电力电容器.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,*,电力电容器,康德斯特电气（中国）有限公司,2015,年,11,月,一、电力电容器分类,二、电力电容器的型号,三、电力电容器的用途,四、电力电容器的质量,五、电力电容器基本概念,六、电力电容器的补偿作用,七、电力电容器发展阶段及方向,八、低压充气时电力电容器（,GMKP,）,一、电力电容器分类,电力电容器按用途不同主要分类如下：,并联电容器(shunt capacitor),串联电容器(series capacitor),交流滤波电容器(AC filter capacitor),直流滤波电容器(DC filter capacitor),耦合电容器,电热电容器,脉冲电容器,均压电容器,防护电容器,标准电容器,一、电力电容器分类,额定电压在lkV以下的称为低压电容器，lkV以上的称为高压电容器。lkV以下的电容器都做成三相、三角形连接线，内部元件并联，每个并联元件都有单独的熔丝；高压电容器一般都做成单相，内部元件并联。外壳用密封钢板焊接而成；芯子由电容元件串并联组成，电容元件用铝箔作电极，用复合绝缘薄膜绝缘。电容器内一般用绝缘油（矿物油或十二烷基苯等）作浸渍介质。,二、电力电容器的型号,W-,户外型，,G-,高原型，户内型无字母,1-,单相，,3-,三相,额定容量，,kV,ar,额定电压，,k,V,；分子表示线电压，分数值表示相电压,设计序号，可略去,M-,全膜介质，,MJ-,金属化膜，,MH-,集合式，,F-,膜纸复合介质,A-,苄基甲苯，,B-,异丙基联苯，,C-,色拉油，,F-,二芳基乙烷，,K-,树脂，,G-,硅油，,S-,石蜡，,W-,烷基苯，,Z-,矿物油,B-,并联电容器,三、电力电容器的用途,并联电容器,主要用途：补偿电力系统感性无功功率，以提高功率因数，改善电压质量，降低线路损耗。,性能特点：能长期在工频交流额定电压下运行，且能承受一定的过电压。,三、电力电容器的用途,串联电容器,主要用途：串联接于工频高压输配电线路中，用以补偿线路的分布感抗，提高系统的静、动态稳定性、改善线路的电压质量、加长送电距离和增大输送能力。,三、电力电容器的用途,交流滤波电容器,主要用途：用于交流滤波装置中。,三、电力电容器的用途,直流滤波电容器,主要用途：用于直流滤波装置中，在直流输电工程使用较多。,三、电力电容器的用途,耦合电容器,主要用途：高压端接于输电线上，低压端经过耦合线圈接地，使高频载波装置在低电压下与高压线路耦合，实现载波通讯以及测量、控制和保护。,电热电容器,主要用途：用于频率为4024000Hz的电热设备系统中，用以提高功率因数，改善回路的电压或频率等特性。,脉冲电容器,主要用途：用于冲击电压和冲击电流发生器及振荡回路等高压试验装置。,均压电容器,主要用途：并接于断路器断口上，使各断口间的电压在开断时均匀。,防护电容器,主要用途：接于线、地之间，降低大气过电压的波前陡度和波峰峰值，配合避雷器保护发电机和电动机。,标准电容器,主要用途：作为标准电容，或用作测量高压的电容分压装置。,四、电力电容器的基本概念,d,w,L,U+,U-,电路图中用字母,C,表示电容器；,公式中字母,C,表示电容量。,电容器图形符号：,C,为电容量，单位：,F,（微法）,电容量：表征电容器容纳电荷的能力的物理量。在可以忽略其他因素影响时，电容量等于电容器的一个电极上贮积的电荷量与两电极之间的电压的比值。,+q,-q,+q,-q,介质,四、电力电容器的基本概念,元件和内部熔丝,元件：由电介质和被它隔开的电极所构成的部件。