真空电容范文第1篇

关键词：变压法　干燥原理 结束点 　判断

1　前言

电力电容器真空干燥浸渍的目的是排除电容器芯子中的水分和气体，然后用经过净化处理并试验合格的浸渍剂灌注浸渍，填充产品内部固体间的所有空隙，以提高产品的电气性能。

现有的电力电容器真空干燥浸渍工艺要经历加热、低真空、高真空、降温、注油和浸渍这几个阶段。用测量真空度是否达到工艺要求和规定一定的时间来决定每一阶段是否结束，是否可以进入下一个阶段。它的缺点是进入注油阶段前，电容器芯子中的水份是否已充分逸出是没法真正判断的。在一定的温度下，工艺所要求的真空度和时间已达到，但水分子的蒸发和凝结已达到动态平衡，电容器芯子中的水分也许未能完全排出，就进入灌注阶段，这将影响电容器电气性能。另一种情况是工艺时间虽没有到，但电容器芯子中的水分已充分逸出仍在继续抽真空，浪费大量的能源。因此，我们要寻找一种新工艺来判断真空干燥是否真正结束而可以进入灌注阶段。以便提高电容器的电气性能，节省能源。

“变压法”真空干燥浸渍工艺能弥补以上不足。它把低真空、高真空合二为一，在此阶段通过向真空罐内充干燥空气来改变罐内真空度，以便电容器芯子中的水分能充分逸出。通过一定的方法寻找一个结束点来判断真空干燥是否真正结束而进入灌注阶段。

2　“变压法”真空干燥的原理

传统真空干燥原理：传统的电容器真空干燥是通过给真空罐内的电容器加热，增加电容器芯子中所含水分子的动能（W＝KT2／2），使其变成水蒸汽从绝缘材料中蒸发出来，增加了电容器芯子中的水蒸汽的分压。再对真空罐抽真空，降低电容器周围空间的压力，这样电容器芯子和周围空间就形成了一个压力差ΔP，从而使水蒸汽从电容器芯子中扩散、迁移到周围空间由真空泵抽走，达到排除电容器芯子中水分和气体的作用，传统方法要达到最好的干燥效果，一是提高温度，使电容器芯子中的水分能获得足够的动能变成水蒸汽，但温度过高，绝缘材料会出现老化现象，损坏其绝缘性能。二是提高真空度，以增加ΔP抽除电容器芯子中的水分和气体；真空度较高，水蒸汽的饱和蒸汽压降低，水分子容易变成蒸汽逸出。但真空度也不能无限制的提高，它受真空泵的极限真空度的限制，再有真空度过高，气体分子的热传导降低，绝缘材料中的水分子不能获得足够的能量而蒸发，反而会影响电容器芯子中的水分蒸发的速度。最后在一定的温度和真空度下，水分的蒸发和凝聚达到一个动态平衡，电容器芯子中的水分子不能彻底排出，影响电容器的电气性能。三是延长干燥时间，浪费了大量的能源。

“变压法”真空干燥的原理：在传统的电容器真空干燥原理的基础上扬长避短。在真空干燥控制的温度范围内，当抽到一定的真空度时，绝缘材料中的水分的蒸发和凝结达到动态平衡时，由于真空罐内气体分子的热传导降低，绝缘材料的毛细孔中的水分不能获得足够的能量变成水蒸汽。这时通过一个放气阀向罐内放入一定量的干燥空气，以提高真空罐内气体分子的热传导，绝缘材料从表层到深层传递能量，使其毛细孔中的水分能获得足够的能量变成水蒸汽逸出被真空泵抽走。当又抽到一定的真空度时，再向罐内充一定干燥空气……。这样反复几次，大大的提高了电容器芯子中的水分子蒸发的速度，达到彻底排除电容器芯子中的水分和气体的作用。再通过一定的方法寻找一个结束点来判断真空干燥是否真正结束而进入灌注阶段。

