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電容器范文第1篇

用鈮氧化電容器，將您的通孔鋁電容式印刷電路板設計變成一個較小的SMT裝配怎么樣?如果考慮音頻系統制造商最新的反饋的話，這個主意很不錯吧!

時光倒退回到檔案館，去找到Pease Porridge，這篇文章全面分析了鋁與音頻電路中其他電容技術的聲音特性。其結論是，盡管在示波跡或測量特性上沒有任何不同，但使用鋁電容器的在聽覺體驗上顯得更順暢。

現在低ESR氧化鈮電解電容器與鋁電容器相似。日本著名音響制造商最近的實驗結果表明，即使如10μF低量級的容量也是有可能獲得很好的音質的，100μF量級提供最高端音質當然不在話下。

撇開主觀高保真音響愛好者分析不談，大量很難確定的也支持從鋁鉛向鈮氧化SMT的轉換以適應于廣泛的電力應用，包括：

結合了高電容，低ESR，低殘余感應系數。

低壓交流波紋改良隨時間、溫度的穩定性沒有問題。

寬松的溫度和濕度環境將鈮氧化電容器列入音頻應用中。

確定的SMT EIA標準大小。

高溫回流焊可與振動或沖擊ROHS兼容。

提高了可靠性。

改善了紋波性能。

高電容值低ESR低ESL

當把電源中的鋁與鈮氧化作比較時，ESR與頻率關系是一個關鍵因素。在許多應用中，電容值較低時鈮氧化電容器可用等價濾波取代鋁電容。

對配電與主板ASIC解耦而言，低電感也很重要。原位分析表明，從通孔到SMT的升級能即時改善ESR，轉化為暫態負荷變化和紋波處理。

鈮氧化電容器的另一個特點是，他們可以在最小電壓降狀態下工作(見可靠性一節)，因此額定電壓6.3V的裝置，適合用于5.5V輸出軌。再加上專為核心應用而設計的低電壓等級，電容量可進一步最大化，680μF可供2.5V應用。

改善穩定性

使用時，標準鋁在40～85℃操作范圍內壽命會更長，標準可靠性應用僅限于105℃以下。另一方面，鈮氧化電容器運作在一額定電壓范圍：55～85℃，最大不超過125℃電壓降。

參數方面，若其運作在溫度范圍上，鋁電解電容器將有一個最大的電容變化(C)，40℃時是20％，105℃時也是20％，變化量通常為10％～15％。鈮氧化在越廣的范圍之內溫度特性越嚴格，55℃時C為10％，125C時C為12％，但通常在此極限下5％以上范圍內。

另一個與溫度相關的參數是ESR。在鈮氧化電容器中，功率應用濾波性越好，ESR高溫下反而會減小。重要的是，鈮氧化電容器所用的材料基本上沒有耐磨穿裝置，所以隨時間推移這些參數將保持在極限值內。

溫度和濕度

終端用戶制造工藝的一個關鍵部分是印刷電路板附加裝置，通常采用回流焊或波焊料。鈮氧化技術基于固態電解質系統，此系統裝在帶兼容引線框架的環氧鑄模里。

這種結構有一級濕度靈敏性，因此能夠經受住多種無鉛型回流曲線，即表面貼裝生產線無須干燥劑包裝或特別處理。鈮氧化電容器用鈮氮介質，是鉭的同系材料，具有相同封裝裝配的標準EAI容器尺寸：A(3216)，B(3528)，C(6032)，D類(7343)和E(7343H)。

提高可靠性

名義上可靠性為0.2％每1000小時，鈮氧化故障率規格是其可靠性低于商業鋁電解5倍的一個因素。另一個優點是低熱量指數的負極材料，這使它得以分散更多電力而不會過熱。然而，所有元件都需要考慮在邊緣值附近使用時的情況。這是鈮氧化提供的另一項優勢。比起其他電解技術，使用鈮氧化為電容器負極基料，導致一個良性失效模式。如果過應力上升到額定電壓就會擊穿，參數泄漏可能隨之增加，但此部分仍可以作為電路中的一個電容器。事實上，鈮氧化是唯一不因電應力產生非短路故障模式的電解技術。

再說音頻

電容器范文第2篇

摘 要：本文主要對超級電容器領域的相關專利申請的分析進行了梳理，并進行了舉例說明。超級電容電極材料主要包括碳材料、金屬氧化物材料、導電聚合物材料以及復合材料，本文主要介紹了碳材料在超級電容器領域的應用，并具體從活性炭、碳纖維、碳氣凝膠、碳納米管、石墨五個分支分別介紹了超級電容器。

