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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
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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 1 XC 2fC C
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2 电力电容器在电力生产中的作用 2.1 并联电容器(移相电容器)
用于电力负荷无功补偿。在用户负荷中存在大
量的无功功率，如感应电动机、变压器中的励磁功
率、输电线路电感消耗的无功功率等。无功电流在
输电线路中传输时，就会在线路、配电变压器的导
线电阻中产生损耗，造成不必要的浪费。表征系统
有功功率和视在功率比例的参数为功率因数，功率
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图4.1 开关的重燃原因
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（3）运行中的过电流及过电压 产生原因：电源中的高次谐波与电路的L、C参数产 生谐振。 主要危害：长时间的过电流和过电压。
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4.1.2 保护措施 a. 串联电抗器限流； b. 采用无重燃开关（如FS6开关），末经老练的真空 开关刚投入使用时，重燃几率为2～6%，运行中断 开电容电流30次后，基本上就不重燃了； c. 开关中增加辅助触头和并联电阻； d. 单元件熔断丝保护； e. 加装避雷器保护；
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5.2 安装后的验收（交接）试验 （1）测量绝缘电阻； （2）测量耦合电容器、断路器电容器的tanδ及电容 值； （3）500kV耦合电容器的局部放电试验（对绝缘有 怀疑时）； （4）并联电容器交流耐压试验； （5）冲击合闸试验
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5.3 预防性试验 （1）极对外壳绝缘电阻测量（集合电容器增加相 间）； （2）电容量测量； （3）外观及渗漏油检查 （4）红外测温； （5）测量tanδ（并联电容器及集合电容器不做）； （6）低压端对地绝缘电阻（耦合电容器）； （7）交流耐压和局部放电试验（耦合电容器，必 要时）； （8）绝缘油试验（集合电容器）。
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6. 电容器的试验方法 6.1 外观检查 外观检查主要是观察电容器是否存在变形、锈蚀、
渗油、过热变色、鼓胀等问题。
6.2 密封性检查
用户进行密封性检查通常只能采用加热的方法，在
即：并联的电容元件数越多，总的电容量越大
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图3.4 串联电容器结构
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图3.5
并联电容器结构
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（2）防护 a. 浸渍防护 通过浸渍处理，以填充固体介质中的空隙，从而
达到以下目的：
① 提高介质的介电系数和耐电强度；
② 改善局部放电特性；
③ 改善散热条件。
b. 干式电容器
包括充气式、树脂或硅胶固封、塑料薄膜电容等等。
法拉电容器或超级电容器）的新型元件逐渐受到关
注。它的等效电容量足以达到法拉级（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。
(1.3)
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：
X L 2fL L
(1.4)
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1.4.3电容器和电抗器串联 当电容器和电抗器串联时，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。
图1.4 L、C串联电路
浸渍性好 硬、脆 脆 脆 不稳定 脆
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1.3.4 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。
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近年来有一种名为双电层电解电容器（又称为
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5. 电容器试验项目 5.1 到货后的验收试验
（1）外观检查；
（2）密封性检查； （3）电容量测量； （4）工频耐压试验（通常为出厂试验的75%）； （5）tanδ测量；（并联电容器、集合电容器不做）
（6）绝缘油试验（集合电容器）。
用户也可以根据需要与生产厂家签订合同增加型式 试验或出厂试验中的某些项目（比如冲击试验、局 部放电测量等）。
因数越小，说明系统中的无功分量越大。
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在线路传输有功功率时，有如下关系： (2.1) 当线路电压U及传输的有功功率P不变时，提高功 率因数cosφ就可以降低线路电流I，从而降低线路上 的电阻损耗。
P 3UI cos
图2.1 无功补偿原理
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2.2 串联电容器 用于输电线路无功补偿。输电线路存在一定的分 布电感，线路越长电感量越大，增加了线路的阻抗 和电压降。在输电线路中串联电容器后，电容上的 压降与电感上的压降互相抵消，从而减小了线路电