3　“变压法”真空干燥浸渍设备

要实现“变压法”真空干燥浸渍工艺，首先对现有的真空设备进行改造。

3．1　对现有真空罐的加热系统进行改造，在现有的真空罐内底部加两路排管，蒸汽从罐尾分两路进入罐底的排管中，两路排管各通过3根管子把蒸汽引入罐夹套，从而对电容器进行加热。为使夹套中的冷凝水及时排出夹套，在真空罐外底部加一排水管，通过3个管子和罐夹套相连，当夹套有积水首先流入排水管，在排水管出口处安装了过滤器、排污阀、疏水器，还有一个液位器，平时疏水器工作，及时排出罐夹套中的积水，当积水过多达到液位器中所规定的红线位置，打开排污阀排出积水，保证了罐夹套中没有积水，使蒸汽更有效的加热罐内的电容器。由实验可知：通过把铂电阻温度探头放在罐内、罐中、罐尾、罐左、罐右、罐顶、罐底，及3台芯子中放有铂电阻温度探头的模拟电容器放在罐门、罐中、罐尾，用引出线引出真空罐外，连接在自动测温仪上，每隔1小时打印一次，结果发现电容器芯子温升比改造前加快，罐内温度比改造前均匀，温差可控制在2℃以内。

3．2　真空机组仍采用滑阀式真空泵加二级罗茨泵，但主阀采用带位置指示器、波纹管轴封的高真空气动挡板阀，提高罐门、视镜窗等处的密封性能，使真空罐的总漏率控制在10Pa．L／s。

3．3　采用德国莱宝公司的TM21型真空计，抗污染的TR216规管，带打印控制部分，和信号输出功能。以便监督人工操作和对整个真空干燥浸渍过程进行自动控制。

3．4　在罗茨泵前安装冷却效果好的冷凝器，当电容器芯子中的水分蒸发为蒸汽被真空泵抽走后，经过冷凝器被冷却成水放出真空系统。防止水蒸汽乳化泵油，提高真空泵的抽气能力，延长真空泵的使用寿命。

4　“变压法”真空干燥是否真正结束的判断

4．1　判断的依据

当关闭高真空气动挡板阀t时间后，真空罐内的真空度由下式决定：

式中：t—关闭高真空气动挡板阀到测真空度之间的时间；

V—真空罐的总体积；

pt—关闭高真空气动挡板阀t时间后真空罐内的真空度；

p—关闭高真空气动挡板阀前真空罐内的真空度；

Q0—真空罐的总漏率；

—真空罐本身的表面放气、罐内电容器的芯子所含的气体和加热后蒸发的水蒸汽等所形成的放气量。

由于真空罐内表面在t（t很小）时间内的放气可忽略不计，而在真空干燥真正结束时电容器芯子所含的气体和水蒸汽都被真空泵抽走，即≈0上式可得：pt＝p＋Q0t／V，当真空罐的总漏率一定，规定p、t为某一定值时，pt应是定值。关闭高真空气动挡板阀t时间后测真空度，实际所测真空度pn应趋于pt，即pn－pt≤pi（pi为极小值），此时可判断电容器的真空干燥已真正结束，可以进入降温、注油、浸渍阶段直至出罐。

4．2　判断方法

当真空罐加热到工艺所要求的温度后开始抽真空，当真空度达到p时，关闭高真空气动挡板阀t后，观察真空计的测量值p1，当p1－pt≥pi时，则打开放气阀向罐内放干燥气体到pb后关闭放气阀，再打开高真空气动挡板阀继续抽真空，当真空度又达到p时，重复上述过程，经过反复几次后，当关闭高真空气动挡板阀经过时间t后，真空计中的测量值pn满足pn－pt≤pi，可以判断电容器的真空干燥已真正结束，进入降温、注油、浸渍阶段。具体操作过程见表1。

由于各真空干燥浸渍设备不同，pt、p、t、Q0、pb、pi参数应该怎样选择，要通过实践摸索才能确定。

5　工艺试验

首先把真空罐及槽车中的积油用干布擦干净，然后关闭罐门加热抽真空，烘干内表面附着的积油使其变成蒸汽由真空泵抽走，直到内表面干燥为至，停止加热抽真空准备做工艺试验。

打开罐门把BFMr12／2－334－1的电容器28台放在槽车内，按单台注油的方式连接好。然后关闭罐门，对真空罐加热到80～90℃后，打开滑阀泵抽真空，温度控制在80～90℃，当真空度达到1kPa时，打开二级罗茨泵继续抽真空，当真空度达到1Pa时，关闭高真空气动挡板阀和罗茨泵，5min后，其真空度下降至2．56Pa，因2．56－1．35＞0．1，