關鍵詞：超級電容器;碳材料;活性炭;碳纖維;碳氣凝膠;碳納米管;石墨;專利申請

1 不同電極材料在超級電容器上的研究與應用

1.1 碳材料

碳材料是最早被用作電極材料的，碳材料電極先后出現了多孔碳材料、活性炭材料、納米碳纖維、碳納米管等多種材料。碳材料的特征主要表現為雙電層特性，雙電層電容器充電時在電極/溶液界面通過電子和離子或偶極子的定向排列產生雙電層電容儲能，其電荷及電位分布如圖1（a）所述。加上直流電壓后，經過一段時間在2個極化電極與電解液的界面上就會形成新的雙電層，其電荷與電位分布如圖1（b）所示。充電時通過外部電源，電子從正極轉移到負極，同時，溶液中的正負離子各自反向擴散到電極表面，能量以電荷形式存儲在電極材料與界面之間。由于電極電荷和溶液中反電離子的相互作用，離子不會遷移到溶液中去，保證雙電層的穩定。

目前已經公開的有關碳基材的超級電容的申請有2560篇，其中多孔碳因具有較高的比表面積和孔隙率，且相對于碳納米管、石墨烯等具有成本低廉、原料豐富、適合大規模生產等優點依然是超級電容器的熱門電極材料。何孝軍等人采用花生殼為原料、KOH為活化劑，所得多孔炭材料作為超級電容器電極材料表現出較好的穩定性（CN102417178）。而且，作為多孔碳的一種，活性炭作為超級電容的電極材料有著更進一步的優勢，將具有1600cm2/g特定表面的活性碳細微粒子放入模具，不使用任何粘結劑，施加300kg/cm2的壓強，分別供給一個90秒鐘的750A的離子脈沖電流和一個120秒鐘的1000A的熱電流，從而產生一個薄圓盤形的細微碳粒子的多孔燒結體，即得到活性炭電極（JPH0378221 A五十鈴汽車有限公司）。然而，活性碳系列的材料導電性較差，所得電容器等效串聯電阻大。而且該活 性碳系列的比表面積實際利用率不超過30%，電解質離子難以進入，因此不 適于用作超級電容器的電極材料。碳納米管（Carbon Nanotube，CNT）的出現為超級電容器的開發提供了新的機遇，它具有良好的導電性能且本身的比表面積大，制得的超級電容器 具有較高的比電容量和電導率。（CN101425380清華大學）

然而，無論怎樣，以碳材料作為電極材料雖然有諸多優點，但是由于其只利用雙電層儲存能量，在性能方面有所限制，因此出現了金屬氧化物材料的電極開發與研究。

1.2 金屬氧化物材料

法拉第贗電容電極材料的研究主要集中在金屬氧化物上，比如氧化釕，氧化鎳，二氧化錳等。他們不同于雙電層電容器中碳材料電極那樣存儲能量，而是在電容器進行充放電時，金屬氧化物與溶液的界面處發生可逆氧化還原反應，從而獲得更大的比容量。目前世界范圍內關于金屬氧化物材料的超級電容的專利申請量為413篇。剛開始研究的電極材料是氧化釕材料，然而，由于釕金屬屬于貴金屬材料，雖然其擁有良好的效果，由于價格昂貴，很大的程度上制約了釕金屬電極材料的應用。所以，后來人們開始將目光轉向其他的廉價金屬以替代氧化釕，或者利用碳材料或其他金屬化合物與其進行復合，在提高電極材料的同時，減少氧化釕的用量從而降低超級電容器的制造成本。比如，以二氧化錳作為電極材料，形成超級電容器（JP3935814 夏普公司），由于MnO2在充放電過程中發生了可逆的氧化還原反應，其比電容遠高于活性炭電極的比電容。

1.3 導電聚合物材料

導電聚合物超級電容器與金屬氧化物電容器同屬于贗電容型超級電容器，因其良好的固有導電率和高能量密度，同時又有相較于金屬氧化物更低成本的特征，成為了一種常用的電極材料。距今為止，有關導電聚合物電極材料的專利有250篇。導電聚合物超級電容器的最大優點就是能夠在較高的電壓下進行工作，克服金屬氧化物超級電容器工作電壓不高的問題。對陰極基材表面進行化學蝕刻，如涂覆腐蝕性物質或實施電化學蝕刻等，然后涂覆導電聚合物涂層，所述導電涂層包含烷基取代聚（3，4-乙烯二氧噻吩），采用這種聚合物，得到比許多傳統涂層材料更高的電容（CN103310985 AVX公司）。通過使用規定的導電性高分子結合于表面，并且具有規定的直徑的細孔容積為特定的比率的多孔質碳材料作為電極材料，可獲得具有高靜電容量，循環特性優異的雙電層電容器。所述電性高分子為選自聚苯胺、聚吡咯、聚吡啶、聚喹啉、聚噻唑、聚喹喔啉以及它們的衍生物中的至少1種（WO2012050104 橫濱橡膠株式會社）。

