高压并联电容器简介

    高压并联电容器并联接于额定电压高于1000V的交流电力系统中，用来改善功率因数和电压质量，降低线路损耗，提高系统或配电变压器的有功输出，它有单相式和三相式两种。

    高压并联电容器大多为油浸式结构，主要由芯子、外壳、出线装置、绝缘元件等构成，其中芯子是电容器的核心部件，芯子又包括若干个独立的元件（每个元件就是一个电容器基本单元）、绝缘件和紧固件等部分，如图4-5所示。高压并联电容器根据额定电压和容量，其内部的电容器元件一般采用先并后串的串并联组合方式，连接成单相或三相电容器，需要时每个元件还可装设单独的熔丝，个别元件损坏，由熔丝切除，整台电容器仍可继续运行。出线装置包括出线导体和出线绝缘，出线导体通常包括金属导杆或软连接线及金属接线法兰和螺栓等，出线绝缘通常为瓷套管。外壳常用薄钢板密封焊接而成，其机械强度高，易于焊接、密封和散热，电容器的绝缘油因温度改变而引起的体积变化可由箱壳进行补偿（当油量较大时需设置金属膨胀器）。特大容量高压并联电容器的箱壳上还常设有散热器。箱壳两侧焊有供安装和起吊用的吊攀。为了安全，金属箱壳上装有供接地或固定箱壳电位用的接地片或接地螺栓。壳盖上装有出线瓷套管，芯子装入外壳后将电容元件的引出线由套管引出。对于电压等级较低的单相电容器，常采用双套管，将两个电极的出线端均通过套管引出，两个出线端具有相同的绝缘水平，而对于电压等级较高的电容器，为了串联连接的方便，常采用单套管，即电容器的一个出线端通过套管引出，对外壳绝缘，另一个出线端与油箱连接后引出。高压并联电容器在制造过程中要进行真空处理、脱水、脱气和浸渍，最后密封，防止介质与大气接触而加速老化。随着无油化进程的加快，干式高压并联电容器也逐渐得到广泛应用。

    图4-5    高压并联电容器的基本结构

   1-出线套管；2-封口盖；3-外壳；4-元件

    对于大容量的并联电容器还可由多台小容量的电容器组合而成，这就是集合式并联电容器，即将多个电容器单元按设计要求的电压和容量，连接成适当的串并联组合形式，再放入油箱中。集合式并联电容器具有容量大、占地面积少、安装维护方便、引出套管少、耐污秽等优点，但其不可拆分，如有损坏需返厂处理，而且难以检测。除了充油集合式并联电容器外，现在还出现了充气集合式并联电容器，它用SF6或SF6与N2的混合气体取代易燃的绝缘油充入其箱体内，从而使其防燃防爆。集合式三相并联电容器的容量一般不能太大，因为此时三相装在一个体积有限的油箱中，万一发生相间短路危害很大，若需要使用在较大容量的地方，可以采用单相产品组合成电容器组。

    随着科学技术的进步，并联电容器单个元件的构造在不断的改进。过去，并联电容器内的单个电容器元件都是用铺有铝箔的电容器纸卷绕而成。制造电容器时，先把铺有铝箔的电容器纸卷成圆柱卷束，然后再压成扁平状元件。铝箔是电容器元件的极板，能够传导电流，同时还能起到散热的作用。电容器纸是用硫酸盐木浆制成的，要求纸质平整、光洁，无束状聚集物、纤维毛、皱纹、机械损伤等缺陷，并要有较高的热稳定性。

    以电容器纸作为固体介质的电容器，有比较好的电气性能，成本低，经济效益高。虽然它有不少优点．但也有许多不足，例如温度系数较大，温度变化时易于变形；耐热性差，工作温度的上限值不高；电容器纸中的纤维是极性介质，且为多孔性材料，吸湿性很强，降低了其绝缘性能；机械强度低；纸内疵点多使工作场强提高困难。随着有机绝缘材料的发展，出现了以纸膜复合或聚丙烯薄膜作为极板间绝缘介质的并联电容器，大大提高了电容器的效率和性能。聚丙烯薄膜是由聚丙烯树脂经双轴定向拉伸而成，其优点是耐电强度和机械强度高；吸水性小；损耗小；比重小，质量轻；化学稳定性好，除浓酸外与其他物质不起作用，并且可承受相对较高的温度；延展性强，最薄的可拉伸到几微米左右。但聚丙烯薄膜表面光滑不易浸渍，成型时收缩率较大。

