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低壓無功補償裝置不宜頻繁投切
更新時間:2020-05-23 發布:www.561867.tw

摘要:分析了以接觸器為投切開關的低壓電容無功抵償裝配不宜頻仍進行電容器投切的緣由,說明了投切時發生的過電壓和沖擊電流對自愈式電容器的各類風險,提出了合理的建議.

關頭詞:自愈式低電壓并聯電容器無功抵償裝配投切接觸器運用

 在低壓配電網絡中,運行著年夜量的感性無功負荷需要進行抵償,否則,將使網絡消耗增加,電壓質量惡化。為了提高供用電質量,下降線損與節能,和充實哄騙裝備的容量,以自愈式低電壓并聯電容器為主要元件,接觸器為投切開關的低壓電容無功抵償裝配獲得普遍的運用。這些裝配通常為將電容器分為若干組。憑據控制物理量的變化,進行電容器的投切?墒,若無功負荷經常波動變化,而裝配又需要將cosφ控制在較高水日常平凡,電容器的投切,往往就比力頻仍,從而可能給電容器造成風險,使其早期損壞。

1 電容器投進時,發生過電壓與過電流
1.1電容器在正弦電壓下的投進
  
電容器投進時的等值回路如圖1所示。
  圖1中r為回路中等值電阻
  如圖示,當電容器在正弦電壓U(t)=Umsin(ωt φ)下投進時,電路的微分方程
  
  解方程(1),可得電容器投進時,電容器上的電壓Uc為:


A為常數,與電容器投進時的初始狀態有關。
電容器投進時的電壓Uc曲線如圖2所示。



  圖中U與U劃分為Uc的穩態份量與暫態份量。
1.2電容器的初始電壓為零,投進電網時的電壓Uc
為了控制電容器投進時不致發生危險的過電壓,一般要求電容器不能在已有充電電壓的情況下投進電網,以免危及電容器與其他電氣裝備的平安。
  所以電容器投進時的初始條件為
  
  由式(3)和式(4)可知,電壓Uc和電流i的穩態份量均為正弦交流,而暫態份量則為衰減的直流。
  暫態份量的強弱與電容器投進電路的時間有關,當ψ φ=0或π時投進,則暫態份量最年夜。
  
  這時候電壓Uc的曲線如圖3所示
  從圖3可看到Ucmax可接近穩態時電壓Uc幅值的二倍。
  由式(4),可知電流i在ψ φ=0時為:
  
  當電容器剛投進,即t=0時,暫態份量之初值所以,在穩態份量上迭加一個甚年夜的暫態份量i(0),將使投進時的電流遠遠跨越穩態時的數值,而引發電流沖擊。電流i的曲線如圖4所示。


2頻仍的過電壓對自愈式并聯電容器的風險
2.1使電容器的盡緣介質老化進程加速
自愈式金屬化并聯電容器是用金屬化聚丙烯薄膜進行繞卷而制成的,它的盡緣介質聚丙烯薄膜與其它品種的電容器一樣,會逐漸老化,其老化的速度與施加電壓、使用溫度等條件有關。一般認為,電壓升高10,壽命下降一半。具體可用下式暗示:
  
式中:U0-額定電壓
   -額定電壓下的使用壽命
   U-現實施加電壓
-過電壓下的使用壽命
   α-常數,一般取7-9
  投進電容器所發生的過電壓,雖然是瞬時的,而不是持久的,但過電壓對盡緣介質的影響是能夠累積的,在國標GB/T12747-1991中要求:每一年的操作不跨越5000次,但現實可能遠不止此數。若有一個10分組的無功抵償裝配,每3分鐘操作一次,輪回投切,一年共可操作17.5萬次,平均每臺電容器投切達1.75萬次;為尺度要求的3.5倍,而今朝控制器的延不時間一般僅為10s-100s。
2.2過電壓使自愈性能提早失效
自愈式并聯電容器最重要的性能是它的“自愈性能”。電容器在運行時,由于盡緣介質中存在雜質、氣隙等弱點,在電場作用下被擊穿形成導電通路,流太短路電流,電容器在擊穿釋放能量的瞬間,使其周圍的金屬層到達很高的溫度而融化甚至蒸發,又恢復了盡緣介質的盡緣,電容器仍可繼續運行。
電容器的自愈,固然需要一定能量,但當釋放的能量過年夜就會損傷薄膜。釋放能量年夜,擊穿點周圍的薄膜溫度就太高,這部門的介質就會慢慢老化直至發生不能自愈的盡緣擊穿。
自愈能量可用下式暗示:
  