1.4 復合材料

為了進一步增大超級電容器的能量存儲，使其具有贗電容性能以及雙電層特性，單一材料作為電極材料不再滿足人們的需求。制備利用碳材料作為基體的復合材料不僅增加了活性材料的有效利用，也增加了復合材料的導電率以及機械強度，現今，已有大量的文獻和專利對碳材料作為基體來改善復合材料的電化學性能進行了研究，僅涉及復合材料的專利申請量就達到了355篇。例如，通過使氧化釕和特定的碳材料復合化，可以使氧化釕的比表面積和電極物質的空間這兩者擴大，從而通過納米復合化來實現電荷利用率的提高（CN1964917B 國立大學法人東京農工大學）。因此，未來對于超極電容器復合電極材料的研究可能會吸引越來越多的目光。

2 碳電極材料在超級電容器上的研究與應用

理論上，電極材料的比表面積越大，容量越大，越適合作為電容器電極材料。實際上，研究發現，高比表面積的碳材料的實際利用率并不高，因為碳材料的孔徑分為微孔（<20nm）、中孔（2-50nm）、大孔（>50nm），其中對于形成雙電層有利可以作為超級電容器電極的只有大于20nm孔徑的材料，因此在提高比表面積的同時還要同時調控孔徑的分布。目前，已有多種不同類型的碳材料應用于超級電容器電極材料上，關于碳電極材料的相關專利申請主要集中在活性炭、碳纖維、碳氣凝膠、碳納米管、石墨五個方面。如圖2所示，不同的碳電極材料有不同的特征。

2.1 活性炭

活性炭是一種由無定形碳和石墨微晶組成的多孔材料，一般在多孔碳的比表面積大于500m2/g時被稱為活性炭。由于活性炭的微孔而具有大的比表面積，因此，通常使用包含活性炭的電極材料用作超級電容器的電極，使其表面與電解質接觸（KR20100011228 LS美創有限公司）。然而活性炭的導電性不強，因此在利用活性炭制得電極時，可以對普通活性炭進行化學改性，使之具有良好的導電性、較高的表觀密度和高比容量，并加入乙炔黑等導電劑以增強活性炭電極的導電性（CN1419256 A成都茵地樂電源科技有限公司）。

而且，活性炭的來源十分廣泛，作為超級電容器的關鍵材料直接影響到超級電容器的性能。目前，常用的活性炭的制備原材料主要來自石油基原料、植物、甚至污泥等，例如，以甘蔗渣（例如沖繩產或其它的來源）獲得的原料經碳化獲得碳化物，將碳化物進行堿活性化得到活性炭（CN101503189 產業技術研究所股份有限公司）;以小麥面粉、玉米面等為原料制備超級電容器用活性炭（US8318356B2 康寧股份有限公司）;利用低密度農業廢棄物，通過二氧化碳或者水蒸氣活化從而制備活性炭（US6537947B1 迪爾公司）。因此，活性炭的來源廣，成本低，也是其一直備受青睞的重要原因。

2.2 碳纖維

碳纖維屬于高效吸附性材料，由于其表面碳原子的不飽和性，它可以以化學形式結合其他原子和原子團，因此碳纖維具有更由于活性炭的吸附性能。利用高密度的高導電性碳纖維作為負極活性物質，所制得的超級電容器的庫侖效率將提高90%或者更高（JP2811389B2 B2 日本電池株式會社）。通過添加細微碳纖維來改善充放電容量、改善電極極板強度，這里提到的細微碳纖維，一般是利用烴的熱分解氣相法制造的（JPH5-321039 昭和電工株式會社），這種碳纖維的直徑通常為0.01-5um。然而，為了提高電池或電容的充放電容量，以提高負極材料的結晶性來提高容量時，不僅僅是負極材料，進而對添加材料也要求具有放電容量高的材料。因此，對于其添加材料的碳材料，提高其結晶性并獲得導電性好的細微碳纖維是十分有必要的（CN1343269 A昭和電工株式會社）。現在，關于碳纖維作為超級電容器電極領域的研究仍然吸引著眾多學者的關注，有關的專利申請量為157篇。

