低压无功补偿装置不宜频繁投切

低压无功补偿装置不宜频繁投切摘要：分析了以接触器为投切开关的低压电容无功补偿装置不宜频繁进行电容器投切的原因，阐明了投切时产生的过电压和冲击电流对自愈式电容器的各种危害，提出了合理的建议.关键字：自愈式低电压并联电容器无功补偿装置投切接触器应用在低压配配电网络中，运运行着大量的的感性无功负负荷需要进行行补偿，否则则，将使网络络损耗增加，电电压质量恶化化。为了提高高供用电质量量，降低线损损与节能，以以及充分利用用设备的容量量，以自愈式式低电压并联联电容器为主主要元件，接接触器为投切切开关的低压压电容无功补补偿装置得到到广泛的应用用。这些装置置一般是将电电容器分为若若干组。根据据控制物理量的变变化，进行电电容器的投切切。但是，若若无功负荷经经常波动变化化，而装置又又需要将cosφ控制在较高高水平时，电电容器的投切切，往往就比比较频繁，从从而可能给电电容器造成危危害，使其早早期损坏。1电容器投投入时，产生生过电压与过过电流1.1电容器在正正弦电压下的的投入电容器投入入时的等值回回路如图1所示。图1中r为回路中等等值电阻如图示示，当电容器器在正弦电压压U(t)==Umsin(ωt+φ)下投入时，电电路的微分方方程解方程(1)，可得电容容器投入时，电电容器上的电电压Uc为：

A为常数，与与电容器投入入时的初始状状态有关。电容器投入入时的电压Uc曲线如图2所示。图中U′′与U″分别为Uc的稳态分量量与暂态分量量。1.2电容器的初初始电压为零零，投入电网网时的电压Uc

为了控制电电容器投入时时不致产生危危险的过电压压，一般要求求电容器不能能在已有充电电电压的情况况下投入电网网，以免危及及电容器与其其他电气设备备的安全。所以电电容器投入时时的初始条件件为由式(3)和式(4)可知，电压Uc和电流i的稳态分量量均为正弦交交流，而暂态态分量则为衰衰减的直流。暂态分量的强弱与电容器投入电路的时间有关，当ψ+φ=0或π时投入，则暂态分量最大。这时电压Uc的曲线如图3所示从图3可看到Ucmax可接近稳态时电压Uc幅值的二倍。由式(4)，可知电流i在ψ+φ=0时为：当电容器刚投入，即t=0时，暂态分量之初值所以，在稳态分量上迭加一个甚大的暂态分量i″（0)，将使投入时的电流远远超过稳态时的数值，而引起电流冲击。电流i的曲线如图4所示。2频繁的过电电压对自愈式式并联电容器器的危害2.1使电容器的的绝缘介质老老化过程加速速自愈式金属属化并联电容容器是用金属属化聚丙烯薄薄膜进行绕卷卷而制成的，它它的绝缘介质质聚丙烯薄膜膜与其它品种种的电容器一一样，会逐渐渐老化，其老老化的速度与与施加电压、使使用温度等条条件有关。一一般认为，电电压升高10%，寿命降低低一半。具体体可用下式表表示：式中：U0－额定电压压-额定电压下下的使用寿命命U－实际施加加电压

-过电压下的的使用寿命α-常数，一般般取7－9投入电电容器所产生生的过电压，虽虽然是瞬时的的，而不是长长期的，但过过电压对绝缘缘介质的影响响是能够累积积的，在国标标GB/T112747--1991中要求：每每年的操作不超过5000次，但实际际可能远不止止此数。若有有一个10分组的无功功补偿装置，每3分钟操作一次，循环投切，一年共可操作17.5万次，平均每台电容器投切达1.75万次；为标准要求的3.5倍，而目前控制器的延时时间一般仅为10s-100s。2.2过电压使自愈性能提前失效

自愈式并联电容器最重要的性能是它的“自愈性能”。电容器在运行时，由于绝缘介质中存在杂质、气隙等弱点，在电场作用下被击穿形成导电通路，流过短路电流，电容器在击穿释放能量的瞬间，使其周围的金属层达到很高的温度而熔化乃至蒸发，又恢复了绝缘介质的绝缘，电容器仍可继续运行。

