Стартовая >> Архив >> Подстанции >> Состояние в области самовосстанавливающихся конденсаторов в Японии

Состояние в области самовосстанавливающихся конденсаторов в Японии

Оглавление
Состояние в области самовосстанавливающихся конденсаторов в Японии
Характеристики, стабильность характеристик

УДК 621.319.42.001.6
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ В ОБЛАСТИ САМОВОССТАНАВЛИВАЮЩИХСЯ КОНДЕНСАТОРОВ В ЯПОНИИ*
Яшида, Яманака, Матсунага, Сато, Кано, Умемура, Хаяши (Япония)
Требования электроэнергетики Японии, обусловленные до некоторой степени коммерческими соображениями и климатическими особенностями страны, возрастают с каждым годом, причем они касаются и увеличения мощности силовых конденсаторов. Значительные успехи в улучшении характеристик конденсаторных диэлектриков обеспечили создание более компактной конструкции, снижение массы и габаритов, а также повышение рабочих напряженностей электрического поля при снижении толщины диэлектрика и уменьшении числа слоев. В Японии силовые конденсаторы с обкладками из фольги, пропитанные нефтяным маслом, еще играют главную роль в высоковольтной технике, но в низковольтной технике возрастает использование силовых самовосстанавливающихся конденсаторов (СВК), пропитанных маслом или формованных, опрессованных эпоксидным материалом. Однако в последнее время силовые СВК, пропитанные маслом, начинают использоваться и в высоковольтной технике. Формованные и газонаполненные СВК стали применять в высоковольтной технике специального назначения и на экстравысокие напряжения, где требуется высоконадежное и негорючее оборудование.

*Y. Yoihida, К. Yamanaka, К. Matsunaga, К. Sato, J. Kano, Т. Umemura, Y. Hayathi. Status quo of »elf-healin film power capacitor in Japan (Japan). Доклад 15-04 на сессии СИГРЭ 1986 г. Пер. с англ. В.А. Минасбековой.

Новейшие разработки силовых конденсаторов.

В последние годы в Японии достигнуты значительные успехи в создании силовых конденсаторов. На рис. 1 показано изменение толщины диэлектрика, уровней рабочих напряженностей электрического поля и объема диэлектрика (за 100% приняты значения, достигнутые в 1948 г.).
Использование полипропиленовой пленки (ППП) позволило снизить толщину диэлектрика при увеличении рабочих напряженностей электрического поля, что привело к значительному уменьшению объема конденсаторов. Разработанная в последнее время конструкция дала возможность снизить объем СВК до 1/10 объема конденсаторов с обкладками из фольги, пропитанных маслом.
В таблице приведены типы, конструктивные особенности, номинальные характеристики и результаты испытаний силовых

СВК, используемых в настоящее время в Японии. Как видно из таблицы, в Японии изготавливаются четыре типа СВК. Выбор типа СВК основывается на требованиях, предъявляемых заказчиком.
Пропитанные маслом СВК выпускаются двух типов: I - с металлизированной бумагой (МБ) и II - с металлизированной пленкой (МП). В обоих случаях используют в качестве главной изоляции ППП и жидкий диэлектрик для пропитки.

Таблица. Характеристики и результаты испытаний силовых СВК

Рис. 1. Изменение параметров конденсаторов при использовании разных диэлектриков:
1 — бумажно-масляная изоляция; 2 — комбинированная изоляция; 3 — пленочный конденсатор; 4 — СВК пропитанный маслом

Продолжение таблицы

Рис. 2. Увеличение толщины ППП вследствие набухания при пропитке жидким диэлектриком после выдержки в течение 60 ч при 100*С:
1 — диоктилфталат; — смесь диоктилфталата и алкилбензола; 3 — алкилбензол
Рис. 3. Изменение линейных размеров ППП с температурой при выдержке в масле в течение 24 ч (0% в сухом состоянии);
1 — силиконовое масло; 2 — касторовое масло; 3 — высоковязкое полиолефиновое масло; 4 - нефтяное масло
Рис. 4. Частота частичных разрядов в случае макетов СВК с МБ, пропитанных маслами после выдержки при 1,3 течение 1000 ч (Uном - номинально· напряжение):
1 - диоктилфталат; 2 - смесь диоктилфталата и алкилбенэола; 3 — алкилбеизол


  Это потребовало изучения набухания ППП в жидких диэлектриках. На рис. 2 и 3 показано изменение толщины и линейных размеров (сжатие и расширение) ППП в жидких диэлектриках. Расширение ППП приводит к растрескиванию металлического слоя на их поверхности, что отрицательно влияет на характеристики СВК: возрастают сопротивление и, следовательно, потери.