2.3 碳氣凝膠

碳氣凝膠是由美國人Pekala首先發現的一種新型納米多孔材料，一經出現立刻引起各國研究工作者的濃厚興趣。通過調整碳氣凝膠的孔隙大小，其具有更優良的導電性（JP2011159960 三星電機株式會社）。另外，由于經過溶膠-凝膠化反應得到的碳氣凝膠材料一般呈塊狀，這時需要把塊狀氣凝膠球磨成微米級粉末（～10μm），不僅費時費力，還費錢。因此出現了一種直接制得粉末狀碳氣凝膠的制備方法，可以滿足應用多樣化的需求（CN103449406 A 中山大學）。但是，現階段制備碳氣凝膠的工藝較為復雜，在制備碳氣凝膠的前驅體時通常采用超臨界干燥技術，該方法成本高，過程復雜，生產周期長，規模化生產難度大，并且具有一定的危險性，因此各國的研究者都在探索常壓干燥代替超臨界干燥的制備工藝。

2.4 碳納米管

自1991年日本NEC公司的Iijima發現碳納米管（Carbon Nanotube，CNT）以來，其具有的優良的機械和光電性能，被認為是復合材料的理想添加物。納米管可以看做是石墨烯片層卷曲而成，因此，按照石墨烯片的層數，碳納米管材料可分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。為了獲得更高的電容量，將碳納米管與一結合劑混合，模制成一平板價型，制得電極，其中碳納米管可以是單壁或者多壁碳納米管（CN1317809株式會社日進納米技術）。將碳納米管將單壁碳納米管與甲醇溶液混合攪拌制得單壁碳納米管的分散液，將此分散液在減壓氣氛中通過PTFE濾紙得到一紙膜壓單壁碳納米管片材，將該片材放置于刻蝕鋁箔的表面，然后設置隔膜等，制得超級電容器（US2010259867 A1 日本化工株式會社）。以多壁碳納米管為原料，與濃硫酸和濃硝酸混合加熱，獲得預氧化的碳納米管，清洗后與插層劑混合烘干后二次加熱，膨脹后得到石墨烯納米帶，活化處理后得到多孔石墨烯納米帶制備超級電容器（CN103332689中國科學院寧波材料技術與工程研究所）?；蛘邔螌犹技{米管與多層碳納米管混合，與粘結劑作用制得電極材料（JP2008010681 A愛考斯研究株式會社）。

2.5 石墨

單層石墨材料作為新型的超級電容器的電極材料，是利用其二維結構，具有極大的比表面積，低比重，單片片層厚度在0.34nm～2nm之間分布，表面的官能團存在使單層石墨材料與電解液充分潤濕。與傳統的活性炭作為電極材料的超級電容器相比節省能源;與碳納米管

作為電極材料的超級電容器相比，成本低廉。新型的超級電容器性能

良好，具有很高的比電容及高的能量密度（可達50Whkg-1），其比功率更可高達40kWkg-1（CN101383231 南開大學）。

3 總結

電容器范文第3篇

在學習電容器的作用時，由于電容器的充電、放電現象太抽象，許多學生甚至都沒有見過電容器，所以對電容器能“盛電”理解不深刻，筆者嘗試做了一個“盛電杯”.實物圖如圖1所示.

在引入新課時，首先讓學生觀察并觸摸“盛電杯”，初步觀察杯子結構，并總結實驗裝置的結構：內、外兩層金屬錫箔是導體，中間是絕緣的塑料.然后請一個同學搖動感應起電機，把感應起電機的一只金屬桿接觸杯子的內側金屬錫箔，另外幾個學生和教師一塊手拉手，教師的另一只手握住杯子把柄，手指接觸杯子的外側金屬錫箔.隨后讓末端一個學生用手觸摸杯子內側，所有人感到被電了一下，說明杯子上帶了電，這個杯子可以“盛電”.這個小實驗給所有學生一個直觀的印象，讓他們明白電容器可以“盛電”.

2 展示被“解剖”的電容器

將一個已經解剖好的薄膜電容器輕輕展開，讓學生觀察元件結構，并對比“盛電杯”的內部構造.學生觀察總結：該元件有兩片錫箔，中間是一層絕緣體薄膜.

