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低压无功补偿装置不宜频繁投切
更新时间:2020-05-23 发布:www.china-sunbet.net

摘要:分析了以接触器为投切开关的低压电容无功抵偿装配不宜频仍进行电容器投切的缘由,说明了投切时发生的过电压和冲击电流对自愈式电容器的各类风险,提出了合理的建议.

关头词:自愈式低电压并联电容器无功抵偿装配投切接触器运用

 在低压配电网络中,运行着年夜量的感性无功负荷需要进行抵偿,否则,将使网络消耗增加,电压质量恶化。为了提高供用电质量,下降线损与节能,和充实哄骗装备的容量,以自愈式低电压并联电容器为主要元件,接触器为投切开关的低压电容无功抵偿装配获得普遍的运用。这些装配通常为将电容器分为若干组。凭据控制物理量的变化,进行电容器的投切。可是,若无功负荷经常波动变化,而装配又需要将cosφ控制在较高水日常平凡,电容器的投切,往往就比力频仍,从而可能给电容器造成风险,使其早期损坏。?

1 电容器投进时,发生过电压与过电流?
1.1电容器在正弦电压下的投进?
  
电容器投进时的等值回路如图1所示。?
  图1中r为回路中等值电阻?
  如图示,当电容器在正弦电压U(t)=Umsin(ωt φ)下投进时,电路的微分方程
  ????
  解方程(1),可得电容器投进时,电容器上的电压Uc为:?


A为常数,与电容器投进时的初始状态有关。?
电容器投进时的电压Uc曲线如图2所示。


?
  图中U与U划分为Uc的稳态份量与暂态份量。?
1.2电容器的初始电压为零,投进电网时的电压Uc?
为了控制电容器投进时不致发生危险的过电压,一般要求电容器不能在已有充电电压的情况下投进电网,以免危及电容器与其他电气装备的平安。?
  所以电容器投进时的初始条件为?
  
  由式(3)和式(4)可知,电压Uc和电流i的稳态份量均为正弦交流,而暂态份量则为衰减的直流。?
  暂态份量的强弱与电容器投进电路的时间有关,当ψ φ=0或π时投进,则暂态份量最年夜。
  
  这时候电压Uc的曲线如图3所示?
  从图3可看到Ucmax可接近稳态时电压Uc幅值的二倍。?
  由式(4),可知电流i在ψ φ=0时为:?
  
  当电容器刚投进,即t=0时,暂态份量之初值所以,在稳态份量上迭加一个甚年夜的暂态份量i(0),将使投进时的电流远远跨越稳态时的数值,而引发电流冲击。电流i的曲线如图4所示。?


2频仍的过电压对自愈式并联电容器的风险
2.1使电容器的尽缘介质老化进程加速?
自愈式金属化并联电容器是用金属化聚丙烯薄膜进行绕卷而制成的,它的尽缘介质聚丙烯薄膜与其它品种的电容器一样,会逐渐老化,其老化的速度与施加电压、使用温度等条件有关。一般认为,电压升高10,寿命下降一半。具体可用下式暗示:?
  
式中:U0-额定电压
   -额定电压下的使用寿命
   U-现实施加电压
-过电压下的使用寿命
   α-常数,一般取7-9
  投进电容器所发生的过电压,虽然是瞬时的,而不是持久的,但过电压对尽缘介质的影响是能够累积的,在国标GB/T12747-1991中要求:每一年的操作不跨越5000次,但现实可能远不止此数。若有一个10分组的无功抵偿装配,每3分钟操作一次,轮回投切,一年共可操作17.5万次,平均每台电容器投切达1.75万次;为尺度要求的3.5倍,而今朝控制器的延不时间一般仅为10s-100s。?
2.2过电压使自愈性能提早失效?
自愈式并联电容器最重要的性能是它的“自愈性能”。电容器在运行时,由于尽缘介质中存在杂质、气隙等弱点,在电场作用下被击穿形成导电通路,流太短路电流,电容器在击穿释放能量的瞬间,使其周围的金属层到达很高的温度而融化甚至蒸发,又恢复了尽缘介质的尽缘,电容器仍可继续运行。
电容器的自愈,固然需要一定能量,但当释放的能量过年夜就会损伤薄膜。释放能量年夜,击穿点周围的薄膜温度就太高,这部门的介质就会慢慢老化直至发生不能自愈的尽缘击穿。?
自愈能量可用下式暗示:?
  