    以聚丙烯薄膜全部或部分地取代电容器纸是大势所趋，尤其是固体介质全部采用耐电强度高、介质损耗低的高纯度聚丙烯薄膜的全膜电容器近年来获得了快速发展。为了进一步提高全膜电容器的性能，还常采用铝箔压花和薄膜雾化等技术。铝箔压花是指整个箔面在卷制机上用专门的装置压成正弦图案，使之不再平坦光滑，增强了铝箔夹层间的渗透能力，由于正弦形图案不会形成尖点和孔，因此不会损坏聚丙烯膜面。薄膜雾化是指在不影响基本膜体完好性的前提下，使聚丙烯膜表面纤维状粗化，粗化膜介质强度不应低于普通光面膜，保证元件有较高的击穿水平。

    全膜电容器可以采用三膜介质，也可以采用两层双面粗化膜，并且其铝箔采用折边凸出结构。在膜纸复合介质电容器结构中，铝箔通常缩进介质边缘内部，需插入引线片将电流引出，而全膜电容器采用铝箔折边凸出结构后，可以改善边缘电场分布，减少边缘处场强，提高局部放电性能，而且铝箔凸出焊接引出，不需插入引线片，从而避免引线片对介质造成损伤。两种元件结构如图4-6所示。

    图4-6    全膜电容器的元件结构简图

   1-引线片；2-平板铝箔；3-单面粗化膜；4-电容器纸；5-双面粗化膜；6-折边铝箔

    与纸介质和膜纸复合介质电容器相比，全膜电容器具有其独特的优点：

   (1)损耗低，其每千乏有功损耗仅为纸介质电容器的1/20～1/10，膜纸复合介质电容器的1/8～1/5，从而可以节约电能，降低运行费用。

   (2)全膜电容器不但损耗低，而且散热好．因此运行温度低，延长了电容器的使用寿命。

   (3)元件发生故障击穿后，散发的热熔化击穿点周围的塑料膜，使两极的极板牢固接触形成低电阻短路，减小了击穿处两极板因接融不良发生局部放电产生电弧的可能性，降低了产品发生爆炸的危险性。

   (4)比特性（比特性是指单位体积所存储的能量）显著提高，相同容量的情况下电容器的体积和质量大大减小。

   (5)局部放电性能好。国外一些发达国家生产的高压并联电容器大都采用全聚丙烯薄膜化，从而使电容器的体积更小、重量更轻、占地更少、损耗和温升更低、使用寿命更长、可靠性更高。国内不少电容器生产厂家也已具备了生产全膜介质高压并联电容器的能力，而且技术在不断地提高，性能在不断地完善。

    并联电容器的绝缘介质除固体介质（电容器纸或薄膜）外，还包括液体介质（即浸渍剂）。电力电容器内部的液体介质主要是填充固体绝缘的空隙，形成薄层绝缘复合结构，以提高组合绝缘的性能，从而提高介质的耐电强度，同时它还将电容器内部产生的热量较快地传给外壳，从而改善冷却条件，增强散热性能。液体介质必须经过加热、脱水、加吸附剂搅拌、沉淀、过滤、真空脱气等一系列净化处理后才能注入电容器中．因为未经处理的液体介质中合有水分和其他杂质，直接影响其电气性能。对并联电容器的浸渍剂要求其绝缘强度高、介电系数高、不燃烧或不易燃烧、价格便宜。最早常用的浸渍剂为矿物油，其温度系数小，价格便宜，无毒性，但介电系数较低，可燃，高电场下易发生局部放电，高温时易老化。后来，国内外曾广泛采用氯化联苯作为浸渍剂，虽然它性能稳定，不易燃烧，介电系数很高，闪点高，但有毒性，会污染环境，因此早已不再使用。在这之后，曾广泛采用十二烷基苯、苯甲基硅油、二芳基乙烷、异丙基联苯、单/双苄基甲苯和蓖麻油等作为电容器的浸渍剂。

    用于电容器的液体浸渍剂与其接触的材料之间要有相容性，即液体介质与固体介质（如聚丙烯薄膜、电容器纸等）要互不影响或影响很小，能够保持各自的性能。对全膜电容器来说，由于聚丙烯薄膜浸渍液体介质后，易吸油而溶胀变厚，可能把油层隔断使油不能流动或阻塞膜间油道，如果继续吸油膨胀，还可能会在介质内形成空隙．从而降低电容器的放电电压，所以尤其要注意全膜电容器中液体浸渍剂与其接触材料之间的相容性。