教師補充，在兩個相互靠近的導體中間夾上一層絕緣物質就構成一個電容器.這兩個導體叫做電容器的兩個極板，中間的絕緣物質也叫電介質.實際上任何兩個彼此絕緣又相距很近的導體都可以稱為一個電容器.

3 “電量平分法”探究電容器的電容

為了研究充電后的電容器的電壓與電荷量的關系，人教版教材采用類比的方法，類比水容器的盛水能力，然后定性總結了電容器的電壓與電荷量成正比.這樣的處理方法并不容易被學生接受.電容器的電壓可以用數字電壓表測量，可是電荷量不容易測量，所以筆者采用了“平分電量”的方法.實驗原理圖和實物圖如圖2和圖3所示.

（1）實驗步驟

①電鍵S2與b連接，給電容器A充電，用數字電壓表測出A兩端電壓U1；

②電鍵S2與a連接，給電容器B充電，用數字電壓表測出A兩端電壓U2；

③斷開電鍵S2，閉合電鍵S1，電容器B放電，然后斷開電鍵S1，重新與a連接，用數字電壓表測出A兩端電壓U3；

（2）實驗數據如表1.

表1A的電量QQ/2Q/4A的電壓U1=1.68 VU2=0.84 VU3=0.42 V （3）實驗結論

學生完成實驗并總結：在誤差允許的范圍內，電荷量減半時，電壓也減半，電荷量減為原來的四分之一時，電壓也變為原來的四分之一.一個電容器所帶的電荷量與兩極板間的電勢差U成正比，電荷量與電勢差的比值Q/U是一個常量.

教師補充，科學家們經過多次實驗發現，對同一個電容器，電量與電壓的比值一定.也就是說Q∝U，所以Q=CU，所以C=QU，當電壓是1 V時，C在數值上等于Q的大小，C越大，Q越大.進一步的實驗發現，不同的電容器這個比值一般是不同的，所以這個比值表征了電容器儲存電荷的特性.就把這個物理量稱為電容器的電容.

4 利用數字電容表探究平行板電容器的電容

人教版教材中研究平行板電容器的電容時，把充好電的平行板電容器與靜電計相連，根據靜電計張角的大小判斷電壓的大小，進一步研究平行板電容器與哪些因素有關.這個實驗受困于天氣條件，實驗原理相對復雜，用于分組實驗很難操作成功.筆者在上課時直接利用數字電容表測量平行板電容器的電容，簡單高效地完成了實驗.

（1）實驗器材：數字電容表一只，平行板電容器一對，兩根導線，課本，“35 V 1000 μF”的電容一只.

（2）實驗步驟

①學會使用數字電容表：首先打開電源，把選擇開關打在2000 μF檔位，把黑表筆接在有負號的1000 μF的電容器的一個極板上，紅表筆接在另一個極板上，讀出數據并與1000 μF比較.

②把選擇開關打在最小檔位，測量平行板電容器的電容，保持兩板距離一定，改變正對面積，觀察電容表讀數的變化，并填入表2中.

③保持正對面積一定，改變兩板間距離，觀察電容表讀數的變化，并填入表2中.

電容器范文第4篇

可變電容器是一種電容量可以在一定范圍內調節的電容器，通過改變極片間相對的有效面積或片間距離改變時，它的電容量就相應地變化。通常在無線電接收電路中作調諧電容器用。

電容亦稱作“電容量”，是指在給定電位差下的電荷儲藏量，一般來說，電荷在電場中會受力而移動，當導體之間有了介質，則阻礙了電荷移動而使得電荷累積在導體上，造成電荷的累積儲存，儲存的電荷量則稱為電容。電容是指容納電場的能力。任何靜電場都是由許多個電容組成，有靜電場就有電容，電容是用靜電場描述的。

（來源：文章屋網 ）

電容器范文第5篇

關鍵詞：集合式電容器 涌流 過電壓 諧波放大

1　前言

平頂山供電區地處華中電網火電基地之一，多數變電站運行電壓偏高，所以過去各站均未裝設無功補償裝置。這就造成平頂山供電區內缺乏無功，功率因數偏低，線損率偏高。隨著有載調壓變壓器的廣泛使用，經計算分析，安裝補償電容裝置后，與變壓器有載調壓裝置配合，大部分變電站可滿足母線電壓的要求，同時也提高了系統功率因數，達到《城市電力網規劃設計導則》的有關規定和一流供電企業的考核要求。于是從1998年起，平頂山供電區相繼在轄區內的1個220kV變電站、5個110kV變電站和2個35kV變電站裝設了集合式電容器成套裝置。