  由式(8)可知,自愈能量W与外施电压U的4次方成正比。是以,当电容器投进而发生过电压时,若发生介质击穿而自愈,这时候的自愈能量与在额定运行电压时的自愈能量相比,是十分年夜的。例如,当在过电压倍数为1.8或1.5时发生自愈,其自愈能量划分为额定运行电压时的10.5倍与5倍。所以,频仍的过电压将使电容器的自愈性能恶化。直至发生不能自愈的尽缘击穿。?
2.3使电容器的局部放电加重,促进尽缘老化和电容量衰减?
自愈式低电压并联电容器的局部放电性能是比力差的,作者曾进行过一些局部放电测试,某些试品的局部放电肇端电压仅为250V,而且有的局部放电量达数千微微库,这一点与西容所的测试结论(3)是相符的。?
在GB/12747-1991与IEC831(1998)中,虽然没有对自愈式电容器提出进行局部放电实验的要求,但产物的质量简直与其局部放电水平有很年夜关系。文献[3]指出,在进行耐久性实验被淘汰的一些试品中,局放性能相对好一些的试品,其承受耐久性实验的时间就长一些,也就是寿命相对长一些。国外产物也一样,例如,南朝鲜的产物质量反映较差,其局放性能相对也较差,这充实说明产物质量与其局放性能的关系。
  自愈式电容器的局放性能较差是由它的结构和工艺所决议的。?
  (1)元件是用单层介质经慎密绕卷而成,然后在用热处置工艺,使薄膜收缩以提高元件的慎密度,其目的是尽量破除极板间的空气与水份,并避免在喷金时造成短路,这方式不成能全数驱除空气。?
  (2)为了保证元件端头喷金与极板接触优秀,元件的结构采用错位卷绕,我们公司错位为1mm.所以端头两层薄膜间空地空闲存在空气。?
  (3)即使采用真空浸渍,元件内部的空气不能全数破除,尽缘油也不能浸进,只能改善元件端部的场强。
  对于铝金属化膜来说,在电场的电化学作用下,由于存在空气和水份,极板会氧化而生成透明Al203圆点和极板边缘侵蚀。Al203是不导电的尽缘体,从而削减了极板面积。?
  文献[5]对铝金属化膜在局部放电作用下,发生极板边缘的损坏现象进行了实验研究,他们在实验中观察到在非金属化膜和金属化膜接触区域由于空气隙的存在,引发的干与图像,空气隙的位置跟金属化局部破坏区域相吻合。说明金属化层破坏进程跟在局部放电时的氧化有关。他们认为,边缘破坏首先是由它的气体放电发生的离子轰击引发的,在有足足数量的氧气存在时,离子轰击致使极板边缘等离子化学的氧化进程。
  在电容器频仍投切而发生的过电压作用下,电容器的局部放电不竭获得激起而加重,其成效必然对尽缘介质的老化和电容量的衰减起促进作用。?
3冲击过电流对自愈式并联电容器的影响?
3.1使喷金层与金属化层的接触状态变坏,甚至泛起喷金层脱落。