На рис. 4 показано число частичных разрядов интенсивностью выше 500 пКл в единицу времени при испытаниях напряжением, увеличивающимся со скоростью 200 В/с, после выдержки при 1,3 Uном в течение 1000 ч при пропитке различными жидкими диэлектриками.
Электроды. Их получают осаждением, алюминия или цинка на поверхность бумаги или пленки. Выбор материала зависит от области применения конденсатора и специфических требований, так как каждый из этих металлов имеет свои достоинства и недостатки. Например, алюминий - высокотехнологичный материал, но приводит к снижению емкости при длительной эксплуатации. Цинк дает меньшее снижение емкости, но имеет более высокое удельное сопротивление, чем алюминий. Кроме того, цинк, по-видимому, подвергается химическим изменениям в присутствии влаги, поэтому требуются специальные меры предосторожности и условия при работе.
Сопротивление поверхности электрода является одним из важных факторов для СВК. Как известно, особенностью СВК является то, что благодаря выбору соответствующей толщины электрода (т. е. сопротивления на единицу площади) вокруг точки локального пробоя диэлектрика, например вследствие прокола диэлектрика, происходит испарение металла электрода при прохождении зарядного тока в этой точке. Степень испарения металла зависит от сопротивления электрода, которое влияет, в свою очередь, на выдерживаемое напряжение диэлектрика. На рис. 6 показана зависимость электрической прочности ОТ поверхностного сопротивления электрода, полученного осажденном металла на пленку, для пропитанного маслом СВК.

Рис. 5. Конструкции изоляции
Рис. 6. Зависимость между электрической прочностью и поверхностным сопротивлением электрода в конденсаторе с МП, пропитанном маслом

Конструкции изоляции конденсаторов

Электрическая прочность возрастает с увеличением поверхностного сопротивления электрода, но увеличение сопротивления ведет к большим потерям, что может вызвать перегрев. Сейчас поверхностное сопротивление электродов на единицу площади, как правило, выбирается в интервале от 3 до 6 Ом.
Производство конденсаторов. При разработке СВК необходимо учитывать особенности их производства. Так, для пропитанных маслом СВК важное значение имеет натяжение при намотке секций с точки зрения набухания пленки в масле и хорошего проникновения масла в объем пакета. На рис. 7 и 8 показано, как напряжение возникновения частичных разрядов и долговременное (105 с) выдерживаемое напряжение СВК с МБ, пропитанных маслом, зависят от натяжения при намотке. Как видно из приведенных зависимостей, и та, и другая величины значительно снижаются, если натяжение при намотке будет излишне большим.
В конденсаторах с МП, пропитанных маслом, используют пленку с шероховатой поверхностью, чтобы улучшить характеристики при намотке, исключить образование складок или слипание поверхностей под действием электростатических сил и обеспечить хорошие условия для пропитки маслом.

Газонаполненные СВК

Применение конденсаторов, пропитанных маслами, в условиях сильного загрязнения или большого риска возгорания создает ряд проблем.
Рис. 7. Зависимость напряжения возникновения частичных разрядов U-ВЧР от натяжения при намотке секций в конденсаторе с МБ, пропитанном маслом
Рис. 8. Зависимость долговременного выдерживаемого напряжения от натяжения при намотке секций в конденсаторе с МБ, пропитанном маслом


Рис. 9. Зависимость напряженности возникновения частичных разрядов от толщины пленки:
1 — конденсатор, заполненный элегазом; 2 — конденсатор, заполненный воздухом
Рис. 10. Увеличение напряженности возникновения частичных разрядов в элегазовых СВК по отношению к заполненным воздухом конденсаторам (в обоих случаях использована МП)