并聯補償電容器在運行中存在操作過電壓、合閘涌流及放大諧波電流等一系列問題，這是設計工作中所必須考慮的。筆者參加了在這些變電站裝設集合式電容器成套裝置的安裝設計工作，設計工作中遇到了較多問題，

通過對有關專著的學習研究和向有關專家請教，對這些問題有了一些初步的認識。這里針對一些具有普遍性的問題，結合平頂山供電區的具體做法，進行一些簡單的歸納和分析，以便于和廣大同行進行分析和探討，共同提高對電力電容器的認識。

2　變電站無功補償容量的確定

根據無功分層平衡，就地補償的原則，變電站裝設的無功補償裝置僅用來補償站內的無功損耗。站內的無功損耗主要是主變的無功損耗，包括勵磁損耗和漏抗損耗兩部分，勵磁損耗屬不變無功損耗，其值為變壓器額定容量的比例即變壓器的空載電流百分數，數值較小。漏抗無功損耗與變壓器的運行負荷大小有關，在變壓器無功損耗中占絕大部分。因此在計算時必須根據主變當前負荷并考慮到負荷將來的發展，計算出主變的無功損耗后，結合集合式電容器產品規格，來確定無功補償容量。

3　集合式電容器的選用

集合式電容器由多個帶小鐵殼的單元電容器組成，單元電容器是全密封的，其內部主要是多個并聯的裝有內熔絲的小電容元件和液體浸漬劑。單元電容器按設計要求并聯和串聯聯接，固定在支架上，裝入大油箱，注入絕緣油，組成集合式電容器。

我們采用的集合式電容器全部為全膜介質，全膜產品較膜紙復合產品損壞率很低，且體積小、重量輕、介損低、節能，元件擊穿時擊穿點的膜熔化，不析出氣體，大大提高了產品的可靠性。

我們采用的集合式電容器可分三檔（分Q／3、2Q／3和Q三檔，Q為集合式電容器總容量）或兩檔（分Q／2和Q兩檔調容，這使變電站可根據負荷變化合理調整補償容量，避免負荷輕時電容器投不上的弊病。調容須在斷電情況下進行，調容的方式有抽頭調容和轉換開關調容兩種。

使用轉換開關調容的集合式電容器調容轉換開關置于集合式電容器的箱體內，由調容轉換開關引出一根16芯控制電纜至調容控制器，在斷電情況下通過調容控制器上的檔位轉換按鈕實現集合式電容器的調容。調容控制器上還裝有遠動接口，所以采用轉換開關調容的集合式電容器為電容分組自動投切、實施無功、電壓綜合控制以及實現遠方操作創造了條件。其缺點是若轉換開關出現故障，需打開集合電容器箱體進行維修，這需廠方派技術人員現場指導。

使用抽頭調容的集合式電容器在電容器箱體上一般按總容量的1／3和2／3引出抽頭，并在箱體上安裝兩組調容隔離開關，通過操作調容隔離開關，對集合式電容器進行調容。其優點是調容隔離開關裝置的故障機率較低，出現故障后也容易維修，缺點是使用抽頭調容的集合式電容器體積較大，難以實現遠動、自動功能。

在平頂山供電區變電站裝設無功補償裝置前，除郟縣變和龍泉變外其它各已建成的變電站均未預留裝設電容補償裝置的位置，多數變電站內可利用空地較少。根據我局實際情況，比較其優缺點，我們確定采用集合式電容器成套裝置對各已建成的變電站進行無功補償。

目前全膜、充油的集合式電容器已成為并聯補償電容器的主導產品。但更先進的產品已經出現并投入運行。

3．1　充氣集合式電容器

這種集合式電容器的內部電容器單元與常規集合式電容器相同，但在大外殼中采用SF6等氣體進行絕緣和散熱，在場強和容量相同的情況下含油量為常規集合式電容器的1／8，大大降低了故障情況下造成火災的危險性，當然也不存在滲漏油的問題。充氣集合式電容器更易維護，只在氣體壓力低于0．005MPa時，充入少量氮氣既可，而這一般是在產品正常使用十年之后的事。另外充氣集合式電容器還具有零部件種類少，結構簡單；重量輕，安裝運輸方便；防爆，經濟性能好（成本與常規集合式電容器相當）等優點。

