电力电容器的工作原理及其应用
电力电容器的工作原理及其应用
电力电容器，用于电力系统和电工设备的电容器。 任意两块金属导体，中间用绝缘介质隔开，即构成一个电容器。电容器电容的大小，由其几何尺寸和两极板间绝缘介质的特性来决定。当电容器在交流电压下使用时，常以其无功功率表示电容器的容量，单位为乏或千乏。本期专题将详细介绍电力电容器的分类、原理、安装及运行维护等问题。
并联电容器是一种无功补偿设备，并联在线路上，其主要作用是补偿系统的无功功率，提高功率因数，从而降低电能损耗、提高电压质量和设备利用率。
串联电容器主要用于补偿电力系统的电抗，常用于高压系统。
电力电容器的分类
电力电容器按安装方式可分为户内式和户外式两种； 按其运行的额定电压可分为低压和高压两类； 按其相数可分为单相和三相两种，除低压并联电容器外，其余均为单相； 按外壳材料可分为金属外壳、瓷绝缘外壳、胶木筒外壳等。
按用途又可分为以下8种：
1）并联电容器。原称移相电容器。主要用于补偿电力系统感性负荷的无功功率，以提高功率因数，改善电压质量，降低线路损耗。
2）串联电容器。串联于工频高压输、配电线路中，用以补偿线路的分布感抗，提高系统的静、动态稳定性，改善线路的电压质量，加长送电距离和增大输送能力。
3）耦合电容器。主要用于高压电力线路的高频通信、测量、控制、保护以及在抽取电能的装置中作部件用。
4）断路器电容器。原称均压电容器。并联在超高压断路器断口上起均压作用，使各断口间的电压在分断过程中和断开时均匀，并可改善断路器的灭弧特性，提高分断能力。
5）电热电容器。用于频率为40～24000赫的电热设备系统中，以提高功率因数，改善回路的电压或频率等特性。
6）脉冲电容器。主要起贮能作用，用作冲击电压发生器、冲击电流发生器、断路器试验用振荡回路等基本贮能元件。
7）直流和滤波电容器。用于高压直流装置和高压整流滤波装置中。
8）标准电容器。用于工频高压测量介质损耗回路中，作为标准电容或用作测量高压的电容分压装置。
电力电容器的结构
电力电容器的基本结构包括：电容元件、浸渍剂、紧固件、引线、外壳和套管。结构图如图1所示。
图1 补偿电容器结构图
额定电压在1kV以下的称为低压电容器，1kV以上的称为高压电容器，都做成三相、三角形连接线，内部元件并联，每个并联元件都有单独的熔丝；高压电容器一般都做成单相，内部元件并联。外壳用密封钢板焊接而成，芯子由电容元件串并联组成，电容元件用铝箔作电极，用复合薄膜绝缘。电容器内衣绝缘油（矿物油或十二烷基苯等）作浸渍介质。
（1）电容元件
用一定厚度和层数的固体介质与铝箔电极卷制而成。若干个电容元件并联和串联起来，组成电容器芯子。在电压为10kV及以下的高压电容器内，每个电容元件上都串有一熔丝，作为电容器的内部短路保护。当某个元件击穿时，其他完好元件即对其放电，使熔丝在毫秒级的时间内迅速熔断，切除故障元件，从而使电容器能继续正常工作。电容元件的结构如图2所示。
电容元件结构
（2）浸渍剂
电容器芯子一般放于浸渍剂中，以提高电容元件的介质耐压强度，改善局部放电特性和散热条件。浸渍剂一般有矿物油、氯化联苯、SF6气体等。
（3）外壳和套管
外壳一般采用薄钢板焊接而成，表面涂阻燃漆，壳盖上焊有出线套管，箱壁侧面焊有吊攀、接地螺栓等。大容量集合式电容器的箱盖上还装有油枕或金属膨胀器及压力释放阀，箱壁侧面装有片状散热器、压力式温控装置等。接线端子从出线瓷套管中引出。
电容器的型号含义如下图所示。
电力电容器的作用
（1）串联电容器的作用
1) 提高线路末端电压。串接在线路中的电容器，利用其容抗xc补偿线路的感抗xl，使线路的电压降落减少，从而提高线路末端(受电端)的电压，一般可将线路末端电压最大可提高10%～20%。
2) 降低受电端电压波动。当线路受电端接有变化很大的冲击负荷(如电弧炉、电焊机、电气轨道等)时，串联电容器能消除电压的剧烈波动。这是因为串联电容器在线路中对电压降落的补偿作用是随通过电容器的负荷而变化的，具有随负荷的变化而瞬时调节的性能，能自动维持负荷端(受电端)的电压值。
3) 提高线路输电能力。由于线路串入了电容器的补偿电抗xc，线路的电压降落和功率损耗减少，相应地提高了线路的输送容量。
4) 改善了系统潮流分布。在闭合网络中的某些线路上串接一些电容器，部分地改变了线路电抗，使电流按指定的线路流动，以达到功率经济分布的目的。
5) 提高系统的稳定性。线路串入电容器后，提高了线路的输电能力，这本身就提高了系统的静稳定。当线路故障被部分切除时(如双回路被切除一回、但回路单相接地切除一相)，系统等效电抗急剧增加，此时，将串联电容器进行强行补偿，即短时强行改变电容器串、并联数量，临时增加容抗xc，使系统总的等效电抗减少，提高了输送的极限功率(Pmax=U1U2/xl-xc)，从而提高系统的动稳定。
（2）并联电容器的作用
并联电容器并联在系统的母线上，类似于系统母线上的一个容性负荷，它吸收系统的容性无功功率，这就相当于并联电容器向系统发出感性无功。因此，并联电容器能向系统提供感性无功功率，系统运行的功率因数，提高受电端母线的电压水平，同时，它减少了线路上感性无功的输送，减少了电压和功率损耗，因而提高了线路的输电能力。
电力电容器的安装
安装补偿电容器的环境要求如下：
1）电容器应安装在无腐蚀性气体、无蒸汽，没有剧烈震动、冲击、爆炸、易燃等危险的场所。电容器的防火等级不低于二级。
2）装于户外的电容器应防止日光直接照射。
3）电容器室的环境温度应满足制造厂家规定的要求，一般规定为40℃。
4）电容器室装设通风机时，出风口应安装在电容器组的上端。进、排风机宜在对角线位置安装。
5）电容器室可采用天然采光，也可用人工照明，不需要装设采暖装置。
6）高压电容器室的门应向外开。