（由pt＝p＋Q0t／V计算得1．35Pa，规定pi为0．1），则打开放气阀向真空罐内充干燥大气至真空度70kPa，关闭放气阀，再打开高真空气动挡板阀抽真空达1kPa，再打开二级罗茨泵继续抽真空达1Pa，重复以上过程，直到关闭高真空气动挡板阀5min后，真空度下降为1．42Pa，1．42－1．35＜0．1，则可以判断真空干燥已真正结束。依次进入降温、注油、浸渍阶段直至出罐。再选二种型号的电容器在同一个罐里做试验，试验结果见表2，同时每

真空电容范文第2篇

1真空电容介绍

1.1 真空电容的结构

如图1:电容的电极为数个同心圆环,上下多个同心圆环构成电容的两极。波纹管的作用是在不影响电极运动的情况下隔离空气。调整定位螺丝可以调整电容的最小容量。排气孔是生产过程中用于抽空电容内部空气的通道,电容容量的调整是靠改变电极间的相对面积来进行的。

1.2 可变陶瓷真空电容器的物理特性

电容器的内部电极一般采用弹簧铜制作,但由于电容器外壳金属铜与陶瓷的封装是在高温下进行的,当封装完成后,电容内部电极处于退火后非常软的状态,容易发生机械形变;而电容器抽真空时必须在几百度的高温环境中进行,这也使得内部电极变得更软。因此成品电容器内部电极非常软,极易因振动等发生形变,金属与陶瓷的连接处是最大的薄弱点,温度超过250℃会成为漏气点。

2可变陶瓷真空电容的主要参数及其运用

2.1 峰值试验电压

峰值试验电压应不低于射频峰值工作电压的1.4倍。测量时将电容调至最大容量位置进行。在国产电容器外壳上一般标明射频峰值工作电压的有效值。如型号为CKTB650/35/240的电容器,其中35为射频峰值工作电压,单位是kV,是有效值。因此在测试该电容时,按国家电容器标准规定,采用的工频实验电压有效值为49kV。国外电容厂家规定电容器的射频峰值工作电压为峰值测试电压的60%。与国内电容器型号含义有所不同,其型号中标明的电压为工频测试电压的峰值。

2.2 电容量

最大电容量允许偏差为±5%,最小电容量小于或等于标称值。调整电容器的定位螺丝,可改变其最小容量,使其小于最小标称容量。

2.3 最大射频电

在自然冷却条件下,电容器通过该数值的电流,其陶瓷与金属封接部位的温度应不超过150℃。也就是说,电容工作温度最好不要超过150℃。短时间的过电流电容可以承受,但10s以上持续的过电流将损坏电容。

2.4 固有谐振频率

电容器的阻抗性质由容性变为感性的临界频率。让电容器的工作频率尽量远离其固有谐振频率,以及消除或尽量减小工作频率的高次谐波,产生该问题的原因主要是电容内部的波纹管。

3真空电容常见问题

3.1 运输过程中的问题

主要是碰击造成损坏,即电容运输过程中,由于摆放不当、包装箱内填充物不足造成多个电容器之间或电容器与包装箱之间发生碰撞,或由于运输中搬运方式不当等造成电容损坏。正确的运输包装方法:首先调整到容量最小位置,其次填充物要足够,最后要保证电容搬运中的垂直状态不能倾斜,轻拿轻放。

3.2 存储中发生的问题

3.2.1 电极变形

多是由于真空电容没有按厂家要求轴线垂直放置,而是水平放置或倾斜放置,长时间导致极片变形或碰到一起,使用过的电容器容更易发生该问题。

3.2.2 慢漏气

由电容器的结构可以看出,其外壳是由金属铜和陶瓷构成,它们的膨胀系数不同,同时又有工艺和材料的原因,慢漏气是必然存在的,慢漏气会造成:绝缘强度下降,直流泄漏电流增加。

3.2.3 水冷电容水路腐蚀

当水冷电容在使用后,没有将电容中冷却水抽干,直接进行长时间的存储,将会造成腐蚀和氧化,降低电容的使用寿命。

3.3 安装过程中的问题

3.3.1 联动并联电容使用时初始位置设置不当

正常情况下,两个并联电容的容量在各频率点总是相同的,因此流过并联电容中任何一个电容的射频电流是总电流的一半。当因初始位置设置不当,造成两个电容的初始容量不同。将致使两个电容工作时电流不同,表现出一个工作温度高,一个工作温度低。长时间如此,高温电容的使用寿命将减短。