电容器的自愈，固然需要一定能量，但当释放的能量过大就会损伤薄膜。释放能量大，击穿点周围的薄膜温度就过高，这部分的介质就会逐步老化直至发生不能自愈的绝缘击穿。

自愈能量可用下式表示：由式(8)可知，自愈能量W与外施电压U的4次方成正比。因此，当电容器投入而产生过电压时，若发生介质击穿而自愈，这时的自愈能量与在额定运行电压时的自愈能量相比，是十分大的。例如，当在过电压倍数为1.8或1.5时发生自愈，其自愈能量分别为额定运行电压时的10.5倍与5倍。所以，频繁的过电压将使电容器的自愈性能恶化。直至发生不能自愈的绝缘击穿。2.3使电容容器的局部放放电加剧，促促进绝缘老化化和电容量衰衰减自愈式低电电压并联电容容器的局部放放电性能是比比较差的，作作者曾进行过过一些局部放放电测试，某某些试品的局局部放电起始始电压仅为250V，而且有的的局部放电量量达数千微微微库，这一点点与西容所的的测试结论(3)是相符的。

在GB/122747-11991与IEC8331(19998)中，虽然没没有对自愈式式电容器提出出进行局部放放电试验的要要求，但产品品的质量的确确与其局部放放电水平有很很大关系。文文献［3］指出，在进进行耐久性试试验被淘汰的的一些试品中中，局放性能能相对好一些些的试品，其其经受耐久性性试验的时间间就长一些，也也就是寿命相相对长一些。国国外产品也同同样，例如，南南朝鲜的产品品质量反映较较差，其局放放性能相对也也较差，这充充分说明产品品质量与其局局放性能的关关系。自愈式电容容器的局放性性能较差是由由它的结构和和工艺所决定定的。(1)元件是用单单层介质经紧紧密绕卷而成成，然后在用用热处理工艺艺，使薄膜收收缩以提高元元件的紧密度度，其目的是是尽可能排除除极板间的空空气与水分，并并防止在喷金金时造成短路路，这方法不不可能全部驱驱除空气。(2)为了保证元元件端头喷金金与极板接触触良好,元件的结构构采用错位卷卷绕,我们公司错错位为1mm.所以端头两两层薄膜间空空隙存在空气气。(3)即使采用真真空浸渍，元元件内部的空空气不能全部部排除，绝缘缘油也不能浸浸入，只能改改善元件端部部的场强。对于铝金金属化膜来说说，在电场的的电化学作用用下，由于存存在空气和水水份，极板会会氧化而生成成透明Al203圆点和极板板边缘侵蚀。Al203是不导电的的绝缘体，从从而减少了极极板面积。文献［5］对铝金属化膜膜在局部放电电作用下，发发生极板边缘缘的损坏现象象进行了试验验研究，他们们在试验中观观察到在非金金属化膜和金金属化膜接触触区域由于空空气隙的存在在，引起的干干涉图象，空气隙隙的位置跟金金属化局部破破坏区域相吻吻合。说明金金属化层破坏坏过程跟在局局部放电时的的氧化有关。他他们认为，边边缘破坏首先先是由它的气气体放电产生生的离子轰击击引起的，在有有足够数量的的氧气存在时时，离子轰击击导致极板边边缘等离子化化学的氧化过过程。在在电容器频繁繁投切而产生生的过电压作作用下，电容容器的局部放放电不断得到到激发而加剧剧，其结果必必然对绝缘介介质的老化和和电容量的衰衰减起促进作作用。3冲击过电流流对自愈式并并联电容器的的影响3.1使喷金层与与金属化层的的接触状况变变坏，甚至出出现喷金层脱脱落。

图5是自自愈式电容器器的元件端部部喷金示意图图，由图可知知，端部喷金金是作为电极引引出的。由于于金属化层很很薄，一般仅仅0.02μm左右，喷金金层也不厚，例例如我们公司司控制在0.5～0.8mmm,所以它们之之间的接触仍仍很薄弱，若若工艺中不注注意，就容易易造成接触不不良。电容器器元件端部喷喷金层的脱落落，是造成电电容器在运行行中损坏的主主要原因之一一。而喷金层层的脱落,一般认为与与冲击大电流流有关。