图5是自愈式电容器的元件端部喷金示意图,由图可知,端部喷金是作为电极引出的。由于金属化层很薄,一般仅0.02μm?左右,喷金层也不厚,例如我们公司控制在0.5~0.8mm,所以它们之间的接触仍很亏弱,若工艺中不注重,就容易造成接触不良。?
  电容器元件端部喷金层的脱落,是造成电容器在运行中损坏的主要缘由之一。而喷金层的脱落,一般认为与冲击年夜电流有关。?
为了更好地领会是什么缘由致使电极端部喷金层的脱落,文献[6]介绍了一些实验情况。
  (1)对两组元件(每组100只)划分施加不异能量、但分歧峰值和波形的电流脉冲,成效发现两组元件的电极边缘的接触质量下降的水平是分歧的,是以揣度热应力不是造成接触下降的唯一缘由。?
  (2)对两组试品划分施加峰值不异、但能量分歧的电流脉冲,成效发现它们的接触质量下降情况十分相似,这说明喷金层和电极接触质量下降主要取决于电流脉冲的峰值而不是它们的能量。?
  (3)经由过程透明的实验箱能看到当强电畅通流畅过元件时,电极边缘处发生放电,同时陪伴着tgδ增加;放电现象发生后,发生了气泡,这些气体以小气泡的形式从喷金层的边缘部位冒出来。展开受试元件,在电极与喷金层的接触面泛起电蚀现象。是以,文献[6]认为电极与喷金层接触质量的下降主要与所加电流脉冲的峰值有关。?
  我公司为检验喷金质量,在一组电容器旁,接进二台电容器,每隔3分钟投切一次,数月后,在1000z下测tgδ,发现有较着增加。
  综上所述,冲击过电流对喷金层与金属化层的接触质量的损害是十分较着的。是以,必需限制频仍投切电容器所发生的冲击过电流。?
3.2使电容器的tgδ增加,提高了运行温度,缩短使用寿命。?
  图6是自愈式电容器的简化等值电路,其中R是包括喷金层与金属化层的接触电阻、极板电阻与引线电阻等在内的等值电阻。?

  在电容器频仍投进所发生的冲击电流不竭作用下,喷金层与极板的接触电阻随着接触质量逐渐下降而增年夜,由于tanδR=ωCR,是以电容器的tanδ总是响应增加,tanδ的增加,必然使电容器的温升增加,从而提高了内部元件的运行温度。?
  电容器运行温度提高的后果是使用寿命缩短。自愈式电容器的尽缘介质聚丙烯薄膜是高份子有机物,在电场与温度作用下,会慢慢变质老化,直到完全失往其介电能力。工作温度越高,其老化速度就越快,使用寿命就越短。曩昔曾对油纸介质一直使用8度划定规矩,即介质的工作温度每升高8℃,其寿命就下降一半。美国通用电气公司经由过程研究,在1964年提出电容器的使用寿命用下式暗示。
  
式中:τ—使用寿命(年)
Q—介质工作温度(℃)
  E—极间电场强度(V/μm)
K—常数
  日本经由过程研究,得出热老化温度越高,寿命越短;在分歧温度下,其寿命减半温升也分歧的结论。具体如表1所示。

4 小结与建议?
  4.1 以接触器为投切开关的低压电容无功抵偿装配,不宜频仍进行电容器的投切。否则,投切时所发生的过电压和冲击电流将对自愈式电容器造成风险,使容量下降,tgδ增年夜及尽缘老化加速等,最终使电容器早期损坏。
  4.2建议适当延长投切时间距离,实行轮回投切,削减投切次数,使这知足GB/12747-1991的有关要求。
4.3为限制冲击电流对喷金层与金属化层接触质量的损害,必需接纳响应的技术措施,如串进小电感或采用专用接触器等,建议将冲击电流的峰值限制在20In之内。
参考文献

[1]GB/12747-1991自愈式低电压并联电容器[S]??
[2]江钧祥保证并联电容器平安运行的电网谐波电压总畸变率[J]电力电容器,1993(1)
[3]龚家卿局部放电也是检测金属化电容器的有用手段[A],电容器译文集[C]西安:电力电容器研究所
[4]沈文琪译无油高压并联电容器小型化和年夜容量[A],电容器译文集[C]西安:电力电容器研究所
[5]李肇绎译在局部放电作用下金属化膜电容器极板边缘的损坏[A],电容器译文集[C]?西安:电力电容器研究所
[6]任强译自愈式金属化聚丙烯薄膜电力电容器实验[C],电力电容器译文集[C]西安:电力电容器研究所


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