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3.3 外部结构 电容器外壳材料：瓷、金属、树脂、塑料。 3.4 组装形式 （1）单极电容器：此时金属外壳为另一个电极； （2）双极电容器：电容器的电极与外壳无关；
（3）集合电容器：即将单相或三相电容器集中封装。 外壳结构有全密封焊死的，也有像电力变压器一样 带油枕和呼吸器的。
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4 电力电容器常见运行问题 4.1 并联电容器 4.1.1常见问题 （1）投运时的涌流 产生原因：LC串联谐振，涌流频率为几百至几千Hz， 可达正常电流的数十倍，其维持时间一般在几十至 几百ms； 主要危害：造成CT击穿，开关触头电磨损。 （2）退出时的过电压 产生原因：开关重燃，产生的过电压倍数最大可达5 倍以上。 主要危害：造成电容器及相关设备过电压击穿。
24Βιβλιοθήκη 3. 电力电容器的结构 3.1 电力电容器常用的固体电介质
（1）纸介质；
（2）膜纸复合介质； （3）纯膜介质。
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80年代中后期，膜纸电容器生产技术逐步完善，
到90年代初，电力电容器故障率达到最低，如1993 年为0.21%，接近国际水平。到90年代中期，电力 电容器（主要是并联电容器）逐步向全膜化发展， 1997年后全膜电容器得到广泛应用，到21世纪基本
f. 三相电容器组采用双星形接法，当其中某个电容 器损坏时，利用中性点不平衡电流启动保护电路。
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图4.2 电容器的保护措施
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图4.3 电容器组的双星形接法
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图4.4 06年7.19玉林变电站35kV并联电容器C相爆炸
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4.2 耦合电容器（均压电容器、分压电容器） （1）制造工艺不良，元件受潮； （2）密封不良，渗油、进水； （3）结构不合理，运行中不能维持正压； （4）固定件、夹板有缺陷，受潮； （5）油质不佳，芳香烃成份少，不能有效吸收局部 放电产生的氢气
上取代了膜纸电容器。
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然而，一个不争的事实是，随着全膜电容器的应
用，电力电容器的故障率逐步上升，到2002年故障率
达到1.91%，见表2数据。有专家分析认为主要原因 是全膜电容器的耐热性不及膜纸电容器，在采用全膜 介质后，电容器的表面散热面积没有增加，而是变化 不大甚至减小。
表2.1 膜纸电容器与全膜电容器年故障率比较
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1.3.2 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。
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。
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（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
电容器类型 年份
小单台年故障率 （%） 集合式年故障率 （%）
膜纸电容器
全膜电容器
1988
2002
0.33
1.91
0.73
3.72 27
3.2 内部结构 （1）电容元件的连接 a. 多元件串联：
多元件串联的目的是能够承受较高的电压。例如
耦合电容器的芯子是由多个元件串联组成。
图3.1 电容器串联
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b. 多元件并联： 多元件并联的目的是获得较大的电容量。例如， 低压并联电容器内部元件全部并联。串补用的串联 电容器内部为多元件并联，而且每一个并联元件都 有熔丝，一旦某个元件击穿，对应的熔丝熔断，以 保证电容器继续运行。
图3.3 电容器并联
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并联后的总电容量为： C总=C1+C2+……+Cn 如果C1=C2=……=Cn=CD 则： C总=nCD (3.4) (3.3)
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表1.1 常用介质的相对介电系数
介质材料名称 真空及气体 电容器纸 有机薄膜 胶木及环氧树脂 相对介电系数ε ≈1 6.5 2～3.5 2.5～3.8
r
说 明 ε 0=8.86×10-14 柔软 柔软 硬
绝缘油 瓷 云母 玻璃 水 钛酸钡
2～2.3 6～6.5 4～7.5 5.5～10 81 3000～8000
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1.2 电容器的电容
电容量由下式决定： C （1）平板式：
r A 36d 109
(F )(1.1)
式中：A—极板面积，m2 d—极板间距，m εr—极板间介质的相对介电系数 （2）卷绕式 采用卷绕式时，电容值近似等于该电容展开成平 面时的一倍。即： r A C (F ) (1.2) 9 18d 10
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图1.2 卷绕式电容元件 5
1.3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0.3 MPa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0.1 MPa 时<5×10-6