3.3.2 电容与电感匹配使用时初始位置设置不当

发射机中经常用T网络或Γ网络进行阻抗匹配。T网络或Γ网络对应各频率点的调整,均是电容与电感匹配联动调整,正常情况下,各个器件的位置是一一对应的。在安装过程中,有意或无意中改变了电容的初始值,就将造成该网络输入输出阻抗不再是设计值,网络中器件上电压或电流增加,这些都可能造成电容器损坏。因此建议不要轻易改变网络中电容和电感的初始设计值。

3.4 使用中的问题

3.4.1 异常高电压大电流

由于发射机状态不佳、其它器件发生故障、线路中产生振荡、故障情况下保护装置动作不及时等情况的发生,造成电容上落有异常高电压,或流过异常大电流,从而造成电容损坏。这一类电器损坏在电容总故障中占有一定比率。

3.4.2 水冷电容的冷却水水压水质异常

在水冷电容中,冷却水的水质较差,或水压过大,对电容的寿命影响非常大。冷却水的水质差,将加快电容内水路的腐蚀速度。水压过大,对电容中水路也是一个考验。

4结语

因为可变真空陶瓷电容在设备中的重要性加之其价格昂贵,其使用维护是一个比较关注的问题,以上是本人的一点见解,希望读广大同行通过本文的阅读,能有所收获。

参考文献

[1] GB/T 3788-1995.真空电容器通用技术条件[S].

真空电容范文第3篇

1 概述

真空开关因其开断容量大、开断能力强、开断电弧小等优点，而广泛使用于配电断路器，大负荷起动开关，尤其是在油田大功率（1500KW左右）注水电机起动中应用更为普遍。由于真空开关断电能力极强而容易产生操作过电压，注水电机属感性负载，在感性负载中，这种过电压幅值高，能达到电源电压的几倍，甚至几十倍，上升陡度快，频率也高，对电网中的负载及其本身负载的绝缘造成一定的影响，甚至会击穿电缆、电机的绝缘层，引起电气事故。在实际应用中，应对真空开关的操作过电压采取必要的防范措施。

2 真空开关开断原理

真空灭弧室：

真空灭弧室是真空开关中最重要的部件，如图1。真空灭弧室的外壳是由绝缘筒、两端的金属盖板和波纹管所组成的密封容器。灭弧室内有一对触头，静触头焊接在静导电杆上，动触头焊接在动导电杆上，动导电杆在中部与波纹管的一个断口焊在一起，波纹管的另一端口与动端盖的中孔焊接，动导电杆从中孔穿出外壳。由于波纹管可以在轴向上自由伸缩，故这种结构即能实现在灭弧室外带动动触头作分合运动，又能保证真空外壳的密封性。

（1）动触杆：动触杆与绝缘杆连接，实现操作动力的转动。

（2）波纹管： 波纹管既要保证灭弧室完全密封，又要在灭弧室外部操动时使触头作分合运动，允许伸缩量决定了灭弧室所能获得的触头最大开距

（3）外壳： 整个外壳通常由绝缘材料和金属组成。对外壳的要求首先是气密封要好；其次是要有一定的机械强度；再是有良好的绝缘性能。

（4）导电系统： 定导电杆、定跑弧面、定触头、动触头、动跑弧面、动导电杆构成了灭弧室的导电系统。其中定导电杆、定跑弧面、定触头合称定电极，动触头、动跑弧面、动导电杆合称动电极，由真空灭弧室组装成的真空断路器合闸时，操动机构通过动导电杆的运动，使两触头闭合，完成了电路的接通。

（5）屏蔽罩： 触头周围的屏蔽罩主要是用来吸附燃弧时触头上蒸发的金属蒸气，防止绝缘外壳因金属蒸气的污染而引起绝缘强度降低和绝缘破坏，同时，也有利于熄弧后弧隙介质强度的迅速恢复。在波纹管外面用屏蔽罩，可使波纹管免遭金属蒸气的烧损。

（6）触头：触头结构对灭孤室的开断能力有很大影响。采用不同结构触头产生的灭弧效果有所不同的，早期采用简单的圆柱形触头，结构虽简单，但开断能力不能满足断路器的要求，仅能开断10kA以下电流。目前，常采用的有螺旋糟型结构触头、带斜槽杯状结构触头和纵磁场杯状结构触头三种，其中以采用纵磁场杯状结构触头为主。