为了更好地地了解是什么么原因导致电电极端部喷金金层的脱落，文文献［6］介绍了一些些试验情况。

(1)对两组元件(每组100只)分别施加相相同能量、但但不同峰值和和波形的电流流脉冲，结果果发现两组元件的电电极边缘的接接触质量下降降的程度是不不同的，因此此推断热应力力不是造成接接触下降的唯唯一原因。(2)对两组试品品分别施加峰峰值相同、但但能量不同的的电流脉冲，结结果发现它们们的接触质量量下降情况十分相相似，这说明明喷金层和电电极接触质量量降低主要取取决于电流脉脉冲的峰值而而不是它们的的能量。(3)通过透明的的试验箱能看看到当强电流流通过元件时时，电极边缘缘处产生放电电，同时伴随随着tgδ增加；放电电现象发生后后，产生了气气泡，这些气气体以小气泡泡的形式从喷喷金层的边缘缘部位冒出来来。展开受试试元件，在电电极与喷金层层的接触面出出现电蚀现象象。因此，文文献［6］认为电极与与喷金层接触触质量的降低低主要与所加加电流脉冲的的峰值有关。我公司为检检验喷金质量量，在一组电电容器旁，接接入二台电容容器，每隔3分钟投切一一次，数月后后，在1000z下测tgδ，发现有明明显增加。综上所述，冲冲击过电流对对喷金层与金金属化层的接接触质量的损损害是十分明明显的。因此此，必须限制频繁投切切电容器所产产生的冲击过过电流。3.2使电容器的tgδ增加，提高高了运行温度度，缩短使用用寿命。图6是自愈式电电容器的简化化等值电路，其其中R是包括喷金金层与金属化化层的接触电电阻、极板电电阻与引线电阻阻等在内的等等值电阻。在电容器器频繁投入所所产生的冲击击电流不断作作用下，喷金金层与极板的接触电电阻随着接触触质量逐渐下下降而增大，由由于tanδR=ωCR，因此电容容器的tanδ总是相应增增加，tanδ的增加，必必然使电容器器的温升增加加，从而提高高了内部元件件的运行温度。电容器运行行温度提高的的后果是使用用寿命缩短。自自愈式电容器器的绝缘介质质聚丙烯薄膜膜是高分子有机物，在在电场与温度度作用下，会会逐步变质老老化，直到完完全失去其介介电能力。工工作温度越高高，其老化速速度就越快，使使用寿命就越越短。过去曾曾对油纸介质质一直使用8度规则，即即介质的工作温度每升升高8℃，其寿命就就降低一半。美美国通用电气气公司通过研研究，在1964年提出电容容器的使用寿命命用下式表示示。式中：τ—使用寿命(年)

Q—介质工作温温度(℃)

E—极间电场强强度(V/μm)

K—常数日本通过研研究，得出热热老化温度越越高，寿命越越短；在不同同温度下，其其寿命减半温温升也不同的结论。具具体如表1所示。4小结与建议议4.1以接触器器为投切开关关的低压电容容无功补偿装装置，不宜频频繁进行电容容器的投切。否否则，投切时所产产生的过电压压和冲击电流流将对自愈式式电容器造成成危害，使容容量下降，tgδ增大及绝缘老化化加速等，最最终使电容器器早期损坏。4.2建议适当延延长投切时间间间隔，实行行循环投切，减减少投切次数数，使这满足足GB/122747-11991的有关要求求。4.3为限制冲击击电流对喷金金层与金属化化层接触质量量的损害，必必须采取相应应的技术措施施，如串入小电感感或采用专用用接触器等，建建议将冲击电电流的峰值限限制在20In以内。参考文文献［1］GB/112747--1991自愈式低电电压并联电容容器［S］［2］江钧祥保证并联电电容器安全运运行的电网谐谐波电压总畸