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这种新一代脉冲超级电容器具有极低ESR的特点,使得它们可以满足对锂离子电池或标准AA、AAA电池进行涓流充电时,设备工作所需要的瞬时峰值电流。低厚度的设计也使得它们可以被使用在小型电路卡组件(Circuit Card Assembly,CCA)中,并能够满足如便携设备中无线数据传输卡和高密度数据传输设备等对电源的需求。在这些应用中,常需要提供大约主电池输出电流两倍的峰值能量以实现快速的数据传输。
超级电容器正如它的名字一样,可以存储大量的电荷。标准电容器通过极板间的电介质存储电荷。由于电介质内的偶极子排列,电场的建立可以通过极板的电压测得。极板所能保持的电荷越多,电容量就越高,能量存储可以通过公式1/2(c×V2)来计算。此处,C为以法拉为单位的电容,V为以伏特为单位的极板电压。超级电容器也可以产生同样的结果,但它却是通过电荷的大量游离和运动,而不是通过介电质的偶极子排列来存储能量。这种移动相反电荷到分离器不同侧的机制是自然界中的电化学现象,与电池原理非常相似。能量在标准电容器或超级电容器之中能够存储多久将取决于电容器内部的漏电流(如偶极子的释放或电荷的重组),存储的能量能够被释放得多快取决于器件的内部电阻。
标准电容器技术的研究正集中于新型材料的开发以期改善介电常数、介电质漏电流、内部电阻和耐压能力。同样,对于超级电容器而言,最初的产品是基于高内阻的机电系统,并具有“类电池”的存储电能和放电特征,而新材料的开发已经使低ESR器件成为瞬时放电应用的理想器件。
当在标准电容器中计算偶极子排列所存储的能量时,通常会假定其是纯粹的直流应用环境。但在大多数应用中,需要电容器来传递信号,这就使极板带有交流电压。问题是偶极子的振动怎样能够很好地跟得上传过来的信号频率并不失真呢?或者哪种类型的标准电容器能够适合对应的应用环境?例如,耐压6V,容量高达2200uF,ESR小于50mΩ的钽电容在100kHz~1MHz范围内都有很好的频率响应。这是因为在100kHz时,电容量保持率很高(大约90%),是SMPS器件宽范围滤波要求的理想选择。陶瓷Ⅱ型材料也适合这个频率范围,虽然电容量相比要低,但ESR会更低(大约100uF/5mΩ)。同时,陶瓷Ⅰ型电介质有非常高的工作频率,特别适合射频应用。对于光学系统,单层器件可以接近10GHz的响应。
同样,超级电容器技术也正在发展以用于更加广泛的领域。这得益于纳米技术(可以用来开发更高表面积的炭叠层)所具有的优点,而最近几年许多令人激动的成果之一就是分离系统中的“质子聚合膜”被引入了电容器制造领域。这种技术有如下优点:
・非常高的直流电容:容量在50mF~IF;
・非常长的电容保持时间:以毫秒为单位的脉冲间隔;
・非常宽的工作电压:3.6~15V,甚至更宽;
・非常低的ESR:20~300mΩ;
・非常低的漏电流:2―5uA;
・非常长的生命周期:深度充放电循环测试高达一千万次(或者持续测试8个月)也没有显示出对这些电容有任误差。一些最先进的锂离子电池具有非常平坦的电压特性,这使得利用OCV测量来校正电流测量误差更加困难。而只要电压测量有一点小小误差,就可能导致SOC计算的重大偏差。所以,只有确保出色的电流测量和精确的时基才能获得最佳精度。
如上所述,在小电流的情况下,造成电流测量误差的最大原因是电流测量ADC中的偏移量,而目前已经有好几种技术可减小这种偏移量。其中,最常用的技术是在受控环境中对偏移量进行测量,然后在每一次的测量值中都减去该偏移量。但这种方法有一个弱点,就是没有考虑到偏移量的漂移。图1显示了把该技术用于一定数量的部件之后的残余偏移量。爱特梅尔的电池管理单元采用的是一种更好的方法,而ATmegal6HVA所通过周期性改变电流测量的极性来抵偿偏移量就是一例。虽然利用这方法仍会残余极小但恒定的偏移量,不过,这个很小的残余偏移量只需在保护FET开路之前进行测量,并通过电池组提供一个已知电流,就可以除去。如图2所示,利用这种方法可以显著减小偏移量,而爱特梅尔BMU中偏移量漂移引起的残余误差更低于量子化级。消除偏移量的好处在于能够精确测量很小的电流,而对于偏移量大的器件,就得在某一点上停止电流测量,转而开始预测电流。有些BMU采用5mΩ的感测电阻,提供高达100mA的锁定零区或死区。以笔记本电脑为例,这可是很可观的电流量,足以保持某个工作模式非常长的时间了。
