高压电容器内熔丝动作引起的过电压及其对策

　

摘要： 对内熔丝电容器中，因内熔线动作引起的作用在完好元件上的过电压进行了定性、定量分析。进行了试验验证。提出了解决办法。

关键词：内熔丝　内熔丝电容器 元件　直流分量 过电压
1　前言

　　目前，在我国生产的高压并联电容器、高压集合式并联电容器、高压交流滤波电容器中有很大一部分其内部的每个元件上都串接有内部熔丝，这种带内部熔丝的电容器在实际运行中，当有个别不良元件发生击穿时，与该元件串联的熔丝就会迅速将击穿元件切除，使整台电容器仍能在电网中继续运行，这是内熔丝起的正面作用。但是，内熔丝在动作时还有另一面，那就是在内熔丝动作后会在电容器内部各个串联段上产生持续工频过电压，在设计和使用电容器时，应予以足够重视，并采取相应对策，本文将对内熔丝电容器中内熔丝动作产生过电压的机理，过电压的特征进行定性定量的分析，从中找出其解决办法，供各位同行和专家参考。

2　内熔丝动作引起过电压的机理

　　如图1所示，高压内熔丝电容器由m个串有内熔丝的元件相互并联后构成一个串联段，再根据电容器额定电压的高低由n个串联段相互串联后构成的。大部分高压全膜并联电容器的内部，在其出线端之间还并有一个内放电电阻，用以释放当电容器从电网中切除后在电容器上的剩余电荷。
　　在高压内熔丝电容器中，其每个元件的电容都是相同的。所以每个串联段的电容为：
　　 Cs＝mCy （1）
式中：Cs—串联段的电容（μF）；
Cy—元件电容（μF）；
m—每个串联段中元件的并联数

整台电容器的电容为：
　　 C＝Cs／n＝mCy／n（2）
式中：C—整台电容器的电容（μF）；
n—电容器中的串联段数，n＞1
　　 当内熔丝电容器在运行中因某种原因使其中的一个元件击穿时，内熔丝的动作过程可用图2表示。

　　从图2可以看到，元件击穿首先是击穿元件自身所贮存的电荷向击穿点G放电，接着与该元件并联的同一串联段上的元件所贮存的电荷通过与该击穿元件相串联的熔丝向击穿元件放电，在放电电流的作用下熔丝f迅速熔断，接着在绝缘油的作用下，在并联元件对击穿元件的放电过程中迅速将电弧熄灭，将击穿元件与故障串联段中的其它完好元件相隔离。
　　通过上述分析，使我们认识到与击穿元件相串联的熔丝的熔断主要是靠与该击穿元件相并联的其它完好元件组上贮存的电荷（或能量）对熔丝放电来实现的。为了使与击穿元件相串联的熔丝熔断，故障串联段中完好元件组中所贮存的电荷将减少△Q0，在故障串联段上的电压也会下降一个△U，即：
　　 △U＝△Q0／（Cs－Cy）（3）
式中：△Q0—在熔丝熔断的过程中，故障串联段中完好元件组释放的电荷；　　　
　　 Cs－Cy—故障串联段中，完好元件组的电容；　　　
　　 △U—故障串联段上的电压降落
　　 这个△U是一个由△Q0引起的直流电压，因而对其而言系统的阻抗近于零，图2中的A、B两端近于短接，其等值电路如图3所示。

　　从图2和图3可知，在故障串联段因失去电荷△Q0而产生电压降落△U的同时，电容器中的其余串联段则通过系统向故障串联段充电，最终在故障串联段和电容器的其余部分Cs／（n－1）上都产生了一个直流电压分量，这两个直流电压大小相等，方向相反，所以UAB等于零，但UAO＝UBO＝U0且


式中：U0—故障串联段上的直流电压分量
　　 由式（4）可以看出，由熔丝熔断产生的直流电压U0与熔丝熔断过程中故障串联段上所失去的电荷△Q0成正比，与元件电容Cy成反比，与每个串联段中的并联元件数m近似成反比。在完好串联段上的直流电压分量为：　　　　　

　　 —其它完好串联段上的直流电压分量。
　　 这样，我们就可以得到，熔丝动作后，作用在故障串联段和其它完好串联段上的电压为：


式中：分别为熔丝将故障元件切除后作用在故障串联段和非故障串联段上的电压；　　　
　　 分别为熔丝将故障元件切除后作用在故障串联段和非故障串联段上的交流电压分量的幅值；

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　　 －U0和U0／（n－1）分别为熔丝将故障元件切除切后作用在故障串联段和非故障串联段上的直流电压分量。
　　 在图4中可以看出，熔丝将故障元件切除后，在故障串联段上和非故障串联段上都受到了交流加直流电压的作用。在故障串联段上受到的最大电压降峰值可以达到－U0，在非故障串联段上受到的电压峰值将达到U＂m＋U0／（n－1）。对于高压并联电容器通常n≥3，所以，在非故障串联段上所受到的电压峰值相对于故障串联段要小些。




　　 国标GB11025—1989《并联电容器用内部熔丝和内部过压力隔离器》标准中3．2条隔离要求的规定和4．2条隔离试验的规定，在下元件击穿时，熔丝应能将故　　障元件断开，在2.2的上限电压下试验时，除了过渡电压之外，断开的熔丝两端的电压降落不得超过30％，根据以上规定，合格的内熔丝在下动作时其电压降落△U可能达到0．9Um，在2.2下动作时，其电压降落也可能达到0．66Um。

通过式（3）和式（4）我们可以求得在故障串联段上的电压降落U0为：


若高压并联电容器的串联段数n＝4，则在故障串联段上的直流电压分量

若熔丝熔断引起的电压降落为0．66Um，则在故障串联段上的直流电压分量为：

　　 作用在故障串联段上的电压峰值为1．5Um。