真空开关开断原理：

真空灭弧室是用密封在真空中的一对触头来实现电力电路的接通与分断功能的一种电真空器件，是利用高真空作绝缘介质。当其断开一定数值的电流时，动、定触头在分离的瞬间，电流收缩到触头刚分离的某一点或某几点上，表现电极间电阻剧烈增大和温度迅速提高，直至发生电极金属的蒸发，同时形成极高的电场强度，导致间隙击穿，产生了真空电弧，当工作电流接近零时，同时触头间距的增大，真空电弧的等离子体很快向四周扩散，电弧电流过零后，触头间隙的介质迅速由导电体变为绝缘体，于是电流被分断，开断结束。

3 真空开关操作过电压的产生

（1）载流过电压。由于真空开关真空度相当高，出厂时在1.333×10-4Pa以上，运行中也在1.333×10-2Pa以上，所以具有良好的灭弧性，在切断小电流时，电弧在过零前就会熄灭，由于电流被突然切断，滞留在电机电感绕组中的能量会向绕组中的杂散电容充电，转变为电场能量，对电机，特别是负荷较小时，相当于一个大的电感，且回路电容量较小，因此会产生很高的过电压，虽然回路有一定的电阻或触头被击穿，对过电压有一定的抑制作用，但这种抑制作用有限，不能消除在切断小电流时产生的过电压。

（2）多次重燃过电压。多次重燃过电压是由于弧隙发生多次重燃，电源多次向电机电容进行充电而产生的。在真空开关切断电流的过程中，触头的一侧为工频电源，另一侧为LC回路充放电振荡电源，如果触头开距不够大，两个电压叠加就会使弧隙之间击穿，发生重燃，然后再灭弧、再重燃，形成多次充放电振荡，触头间的恢复电压逐级升高，负载端的电压也不断升高，产生多次重燃过电压。

（3）开断过电压。在动静触头刚分离时，由触头材料本身产生的金属蒸气电离后，使触头间隙击穿，形成真空电弧，这种真空电弧电流相当小，当它被突然切断时，

因所带电机为感性负荷，容量又比较大，电机上的剩余电磁场就会产生反向过电压（也称载流压），这种过电压可达到额定供电电压的十倍左右。

4 操作过电压的防范

防范操作过电压主要采用限制过电压幅值的氧化锌避雷器（MOA）和降低过电压振荡频率的阻容（R―C）过电压吸收器。

4.1 带并联间隙的氧化锌避雷器（MOA）

负载为电机的操作过电压保护中，一般采用带并联间隙的MOA，带并联间隙的结构是将阀片分为主阀片RI和并联阀片R2，R1和R2串联，在R2上有并联间隙G。在正常电压下，G不放电，电压加在R1和R2上，运行安全可靠，过电压作用时，避雷器上的残压还未达到技术条件规定值之前，G放电，R2被短路，避雷器的残压完全由R1上的残压所决定，所以残压比较低，保护性能也比较好。氧化锌避雷器应尽量靠近电机侧安装。

4.2 阻容保护器

阻容保护器是一种保护效果较好的措施，只要阻容参数选择恰当，就可降低恢复电压上升陡度，降低振荡频率，减少负载波阻抗，就能有效降低过电压幅值。电容C的作用，除可降低过电压幅值外，主要用以减缓过电压上升陡度，电阻R则起消耗高频振荡电能，抑制截流过电压幅值的作用。采用双回路阻容保护器效果最隹，它即能解决对地电路中的高频振荡，又可解决对地电流过大和阻容保护装置电阻烧损问题。由于负载等效电感和开关的截流值等参数难以查找和实测，难以准确选择阻容参数。如果R、C阻容参数选择不当，不但起不到保护作用，反而会起消极作用，甚至会导致过电压幅值倍增，因此在选R―C阻容吸收器时应谨慎小心。

5 结语

由于油田高压注水电机功率大、造价高，分析操作过电压产生的原因，认清其危害，采取有效的防范措施，对高压注水电机的平稳运行具有十分重要的意义。

参考文献

[1] 彭发荣.真空开关操作过电压对高压电机绝缘的危害[EB/OL]