精确测量小电流
对于给定大小的感测电阻,电流测量ADC的偏移误差每每限制了其能够测量的最小电流级,致使在低感测电阻值和所需死区(这里因为电流级太低,无法集聚电荷流)之间必须进行大幅折中。最近,大多数设备制造商都在寻找降低耗电量,并尽可能保持低功耗模式的方法,使确保小电流获得精确测量的技术变得愈发重要。
电流测量的度偏移
要精确测量uV数量级电压本身就颇具挑战性,而在芯片经受温度变化时实现精确测量更是困难,因为即使是一部主要在室内工作的笔记本电脑,还是会经历温度变化。例如,在电池均衡管理期间,BMU内部的一个FET以最大功率消耗电池的能量。致使芯片温度大幅上升。与偏移有关的许多参数都有较大的温度偏移,如果不消除这些效应,将影响到测量精度。爱特梅尔的偏移校准方法已获证明在考虑到温度效应时也非常有效。如图2所示,温度效应被完全消除,从而确保偏移不再对测量精度造成影响。
带隙基准电压的特性及其对电压测量的影响
带隙基准电压是获得高精度结果的关键因素。来自固件预期值的实际基准电压值偏差会转化为测量结果的增益误差,而在大多数情况下,这是电池电压测量和大电流测量中最主要的误差源。
标准带隙基准电压是由一个与绝对温度成正比(PTAT)的电流和一个与绝对温度成互补关系(CTAT)的电流两部分相加组成,可提供不受温度变化影响而且相对稳定的电流。这个电流流经电阻,形成不受温度变化影响而且相对恒定的电压。不过,由于CTAT的形状是曲线,而PTAT是线性的,所以得到的电压―温度关系图形也是曲线。
带隙基准源中的电流级存在一定 的生产差异(production variation),使得25℃时的基准额定值、曲率形状和曲线最平坦部分的位置都会发生各种变化,因此需要进行工厂校准,以尽量减小这种变化的影响,图3所示为一个未校准基准源带来的变化实例。在-20―+85℃的温度范围内,最高差异为-0.9~0.20%。而图3则显示有两个离群点的曲线跟大多数其他器件的曲线有相当大的差异。
BM器件中常用的标准带隙基准源针对额定变化被校准,在25℃时的精度极高。然而,曲率形状和位置变化的补偿也相当常见,这就产生与温度变化有关的大幅变化,使得在高和低温时电池电压测量不够精确。此外,也不可能检测和显示出曲线形状显著不同的离群点。
新颖的基准电压校准方法
为了在各种温度变化下获得更好的性能,爱特梅尔增加了一个额外的基准电压校准机制,用以调节带隙基准源的温度系数。这个校准步骤将调节曲率的形状和位置,并显著改善随温度变化的稳定性,如图4所示,在-20~+85℃温度范围内的最大变化是0.5%。注意第二个校准步骤可以检测和显示出具有截然不同的曲线形状的离群点。
基于生产测试成本因素,一般情况下BM器件是不执行第二个校准步骤的。因为行业规范是只在一个温度下测试封装器件,而第二次校准则需要在两个温度下对封装器件进行精确的模拟测试,所以加入具有高模拟精度要求的第二个测试步骤通常都会大幅度增加成本。
爱特梅尔则开发出了一种新颖的方法,能以尽量少的额外成本来执行第二个测试步骤。传统上,第二步测试需要高精度测量设备和复杂的计算操作。此外,对每一个待测器件,第一步测试的数据必须存储,然后在第二步测试中恢复。这些要求都会提高测试成本。爱特梅尔的专有技术充分利用BM单元本身具有的特性,把测试设备要求降至最低:通过精确的外部基准电压,利用板上ADC来执行测量;利用CPU来执行必须的计算任务;以及利用闪存来存储第一步的测量数据。因此,只要利用成本非常低的测试设备便可以获得精度极高的结果。通过这种方法,爱特梅尔便能够以极低的额外测试成本来提供业界领先的性能。
带温度偏移的电压测量精度
当电池达到完全放电或完全充电状态时,电压测量便会决定什么时候关断应用或停止对电池充电。因为最大和最小电池电压的安全考量都是不能打折扣的,故须内置一个保护带(guard band),以确保所有情况下都能安全工作。电压测量精度越高,需要的保护带便越小,实际电池容量的利用率也会越高。在给定的电压和温度下,电压测量可被校准,而该条件下的电压测量误差将极小。当考虑到温度偏移时,测量误差的主要来源是基准电压漂移。图5显示了使用标准基准电压相比曲率补偿基准电压所带来的不确定性。如图5所示,曲率补偿可显著提高精度。