3．2　箱式電容器

箱式電容器基本上相當于去掉單元電容器小金屬外殼的集合式電容器，這就排除了單元電容器對小金屬外殼擊穿的可能性，提高了可靠性。用油量少，較同等級的集合式電容器重量減輕30％左右。箱式電容器在比特性、制造成本、消耗金屬材料和冷卻介質以及重量等技術經濟指標上均優于集合式電容器，但若發生內部故障則必須返廠修理。在日本，集合式電容器經過短暫時間即被箱式電容器所取代。

3．3　干式可自愈高壓并聯電容器

這種電容器的元件采用金屬化聚丙烯膜繞卷而成，并由樹脂灌封，多個這種電容器元件并聯組成電容器單元，電容器單元電壓限制在1kV左右。多個電容器單元串聯組成這種電容器。這種電容器難燃、難爆，免維護，為模塊結構，可根據需要擴展成不同容量。

這些更先進的產品應是我們今后選用并聯補償電容器時重點關注的對象。

4　并聯補償電容器投入電網時的涌流計算及串聯電抗器的選擇

在電容器（組）投入電網運行的瞬間總會出現高幅值的電流，稱為涌流。若不串聯電抗器加以限制，涌流峰值可能超過電容器（組）額定電流的100倍。在高幅值涌流的沖擊下，不僅會使電容器發生損壞，還會使電網中的開關、電流互感器等設備受損，繼電保護設備誤動。

并聯補償電容器裝置的合閘涌流限值為電容器額定電流的20倍，當超過時應裝設串聯電抗器予以限制。裝設的串聯電抗器僅用于限制合閘涌流時，電抗率宜取0．1％～1％。

結合平頂山供電區諧波治理情況，考慮到集合式電容器成套裝置中為限制某次諧波而配置大電抗器時一方面增加無功損耗，另一方面還將提高電容器端子上的運行電壓，提高過電壓水平，影響電容器的安全與壽命。所以我們的集合電容器成套裝置中均配置K＝1％的小電抗器，僅用來限制合閘涌流。

5　并聯補償電容器的過電壓保護

5．1　目前國內外主要使用氧化鋅避雷器（MOA）對并聯補償電容器進行操作過電壓保護。試驗研究中的數據表明：

①各種操作過電壓中，分閘操作時的過電壓是主要的，其中分閘操作過電壓又主要出現在單相重擊穿時，兩相重擊穿和一次操作時出現多次重擊穿的機率均很少。

②單相重擊穿的突出特點是電容器極間電壓基本不升高，過電壓主要在中性點對地的雜散電容上，然后由中性點傳遞到非重擊穿相，因此，無論直接限制相—地間電壓，還是限制中性點—地間電壓，均能達到限制單相重擊穿過電壓的目的。這種過電壓可超過4（P．U）。而當電源側有接地故障時發生單相重擊穿，其過電壓倍數更高。

③兩相重擊穿由于重擊穿后時間上的差異，不僅可能產生極對地的過電壓，也可產生電容器的極間過電壓。極對地過電壓是在一相首先擊穿后，即單相重擊穿過程中產生。隨即在另一相斷口上產生很高的恢復電壓，而使斷口擊穿，即形成兩相重擊穿。兩相重擊穿后在兩相的電容、電感回路中產生強烈的暫態過程，由此在電容器極間產生過電壓。過電壓值與網絡參數、XL／XC值等有關。兩相重擊穿時極間過電壓可達3（P．U），而極對地過電壓卻遠沒有帶接地故障時的單相重擊穿嚴重。如電容器相間雜散電容與回路中的電感發生諧振，則可能產生更高的過電壓。

④電源側有單相接地故障時的單相重擊穿，對電容器的極間電壓無影響；兩相重擊穿時過電壓也不受單相接地的影響。

以上四點是我們確定避雷器接線方式和選擇避雷器參數的主要依據。

5．2　保護并聯補償電容器用MOA的接線方式

典型的對集合式電容器進行操作過電壓保護的MOA的接線方式見圖1。

圖1a接線將串聯電抗器串接在集合式電容器之前，將MOA接在串聯電抗器和集合式電容器之間。圖1b接線將串聯電抗器后置，將MOA接在集合式電容器和串聯電抗器之前。由于串聯回路中電容器和電抗器上的電壓相位總是相反的，所以，對于圖1b接線方式，避雷器上的電壓要低于電容器上的電壓，使電容器極地間過電壓不能得到有效的保護。

運行中，使用MOA采用傳統的相地保護方案限制單相重擊穿過電壓時，多次發生避雷器的爆炸事故。因此，武漢高壓研究所和東北電力試驗研究院都在自己的研究報告中提出了中性點避雷器的保護方案，并建議以此代替傳統的相對地保護方案。即采用圖1c接線，報告中分析認為，中性點避雷器有以下優點：