,元件,铝箔,铝箔,介质材料,内熔丝,内部熔丝：在电容器单元内部，元件间相串联的熔丝，简称内熔丝。,四、电力电容器的基本概念,单元,由一个或多个电容器元件组装于单个外壳中并有引出端子的组装体。,内熔丝元件,打包,装箱,四、电力电容器的基本概念,电容器模块,将电容器单元根据电容量配置组装在钢支架上形成的部件。,放电线圈模块,将放电线圈组装在钢支架上形成的部件。,四、电力电容器的基本概念,四、电力电容器的基本概念,电容器组,电气上连接在一起的一组电容器单元；或由电容器模块和放电线图模块组装置在一起的部件。,四、电力电容器的基本概念,电容器（成套）装置,电容器组及附件（如电抗器等）。,五、电力电容器的质量,（一）电容器质量描述,1、什么是质量？,按照质量管理的定义，质量是产品的适用性。具体到电容器，主要体现在以下几方面：,（1）适用性，适用的范围大小，例如温度、海拔、湿度、谐波含量、电压波动范围等；,（2）耐用性，也就是寿命；,（3）经济性，也就是价格；,（4）外观及实用性，使用是否简单方便；,（5）附加功能，例如智能电容器等；,（6）安全性，例如阻燃、防爆功能等。,五、电力电容器的质量,（二）影响电容器质量的因素？,按照质量管理的概念，影响产品质量的因素包含人、机、料、法、环等5个因素。在一定的条件下，例如设备、环境条件，一般是不会随意改变的，因此影响因素主要包括设计、材料、工艺等。产品的实用性、功能、外观主要由设计决定；产品的适用性、经济性主要由设计和材料决定；产品的耐用性、安全性由设计、材料、工艺决定。当然生产工人对产品质量起到至关重要的作用，特别是我们低压电容器，人为的因素特别重要。,五、电力电容器的质量,（三）电容器的寿命,电容器寿命曲线,四、电力电容器的质量,（四）影响电容器寿命的因素,1.电应力:贯穿于电容器生产到使用的全过程,理论上电压与寿命的关系为：电压提高10%,寿命约减少一半。电容器使用过程中，很少是由于电压高被击穿的，大多是由于电压高，发热量增大，温度升高而损坏的。电压与寿命的计算公式如下：,Un,：额定电压，,Tn,：额定电压下寿命，,U,：实际工作电压，,T,：实际工作电压下寿命,a=79,五、电力电容器的质量,（四）影响电容器寿命的因素,2.热应力:贯穿于电容器生产到使用的全过程,理论计算,温度提高10,寿命减半。生产过程中产生过温的原因：喷金工序、定型工序、浸渍工序、灌胶工序等。使用过程中产生过温的原因：环境温度高、谐波大、安装不合理（挨的太近、太多等）。,环境温度对电容器寿命影响的计算公式如下：,电容器的发热功率P=Q,tg，发热量与运行时的实际容量和损耗角正切成正比。,五、电力电容器的质量,（四）影响电容器寿命的因素,3.电热应力综合影响:计算公式,Tn：预期寿命,T：试验时间,U：试验电压,Un：额定电压,：系数，=79，一般取7,t：试验时的环境温度,t,n,：工作时的环境温度,假设一个产品在520V、60下试验时间达到600小时，那么在400V、40下工作，预期寿命可达到15000小时，按每天平均工作16小时，预期寿命约2年半，这就是我们为什么把试验时间定为600小时作为最低要求的原因。,五、电力电容器的质量,（四）影响电容器寿命的因素,计算举例,五、电力电容器的质量,（四）、影响电容器寿命的因素,4.机械力：生产过程经常受到机械力的作用，例如挤压、撞击、冲击等，将使薄膜受到损伤，最主要的是使接触部位受到损伤，使接触电阻增大。使用过程中也可能受到振动力作用，使接触变松，从而导致发热增大。