结语
电容器:是一种容纳电荷的器件。
理论上电容器绝缘,是不漏电的。但实际情况下,任何物体都有一定的导电能力,比如说空气,干燥的空气,导电能力差,绝缘能力强,但现实生活中,空气中很难做到干燥,所以很容易出现漏电,自己放电的现象。
(来源:文章屋网 )
关键词:集合式电容器 真空贮存 密封性试验
1 引言
集合式电容器在总装配完成后,需对其注入变压器油或十二烷基苯作为绝缘和散热用液体介质,为保证集合式电容器焊缝及装配部位的密封性,我厂目前利用充氮加压或充油加压检漏方式进行密封性试验。
原有的集合式电容器用储油罐没有配备真空系统,经过净化的液体介质只能在大气状态下传送、贮存、注油,易吸气、吸潮。充氮试漏系统简陋,须重新装接;没有配备液位指示和报警功能,经常发生溢油现象。浪费大量人力、物力,工作环境较差,生产周期较长。
集合式电容器注油加压试漏系统的配置,可在生产现场对经过净化的液体介质进行长期连续无人值守的真空状态下贮存,需要时注入集合式电容器,并用充氮气加压或充油加压检漏方式进行密封性试验。该系统与净油系统组合,可对该注油加压试漏系统储油罐中的液体介质或集合式电容器中的油进行连续循环再净化。
2 集合式电容器注油加压试漏系统的设计特点
2.1 根据现有集合式电容器的结构特点、技术要求和以后的发展方向,以及现有净油机的功能,首先提出集合式电容器注油加压试漏系统的基本功能。
2.1.1 配套储油罐的容积为6m3,承受最高真空度为5Pa,承受最大气压为0.4MPa;
2.1.2 系统工作压力范围为133Pa~0.116MPa;
2.1.3 系统可自动在真空度为133~666Pa范围内贮存液体介质;
2.1.4 系统可在0.012~0.116MPa压力范围内向产品充氮加压试漏;
2.1.5 系统具备低油位、高油位、压力临界等指示、报警功能;
2.1.6 系统与净油机相连接,可对系统储油罐中的液体介质或集合式电容器中的油进行再净化。
2.1.7 在系统排油管装接四个分管,可对四台产品同时注油试漏。在氮气进气管装接四个分管,可用四个氮气瓶同时对系统充氮。
2.2
依据集合式电容器注油加压试漏系统应具备的基本功能,编制系统可实现的工艺流程见图1。
2.2.1 将电源切换到“真空”挡,首先开启真空机组,对储油罐抽真空,进油电磁阀自动开启。真空度达到133Pa时,真空机组自动关闭,真空度降到666Pa时,真空机组自动开启,保证储油罐在真空度为133~666Pa真空状态下;
2.2.2 油处理中心向储油罐加油时,达到高油位时,指示灯亮并报警,并自动关闭进油电磁阀;
2.2.3 从取油样口提取油样,送试,合格后,在真空度为133~666Pa真空状态下贮存;如不合格,可使用净油机进行再净化,直至合格,然后在真空度为133~666Pa真空状态下贮存;
2.2.4 需向产品注油时,将电源切换到“注油”挡,自动开启进氮气电磁阀,向储油罐充氮加压,压力达到设定值时,指示灯亮并报警,并自动关闭进氮气电磁阀(也可直接利用系统专用泵在真空条件下将油注入产品);
2.2.5 接好产品与系统的输油软管,向产品注油,储油罐压力降到0.012MPa时,自动开启进氮气电磁阀,向储油罐充氮加压,使储油罐压力保持在0.012~0.116MPa,注满油后,继续向产品加油压,压力至0.116MPa,停止注油泵,关闭注油球阀,观察产品密封部位,检查其密封性;
2.2.6 达到低油位时,指示灯亮并报警,自动停止向产品注油,同时打开进油电磁阀。一个循环完成。
2.2.7 编程控制器自动控制程序为:
2.2.8 依据集合式电容器注油加压试漏系统应具备的基本功能和可实现的工艺流程,绘制系统原理图,见图2。
2.2.9 本套系统在与产品进油管连接后,只需操作两个开关即可实现以上所有功能。
3关键部件的选择 3.1 为保证储油罐的基本功能,罐壁选用10mm厚的普通钢板,焊缝为双面连续焊,保证焊缝强度和密封性能,内表面进行防锈处理。储油罐具备入口、视察窗和油位显示等功能。
3.2 根据储油罐的使用情况,配备的真空机组为:主泵用ZJ70罗茨泵,前级泵配2X-15A
旋片泵。
