电容器试验方法.doc

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1、电力电容器试验方法1.基本概念1.1电容器(Capacitor)电容器由两块平行的极板(铝箔)和极板间的绝缘材料所组成:作用:存储和释放电荷的器件(充电和放电)电工符号:C电路符号:电容量的基本单位:法拉(F)常用单位:微法(μF)纳法(nF)皮法(PF)1F=106μF=109nF=1012PF1μF=1000nF图1.1电容器的结构1nF=1000PF1.2电容器的电容电容量由下式决定:(1)平板式:(1.1)式中:A—极板面积,m2d—极板间距,mεr—极板间介质的相对介电系数(2)卷绕式采用卷绕式

2、时,电容值近似等于该电容展开成平面时的一倍。即:(1.2)图1.2卷绕式电容元件221.3常用电介质的分类1.3.1气体电介质(1)气体电介质的相对介电常数非常接近1;(2)电力电容器常用的气体电介质是六氟化硫(SF6)、氮气、空气等;SF6的特点:击穿强度:是空气的2~3倍。在0.3MPa下可与常温下的绝缘油匹敌;灭弧能力:约为空气的100倍;tanδ:在0.1MPa时<5×10-61.3.2固体电介质电力电容器中常用的固体电介质有如下几种:(1)电容器纸优点:浸渍性好,成本低,效益高,可实现自动化生产

3、。缺点:线膨胀系数大,易变形,电容量稳定性差,容易老化,耐热性低(<80℃),机械强度低。(2)塑料薄膜优点:耐电强度和机械强度高,体积电阻系数高,稳定性好。缺点:难以浸渍,通过采取特殊的工艺,也可提高浸渍效果;或者做成干式电容器。常用的塑料薄膜有:聚丙烯薄膜(简称PP膜)、聚脂薄膜等。1.3.3液体电介质(1)天然液体电介质变压器油、电容器油、电缆油、蓖麻油等矿物油和植物油。(2)合成化合物有异丙基联苯(IPB)、二芳基乙烷(PXE)、爱迪索油、二异丙基萘(KIS-400)、CPE等等,种类较多。电击穿

4、强度:≥45kV/2.5mm表1.1常用介质的相对介电系数材料名称εr材料名称εr材料名称εr真空1电容器纸6.5环氧树脂3.8空气1.00058油浸电容器纸3.2~4.4云母4~7.5六氟化硫1.002聚丙烯树脂2.2~2.6瓷6~6.5二氧化碳1.00098聚丙烯薄膜2.0~2.1胶木层纸2.5~4变压器油2~2.2聚四氟乙烯2~2.2石蜡2.1~2.5电容器油2.1~2.3聚氯乙烯3~3.5玻璃5.5~10三氯联苯5.2聚乙烯2.2~2.4橡胶2~3木材4.5~5聚脂3.2钛酸钡3000~8000纸

5、3.0~3.5有机玻璃3~3.6氯化联苯(三氯联苯、五氯联苯)由于毒性大,1975年国际上已经禁止使用。221.3.4氧化膜电介质以金属(常见的是铝或钽)的氧化膜作为电介质,以电解质作为另一电极。即所谓的电解电容器,这类电容器单个电容量可做到上万微法。电解电容器的特点是电极是有极性的,应用中正、负极不能接反。近年来有一种名为双电层电解电容器(又称为法拉电容器或超级电容器)的新型元件逐渐受到关注。,足以达到法拉级(甚至可以达到数万法拉)。此类电容器完全可以作为电池使用,理论上可以经受无限次充放电循环,而且充

6、电速度和能量转化率也远远高于普通化学电池,但单个超级电容耐压能力很弱,一般不会超过20V。通过串、并联组合可以提高工作电压,用于电能储存。1.4交流电路中电容器的特性1.4.1电压与电流的关系在交流电路中,电容器的电流在相位上超前于电压90度,这个特性正好与电抗器相反。图1.3电容器和电抗器上的电压和电流相位1.4.2频率与阻抗的关系电容器的阻抗与电源的频率成反比的关系,即:(1.3)这一特性也正好与电抗器相反,因为电抗器的阻抗与电源频率成正比的关系:(1.4)1.4.3电容器和电抗器串联当电容器和电抗器

7、串联时,回路中只有一个电流,此时电容器上的电压和电抗器上的电压方向相反,它们的合成电压是相减的关系。当电容电压和电感电压大小相等时(即容抗等于感抗时),就称为串联谐振状态,此时电路中合成电抗电压为零,只剩下阻性电压。串联谐振回路中的电压、电流关系为:(1.5)(1.6)22图1.4L、C串联电路1.4.4电容器和电抗器并联电容器和电抗器并联时,电路中只有一个电压,此时电容器上的电流与电抗器上的电流方向相反,它们的合成电流是相减的关系。当容性电流等于感性电流时,称为并联谐振状态,此时电路中的合成电流只剩下阻

8、性电流。并联谐振电路中电压和电流的关系为:(1.7)(1.8)图1.5L、C并联电路1.4.5电路谐振的条件电路谐振的条件是容抗与感抗相等,即XL=XC或:ωL=1/ωC,整理后可得谐振条件为:(1.9)从上式可知,通过调整电感L或电容C或调整频率f,都可以使试验回路达到谐振的状态。在谐振状态电路呈现纯电阻特性,电流的大小仅与电压和电阻有关,相位差总是为零,即cosφ=1。2电力电容器在电力生产中的作用2.1并联电容器(移相电

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