生产过程中产品受到的机械应力无处不在，致使产品局部受到损伤，例如端面喷金层有裂纹、喷金层脱落、芯子变形等等，这些都将导致局部接触电阻增大，产品运行时局部过热，导致产品局部损坏，导致整个产品损坏。这就是为什么总有些产品会很快损坏的主要原因。因此加强生产过程的管理是杜绝产品早期损坏的最重要措施。还有端面薄膜受到的作用力，见下图。,五、电力电容器的质量,（四）影响电容器寿命的因素,五、电力电容器的质量,（四）、影响电容器寿命的因素,5.物理作用：例如热胀冷缩等，主要影响各个接触部位，由于各种材料的膨胀系数不同，在热胀冷缩的作用下，接触部位的电阻会变大，特别是端面，金属与薄膜的接触，是两种不同材料的接触。例如喷金、焊接时烧伤薄膜，虚焊、螺丝没拧紧、引线过细等都会引起产品运行时发热增大，温度过高从而加速产品损坏。,五、电力电容器的质量,（四）、影响电容器寿命的因素,6.化学作用：酸、碱、有机溶剂、水分等都会对电容器造成伤害，有些是腐蚀金属部分，有些对薄膜有溶胀作用，材料被腐蚀后都会造成接触不良或开路等，导致产品发热增大而损坏。因为我们主要材料金属化膜的金属层很薄，不能单独存在，而只能附着在塑料薄膜上，当薄膜溶胀或受伤后金属层也无法存在，从而导致产品损坏。,7.生物作用：老鼠等害虫的破坏。,总而言之，电容器的损坏尽管有各种原因，但大多都会表现为过热、温度过高而损坏，因此避免电容器过热是设计的主要工作。,六、电力电容器的补偿作用,Cap,M,KVA,M,M,M,kVAr,kW,kVAr,kW,100%,KVA,70%,节省出的容,量,通过电容器补偿，减少系统功率的消耗，降低损耗,1.,电力电容器的作用,六、电力电容器的补偿作用,电能质量产品通常在,23,年即可收回投资成本,1.,电力电容器的作用,六、电力电容器的补偿作用,2,.功率因数,功率因数是用电设备的一个重要技术指标。电路的功率因数由负载中包含的电阻与电抗的相对大小决定。纯电阻负载cos1；纯电抗负载cos0；一般负载的cos在01之间，而且多为感性负载。例如常用的交流电动机便是一个感性负载，满载时功率因数为0.70.9，而空载或轻载时功率因数较低。,功率因数过低，会使供电设备的利用率降低，输电线路上的功率损失与电压损失增加。下面通过实例来说明这个问题。,六、电力电容器的补偿作用,例 1 某供电变压器额定电压Ue=220V，额定电流Ie=100 A，视在功率S=22kVA。现变压器对一批功率为P=4kW cos=0.6 的电动机供电，问变压器能对几台电动机供电？若cos 提高到 0.9，问变压器又能对几台电动机供电？,解 当cos=0.6 时，每台电动机取用的电流为,可供电动机的台数为 Ie/I=100/,17.5,5.7,，即可给,5,台电动机供电。,若 cos=0.9，每台电动机取用的电流为,则可供电动机的台数为Ie/I=100/,8.5,=,8,台。,可见,当功率因数提高后，每台电动机取用的电流变小，变压器可供电的电机台数增加，使变压器的容量得到充分的利用。,六、电力电容器的补偿作用,例 2 某厂供电变压器至发电厂之间输电线的电阻是5，发电厂以10kV的电压输送500kW的功率。当cos=0.6 时，问输电线上的功率损失是多大？若将功率因数提高到0.9,每年可节约多少电？,当,cos,=0.6,时，输电线上的电流为,输电线上的功率损失为,当,cos,=0.9,时，输电线上的电流为,输电线上的功率损失为,六、电力电容器的补偿作用,一年共有 365,24=8760 小时，当cos从0.6提高到0.9后，节约的电能为,W(P损P损),8760(34.5-15.5),8760166440kW,h,即每年可节约用电16.6万度。