3.3 为使真空机组能自动开启和关闭,在罗茨泵和前级泵之间的真空管道上装备电磁差压阀,当真空机组停机时,电磁差压阀自动关闭,使储油罐保空,同时向前级泵泵腔充入空气,以便下次真空机组能自动开启。
3.4 电阻真空计附带有真空度高、低限设置,配合真空机组在PLC编程控制器的控制下按制定的程序自动作业。
3.5> 与真空系统相连的管道上阀门选用进口球阀或真空阀。
4 本套系统的应用效果
4.1 由于系统集成自动化程度较高,操作非常方便,只需控制两个开关,即可实现本系统所有功能。经过简单培训,作业人员就可熟练操作。
一 引言
无功设备在调节系统电压,改善供电质量,提高功率因数方面发挥着重大作用。尤其在夏季、冬季大负荷来临时.电容器组的投切更加频繁,由于电容器组的运行电流较大,较大的运行电流,较多的铜铝过渡连接,再加上安装、检修过程中处理工艺的不严格,使电容器组的发热问题频繁发生。在2013~2014年无功设备的停电消缺次数中,由于发热问题引起的停电次数占到了总停电次数的70%以上。因此,分析无功设备发热缺陷频发的深层次原因,规范正确的处理工艺,对无功设备乃至电网的安全稳定运行很有必要。根据近2年处理无功设备发热问题的经验,对发热的各种原因进行分析,对容易发热的接触面的处理重点进行介绍。
二 电容器发热缺陷分析
对德阳电网的10kV电容器组的发热缺陷分析中发现,电容器的发热缺陷主要存在以下问题:
1.接触面积不足或加工不良导致接触电阻过大
1)接触面设计不合理,接触面积过小,导致发热:
2)使用材料为铝质,而由于铝排硬度较小,在使用铝排冲孔机冲孔时,螺孔周围容易产生凹陷的现象.而且难以打磨平整,导致母排接触面积减少,在运行中容易发热;
2.接触面处理工艺不良导致接触电阻增大
由于变电站大多数设备运行在露天环境下工作.各个连接点经常遭受到风吹雨打、冰冻雪融等自然条件的影响和侵蚀,接触面如果不严格按照正确的工艺要求.接头位置极容易发生氧化和腐蚀现象产生氧化膜,造成连接处接触电阻增大,而接触电阻增大,接触面就会发热。如果得不到及时发现和处理,接头的氧化程度会随着发热现象进一步恶化。造成无功设备局部温度骤然上升.严重时将导致设备接头烧损,发生设备跳闸故障。
2.1 接触面(含铜铝过渡片)未涂抹导电膏严重氧化
铝是一种活泼的金属.在干燥的空气中铝表面立即形成1层致密氧化膜,使铝不会进一步氧化。金属氧化物的导电性能非常差,电阻率可达1xlO―1×108 Q・m,这大大地增加了接触面的接触电阻。因此在金属接触面一定要使用导电膏。导电膏,也就是新型电力复合脂。其滴点范围为180℃―220℃,凝固点范围为一20℃―30℃,其中所含的镍、锌、铬等金属细粒填充在接头接触表面的缝隙中。金属细粒在螺栓的紧固力作用下。能破碎接触面的氧化膜层,降低接触电阻。同时还可以在接头整个表面形成1个保护层而起到隔绝空气和渗入的水分,起到防止氧化的作用。因此正确使用导电膏能有效地改善接触面的导电性能,防止接触面的氧化和电化学腐蚀作用,使接触面在长期的运行中保持良好的导电性能阻埘。
2.2 接触面(含铜铝过渡片)导电膏涂抹太厚
这里需要指出的是。导电膏并非良导体。它在接触面上的导电性能是借“隧道效应”来实现的。所谓“隧道效应”就是指离子通过一个势能大于总能量的优先区域。因此,涂抹导电膏时不能太厚。厚度太大的导电膏阻止了其发挥“隧道效应”的性能,反而使接触电阻增大,并最终导致发热。
2.3 接触面(含铜铝过渡片)导电膏涂抹不均
在工程安装中,导电膏的使用存在误区,安装人员不是将导电膏均匀地涂抹在接触面上,而是在接触面上点上2处。依靠接触面的压紧力将导电膏压平。这样就形成了如图3所示的现象,导电膏分布在接触面的有限部分,没有将接触面全部覆盖,因此不能阻止接触面的氧化,并导致发热,长期发热,造成引流线被烧断,对设备安全运行造成严重危害。
2.4 铜铝接触面未采用铜铝过度片
不同金属的膨胀效应引起。钢制螺栓的金属膨胀系数要比铜质、铝质材料小得多,尤其是螺栓型设备接头,在运行中随着负荷电流及温度的变化,其铝或铜与铁的膨胀和收缩程度将有差异而产生蠕变。所谓蠕变就是金属在应力的作用下缓慢的塑性变形,蠕变的过程还与接头处的温度有很大的关系。当负荷电流减少温度降低回到原来接触位置时,由于接触面氧化膜的覆盖,不可能是原安装时金属间的直接接触。每次温度变化的循环所增加的接触电阻,将会使下一次循环的热量增加,所增加的较高温度又使接头的工作状况进一步变坏,因而形成恶性循环。
