電力電容器基礎知識及常見運行問題

1. 基本概念

1.1 電容器（Capacitor）

電容器由兩塊平行極板（鋁箔） 和極板間的絕緣材料所組成：

作用：存儲和釋放電荷的器件（充電和放電）

電工符號： C

電路符號：

電容量的基本單位： 法拉（F）

常用單位：

微法（μF）

納法（nF）

皮法（ PF）

1F =10 6 μF =10 9 nF =10 12 PF

1 μF =1000 nF

1 nF =1000 PF

1.2 電容器的電容

電容量由下式決定：

（1） 平板式：

式中： A—極板面積， m 2

    d—極板間距， m

    εr —極板間介質的相對介電系數

（2） 卷繞式采用卷繞式時，電容值近似等于該電容展開成平面時的一倍。 即：

 

 

1.3 常用電介質的分類

1.3.1 氣體電介質

(1) 氣體電介質的相對介電常數εr非常接近 1；

(2) 電力電容器常用的氣體電介質是六氟化硫（SF6）、氮氣、空氣等；

SF6的特點：

擊穿強度：是空氣的2～3倍。在0.3MPa下與常溫下的絕緣油相當；

滅弧能力：約為空氣的100倍；

tanδ：在0.1MPa時<5×10ˉ6

1.3.2 固體電介質

電力電容器中常用的固體電介質有如下幾種：

（1） 電容器紙

優點： 浸漬性好，成本低，效益高，可實現自動化生產。

缺點： 線膨脹系數大，易變形，電容量穩定性差，容易老化，耐熱性低（＜ 80℃），機械強度低。

（2） 塑料薄膜

優點： 耐電強度和機械強度高，體積電阻系數高，穩定性好。

缺點： 難以浸漬，通過采取特殊的工藝，也可提高浸

漬效果；或者做成干式電容器。常用的塑料薄膜有：聚丙烯薄膜（簡稱PP膜）、聚脂薄膜等。

 

1.3.3 液體電介質

（1）天然液體電介質

變壓器油、電容器油、電纜油、蓖麻油等礦物油和植物油。

（2）合成化合物

有異丙基聯苯（IPB）、二芳基乙烷（PXE）、愛迪索油、二異丙基萘（KIS－400）、CPE等等，種類較多。

電擊穿強度： ≥ 45 kV/ 2.5mm

表1.1 常用介質的相對介電系數

1.3.4 氧化膜電介質

  以金屬(常見的是鋁或鉭)的氧化膜作為電介質，以電解質作為另一電極。即所謂的電解電容器，這類電容器單個電容量可做到上萬微法。電解電容器的特點是電極是有極性的，應用中正、負極不能接反。

 

  近年來有一種名為雙電層電解電容器（又稱為法拉電容器或超級電容器）的新型元件逐漸受到關注。它的等效電容量足以達到法拉級（甚至可以達到數萬法拉）。 此類電容器完全可以作為電池使用，理論上可以經受無限次充放電循環，而且充電速度和能量轉化率也遠遠高于普通化學電池，但單個超級電容耐壓能力很弱，一般不會超過20V。通過串、并聯組合可以提高工作電壓，用于電能儲存。

1.4 交流電路中電容器的特性

1.4.1 電壓與電流的關系

在交流電路中，電容器的電流在相位上超前于電壓90度，這個特性正好與電抗器相反。

1.4.2 頻率與阻抗的關系

電容器的阻抗與電源的頻率成反比的關系，即：

這一特性也正好與電抗器相反， 因為電抗器的阻抗與電源頻率成正比的關系：

1.4.3 電容器和電抗器串聯

當電容器和電抗器串聯時，回路中只有一個電流，此時電容器上的電壓和電抗器上的電壓方向相反，它們的合成電壓是相減的關系。

  當電容電壓和電感電壓大小相等時（即容抗等于感抗時），就稱為串聯諧振狀態，此時電路中合成電抗電壓為零，只剩下阻性電壓。串聯諧振回路中的電壓、電流關系為：

1.4.4 電容器和電抗器并聯

  電容器和電抗器并聯時，電路中只有一個電壓，此時電容器上的電流與電抗器上的電流方向相反，它們的合成電流是相減的關系。當容性電流等于感性電流時， 稱為并聯諧振狀態，此時電路中的合成電流只剩下阻性電流。

并聯諧振電路中電壓和電流的關系為：

1.4.5 電路諧振的條件

電路諧振的條件是容抗與感抗相等，即XL=XC或：ωL=1/ωC，整理后可得諧振條件為：

  從上式可知，通過調整電感L或電容C或調整頻率f，都可以使試驗回路達到諧振的狀態。在諧振狀態電路呈現純電阻特性，電流的大小僅與電壓和電阻有關，相位差總是為零，即cosφ=1。