真空电容范文第4篇

【关键词】真空开关;真空度;在线监测

1.引言

真空开关是20世纪初发展起来的一种新型开关电器，从上个世纪60年代初开始在电力系统中得到应用。我国自上个世纪80年代末以来，随着配电系统无油化进程的兴起，真空开关在电力系统中获得了日趋广泛的应用，尤其在10kV、20kV、35kV等中低压电压等级设备中，真空开关产品的占据了绝大部分市场份额，而且现在正向高电压等级和低电压等级两个方面发展，且潜力巨大。另外由于真空开关同其他开关设备相比具有分断能力强、电寿命长、维修工作量小、无火灾爆炸危险、结构紧凑等优点，使其在煤矿井下、石油化工等一些特殊场合也得到了日益广泛的应用。

在实际运行中真空开关的故障率是很低的，而其中因真空度下降造成的故障占有较大的比例。因此，真空度的检测和在线监测是真空开关维护的一个重要内容。

2.真空度对真空开关的影响

真空开关的一个主要特点是将通断主回路的主触头密封在与外界隔绝的真空灭弧室内，利用真空环境中优异的灭弧和绝缘性能来实现通断主回路的目的。因此，真空灭弧室内的真空度对真空开关的性能有至关重要的影响，最终表现为对其绝缘性能和开断能力的影响，其中对绝缘性能的影响是主要的。

2.1 真空度与开关工作特性研究

研究表明，电极间的交流击穿电压随真空度的变化而变化，在低于10-1Pa压强范围内，击穿电压先随真空度的提高而升高，在10-1Pa左右达到最大值，然后随着真空度的进一步提高击穿电压反而有所下降，当真空度高于10-4Pa以后，击穿电压基本不受真空度的影响。虽然击穿电压还受电极材料的影响，但对不同材料的研究结果表明其变化趋势是相似的。

在实际应用中，真空灭弧室内的压强根据不同的使用场合可有不同的数值，对此各国未作统一规定，一般认为最大允许值在1.33×10-1Pa附近。在我国，部标技术中规定真空开关用灭弧室中的最大压强为1.33×10-2Pa，国标中规定为6.6×10-2 Pa，这里是考虑了真空开关分断时灭弧能力的需要。

2.2 灭弧室真空度变化特性

真空灭弧室制成出厂后，并不能永远保持其内部的真空状态，而是具有一定的真空度寿命。在经过严格电真空工艺处理的真空灭弧室内，影响真空度的主要因素为工作表面的放气与吸气过程。波纹管及其他密封部分密封性、长期的扩散、晶体材料间的腐蚀！吸气剂活性的丧失等因素都会引起灭弧室内真空度的降低

3.真空度检测与在线监测研究

3.1 真空度检测

运行中的真空断路器应在达到一定运行条件（开断次数、电流等）后进行灭弧室真空度的检测，以确定灭弧室内的真空度是否在安全范围内。目前己经有很多方法和相关的仪器被提出来并加以研究开发，常用方法有脉冲磁控放电法及耐压法，工频交流耐压法是当前在电力系统中比较通行的做法，可定性判断真空度是否合格。

除上述两种主要方法之外，其他还有绝缘电阻法、持续电流开断法及）吸气剂膜法等可以用来检测真空度的好坏。

3.2 真空度在线监测

近年来，国内外专家学者一直在探索真空开关真空度在线监测的有效方法，并且已经提出了一些具体的技术方案。主要有采用旋转式电场探头的屏蔽罩电位法、光电变换法、耦合电容法、和冷阴极磁控放电法等，但是由于每种方案都存在一些固有的缺陷，使得对真空开关的真空度进行在线监测的技术目前还远未达到大规模推广应用的地步。下面对这些方法进行简单的介绍和分析：

3.2.1 基于电场探头的屏蔽罩电位法

本方法为设计一种适用的电场探头，置于灭弧室外壁，用来测量真空灭弧室内真空度的变化对屏蔽罩电位的影响，并据此来判断灭弧室内的真空度。如图1所示。

图1 检测屏蔽罩电位示意图

本方法的主要优点是基本上不需要对真空开关灭弧室做任何改动就可以在一定的距离以外对其屏蔽罩电位进行不接触测量。但是只有在接近1帕至数十帕的被测压强范围内屏蔽罩电位才随真空度有较明显的变化，但此压强范围己在真空灭弧室真空度的有效范围以外，而且屏蔽罩电位还与灭弧室的具体结构尺寸有关，因此需要针对不同类别的灭弧室分别测量其特性曲线，此工作需由灭弧室生产厂家在生产灭弧室时完成，也使其应用受到一定的限制。另外，开关周围恶劣的电磁环境也会对测量过程产生一定的干扰作用。