不同材质接头接触表面的微电池腐蚀效应。据有关试验文献资料表明,铜的标准电势为+0.34V,铝的标准电势为-1.28V,铜铝之间的电势差为+1.62V。由于两极直接接触,便会有微弱的电流流动,在电解液的作用下,使接触表面逐渐腐蚀,引起接触电阻增大而发热。
2.5 接触面压紧力不当导致接触电阻过大
不同金属的膨胀效应引起。钢制螺栓的金属膨胀系数要比铜质、铝质材料小得多,尤其是螺栓型设备接头,在运行中随着负荷电流及温度的变化,其铝或铜与铁的膨胀和收缩程度将有差异而产生蠕变。所谓蠕变就是金属在应力的作用下缓慢的塑性变形,蠕变的过程还与接头处的温度有很大的关系。当负荷电流减少温度降低回到原来接触位置时,由于接触面氧化膜的覆盖,不可能是原安装时金属间的直接接触。每次温度变化的循环所增加的接触电阻,将会使下一次循环的热量增加,所增加的较高温度又使接头的工作状况进一步变坏,因而形成恶性循环。
现阶段各类设备引线端子基本为螺栓紧固方式.螺栓在运行过程中由于震动逐渐松动,使接触面压紧力不足,导致接触电阻增大。在此我们需要纠正一个错误认识.那就是认为在对连接螺栓进行紧固时拧得越紧越好.当螺母压力达到一个临界值时,如果材料的强度较差,而外力进一步增加时,将会导致接触面变形出现隆起的现象。这样不但不能增加接触面积反而使得接触面积减小,造成接触电阻增大。另外由于铜、铝材质膨胀系数相差很大。在运行中经电流作用多冷热循环,会使接触点处产生较大的间隙而影响接触,也增大了接触电阻。而接触电阻的增大,运行中就会引起温度升高。高温下氧化腐蚀就会加剧,产生恶性循环,使连接质量进一步恶化。因此选择合适的紧固压力进行螺栓紧固时,螺栓不能拧得过紧,以弹簧垫圈压平即可。有条件时,应用力矩板手进行紧固。
【关键词】电容偏差;影响因素;控制
1. 引言
随着我国直流输电工程的不断发展,电容偏差的控制已成为严峻的形势,如中性母线上的直流滤波用电容器和中性线保护用电容器要求电容偏差极小,为± 0.5%。严格控制电容偏差,不仅满足当前电容的配平、整定值的控制、滤波的要求等,更能有效长期控制产品电容均一性(即互换性)。长此以往,系统更加稳定,产品质量更加可靠。
2. 影响电容因素
主要有两点:设计因素与工艺控制因素,但因设计之本在于原材料,而原材料又有一定的偏差,导致工艺控制因数发生一定的变化。
同一批同一罐次产品,设计参数、环境、原材料、设备、人工均相同的情况下,卷绕出的电容应基本相同,但实际差异忽大忽小。寻其原因,主要由以下几方面。
2.1 环境。
在生产过程中净化卷绕间的温湿度应保持相对恒定,温度:20~24,相对湿度:50~6ORH。
2.2 设计理论分析。
电容器的电容
C≈2×εr ×ε0×S D (1)
式中:
ε0——真空介电常数(ε0=2×8.86×10-12F/m);
S——极板面积(m2);
D——极间距离(m);
εr——相对介电常数(相对电容率)。
由(1)式推出 C≈2×8.86×10-12×εr×bL d (2)
式中:
εr ——相对介电常数(相对电容率);
b——极板宽度(m);
L——极板长度(m);
d——极间介质厚度(m)。
由(2)式可知:影响电容直接因数:
极板宽度、极板长度、极间介质厚度、相对介电常数。
3. 控制电容影响因素
3.1 环境。
保证在生产过程中净化卷绕间的温湿度应保持相对恒定,温度:20~24℃,相对湿度:50~6ORH。
3.2 极板宽度。
为了更好的保证电容偏差,我公司要求极板有效宽度偏差为0~+0.5 mm。每家公司的极板宽度均由人员按图纸要求自行调整,即便偏差不符图纸要求,不经检验,也无法查出,为此,对人员调整极板宽度技术较严。由于每个元件不可能一一进行有效宽度检查,为此,需对此工序多次抽检。
3.3 极板长度。
设备自身卷绕长度的影响、芯轴磨损等都会影响电容的卷绕长度。设备的校核很重要,需定时维护与技术查看。
3.4 极间介质厚度。
当前,电容器极间介质采用聚丙烯薄膜,聚丙烯薄膜的自身厚度偏差会严重影响电容器偏差。
粗化型聚丙烯薄膜常用两种测试方法即千分尺法和质量密度法。