  由式(8)可知,自愈能量W與外施電壓U的4次方成正比。是以,當電容器投進而發生過電壓時,若發生介質擊穿而自愈,這時候的自愈能量與在額定運行電壓時的自愈能量相比,是十分年夜的。例如,當在過電壓倍數為1.8或1.5時發生自愈,其自愈能量劃分為額定運行電壓時的10.5倍與5倍。所以,頻仍的過電壓將使電容器的自愈性能惡化。直至發生不能自愈的盡緣擊穿。
2.3使電容器的局部放電加重,促進盡緣老化和電容量衰減
自愈式低電壓并聯電容器的局部放電性能是比力差的,作者曾進行過一些局部放電測試,某些試品的局部放電肇端電壓僅為250V,而且有的局部放電量達數千微微庫,這一點與西容所的測試結論(3)是相符的。
在GB/12747-1991與IEC831(1998)中,雖然沒有對自愈式電容器提出進行局部放電實驗的要求,但產物的質量簡直與其局部放電水平有很年夜關系。文獻[3]指出,在進行耐久性實驗被淘汰的一些試品中,局放性能相對好一些的試品,其承受耐久性實驗的時間就長一些,也就是壽命相對長一些。國外產物也一樣,例如,南朝鮮的產物質量反映較差,其局放性能相對也較差,這充實說明產物質量與其局放性能的關系。
  自愈式電容器的局放性能較差是由它的結構和工藝所決議的。
  (1)元件是用單層介質經慎密繞卷而成,然后在用熱處置工藝,使薄膜收縮以提高元件的慎密度,其目的是盡量破除極板間的空氣與水份,并避免在噴金時造成短路,這方式不成能全數驅除空氣。
  (2)為了保證元件端頭噴金與極板接觸優秀,元件的結構采用錯位卷繞,我們公司錯位為1mm.所以端頭兩層薄膜間空地空閑存在空氣。
  (3)即使采用真空浸漬,元件內部的空氣不能全數破除,盡緣油也不能浸進,只能改善元件端部的場強。
  對于鋁金屬化膜來說,在電場的電化學作用下,由于存在空氣和水份,極板會氧化而生成透明Al203圓點和極板邊緣侵蝕。Al203是不導電的盡緣體,從而削減了極板面積。
  文獻[5]對鋁金屬化膜在局部放電作用下,發生極板邊緣的損壞現象進行了實驗研究,他們在實驗中觀察到在非金屬化膜和金屬化膜接觸區域由于空氣隙的存在,引發的干與圖像,空氣隙的位置跟金屬化局部破壞區域相吻合。說明金屬化層破壞進程跟在局部放電時的氧化有關。他們認為,邊緣破壞首先是由它的氣體放電發生的離子轟擊引發的,在有足足數量的氧氣存在時,離子轟擊致使極板邊緣等離子化學的氧化進程。
  在電容器頻仍投切而發生的過電壓作用下,電容器的局部放電不竭獲得激起而加重,其成效必然對盡緣介質的老化和電容量的衰減起促進作用。
3沖擊過電流對自愈式并聯電容器的影響
3.1使噴金層與金屬化層的接觸狀態變壞,甚至泛起噴金層脫落。

