[发明专利]电力电容器

说明书

技术领域

本发明涉及一种在权利要求1中描述的电力电容器。根据本发明的电力电容器主要用于额定电压超过1kV，如5kV，优选至少10kV的应用中。

电力电容器在用于电力输送和配电的系统中是重要的组件。电力电容器装置主要用于通过并串联补偿来增加电力输送容量并用作消除谐波的滤波器，其中，并串联补偿用于通过静态无功伏安系统来实现电压稳定。

本发明的第二和第三方面涉及一种权利要求20所述类型及权利要求24-32所述类型的电容器组的应用。

电容器具有接近90°的相角并因此产生无功功率。通过在消耗无功功率的组件附近连接电容器，在那可产生所希望的无功功率。因而电缆可以完全利用来输送有功功率。由负荷消耗的无功功率可以变化，并希望恒定地产生大量的与此消耗等效的无功功率。为此，多个电容器在电容器组中通过串联和/或并联连接。对应于消耗的无功功率，连接必需数量的电容器。通过上述方式利用电容器来补偿消耗的功率称为相位补偿。为此，在消耗无功功率的组件附近设置以分路电池形式的电容器组。此种分路电池包括多个连接在一起的电容器。每个电容器又包括多个电容器元件。以下解释此种常规电容器的结构。

分路电池通常包括一定数量的多个串联电容器的链。链的数量由相数决定，通常为3。因而，在链中的第一电容器连接到用于把电力输送到消耗组件的电缆。输送电力的电缆设置得与地面或与环境中具有接地电势的点有一定的距离。此距离取决于电缆中的电压。因而，从第一电容器以串联形式连接电容器并向下延伸，其中第一电容器连接到电缆。设置在串联电容器链末端的第二电容器与第一电容器相对，第二电容器连接到接地电势或电系统(例如未接地的3相系统)中具有零电势的点。确定电容器的数量和它们的设计，以使串联电容器的容许电压(额定电压)对应于电缆中的电压。因而，多个电容器串联并布置在与接地电势绝缘的架子或台子上。此种电容器组因而包括多个不同的组件并要求相对较多的材料。进而，如果架子/台子要承受诸如风、地震等形式的外部影响，就要求相对坚固的结构。因而需要相当多的工作来构造此种电容器组。当电容器组包括大量的电容器时，这个问题尤其明显。电容器组还在地面上占据相对较大的面积。

用于交流电压的长电缆是电感性的并且消耗无功功率。因此，用于串联补偿的电容器组沿此种电缆间隔布置，以便产生必需的无功功率。多个电容器串联，以补偿感性电压降。在用于串联补偿的电容器组中，与分路电池相反，串联的电容器通常只占电缆电压的一部分。包括在用于串联补偿的电容器组中的串联电容器链也设置得与被补偿的电缆串联。

常规电容器组包括多个电容器。此种电容器又包括多个以电容器卷形式的电容器元件。例如，电容器卷被压平并一个叠一个地堆放，形成1m高的堆(stack)。非常多的具有中间金属层的介电膜在堆的垂直方向上平行布置。当作用到堆上的电压增加时，由于作用在金属层之间的库仑力，此堆在垂直方向上被一定程度地压缩。基于相同原因，如果电压下降，此堆在垂直方向上有一定程度的伸展。所形成的堆具有特定的机械共振频率或固有频率，所述频率相对较低。所述堆的机械共振频率被电流的特定频率放大，从而产生高噪声。主频率构成这样的频率，它由电流的基频确定且通常为50Hz。然而，机械共振频率的放大还受到电流中谐波的影响。

此种已知类型的电力电容器的实例在美国专利5475272中描述。高压电容器由多个互相叠放且置于同一壳体内的电容器元件构成，因而在此描述。此壳体用金属以常规方式制成。电引入线由瓷或聚合物制成。此出版物还描述用于以串联或并联形式连接电容器元件的各种替代耦合。

从EP 0 190 621、EP 0 416 164和EP 0 702 380还知道圆柱电容器壳体。然而这些专利里没有一个涉及用于高压的电力电容器。

上述已知类型电容器，如美国专利5475272中所述类型的电容器的一个问题是所包括的电容器元件必须与壳体绝缘。此绝缘必须承受比电容器额定电压高很多的电压应力。目标是用电容器元件尽可能有效地填充壳体。由于凸出的箔和小半径等原因，电容器元件扁平的外形对电场放大是不利的。它们还必须以经常在电场中进一步产生局部不规则性的方式通过内部连线连接在一起。这导致对壳体绝缘有很高的介电强度要求。如果电容器是不含熔丝的类型，那么，在电容器元件和壳体之间的短路可导致在故障点泄放大量的能量。结果是产生具有较大损坏的爆炸。