千分尺法厚度仅以试样中测得的个别点的平均值代表试样厚度,而质量密度法厚度代表试样的真实平均厚度。前者一个试样中,如改变不同的测试点,其测得的厚度可能不尽相同,但后者的一个试样其厚度是不变的,显然,质量密度法相对千分尺测量测试误差偏小一些。
粗化膜的的空隙率是以千分尺法测得的厚度超过质量密度法测得的厚度之增量的百分比表示。如果空隙率变化不稳定,导致相对相对介电常数发生变化。
3.5 相对介电常数。
εr = εi· εf εi·k+ εf(1-k) (3)
式中:
εi——浸渍剂的相对电容率;
εf——聚丙烯薄膜的电容率;
K——压紧系数。
浸渍剂的相对电容率、聚丙烯薄膜的电容率、压紧系数、极板厚度(因极板的厚度直接影响压紧系数K的变化,间接影响相对介电常数的数值)等成为产品电容控制的主要因素。
3.5.1 压紧系数。
设计产品时,利用固有压紧系数,设计元件高度以及芯子高度,元件高度相对比较好控制,要求元件耐压时选取垫片高度必须一致,及设备在此统一性。
芯子高度由元件、绝缘件等组成,若元件高度准确,绝缘件厚度偏差之间影响芯子高度,同一产品,芯子高度一致,则绝缘件高度偏差影响芯子溶胀率,即改变产品压紧系数,随即影响相对介电常数。芯子压装时,固定压力大小决定芯子高度,以此来控制芯子压紧系数值。
铝箔的厚度会间接影响压紧系数。铝箔的厚度随着不同厂家和不同批次会有所差异。厚度的差异最终会影响压紧系数和所设计电容值,若厚度偏薄,则按照理厚度论设计电容值最终出来的电容偏小,偏厚则相反。
3.5.2 聚丙烯薄膜的相对电容率与浸渍剂的相对电容率
严格控制进厂参数值,保证材料相对电容率值。
4. 结束语
影响电容器电容的主要因素是聚丙烯薄膜的厚度控制、聚丙烯薄膜的空隙率、芯子压紧系数、设备卷绕长度的一致性等都成为控制容量偏差的不可忽略因数。严格控制聚丙烯薄膜进厂参数值,以质量密度法测得的厚度做为电容设计依据之一。结合工艺设备控制,保证元件有效宽度、长度符合图纸参数值。固定压力大小确定芯子高度,以此控制芯子压紧系数值。
参考文献
关键词:电阻电容器 故障分析 故障处理 预防措施
电阻电容器是电力系统的一种重要的电气设备,是一种无功补偿装置。电阻电容器是一种静止的无功补偿设备,它的主要作用是向电力系统提供无功功率,提高功率因数。采用就地无功补偿,可以减少输电线路输送电流,起到减少线路能量损耗和压降、改善电能质量和提高设备利用率的重要作用。在长期运行工作中,因为运行环境、人为因素以及设计方面的问题,电容器故障屡见不鲜,严重地威胁着电力系统的运行。因此,运行人员必须对电阻电容器经常进行巡视检查,并及时将有缺陷的电阻电容器退出运行,以防事故发生。
一、常见故障现象的分析及处理
1、熔丝熔断。对熔丝熔断的电阻电容器应进行外观检查,确定是否存在鼓肚、过热、开裂以及熔丝元件熔断状况。外观无明显故障特征一般应进行试验,测量电阻电容器容量及遥测对地绝缘电阻。但目前各地亦曾发生由于熔丝质量不好或热容量不够以及接触不良而发生熔丝熔断的情况,更换熔丝后即正常了。
2、鼓肚现象。在所有电容器的故障中,鼓肚是占比例最大的。一般油箱随温度变化发生膨胀和收缩是正常现象,但当内部发生局部放电,绝缘油产生大量气体,就会使箱壁变形,形成明显的鼓肚现象。发生鼓肚的电容器不能修复,只能拆下更换新电容器。造成鼓肚的原因主要是产品质量问题,所以把好进货关是避免电容器鼓肚损坏的根本措施。
3、爆炸现象。产生爆炸的根本原因是极间游离放电造成的电容器极间击穿短路。我们认为电容器只要配装适当的保护熔丝,其安秒特性就小于油箱的爆裂特性。当电容器发生短路击穿时,熔丝将首先切断电源,避免爆炸产生,并且可以防止着火和将邻近电容器炸坏。星形接线的电容器组,由于故障电流受到限制也很少发生爆炸现象。因此可以肯定,单台保护熔丝是很重要的装置,其安秒特性配置适当就完全可以防止油箱爆裂,所以采用星形接线也是很重要的防爆措施。
4、渗漏油现象。实际中渗漏部位主要在油箱焊缝和套管处,说明是焊接工艺不良,厂家对密封实验没有严格要求,不是逐台试漏。实际中套管渗油的部位主要是根部法兰、帽盖和螺栓等焊口,渗漏的原因有加工工艺问题,还有结构设计和人为的原因。针对以上原因分别对厂家和运行检修人员采取措施,加强管理,渗漏问题可以得到解决。轻微渗漏可以用锡和环氧树脂补焊。
二、电阻电容器故障的预防措施
