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电力电容器击穿的原因与预防措施

来源:电工天下   编辑:小电工发布时间:2016-04-05 16:31:49

电力电容器击穿的原因与预防措施

近年来由于电力电容器投运越来越多,但由于管理不善及其他技术原因,常导致电力电容器损坏以致发生爆炸,原因有以下几种:

电容器内部元件击穿:主要是由于制造工艺不良引起的。

电容器对外壳绝缘损坏:电容器高压侧引出线由薄铜片制成,如果制造工艺不良,边缘不平有毛刺或严重弯折,其尖端容易产生电晕,电晕会使油分解、箱壳膨胀、油面下降而造成击穿。另外,在封盖时,转角处如果烧焊时间过长,将内部绝缘烧伤并产生油污和气体,使电压大大下降而造成电容器损坏。

参考:

 

 

密封不良和漏油:由于装配套管密封不良,潮气进入内部,使绝缘电阻降低;或因漏油使油面下降,导致极对壳放电或元件击穿。

鼓肚和内部游离:由于内部产生电晕、击穿放电和内部游离,电容器在过电压的作用下,使元件起始游离电压降低到工作电场强度以下,由此引起物理、化学、电气效应,使绝缘加速老化、分解,产生气体,形成恶性循环,使箱壳压力增大,造成箱壁外鼓以致爆炸。

带电荷合闸引起电容器爆炸:任何额定电压的电容器组均禁止带电荷合闸。电容器组每次重新合闸,必须在开关断开的情况下将电容器放电3min后才能进行,否则合闸瞬间因电容器上残留电荷而引起爆炸。为此一般规定容量在160kvar以上的电容器组,应装设无压时自动放电装置,并规定电容器组的开关不允许装设自动合闸。

此外,还可能由于温度过高、通风不良、运行电压过高、谐波分量过大或操作过电压等原因引起电容器损坏爆炸。

在低压电力系统中,使用电力电容器是为了提高系统的功率因数,减少无功损耗。电力电容器在运行_中发生损坏甚至爆炸的事故时有发生,轻则损坏配电设备,重则破坏建筑物并引起火灾。

电力电容器击穿的原因与预防措施

一、爆炸原因

单个电力电容器由三个电容器连接成△形,装在变压器油的密封容器中,顶端引出三个接线端子,如图l所示。图中C是由一组电容器(两只、三只或更多)并接而成。

金属化膜并联电容器由于绝缘击穿时具有自愈性能(即自行恢复绝缘的性能),因此又称为自愈式并联电容器。在低压配电系统的无力补偿中,自愈式低压并联电容器已被广泛地使用,出现故障甚至损坏的情况也相当多。但损坏原因并不一定是质量问题:有时是因使用不当,有时是因电网本身的原因造成。尤其是后者的情况更为复杂。

为了更好地分析损坏的原因,在此简单地把自愈式低压并联电容器是以单面电晕处理的聚丙烯膜为介质,单面真空蒸镀金属层为极板,采用无感绕法而形成圆柱体,在圆柱体两端喷金,焊接引线,然后封装成为电容元件,最后把元件装在金属外壳中,成为电容器成品。

1.过电压造成电容器的损坏及对策

因为电容器的介质损耗PS与电容器端电压的平方成正比,即
PS=2πfCU2tanδ(W)
式中f——电网的频率,Hz
c——电容器的电容值,μF
u——电容器端电压,KV
tanδ——电容器的损耗角正切值

由上述可知,如果电容器端电压增高,介质损耗将会显著增加,当长期超过额定电压时,将使电容器很快发热,加速绝缘老化,使聚丙烯膜击穿。

(1)配电线路的运行电压高于电容器的额定电压

这就要求在选择电容器时,首先要了解线路的电压质量状况,然后选择适合该线路运行电压的电容器。一般情况下,要求电容器的额定电压比线路电压高5%,例如380V系统选择400V电容器,660V系统选用690V电容器。

在电网运行中,如果变压器二次侧电压过高,要适当调低,以免电容器损坏。

GB50227-95《并联电容器装置设计规范》范定"电容器运行中承受长期工频过电压,应不大于电容器额定电压的1.1倍。"所以,一般规定,当电网电压长期超过电容器额定电压10%时,应将电容器退出运行。