Возможны утечка масла, возгорание в случае внутренних неисправностей или поддержание горения от внешнего источника, если по какой-то причине корпус конденсатора повреждается. Элегазовые конденсаторы являются негорючими, так же как и формованные. В них используют МП в качестве основного материала.
Напряжение возникновения частичных разрядов и пробивное напряжение переменного тока. На рис. 5 показана зависимость изменения напряженности возникновения частичных разрядов от толщины диэлектрика в конденсаторах с МП, заполненных элегазом или воздухом. В элегазовых конденсаторах напряженность возникновения частичных разрядов тем больше, чем тоньше пленка (рис. 10). Конденсаторы, заполненные элегазом, не требуют таких тяжелых и прочных корпусов, как, например, элегазовые КРУ, в которых SF6 находится под давлением в несколько атмосфер. На рис. И и 12 показана зависимость напряжения возникновения частичных разрядов и пробивного напряжения переменного тока от давления элегаза для конденсаторов с МП при различной толщине пленки. Давление элегаза оказывает значительное влияние на напряжение возникновения частичных разрядов. Пробивное напряжение переменного тока почти не зависит от давления элегаза и в основном определяется толщиной пленки.

Это означает, что выгоднее применять более тонкий диэлектрик, а не повышенное давление элегаза, чтобы реализовать то преимущество, которое обеспечивает элегаз - высокое напряжение возникновения частичных разрядов. Исходя из этого, давление элегаза в конденсаторе должно быть на том минимальном уровне выше атмосферного, который обеспечивал бы при всех температурных изменениях в процессе эксплуатации давление элегаза не ниже атмосферного.

Формованные СВК

Негорючие СВК, получаемые опрессовкой эпоксидным материалом, используют в качестве высоковольтных конденсаторов связи, где допустимо некоторое снижение диэлектрических характеристик. Имеющие малые диэлектрические потери ППП используются в пропитанных маслом и элегазовых СВК, так как они предназначены для тех областей применения, где необходима высокая емкость.
Для низкоемкостных конденсаторов связи большие преимущества обеспечивает применение полиэтилентерефталатной (ПЭТФ) пленки, несмотря на более высокие диэлектрические потери, чем у ППП. Пленка ПЭТФ более нагревостойка и более стойка к температурам, возникающим при металлизации. Кроме того, ПЭТФ-пленка имеет более высокую диэлектрическую проницаемость (от 3,0 до 3,3), чем ППП (2,2).

Рис. 11. Зависимость напряжения возникновения частичных разрядов UВЧР от давления элегаза в конденсаторах с МП:
1 — толщина пленки 12 мкм; 2 — 8,4 мкм; 3-6 мкм
Рис. 12. Зависимость пробивного напряжения переменного тока UПР от давления элегаза в конденсаторах с МП:
1 - толщина диэлектрика 12 мкм; 2 — 8,4 мкм; 3 — 6 мкм


В отличие от обычных конденсаторов для повышения коэффициента мощности, присоединенных к линии через выключатель, конденсаторы связи непосредственно присоединяются к линии. Они не отключаются, даже если возникает короткое замыкание, ведущее к замыканию системы на землю. Следовательно, для конденсаторов этого типа необходима высокая надежность. Как видно из рис. 13 и 14, фактически существующие значения пробивного напряжения постоянного и переменного тока выше установленных значений выдерживаемых испытательных напряжений, которые сами по себе уже выше, чем для обычных шунтирующих конденсаторов.
В связи с опасностью растрескивания формованных конденсаторов, не имеющих металлического корпуса, в процессе установки и эксплуатации необходимо провести расчет внутренних напряжений и в случае необходимости создать защитный наружный слой повторной опрессовкой. Испытания на стойкость к растрескиванию проводили по следующей методике: выдержка в воздухе при -35С в течение 12 ч; термоциклирование в воздухе от -35 до +90°С тридцать циклов; тепловой удар в жидкости от 0 до 90С - три цикла.
Проведенные работы обеспечили высокую стойкость к растрескиванию промышленно выпускаемых конструкций.



 
« Современная система противопожарной защиты кабелей   Справочник по проектированию подстанций »
электрические сети