,从以上两例可见，提高功率因数，可以充分利用供电设备的容量，而且可以减少输电线路上的损失。,注意：我国有关规程规定，高压供电的工厂，最大负荷时的功率因数不得低于0.9，其它工厂不得低于0.85。当功率因数低于0.7时，电业局不予供电。,七、电力电容器的发展阶段及方向,1.,低压电容器的发展阶段,低压电容器的演变可以归结为如下四个时期：,（1）5060年代，称为第一代低压电容器，其结构采用油浸式电容器纸作为介质，电容元件为扁平元件，液体介质采用矿物油（含有PCB有毒物质）等，产品体积大、有功损耗达到0.2%0.5%左右，我国国内型号为BW系列。,（2）70年代，随着金属化膜替代电容器纸的应用，电容器元件由扁平式改为圆形结构，由于具有自愈性能，产品的场强大大提高，使产品体积大大缩小，为BW系列的40%左右，液体介质也大部分采用矿物油或树脂，有功损耗在0.12%左右，我国国内型号主要为BZMJ系列。,七、电力电容器的发展阶段及方向,（,3,）,80,年代，欧洲各电容器厂家已推出圆柱型结构的称为第三代的,MKP,低压电容器，其元件采用,6m,左右的金属化膜，内充天然油或树脂密封于铝壳中，使体积更加减小，有功损耗降到,0.3W/kVar,。由于时间与发展的限制，目前国内生产的低压电容器，均是从,80,年代初约,78,年间从国外引进的，属于第二代产品。如无锡、锦州、桂林和南京等地电容器厂分别从日本,SHIZUKI,、比利时,ASEA,、意大利,ARCOTRONICS,和意大利,ICAR,引进了生产技术与关键设备，其产品结构为方形或椭圆形，一般使用,8m,金属化膜，统计使用寿命平均在,26,年左右。,七、电力电容器的发展阶段及方向,（4）随着电容器向小型化、无油化和环保化方向发展的趋势，第四代最新充气型低压电容器（GMKP），采用56m金属化膜填充SF6或N2气体，内置独特的安全型保护装置，其关键特点是实现了介质的革命，实现了电介质的气体化。继在德国FRANKE GMKP与SIEMENS之后，在2000年初德国汉诺威电气展上，又有VISHAY、ELECTRONICON等公司推出展品，施耐德总部,Power Factor Correction,部技术主管,Denis Gour,先生也认为：,“,未来低压电容器的发展只有向气体化的方向发展，气体化能带来更小型化与环保化的进步。,”,八、低压充气式电力电容器（,GMKP,）,1.GMKP,的结构与关键工艺,GMKP元件一般采用56m金属化膜，以缩小体积，其元件直径最大120mm，目前一 般电容器厂家（包括中国）大多数采用意大利Arcotronics公司生产的卷绕机，但要生产GMKP元件，必须进行改装（卷轴加粗）。其外壳采用一次性拉伸铝壳，其底部带有安装螺栓。但要生产出直径120mm左右的铝桶，一般要有500t以上的压机才能保证拉伸质量。GMKP还可以灵活用于户外，只需在电容器本体外加装一塑料外桶引出导线即可。GMKP的关键工艺除了圆柱形大元件结构外是制造过程中的净化工艺，充气真空处理及特殊保护丝的制作。元件必须在静态100级或以上的净化环境下生产，并且有极严格的湿度要求。GMKP的真空处 理与充气是在同一个真空壳体内完成的。德国FRANKE认为壳体内真空度应在3.5,10-3 tor，其泄漏率0.56tor/周，比目前国内其他设备的泄漏率低10倍左右，因此，这种真空系统制造难度较大，欧洲报价约为3550万美元。特殊保护丝需要特殊的硬化处理，应断点凹缺部位的尺寸确定及加工要求十分精密才能确保可靠动作。