全膜电容器热稳定试验研究

全膜电容器热稳定试验研究全膜电容器热稳定试验研究 严玉婷严玉婷 1 1 倪学锋倪学锋 2 2 1 1 武汉大学武汉大学 9957599575 班 班 武汉武汉 430072430072 2 2 武汉高压研究所 武汉武汉高压研究所 武汉 430074 430074 摘摘 要要 全膜电容器由于绝缘性能优良 比特性远优于其它介质电容器 但正因为如此 其散热面积也远小于其它介质电容器 因此 其热的稳定特性 并不一定就优于其它电容器 本文通过对电容器比例单元热稳定性能的试验研 究 确定了内部最热点与外壳最热点的关系 为更好地做好电容器热稳定性能 试验提供了参考依据 关键词关键词 电容器 温升 介质损耗 0 0 前言前言 由于全膜电容器优良的介电性能和比特性 近年来全膜电容器已获得越来 越广泛的使用 大有替代其它介质电容器的势头 虽然全膜电容器的介质损耗 小于膜纸电容器 但全膜电容器的体积和表面积也小于膜纸电容器 因此 全 膜电容器的热稳定性能不一定就较膜纸电容器好 这一点已从耐久性试验和运 行中得到证实 然而全膜电容器的热稳定试验一直无深入的试验研究 而一直沿用膜纸电 容器的经验数据 由于全膜电容器同膜纸电容器相比 不仅介质变了 而且结 构方式也变了 因此 其热过程显然是会有差别的 这种差别将直接影响热稳 定试验的试验结果 本文通过在电容器内预埋热电偶和控制注入能量 找出了 内部最热点 外壳最热点等部分的温升值同介质损耗量间的相互关系 为科学 准确的进行全膜电容器的热稳定试验提供了参考依据 1 1 试品准备试品准备 试品以 334kvar 尺寸 360 180 670mm 电容器做参照 线性尺寸按 1 2 进行缩小 电容器模型尺寸为 180 90 335mm 内部按全膜凸箔式结构绕制 绝缘电阻丝随某一面铝箔卷入 并引出两极用于外接 内部元件为 4 串 12 并 热电偶埋于从最顶端元件下数第 16 个元件和底部上数第 32 个元件之间 另一 热电偶置于上层油中 外壳热电偶置于离底部 1 2 高处和 2 3 高处 另一热电 偶测环境温度布置见图 1 所示 2 2 试验过程试验过程 由于试品是按 334kvar 的外尺寸 1 2 缩小 其表面积为真型 334kvar 电容 器的 1 4 散热能力是正比于表面积的 因此 注入试样的能量为真型电容器 对应介质损耗的 1 4 根据全膜电容器的制造水平 其介质损耗角正切值大多 在 0 01 0 03 之间 因此 分别取介质损耗角为 0 01 0 02 0 03 三个 点进行试验研究 这时真型电容器的有功损耗和模型电容器的对应损耗如表 1 所示 试验中考虑到电容器允许运行电压为 1 1UN及谐波 容差等的作用 试 验中实际注入功率为表 1 值的 1 35 倍 2 环境因素考虑室温条件和温度类别上限值加 5 两种状况 温度类别按最 常用的 40 B 选取 试验过程为先室温条件下进行 后烘箱条件下进行 先 介损小的进行 后进行介损大的试验 以避免电容器模型绝缘过早劣化 3 3 试验结果及分析试验结果及分析 3 13 1 室温条件下试验结果室温条件下试验结果 室温 14 按 1 35QN注入功率 试验结果如表 2 3 23 2 烘箱加热条件下试验结果烘箱加热条件下试验结果 烘箱内温度按温度类别上限加 5 进行升温 按 1 35QN注入功率 试验结 果如表 3 3 33 3 试验结果分析试验结果分析 在这个试验中 有价值的数据是电容器内最热点同外壳最热点的关系 从 表 2 3 中不难得出电容器内最热点与外壳最热点的温差值 如表 4 所示 从表 4 中不难看出 电容器内部最热点同外壳最热点的温差值并不是个常 数 而是随着介损的增大而增大 从热传导公式中亦不难看出这一规律 式 1 是热传导公式 式中 Q 发热量 k 导热系数 dt dz 在 dz 厚度材料上的温度变化值为 dt A 传导散热面积 以介损为 0 01 时的电容器为例 外包 式中 d1 d2 外包封厚和油隙厚 由 2 式分别可计算出介损为 0 02 0 03 下的温差值分别为 11 2 和 16 8 同室温条件下试验结果相比 计算结果偏小较多 但同烘箱内试验结果相 比较接近 这主要是在室温条件下 外壳散热主要是对流散热 对流散热可用 函数式 3 表示 Q f t d 3 温度随距离变化激剧变化 因此采用有尺寸的铂电阻 3mm 圆柱体 测温 所测得值偏小 致使测量所得温升值较计算值大 而烘箱中对流散热作用小于 室温条件下 因此 所测温升值与计算值接近 另一现象是在温度较低时 电容器最热点与外壳最热点的温差值基本上同 介损成比例关系 但随着温度的升高 这种比例关系不再存在 而趋于变化变 缓 这可能同随温度升高后 其它散热方式的作用增大有关 但从 0 01 0 03 介损条件下的试验结果看 以 15 控制热稳定试验中外壳同内部 最热点温差之值 对于介质损耗不大于 0 03 的电容器是合理的 这不仅试验 是如此 计算结果亦较接近 4 4 结论结论 4 1 电容器的热稳定试验中 电容器内最热点与外壳最热点之间的温差值 同 介损的大小关系密切 介损越大 这个温差值也越大 4 2 电容器的热稳定试验中 以 15 作为内部最热点同外壳最热点的温度之差 值 对介损不大于