1、合理选择电容器的接线方式。电容器组的接线方式大体可分为单星形接线、双星形接线和角形接线等几种。电容器组应尽可能地采用中性点不接地的双星形接线,并采用双星形零流平衡保护。接线方式选择得正确简单,保护配置得合理可靠,可使电容器的故障大大减小。
2、保证合适的运行温度。在电容器运行过程中,应随时监视和控制其环境温度,加强通风,改善电容器的散热条件。电容器安装运行的环境温度范围为-50~+55℃。在特殊情况下,如果环境温度不能满足要求,可以用人工方法来降低空气温度或根据负荷情况短时退出电容器。
3、控制谐波。电容器投入时的电流过大,会导致电网的谐波超标引起过电流,故规定电容器的工作电流不得超过额定电流的1.3倍。目前,最有效的办法是在电容器的回路中装设适当参数的串联电抗器或阻尼式限流器来限制电网谐波。必要时,可在电容器上串联适当的感性电抗来限制谐波电流。
4、选取合适的熔断器。单台保护熔断器开断性能不好,是电容器爆炸的原因之一。单台电容器保护使用的熔断器属喷射式熔断器,主要靠熔断电流自身的能量产生气体熄灭电弧并开断故障电流,在电容器装置中常作为内部故障的主保护。熔断器如果能成功开断故障电容器,油箱是不会爆炸的。开断性能不良的熔断器往往是因在运行中灭弧管受潮发胀将管堵塞,此外还有安装方法不当或弹簧不到位,熔丝熔断后尾线不能迅速弹出等原因影响电弧开断。
三、结束语
电阻电容器是电网无功补偿重要元件,合理地控制运行电压、电流和温度环境等要素,正确处理电阻电容器绝缘不良等故障可保障,电容器长期有效运行。在运行中必须定期巡视电容器,发现电容器漏油、渗油、熔丝熔断等现象时,应立即停用。运行维护人员和管理者必须了解和掌握电阻电容器的绝缘结构、材料性能、工艺质量、维护方法及科学的诊断技术,并进行优化合理的运行管理,才能保证电力变压器的使用效率、寿命和供电的可靠性。在日常工作中,发现问题应及时处理,以保证电网经济稳定地运行。
参考文献
[1]张凤逸 高压并联电容器.辽宁省职工教育教材编审委员会,1985。
[2]张连彬 王树声 潘秀宝 变电常见异常运行实例分析与处理,1986。
例1如图1所示,水平放置的光滑平行导轨处于垂直于水平面向下(垂直于纸面向里)的匀强磁场中,磁感应强度为B,导轨间距为L,导轨左端接有电容为c的电容器,金属棒ab垂直于导轨放置,其质量为m,电阻为R(导轨电阻不计,且足够长)。现有恒力F作用在金属棒上,若电容器的耐压值为U,则:
(1)当金属棒的速度为v时,求电容器所带的电荷量。
(2)若要求电容器不被烧坏,则金属棒运动的最长时间为多少?
解析:(1)当金属棒的速度为v时,金属棒切割磁感线产生的感应电动势E=BLv,电容器两端的电压U1=E,根据Q=CUl可得,电容器所带的电荷量Q―CBLv。
(2)取极短时间t,则金属棒的速度变化量为Av,因此电容器所带电荷量的变化量
点评:本题中金属棒做单向的匀加速直线运动,利用微元法求得金属棒的加速度是解决问题的关键。
侧2如图2所示,水平面内有两根足够长的平行导轨L1、L2,其间距d=O.5m,导轨左端接有电容c=2 000 uF的电容器。质量m=20g的导体棒可在导轨上无摩擦地滑动,导体棒和导轨的电阻不计。整个空间存在垂直于导轨所在平面向下(垂直于纸面向里)的匀强磁场,磁感应强度B=2T。现用一沿导轨方向向右的恒力F1=O.44 N作用在导体棒上,使导体棒从静止开始运动,经时间t后到达B处,速度变为v=5m/s。此时,突然将拉力方向变为沿导轨方向向左,大小变为F2,又经时间2£后导体棒返回到初始位置A处。在整个过程中电容器未被击穿。求:
[关键词] 电力电容器;维护;处理故障;修理
1.电力电容器的保护
(1)电容器组应采用适当保护措施,如采用平衡或差动继电保护或采用瞬时作用过电流继电保护,对于3.15kV及以上的电容器,可在每个电容器上装置单独的熔断器,熔断器的额定电流应按熔丝的特性和接通时的涌流来选定,一般为1.5倍电容器的额定电流为宜,以防止电容器油箱爆炸。
(2)除上述指出的保护形式外,在必要时还可以作下面的几种保护:
①如果电压升高是经常及长时间的,需采取措施使电压升高不超过1.1倍额定电压。
②用合适的电流自动开关进行保护,使电流升高不超过1.3倍额定电流。
③如果电容器同架空线联接时,可用合适的避雷器来进行大气过电压保护。
