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電力電容器基礎(chǔ)知識(shí)及常見(jiàn)運(yùn)行問(wèn)題①

文章出處:網(wǎng)責(zé)任編輯:作者:人氣:-發(fā)表時(shí)間:2020-12-15 11:14:00【

電力電容器基礎(chǔ)知識(shí)及常見(jiàn)運(yùn)行問(wèn)題

1. 基本概念

1.1 電容器(Capacitor)

電容器由兩塊平行極板(鋁箔) 和極板間的絕緣材料所組成:

作用:存儲(chǔ)和釋放電荷的器件(充電和放電)

電容器結(jié)構(gòu)

電工符號(hào): C

電路符號(hào):電路符號(hào)

電容量的基本單位: 法拉(F)

常用單位:

微法(μF)

納法(nF)

皮法( PF)

1F =10 6 μF =10 9 nF =10 12 PF

1 μF =1000 nF

1 nF =1000 PF

1.2 電容器的電容

電容量由下式?jīng)Q定:

(1) 平板式:電容公式

式中: A—極板面積, m 2

    d—極板間距, m

    εr —極板間介質(zhì)的相對(duì)介電系數(shù)

(2) 卷繞式采用卷繞式時(shí),電容值近似等于該電容展開(kāi)成平面時(shí)的一倍。 即:電容公式

 

卷繞式電容元件

 

1.3 常用電介質(zhì)的分類

1.3.1 氣體電介質(zhì)

(1) 氣體電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)εr非常接近 1;

(2) 電力電容器常用的氣體電介質(zhì)是六氟化硫(SF6)、氮?dú)狻⒖諝獾龋?/p>

SF6的特點(diǎn):

擊穿強(qiáng)度:是空氣的2~3倍。在0.3MPa下與常溫下的絕緣油相當(dāng);

滅弧能力:約為空氣的100倍;

tanδ:在0.1MPa時(shí)<5×10ˉ6

1.3.2 固體電介質(zhì)

電力電容器中常用的固體電介質(zhì)有如下幾種:

(1) 電容器紙

優(yōu)點(diǎn): 浸漬性好,成本低,效益高,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。

缺點(diǎn): 線膨脹系數(shù)大,易變形,電容量穩(wěn)定性差,容易老化,耐熱性低(< 80℃),機(jī)械強(qiáng)度低。

(2) 塑料薄膜

優(yōu)點(diǎn): 耐電強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度高,體積電阻系數(shù)高,穩(wěn)定性好。

缺點(diǎn): 難以浸漬,通過(guò)采取特殊的工藝,也可提高浸

漬效果;或者做成干式電容器。常用的塑料薄膜有:聚丙烯薄膜(簡(jiǎn)稱PP膜)、聚脂薄膜等。

 

1.3.3 液體電介質(zhì)

1)天然液體電介質(zhì)

變壓器油、電容器油、電纜油、蓖麻油等礦物油和植物油。

(2)合成化合物

有異丙基聯(lián)苯(IPB)、二芳基乙烷(PXE)、愛(ài)迪索油、二異丙基萘(KIS-400)、CPE等等,種類較多。

電擊穿強(qiáng)度: ≥ 45 kV/ 2.5mm

表1.1 常用介質(zhì)的相對(duì)介電系數(shù)

表1.1 常用介質(zhì)的相對(duì)介電系數(shù)

1.3.4 氧化膜電介質(zhì)

  以金屬(常見(jiàn)的是鋁或鉭)的氧化膜作為電介質(zhì),以電解質(zhì)作為另一電極。即所謂的電解電容器,這類電容器單個(gè)電容量可做到上萬(wàn)微法。電解電容器的特點(diǎn)是電極是有極性的,應(yīng)用中正、負(fù)極不能接反。

 

  近年來(lái)有一種名為雙電層電解電容器(又稱為法拉電容器或超級(jí)電容器)的新型元件逐漸受到關(guān)注。它的等效電容量足以達(dá)到法拉級(jí)(甚至可以達(dá)到數(shù)萬(wàn)法拉)。 此類電容器完全可以作為電池使用,理論上可以經(jīng)受無(wú)限次充放電循環(huán),而且充電速度和能量轉(zhuǎn)化率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通化學(xué)電池,但單個(gè)超級(jí)電容耐壓能力很弱,一般不會(huì)超過(guò)20V。通過(guò)串、并聯(lián)組合可以提高工作電壓,用于電能儲(chǔ)存。

1.4 交流電路中電容器的特性

1.4.1 電壓與電流的關(guān)系

在交流電路中,電容器的電流在相位上超前于電壓90度,這個(gè)特性正好與電抗器相反。

圖1.3 電容器和電抗器上的電壓和電流相位

1.4.2 頻率與阻抗的關(guān)系

電容器的阻抗與電源的頻率成反比的關(guān)系,即:

電容器的阻抗與電源的頻率成反比的關(guān)系

這一特性也正好與電抗器相反, 因?yàn)殡娍蛊鞯淖杩古c電源頻率成正比的關(guān)系:

電抗器的阻 抗與電源頻率成正比的關(guān)系

1.4.3 電容器和電抗器串聯(lián)

當(dāng)電容器和電抗器串聯(lián)時(shí),回路中只有一個(gè)電流,此時(shí)電容器上的電壓和電抗器上的電壓方向相反,它們的合成電壓是相減的關(guān)系。

圖1.4 L、 C串聯(lián)電路

  當(dāng)電容電壓和電感電壓大小相等時(shí)(即容抗等于感抗時(shí)),就稱為串聯(lián)諧振狀態(tài),此時(shí)電路中合成電抗電壓為零,只剩下阻性電壓。串聯(lián)諧振回路中的電壓、電流關(guān)系為:

電流關(guān)系

1.4.4 電容器和電抗器并聯(lián)

  電容器和電抗器并聯(lián)時(shí),電路中只有一個(gè)電壓,此時(shí)電容器上的電流與電抗器上的電流方向相反,它們的合成電流是相減的關(guān)系。當(dāng)容性電流等于感性電流時(shí), 稱為并聯(lián)諧振狀態(tài),此時(shí)電路中的合成電流只剩下阻性電流。

L、 C并聯(lián)電路

并聯(lián)諧振電路中電壓和電流的關(guān)系為:

并聯(lián)諧振電路中電壓和電流的關(guān)系

1.4.5 電路諧振的條件

電路諧振的條件是容抗與感抗相等,即XL=XC或:ωL=1/ωC,整理后可得諧振條件為:

諧振條件

  從上式可知,通過(guò)調(diào)整電感L或電容C或調(diào)整頻率f,都可以使試驗(yàn)回路達(dá)到諧振的狀態(tài)。在諧振狀態(tài)電路呈現(xiàn)純電阻特性,電流的大小僅與電壓和電阻有關(guān),相位差總是為零,即cosφ=1。

 

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