①正常運行時荷電率接近于零，僅在電源側有單相接地故障時荷電率較高，這使避雷器電阻片得以自恢復，大大延緩避雷器的老化速度，減少了避雷器的損壞事故，對電容器的安全運行有利；

②使用避雷器數量少，最經濟；

③避雷器接在中性點，萬一發生爆炸事故，難以形成相間短路，事故影響面小。

但是，當電源側有單相接地故障時開斷電容器發生單相重擊穿，中性點避雷器的工作條件更為嚴酷，它將同時吸收電源、電容器組和中性點雜散電容釋放的能量，易引起避雷器爆炸，因此，中性點避雷器的使用條件還要局限于不考慮電源側有單相接地故障時的單相重擊穿，或對運行條件加以限制：當電源側有單相接地故障時不能作停運電容器的操作。

對于兩相重擊穿時產生的極間過電壓避雷器的圖1a～圖1c三種接線均限制不了，為限制兩相重擊穿過電壓同時也能限制單相重擊穿過電壓，可采用圖1d和圖1e接線。但由于電容器極間耐受電壓水平較低，用于電容器極間過電壓保護的MOA的直流1mA參考電壓只能選擇在（1．86～2）Un左右，在兩相重擊穿時承受過大的放電能量，極易造成用于電容器極間過電壓保護的MOA的損壞，因此，這種保護方式是不完全可靠的。兩相重擊穿過電壓發生的概率很小，為此增加用于電容器極間過電壓保護的MOA的2ms方波通流能力得不償失，最好的解決辦法是選用不重擊穿的，至少是不發生兩相重擊穿的真空開關投切電容器。

經過分析比較，我們對集合式電容器進行操作過電壓保護的MOA的接線方式采用圖1a接線。避雷器采用有機復合外套的MOA，以避免因避雷器爆炸而造成集合式電容器成套裝置的相間短路。由于圖1a接線無法限制兩相重擊穿過電壓，我們盡量選用性能良好的真空斷路器來投切集合式電容器，要求用來投切集合式電容器的真空斷路器必須經過“老煉”處理，并對真空斷路器的機構嚴格進行調整，保證三相同期操動，減少彈跳，以限制重擊穿過電壓。

6　結束語

通過對這次平頂山供電區大規模裝設集合式電容器成套裝置的工作的回顧和總結，對變電站的無功補償裝置有這樣幾個想法。

6．1　按照變電站的無功補償裝置僅補償站內無功損耗的原則來確定變電站無功補償容量時，準確掌握變壓器的負荷情況是非常重要的。因為變電站的無功損耗主要是變壓器的無功損耗，變壓器的無功損耗直接受其所帶負荷的影響。因此確定變電站無功補償容量時，首先應準確掌握變電站當前的負荷情況，包括其年最大負荷、年最小負荷、月最大負荷、月最小負荷及其負荷在1年內和1月

內的變化規律等情況，然后還需掌握該變電站5年乃至10年的負荷發展，最后根據這些情況確定無功補償總容量和分檔容量。

6．2　目前我們使用電壓無功自動控制屏對集合式電容器進行控制，它根據變電站的功率因數和電壓水平來調節有載調壓變壓器分接頭和自動投切集合式電容器，但集合式電容器的分檔調容仍需在斷電情況下手動操作，這就難以充分發揮可調容集合式電容器的優勢，也難以使變電站的功率因數和電壓水平達到最佳狀態。據了解有的廠家已生產出了與其可調容集合式電容器配套的高壓可調容智能綜合控制器，該裝置可根據變電站的功率因數和電壓水平，對可調容集合式電容器自動進行調檔、投切。該裝置同時還對電容器組設有過流、速斷、欠壓、過壓和開口三角形電壓保護，并可自動按照電容檔位修正保護定值。用這種裝置和電壓無功自動控制屏結合起來使用，無疑將會提高變電站對電壓和無功功率自動控制的水平，更利于保證變電站電壓合格，無功功率基本平衡。

6．3　并聯補償電容器組的過電壓保護是個相當復雜的技術問題，對采用避雷器抑制電容器操作過電壓的研究工作還在繼續，特別是一些接線方式下避雷器參數的選擇計算，還沒有統一的結論。我們對于集合式電容器的運行經驗非常少，我們將在今后的運行中，密切關注集合式電容器的運行情況，不斷總結經驗。

參考文獻

［1］　GB50227－1995，并聯電容器裝置設計規范［S］