,八、低压充气式电力电容器（,GMKP,）,1.GMKP,的性能特点,比特性更高，圆柱形设计，体积更小，大大提高单柜的补偿容量，GMKP的比特性比第三代产品 大大提高，以常用的400V，15kVar为例：BZMJ为173mm,70mm,300mm，4kg；GMKP仅为70,230mm,1.4kg。这使得在同样尺寸的无功补偿柜中，以100kVar,为例，补偿容量可提高到250350kVar，甚至更高。,电容器容量（kVar）,安装尺寸（mm）,体积比,单台重量(kg),重量比,BZMJ（长*宽*高）,GMKP（直径*高）,5,173*70*180,70*163,1:0.092,1.6,0.6,2.51:1,10,173*70*240,70*200,1:0.26,2.8,1.1,2.55:1,15,173*70*300,70*270,1:0.286,4.0,1.4,2.86:1,20,345*100*265,116*225,1:0.26,7.0,2.1,3.33:1,25,345*100*295,116*267,1:0.28,8.5,2.5,3.4:1,30,345*100*315,116*280,1:0.41,12.2,4.0,3.05:1,平均,1:0.343,3.19:1,八、低压充气式电力电容器（,GMKP,）,真正干式，无油化，高性能，与第三代采用属于可熔性介质植物油与着火点虽但也有燃烧可能的环氧、石蜡等相比，,GMKP,是真正的无油化干式产品，防火防燃。由于充入的是以N2(阻燃)为主的复合性环保气体，气体密度跟大气压相近,自身不会产生压力，更加提高元件的电气安全性能，过电流能力大于,2,倍的额定电流，而受冲击达到,200,倍的额定电流，此外有功损耗在,0.2W/kVar,之内。,现国内大部份电容器均内部填充石晶蜡，经过长期实验证明：石晶蜡对电容器内部膜构造有很大腐蚀作用，在运行过程中会造成电容膜上电极氧化，电极损失降低电容器寿命。且石晶蜡属于非环保产品。现国家已明令石晶蜡不能做为电气类产品使用材料。但仍有部份厂家仍在使用。,全新保护更安全可靠，目前电容器一般采用机械过压保护与温度速断保护。机械,过压保护是在介质击穿而不能自愈使壳内气体达到导致外壳爆裂压力,50%,左右时，对应外壳的膨胀变形是必须切断保护箔，温度速断保护是元件故障时产生出的高温气体使内部温度升高到,8993,左右，温敏元件动作将电容器退出，其弊端为：经常由于保护箔拉不断或温敏元件误动作导致电容器炸裂；或者是保护装置过于灵敏，而发生误动作。,GMKP,采用安全型熔丝及外壳保护的,“,双重,”,保护方式：一是内部特殊熔丝中断凹去一块，当故障电流达到一定值时熔丝熔断。二是故障时气体达到一定压力将电容器上壳盖凸起，凸起高度将拉断与上盖相连的保护丝的凹缺部位（应断点），因此更加安全可靠，称为免维护产品。,GMKP,与国产老一代产品主要性能对比如下表：,八、低压充气式电力电容器（,GMKP,）,GMKP,与国产电容器安全特性比较,GMKP,国产电容器,可燃性,特殊保护气体,油式、蜡式、环氧式,防火,不燃烧,均能燃烧,阻燃,对火焰有阻挡作用,安装装置,压力、电流双重保护，对使用损坏与突发冲击电流损坏均能保护,单一保护,端子防护,完全可触护,端子部分带电,外壳防护,铝壳不生锈,外壳易生锈,放电模块,有防护装置，能更换,直接内置，损坏后不能更换,环境保护,可回收，无污染,污染产品,八、低压充气式电力电容器（,GMKP,）,GMKP,与国产电容器安装方式对比,内容,GMKP,国产电容器,安装螺栓,仅需底部一个，节省安装时间,需4个螺栓,安装姿势,可360度任意角度,只能直立,电缆并联,双端子并联,单端子并联,安装间隔,可紧靠（线接触）,不能紧靠（面接触）,户外安装,专用防护套,需加装铁壳,八、低