3.2.2 光电变换法

光电变换法的实质也是一种基于测量灭弧室内部屏蔽罩电位的变化来判断其内部真空度的方法，不同之处在于本方法是通过一种由晶体材料制成的电场探头（称为Pockels电场探头）来探测真空灭弧室屏蔽罩电位的变化，并据此来判断灭弧室内真空度。本方法除存在与前面旋转电场探头法有同样的问题外，还存在晶体光学元件工作稳定性较差和成本较高的问题。

3.2.3 耦合电容法

耦合电容法是根据局部放电原理提出来的一种在线监测技术。这种种方法虽然能实现灭弧室真空度的在线监测，但是也只能给出定性指示，测试灵敏度也有限，而且同样也不能满足灭弧室真空度的测量范围。

4.案例探讨与生产应用设计

某公司运行至今，已发生了多起因真空开关真空度不合格引起的故障，其中一起较为典型的一例如下：

110kV XX变值班人员进行#2主变停役操作后，监控中心发现2号主变所带的II段母线压变有电压，且2号主变20kV侧三相均有电压，后经检修人员现场检查发现该故障原因为20kV IV段母线开关未能彻底断开，相邻20kV母线对主变反送电。

现场试验证实20kV IV段母线开关A相真空度下降，耐压试验不合格，造成了开关分闸后未能彻底熄狐，使母线带电。

由上述案例可以发现，若对该站内真空开关进行真空度在线监测，则会及早发现真空度下降的现象，从而避免类似故障的发生，提高设备运行的可靠性。

另外，对于设备管理单位来讲，建立真空度在线监测系统，积累了一定数据之后，可对数据进行纵向分析与横向分析，以便快速有效的发现异常。

5.总结

本文对真空开关的真空度及相关内容展开了研究，首先分析了真空开关的真空度对其工作特性的影响，以及真空度的变化趋势。其后对真空度的离线检测和在线监测进行了讨论，目前常用的离线检测方法为工频耐压法，而在线监测常用的方法为屏蔽罩电位法和耦合电容法。最后，结合X局的实际案例讨论了真空度在线监测在实际生产中的应用。

参考文献

[1]叶晓东，赵学文.一种真空断路器真空度在线检测新方法[J].电力系统自动化，2006，30（11）：49-51，60.

