無(wú)熔絲電容器原理

任何固體絕緣介質(zhì)都具有空隙,裂紋或?qū)щ娦噪s質(zhì)等局部質(zhì)量缺陷,形成了所謂"電弱點(diǎn)",在運(yùn)行中電弱點(diǎn)介質(zhì)加速老化, 造成元件擊穿.人們用內(nèi)熔絲或外熔絲技術(shù)及時(shí)切斷擊穿元件或擊穿的電容器單元,使整臺(tái)電容器和整個(gè)電容器組繼續(xù)保持正 常運(yùn)行,這是多年來(lái)的傳統(tǒng)做法.當(dāng)電容器單元采用全膜介質(zhì)后,人們發(fā)現(xiàn),介質(zhì)的擊穿會(huì)使兩極板在擊穿點(diǎn)形成牢固的熔接, 就象是介質(zhì)薄膜已從極板間抽出一樣,見(jiàn)圖.于是,這一特性就構(gòu)成了無(wú)熔絲電容器的基本工作原理。

(1)首先是在電容器單元和電容器組中,既不裝有內(nèi)熔絲,也不裝有外熔絲.

(2)為盡量降低一個(gè)元件擊穿所引起的其他完好元件上的過(guò)電壓,并減少整個(gè)電容器組的電容變化,電容器單元之間應(yīng)為"先 串后并"的連接方式.

(3)電容器單元內(nèi)部元件的連接方式有兩種:"先并后串"和"先串后并"

美國(guó)在20世紀(jì)80年代初開(kāi)始廣泛采用全膜介質(zhì)電容器后,發(fā)現(xiàn)介質(zhì)擊穿后兩極板能良好地熔焊在一起,在此基礎(chǔ)上研究和開(kāi) 發(fā)出無(wú)熔絲電容器組.首先在 138kV 電容器組的一相上試驗(yàn)性地安裝了 50.4Mvar 的無(wú)熔絲電容器,單元容量為 300kvar.取得經(jīng)驗(yàn)后,于 1989 年10月,世界上第一套無(wú)熔絲電容器組(額定電壓 115kV,中性點(diǎn)不接地運(yùn)行)在美國(guó)佐治亞州投入商業(yè)運(yùn)行,以其結(jié)構(gòu)緊湊,外形美觀,運(yùn)行可靠為人們所稱(chēng)贊,隨后開(kāi)始大量推廣應(yīng)用.目前在美國(guó),無(wú)熔絲電容器組為 廣大用戶所青睞,在市場(chǎng)上占有主導(dǎo)地位.在歐洲和世界其他地區(qū),無(wú)熔絲電容器也有大量應(yīng)用,就連以內(nèi)熔絲技術(shù)著稱(chēng)的 ABB公司也生產(chǎn)無(wú)熔絲電容器.所不同的是,美國(guó)的無(wú)熔絲電容器是指在電容器組中單元之間的連接為先串聯(lián)后并聯(lián),即所謂"先 串后并",電容器單元內(nèi)部元件連接和外熔絲電容器相同,是"先并后串",而 ABB的無(wú)熔絲電容器不僅單元之間"先串 后并",而且電容器單元內(nèi)部元件也是"先串后并",

無(wú)熔絲電容器組的接線有如下圖兩種方式,可根據(jù)具體情況適當(dāng)選用.表1給出了若干計(jì)算舉例,包括元件擊穿后引起的 完好元件過(guò)電壓,完好電容器單元過(guò)電壓及故障相電容的變化,計(jì)算中假定相電壓不變.從表1可以看出,接線方式對(duì)完好元 件和完好單元的過(guò)電壓有很大影響,使用中應(yīng)特別注意對(duì)電容器單元內(nèi)部和電容器組接線方式的選擇.

無(wú)熔絲電容器能隔離故障元件,使電容器在容量?jī)H發(fā)生微小變化的條件下保持正常運(yùn)行,能達(dá)到內(nèi)熔絲電容器或外熔絲電容 器所具有的保護(hù)作用.相比之下,無(wú)熔絲電容器尚具有如下優(yōu)點(diǎn):

(1)和內(nèi)熔絲電容器或外熔絲電容器相比,無(wú)熔絲電容器單元和內(nèi)部元件并聯(lián)儲(chǔ)能較小,元件擊穿時(shí)不易損傷臨近元件或?qū)そ^緣(須知,元件故障若造成對(duì)殼主絕緣的擊穿,其后果是非常嚴(yán)重的),有利于防止故障的擴(kuò)大或外殼爆炸.

(2)和外熔絲電容器相比,裝置結(jié)構(gòu)緊湊,節(jié)省安裝空間.設(shè)備簡(jiǎn)化,使運(yùn)行故障率降低.

(3)因不存在內(nèi)熔絲和外熔絲上的損耗,所以無(wú)熔絲電容器的整體損耗較低.

(4)和內(nèi)熔絲電容器相比,成本較低,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,有利于減少制造質(zhì)量缺陷;元件容量大,數(shù)量少,生產(chǎn)效率較高.

(1)使用于系統(tǒng)電壓等級(jí)較高的場(chǎng)合,以35kV為界.美國(guó)GE公司介紹,無(wú)熔絲電容器適用的下限電壓為 34.5kV,電壓越高 優(yōu)越性越明顯,例如 330kV電容器組的電容器單元為16串,單元內(nèi)元件7串,每相共 112 串,一個(gè)元件(即一個(gè)串聯(lián)段)擊穿 引起的過(guò)電壓不到 1%.ABB 公司也認(rèn)為無(wú)熔絲電容器適用的電壓為 34.5kV 以上.

(2)電容器組的容量限制:主張以內(nèi)熔絲電容器為主的 BB公司認(rèn)為,無(wú)熔絲電容器僅適用于電壓高,容量小的場(chǎng)合.美國(guó) 認(rèn)為無(wú)熔絲電容器的應(yīng)用在整組容量上沒(méi)有限制.

(3)電容器單元參數(shù)限制:研究認(rèn)為,應(yīng)限制流過(guò)元件擊穿點(diǎn)(即每分支)的電流不超過(guò)60A.這就對(duì)電容器單元的電壓和容 美國(guó)GE公司經(jīng)驗(yàn), 元件介質(zhì)厚度以25~30m(重量作出了限制. 對(duì)于內(nèi)部有元件分支的電容器單元, 額定電壓應(yīng)在10kV以上. 量法)或 28~34m(千分尺法)為宜.