④在高压网络中,短路电流超过20A时,并且短路电流的保护装置或熔丝不能可靠地保护对地短路时,则应采用单相短路保护装置。
(3)正确选择电容器组的保护方式,是确保电容器安全可靠运行的关键,但无论采用哪种保护方式,均应符合以下几项要求:
①保护装置应有足够的灵敏度,不论电容器组中单台电容器内部发生故障,还是部分元件损坏,保护装置都能可靠地动作。
②能够有选择地切除故障电容器,或在电容器组电源全部断开后,便于检查出已损坏的电容器。
③在电容器停送电过程中及电力系统发生接地或其它故障时,保护装置不能有误动作。
④保护装置应便于进行安装、调整、试验和运行维护。
⑤消耗电量要少,运行费用要低。
(4)电容器不允许装设自动重合闸装置,相反应装设无压释放自动跳闸装置。主要是因电容放电需要一定时间,当电容器组的开关跳闸后,如果马上重合闸,电容器是来不及放电的,在电容器中就可能残存着与重合闸电压极性相反的电荷,这将使合闸瞬间产生很大的冲击电流,从而造成电容器外壳膨胀、喷油甚至爆炸。
2.电力电容器的接通和断开
(1)电力电容器组在接通前应用兆欧表检查放电网络。
(2)接通和断开电容器组时,必须考虑以下几点:
①当汇流排(母线)上的电压超过1.1倍额定电压最大允许值时,禁止将电容器组接入电网。
②在电容器组自电网断开后1min内不得重新接入,但自动重复接入情况除外。
③在接通和断开电容器组时,要选用不能产生危险过电压的断路器,并且断路器的额定电流不应低于1.3倍电容器组的额定电流。
3.电力电容器的放电
(1)电容器每次从电网中断开后,应该自动进行放电。其端电压迅速降低,不论电容器额定电压是多少,在电容器从电网上断开30s后,其端电压应不超过65V。
(2)为了保护电容器组,自动放电装置应装在电容器断路器的负荷侧,并经常与电容器直接并联(中间不准装设断路器、隔离开关和熔断器等)。具有非专用放电装置的电容器组,例如:对于高压电容器用的电压互感器,对于低压电容器用的白炽灯泡,以及与电动机直接联接的电容器组,可以不另装放电装置。使用灯泡时,为了延长灯泡的使用寿命,应适当地增加灯泡串联数。
(3)在接触自电网断开的电容器的导电部分前,即使电容器已经自动放电,还必须用绝缘的接地金属杆,短接电容器的出线端,进行单独放电。
4.运行中的电容器的维护和保养
(1)电容器应有值班人员,应做好设备运行情况记录。
(2)对运行的电容器组的外观巡视检查,应按规程规定每天都要进行,如发现箱壳膨胀应停止使用,以免发生故障。
(3)检查电容器组每相负荷可用安培表进行。
(4)电容器组投入时环境温度不能低于-40℃,运行时环境温度1小时,平均不超过+40℃,2小时平均不得超过+30℃,及一年平均不得超过+20℃。如超过时,应采用人工冷却(安装风扇)或将电容器组与电网断开。
(5)安装地点的温度检查和电容器外壳上最热点温度的检查可以通过水银温度计等进行,并且做好温度记录(特别是夏季)。
(6)电容器的工作电压和电流,在使用时不得超过1.1倍额定电压和1.3倍额定电流。
(7)接上电容器后,将引起电网电压升高,特别是负荷较轻时,在此种情况下,应将部分电容器或全部电容器从电网中断开。
(8)电容器套管和支持绝缘子表面应清洁、无破损、无放电痕迹,电容器外壳应清洁、不变形、无渗油,电容器和铁架子上面不应积满灰尘和其他脏东西。
(9)必须仔细地注意接有电容器组的电气线路上所有接触处(通电汇流排、接地线、断路器、熔断器、开关等)的可靠性。因为在线路上一个接触处出了故障,甚至螺母旋得不紧,都可能使电容器早期损坏和使整个设备发生事故。
(10)如果电容器在运行一段时间后,需要进行耐压试验,则应按规定值进行试验。
(11)对电容器电容和熔丝的检查,每个月不得少于一次。在一年内要测电容器的tg 2~3次,目的是检查电容器的可靠情况,每次测量都应在额定电压下或近于额定值的条件下进行。
(12)由于继电器动作而使电容器组的断路器跳开,此时在未找出跳开的原因之前,不得重新合上。
(13)在运行或运输过程中如发现电容器外壳漏油,可以用锡铅焊料钎焊的方法修理。
5.电力电容器组倒闸操作时必须注意的事项
(1)在正常情况下,全所停电操作时,应先断开电容器组断路器后,再拉开各路出线断路器。恢复送电时应与此顺序相反。