解決高壓電容器引起的過電壓問題

目前，在我國生產的高壓電容器、高壓集合式並聯電容器、高壓交流濾波電容器中有很大一部分其內部的每個元件上都串接有內部熔絲，這種帶內部熔絲的電容器在實際運行中，當有個別不良元件發生擊穿時，與該元件串聯的熔絲就會迅速將擊穿元件切除，使整台電容器仍能在電網中繼續運行，這是內熔絲起的正麵作用。但是，內熔絲在動作時還有另一麵，那就是在內熔絲動作後會在電容器內部各個串聯段上產生持續工頻過電壓，在設計和使用電容器時，應予以足夠重視，並采取相應對策，本文將對內熔絲電容器中內熔絲動作產生過電壓的機理，過電壓的特征進行定性定量的分析，從中找出其解決辦法，供各位同行和專家參考。2內熔絲動作引起過電壓的機理如圖1所示，高壓內熔絲電容器由m個串有內熔絲的元件相互並聯後構成一個串聯段，再根據電容器額定電壓的高低由n個串聯段相互串聯後構成的。大部分高壓全膜並聯電容器的內部，在其出線端之間還並有一個內放電電阻，用以釋放當電容器從電網中切除後在電容器上的剩餘電荷摘自:工變電器。
在高壓內熔絲電容器中，其每個元件的電容都是相同的。所以每個串聯段的電容為：
Cs＝mCy
式中：Cs—串聯段的電容；
Cy—元件電容；
m—每個串聯段中元件的並聯數

整台電容器的電容為：
C＝Cs／n＝mCy／n
式中：C—整台電容器的電容；
n—電容器中的串聯段數，n＞1
當內熔絲電容器在運行中因某種原因使其中的一個元件擊穿時，內熔絲的動作過程可用圖2表示。

摘自:工變電器可以看到，元件擊穿首先是擊穿元件自身所貯存的電荷向擊穿點G放電，接著與該元件並聯的同一串聯段上的元件所貯存的電荷通過與該擊穿元件相串聯的熔絲向擊穿元件放電，在放電電流的作用下熔絲f迅速熔斷，接著在絕緣油的作用下，，在並聯元件對擊穿元件的放電過程中迅速將電弧熄滅，將擊穿元件與故障串聯段中的其它完好元件相隔離。
通過上述分析，使我們熟悉到與擊穿元件相串聯的熔絲的熔斷主要是靠與該擊穿元件相並聯的其它完好元件組上貯存的電荷對熔絲放電來實現的。為了使與擊穿元件相串聯的熔絲熔斷，故障串聯段中完好元件組中所貯存的電荷將減少△Q0，在故障串聯段上的電壓也會下降一個△U，即：
△U＝△Q0／
式中：△Q0—在熔絲熔斷的過程中，故障串聯段中完好元件組釋放的電荷；
Cs－Cy—故障串聯段中，完好元件組的電容；
△U—故障串聯段上的電壓降落
這個△U是一個由△Q0引起的直流電壓，因而對其而言係統的阻抗近於零，圖2中的A、B兩端近於短接，其等值電路如圖3所示。

摘自:工變電器在故障串聯段因失去電荷△Q0而產生電壓降落△U的同時，電容器中的其餘串聯段則通過係統向故障串聯段充電，最終在故障串聯段和電容器的其餘部分Cs／上都產生了一個直流電壓分量，這兩個直流電壓大小相等，方向相反，所以UAB等於零，但UAO＝UBO＝U0且

式中：U0—故障串聯段上的直流電壓分量
由式可以看出，由熔絲熔斷產生的直流電壓U0與熔絲熔斷過程中故障串聯段上所失去的電荷△Q0成正比，與元件電容Cy成反比，與每個串聯段中的並聯元件數m近似成反比。在完好串聯段上的直流電壓分量為：

—其它完好串聯段上的直流電壓分量。

這樣，我們就可以得到，熔絲動作後，作用在故障串聯段和其它完好串聯段上的電壓為：

式中：分別為熔絲將故障元件切除後作用在故障串聯段和非故障串聯段上的電壓；
分別為熔絲將故障元件切除後作用在故障串聯段和非故障串聯段上的交流電壓分量的幅值；
－U0和U0／分別為熔絲將故障元件切除切後作用在故障串聯段和非故障串聯段上的直流電壓分量。
摘自:工變電器中可以看出，熔絲將故障元件切除後，在故障串聯段上和非故障串聯段上都受到了交流加直流電壓的作用。在故障串聯段上受到的最大電壓降峰值可以達到－U0，在非故障串聯段上受到的電壓峰值將達到U＂m＋U0／。對於高壓並聯電容器通常n≥3，所以，在非故障串聯段上所受到的電壓峰值相對於故障串聯段要小些。

國標GB11025—1989《並聯電力電容器用內部熔絲和內部過壓力隔離器》標準中3．2條隔離要求的規定和4．2條隔離試驗的規定，在下元件擊穿時，熔絲應能將故障元件斷開，在2.2的上限電壓下試驗時，除了過渡電壓之外，斷開的熔絲兩端的電壓降落不得超過30％，根據以上規定，合格的內熔絲在下動作時其電壓降落△U可能達到0．9Um，在2.2下動作時，其電壓降落也可能達到0．66Um。