(2)带电荷合闸
如果电容器在带有电荷的情况下合闸,会造成电压叠加,使电容器承受超过额定电压很多的电压值而使电容器损坏。因此,电容器在从电网中切下来后,必须进行充分的放电后才能再行投入。一般情况下,低压电容器都装有放电电阻,有时还在低压无功补偿柜中安装放电灯泡。

根据GB12747—91《自愈式低电压并联电容器》4.11的规定——放电电阻应使电容器断电后3min内能从√2 UN(UN为额定电压 )放电至50V以下。所以运行规程中规定,电容器组重新投入时,必须在电容器组断开3min后进行(400V的为1min)。自动投切的电容器,放电时时间根据上述要求,由功率因数补偿控制器自动控制。

若由接触器投切电容器组,当接触器使用时间过长,或者吸合的电动力过小造成二次吸合、产生重合闸现象,可能使电容器损坏。还有,由于触头烧坏,造成拉弧,引起操作过电压,也会使电容器损坏。所以,在电容器的损坏运行过程中,除要定期对电容器检查外,还要对接触器等电器配件进行检查,以及时发现问题。

2.合闸涌流造成电容器的损坏及对策

电容器组频繁投切而产生的合闸涌流,虽然时间很短,但它的幅值很大,频率很高,会加速绝缘的老化。涌流倍数越大,相应的频率也就越高,电容器在较高频率的作用下,最容易发生元件端部放电,造成电容器损坏。对于自愈式低压并联电容器来说,过大的涌流可能会使电容器元件的喷金层脱落。

低压线路的无功补偿中,一般选择电容器专用投切接触器来限制合闸涌流。另外,也有采用内置小电抗的电容器来限制合闸涌流。

3.谐波的危害及对策

随着现代工业技术的发展,电网中非线性负荷大量增加。非线性负荷引起电网电压波形发生畸变,产生谐波。
电力系统中的谐波电流一般有3、5、7、9、11、13等次谐波。谐波电流是在基波电流基础之上产生的附加电流。谐波电流在介质中产生额外的附加损耗,使介质发热,绝缘老化。当谐波电流过大时,可能使介质绝缘损坏。

在低压配电系统中,一般是装设各种抑制谐波的装置使通过电容器的谐波电流减少。例如装设滤坡装置,或通过适当的线路设计和参数组合,使无功补偿电容器既起无功补偿作用,又起滤波作用,或使用耐受谐波的电容器。

4.环境温度的影响及对策

环境温度对电容器的影响也很大,一般自愈式低压并联电容器的工作环境温度为-25。C~50。C(户内型)和-40。C~50。C(户外型)。对电容器一般应有通风设施,以保持工作环境温度在允许范围之内。

单个电力电容器

设A、B相间某一电容器被击穿(见图2)。图2是A、B相间的等效电路。其R为被击穿电容的等效电阻。由于电容器的击穿是一个逐渐的过程,等效电阻R是一个可变的动态电阻。电容器击穿过程中,电容会产生焦耳热,焦耳热的表达式为Q=I2Rt=U(AB)平方/Rt=380平方/Rt(J)。

因R动态电阻是由大变小,时间越长,产生的热量越多。当电容有过大的漏电流或击穿时,电容器在很短时间内产生很大的热能,这些热能使电容器内的油分解产生大量气体,这时电容器壳体承受不了这种剧烈增大的压力,造成壳体损坏甚至爆炸。这是主要原因。

其次,电容器作为功率因数补偿,电容器的投退量与系统有关。若频繁操作时,来电的电压极洼正好与电容组残留电荷极性相反,会产生很大电流,这也是电容器损坏的原因。

二、电力电容器击穿的预防措施

1.正常情况下,每组相电容器通过的电流有效值为I=V/WC,可根据电流量的大小,按1.5~2倍,配以快速熔断器。若电容被击穿,则快速熔断器会熔化而切断电源,保护电容器不会继续产生热量。

2.在补偿柜上每相安装电流表,保证每相电流相差不超过±5%,若发现不平衡,立即退出运行,检查电容器。

3.监视电容器的温升情况。

4.加强对电容器组的巡检。

电容器偏电流过大通常有如下现象:电容器的引出线套管部位发生渗油;电容器鼓肚。有些电容没有渗油,便会发生鼓肚现象。发现上述情况,则电容器应退出运行,以防爆炸。

电容器损坏一般易发生在夏天高温期,在这段时间内,更应加强巡视。

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