压充气式电力电容器（,GMKP,）,GMKP,与国产电容器使用寿命对比,比较指标,影响寿命的电容器原件喷金层膨胀比率,浸渍物,膨胀比率,制成电容器统计寿命,型式,硅油,3%,57年,油式,矿物油,3%4%,57年,油式,S油,7%,5年左右,油式,凡士林,遇高温变液体,23年,半干式,石蜡,用于230V电容器,半干式,气体,无膨胀问题,10年以上,真正干式,八、低压充气式电力电容器（,GMKP,）,环保性更好，使用寿命更长，欧洲环境部门认定GMKP废品可作为一般垃圾处理的环保产品。统计其使用寿命平均达到10万h以上，最长可达16万h，大大高于第二代产品。,安全防爆 电容器以特殊的保护气体灌注代替液体,环氧,石蜡等灌注介质,因而不会产生任何由于注油或漏油引起的火灾风险,对生态环境起到了相关的作用和安全保障.采用气体作为电容器的内部介质来达到真正干式效果,放电电阻模块 电容器配置放电电阻模块,确保电容器在断电后1min电容器端电压降,到,75V以,下。,八、低压充气式电力电容器（,GMKP,）,自愈式技术 我们的电容器采用的电介质是具有自愈功能（蒸镀金属：银锌铝镀层）:一旦发生电压击穿,金属导体层会产生高热,从而使击穿点周围的金属导体迅速蒸发逸散,这些逸散的金属导体在几微秒内被移动并且在击穿点中心压力的作用下被所作推挤,这样一个绝缘区域就形成了,该绝缘层是电容器抗电压击穿操作需要.电容器在击穿过程中以及击穿以后完好无损.可继续正常运行。电容器自愈性原理如下图：,自愈式电容器,当电容器元件出现击穿时，薄膜上的铝箔瞬间气化，消除了电弧，故障即消除，电容器回复正常工作。,整个过程的时间极短，,t,0.5,us,八、低压充气式电力电容器（,GMKP,）,安全防爆膜,镀膜熔丝，网格化金属化安全膜,每自愈击穿一次只在一层膜上损失一个极板单元,。,通过多次试验，电容器的防爆性能及其优越。,八、低压充气式电力电容器（,GMKP,）,安全防爆膜,八、低压充气式电力电容器（,GMKP,）,安全防爆膜,八、低压充气式电力电容器（,GMKP,）,八、低压充气式电力电容器（,GMKP,）,过压拉断保护装置 如果发生过电压或临近电容器不断增加的,自愈式,破坏,将导致电容器内部压力的增加,为了防止它们突然发生破裂,所以必须要在电容器的圆柱铝罐上设计一个,压力释放结构,.,这个安全的结构是位于电容器内部连接的一个被消弱的点,.,通过拉开有褶的部分来向上推起电容器的顶部,从而达到释放压力的目的,.,而与顶部连接的金属导线也因为顶部的上升而被拉断,这样有效的阻碍了电流的流过,防止电容器因过载及过热而引起的爆炸,。,八、低压充气式电力电容器（,GMKP,）,安装灵活，成套性更好，国产老系列产品只能直立安装，而GMKP被灌入特殊绝缘气体,，,壳内充满保护气体并加以密封处理,，,然后进行严格的气体防漏测试,。,此生产过程避免氧化局部放电(电晕放电),，,提高电容器的长期稳定性,。,由于内部灌入的气体,，,电容器可立放或横放,，,便于安装,，,并且可安装在海拔4000m高度。,接线简便，,GMKP的接线生产采用很方便的接插式端子，可直接接入35cm,2,以下的导线。据统计，可减少50%的安装和连接时间，GMKP可方便地组合成壳式,、,墙上（柱上）安装式50kVar（4,12.5k,V,ar）,600mm,600mm,245mm和柜式2,176kVar（11kVar,16），2280mm,（2,600）mm,630mm结构，约2m高的立体柜补偿容量可达500kVar（无电抗器）或300k,V,ar（带电抗器），壳式结构可方便地替代BZMJ产品的方形与椭圆形结构,。,