圖5是自愈式電容器的元件端部噴金示意圖,由圖可知,端部噴金是作為電極引出的。由于金屬化層很薄,一般僅0.02μm左右,噴金層也不厚,例如我們公司控制在0.5~0.8mm,所以它們之間的接觸仍很虧弱,若工藝中不注重,就容易造成接觸不良。
  電容器元件端部噴金層的脫落,是造成電容器在運行中損壞的主要緣由之一。而噴金層的脫落,一般認為與沖擊年夜電流有關。
為了更好地領會是什么緣由致使電極端部噴金層的脫落,文獻[6]介紹了一些實驗情況。
  (1)對兩組元件(每組100只)劃分施加不異能量、但分歧峰值和波形的電流脈沖,成效發現兩組元件的電極邊緣的接觸質量下降的水平是分歧的,是以揣度熱應力不是造成接觸下降的唯一緣由。
  (2)對兩組試品劃分施加峰值不異、但能量分歧的電流脈沖,成效發現它們的接觸質量下降情況十分相似,這說明噴金層和電極接觸質量下降主要取決于電流脈沖的峰值而不是它們的能量。
  (3)經由過程透明的實驗箱能看到當強電暢通流暢過元件時,電極邊緣處發生放電,同時陪伴著tgδ增加;放電現象發生后,發生了氣泡,這些氣體以小氣泡的形式從噴金層的邊緣部位冒出來。展開受試元件,在電極與噴金層的接觸面泛起電蝕現象。是以,文獻[6]認為電極與噴金層接觸質量的下降主要與所加電流脈沖的峰值有關。
  我公司為檢驗噴金質量,在一組電容器旁,接進二臺電容器,每隔3分鐘投切一次,數月后,在1000z下測tgδ,發現有較著增加。
  綜上所述,沖擊過電流對噴金層與金屬化層的接觸質量的損害是十分較著的。是以,必需限制頻仍投切電容器所發生的沖擊過電流。
3.2使電容器的tgδ增加,提高了運行溫度,縮短使用壽命。
  圖6是自愈式電容器的簡化等值電路,其中R是包括噴金層與金屬化層的接觸電阻、極板電阻與引線電阻等在內的等值電阻。

  在電容器頻仍投進所發生的沖擊電流不竭作用下,噴金層與極板的接觸電阻隨著接觸質量逐漸下降而增年夜,由于tanδR=ωCR,是以電容器的tanδ總是響應增加,tanδ的增加,必然使電容器的溫升增加,從而提高了內部元件的運行溫度。
  電容器運行溫度提高的后果是使用壽命縮短。自愈式電容器的盡緣介質聚丙烯薄膜是高份子有機物,在電場與溫度作用下,會慢慢變質老化,直到完全失往其介電能力。工作溫度越高,其老化速度就越快,使用壽命就越短。曩昔曾對油紙介質一直使用8度劃定規矩,即介質的工作溫度每升高8℃,其壽命就下降一半。美國通用電氣公司經由過程研究,在1964年提出電容器的使用壽命用下式暗示。
  
式中:τ—使用壽命(年)
Q—介質工作溫度(℃)
  E—極間電場強度(V/μm)
K—常數
  日本經由過程研究,得出熱老化溫度越高,壽命越短;在分歧溫度下,其壽命減半溫升也分歧的結論。具體如表1所示。

4 小結與建議
  4.1 以接觸器為投切開關的低壓電容無功抵償裝配,不宜頻仍進行電容器的投切。否則,投切時所發生的過電壓和沖擊電流將對自愈式電容器造成風險,使容量下降,tgδ增年夜及盡緣老化加速等,最終使電容器早期損壞。
  4.2建議適當延長投切時間距離,實行輪回投切,削減投切次數,使這知足GB/12747-1991的有關要求。
4.3為限制沖擊電流對噴金層與金屬化層接觸質量的損害,必需接納響應的技術措施,如串進小電感或采用專用接觸器等,建議將沖擊電流的峰值限制在20In之內。
參考文獻

[1]GB/12747-1991自愈式低電壓并聯電容器[S]
[2]江鈞祥保證并聯電容器平安運行的電網諧波電壓總畸變率[J]電力電容器,1993(1)
[3]龔家卿局部放電也是檢測金屬化電容器的有用手段[A],電容器譯文集[C]西安:電力電容器研究所
[4]沈文琪譯無油高壓并聯電容器小型化和年夜容量[A],電容器譯文集[C]西安:電力電容器研究所
[5]李肇繹譯在局部放電作用下金屬化膜電容器極板邊緣的損壞[A],電容器譯文集[C]西安:電力電容器研究所
[6]任強譯自愈式金屬化聚丙烯薄膜電力電容器實驗[C],電力電容器譯文集[C]西安:電力電容器研究所


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