行极板(铝箔) 和极板间的绝缘材料所组成:

                                      作用:存储和释放电荷的器件(充电和放电)

                                      电容器结构

                                      电工符号: C

                                      电路符号:电路符号

                                      电容量的基本单位: 法拉(F)

                                      常用单位:

                                      微法(μF)

                                      纳法(nF)

                                      皮法( PF)

                                      1F =10 6 μF =10 9 nF =10 12 PF

                                      1 μF =1000 nF

                                      1 nF =1000 PF

                                      1.2 电容器的电容

                                      电容量由下式决定:

                                      (1) 平板式:电容公式

                                      式中: A—极板面积, m 2

                                          d—极板间距, m

                                          εr —极板间介质的相对介电系数

                                      (2) 卷绕式采用卷绕式时,电容值近似等于该电容展开成平面时的一倍。 即:电容公式

                                       

                                      卷绕式电容元件

                                       

                                      1.3 常用电介质的分类

                                      1.3.1 气体电介质

                                      (1) 气体电介质的相对介电常数εr非常接近 1;

                                      (2) 电力电容器常用的气体电介质是六氟化硫(SF6)、氮气、空气等;

                                      SF6的特点:

                                      击穿强度:是空气的2~3倍。在0.3MPa下与常温下的绝缘油相当;

                                      灭弧能力:约为空气的100倍;

                                      tanδ:在0.1MPa时<5×10ˉ6

                                      1.3.2 固体电介质

                                      电力电容器中常用的固体电介质有如下几种:

                                      (1) 电容器纸

                                      优点: 浸渍性好,成本低,效益高,可实现自动化生产。

                                      缺点: 线膨胀系数大,易变形,电容量稳定性差,容易老化,耐热性低(< 80℃),机械强度低。

                                      (2) 塑料薄膜

                                      优点: 耐电强度和机械强度高,体积电阻系数高,稳定性好。

                                      缺点: 难以浸渍,通过采取特殊的工艺,也可提高浸

                                      渍效果;或者做成干式电容器。常用的塑料薄膜有:聚丙烯薄膜(简称PP膜)、聚脂薄膜等。

                                       

                                      1.3.3 液体电介质

                                      1)天然液体电介质

                                      变压器油、电容器油、电缆油、蓖麻油等矿物油和植物油。

                                      (2)合成化合物

                                      有异丙基联苯(IPB)、二芳基乙烷(PXE)、爱迪索油、二异丙基萘(KIS-400)、CPE等等,种类较多。

                                      电击穿强度: ≥ 45 kV/ 2.5mm

                                      表1.1 常用介质的相对介电系数

                                      表1.1 常用介质的相对介电系数

                                      1.3.4 氧化膜电介质

                                        以金属(常见的是铝或钽)的氧化膜作为电介质,以电解质作为另一电极。即所谓的电解电容器,这类电容器单个电容量可做到上万微法。电解电容器的特点是电极是有极性的,应用中正、负极不能接反。

                                       

                                        近年来有一种名为双电层电解电容器(又称为法拉电容器或超级电容器)的新型元件逐渐受到关注。它的等效电容量足以达到法拉级(甚至可以达到数万法拉)。 此类电容器完全可以作为电池使用,理论上可以经受无限次充放电循环,而且充电速度和能量转化率也远远高于普通化学电池,但单个超级电容耐压能力很弱,一般不会超过20V。通过串、并联组合可以提高工作电压,用于电能储存。

                                      1.4 交流电路中电容器的特性

                                      1.4.1 电压与电流的关系

                                      在交流电路中,电容器的电流在相位上超前于电压90度,这个特性正好与电抗器相反。

                                      图1.3 电容器和电抗器上的电压和电流相位

                                      1.4.2 频率与阻抗的关系

                                      电容器的阻抗与电源的频率成反比的关系,即:

                                      电容器的阻抗与电源的频率成反比的关系

                                      这一特性也正好与电抗器相反, 因为电抗器的阻抗与电源频率成正比的关系:

                                      电抗器的阻 抗与电源频率成正比的关系

                                      1.4.3 电容器和电抗器串联

                                      当电容器和电抗器串联时,回路中只有一个电流,此时电容器上的电压和电抗器上的电压方向相反,它们的合成电压是相减的关系。

                                      图1.4 L、 C串联电路

                                        当电容电压和电感电压大小相等时(即容抗等于感抗时),就称为串联谐振状态,此时电路中合成电抗电压为零,只剩下阻性电压。串联谐振回路中的电压、电流关系为:

                                      电流关系

                                      1.4.4 电容器和电抗器并联

                                        电容器和电抗器并联时,电路中只有一个电压,此时电容器上的电流与电抗器上的电流方向相反,它们的合成电流是相减的关系。当容性电流等于感性电流时, 称为并联谐振状态,此时电路中的合成电流只剩下阻性电流。

                                      L、 C并联电路

                                      并联谐振电路中电压和电流的关系为:

                                      并联谐振电路中电压和电流的关系

                                      1.4.5 电路谐振的条件

                                      电路谐振的条件是容抗与感抗相等,即XL=XC或:ωL=1/ωC,整理后可得谐振条件为:

                                      谐振条件

                                        从上式可知,通过调整电感L或电容C或调整频率f,都可以使试验回路达到谐振的状态。在谐振状态电路呈现纯电阻特性,电流的大小仅与电压和电阻有关,相位差总是为零,即cosφ=1。

                                       

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