真空电容范文第5篇

真空断路器近三十年来在我国中压开关产业不断发展，其应用范围日渐增大。并具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，在中压配电领域开关中占有主导地位。而一旦真空断路器发生故障极易引起十分严重的后果，不仅会引起自身设备损坏，更有可能引发大规模电网故障。真空断路器的故障往往是由于真空度降低所致，根据国家规定，真空灭弧室内的气体压强应低于1.33×10-2Pa[1]。由于真空灭弧室存在缓慢漏气现象，真空度会随着使用时间的延长呈现持续降低的趋势，当到达某一临界阈值时，就会引发安全危险隐患。智能电网对真空度监测的要求逐渐提高，使用中的真空断路器建议采用实时监测，特别是对于35kV、72.5kV及以上电压等级的真空断路器采用在线监测手段及时掌握灭弧室真空度状况更具实用价值和意义。根据动态电荷分布和电容分压原理构建的耦合电容法具有探头结构简单，安装简便，抗干扰能力好等优点。其应用于实际检测的过程，往往需要先在实验室条件下标定某特定型号真空断路器的耦合电容传感器输出电位的变化趋势与其灭弧室真空度值相对应的关系曲线，再将该标定曲线应用于实际检测。此过程只能定性的利用真空度变化对屏蔽罩电位产生的影响，并且真空度劣化极限对应屏蔽罩电位的阈值需依靠经验数据来确定。为理清真空度与屏蔽罩电位的理论关系，使耦合电容法的实际应用过程不盲目。本文从电介质理论着力，通过介电常数的引入，希望能够将屏蔽罩电位随真空度的变化过程加以解释。此外，以屏蔽罩电位为监测基础的灭弧室真空度的在线监测方法有许多，如：耦合电容法、旋转式电场探头检测法、光电变换法、比例差分探头检测法等[2~5]。屏蔽罩电位成分分析的意义显得更加重要。真空断路器实际运行时，屏蔽罩上的电位成分较为复杂，既有直流分量又有交流分量。以下是前人通过实验总结出的真空度降低所导致的屏蔽罩电位的变化规律。理论上，当真空灭弧室内真空度正常时，仅需几百伏的电压就可维持带电触头与中间屏蔽罩之间由场致发射引起的电子电流，屏蔽罩积累的负电荷使其负电位几乎达到电极电压峰值；当灭弧室内真空度劣化时，其气体密度变大，场致发射的电子被气体分子吸附后成为负离子，而负离子质量大，漂移速度慢，使得上述电子电流减小，屏蔽罩上由场致发射导致的电位降低[4]。此外当真空灭弧室的运行电压和内部真空度处在正常范围时，灭弧室的屏蔽罩上不带有静电荷；当真空度下降导致绝缘强度降低时，触头与屏蔽罩之间会发生局部放电，使灭弧室的屏蔽罩上带有一定量的静电荷而形成直流电位[5]。文献[6]得到的结论认为：真空度下降到一定值时屏蔽罩上形成的交流电位幅值会发生变化，同时屏蔽罩上还会有直流电位生成。两种电位的变化都是由于在真空度下降时金属导杆和触头电极与屏蔽罩之间出现的汤森放电所导致，并且电位变化时对应的真空度相同。本文就宏观电介质理论中影响电气绝缘材料性能的最主要参数相对介电常数进行讨论，并将讨论结果应用于电磁场数值计算。其中，感应电位的求解分析，对真空度在线监测理论的深入探讨有着十分重要的意义，深入探索灭弧室内真空度与屏蔽罩上感应电位的内在联系机理是本文的研究重点，该问题的解决不仅能够为耦合电容法提供理论依据，更能为诸多通过监测屏蔽罩上的感应电位实现真空断路器灭弧室真空度在线监测的方法提供理据上的理论支持。

1灭弧室真空度与屏蔽罩电位的关系模型

现代计算机技术的发展使得建模仿真软件与数值模拟方法能够方便地应用于处理超大计算量的数值计算及复杂物理模型的仿真分析。本文研究基于电磁场仿真软件Ansoft，对真空灭弧室内的真空度和屏蔽罩电位对应的关系进行分析，力求找出二者之间的内在联系机理，为实现真空度的在线监测和状态评估提供理论基础和技术支持。为分析方便，将处于工作状态下的灭弧室物理模型图构建如下。如图1所示，真空断路器两触头在额定交流负荷电压下工作，通过导电杆和触头的交流激励电流必然会以两触头为轴心产生环型磁场，该磁场将在真空为介质的金属屏蔽罩上产生出一系列感应电位。分析该物理过程的抽象模型，等价于求解通有额定交流电流IN的金属圆柱体在真空环境下对外环金属屏蔽罩上的感应电压。其抽象模型如图2所示。在图2中导电杆中通有额定负荷电流IN，感应磁场方向符合安培右手定律。求解该模型，需求解触头在负载电流IN条件下，周围真空区域的磁场分布情况，及处于该磁场下金属屏蔽罩上的感应电位Uc。

2灭弧室真空度与介电常数联系机理分析

在上述模型求解的过程中，真空灭弧室内中间介质的介电常数εr无疑是一项重要的条件参数。考虑到真空灭弧室采用真空环境作为中间绝缘介质，即低压空气。笔者经过细致检索发现，低压空气介电常数εr与压强P物理联系的文献资料较少，难以直接得到某真空度P下对应的精确εr。因此本文工作希望建立物理数学模型得出低压空气和相应介电常数的联系关系，从而得到P-εr-Uc的对应关系（其中为屏蔽罩上的感应电位）从而为真空断路器灭弧室真空度的在线监测提供理论和技术上的支撑。

2.1克劳休斯-莫索缔方程引用电介质物理中克劳休斯-莫索缔(Clausius-Mossotti)方程[7]，简称克-莫方程。该方程在洛伦兹有效电场条件下，联系了电介质极化的宏观参数和微观参数。其数学表达式如公式（1）所示：式中：εr、ε0分别为气体介质的相对介电常数和真空状态下空气介电常数；α为空气分子极化率；n0为电介质单位体积内的极化粒子数。摩尔体积与单位体积内极化粒子数的关系转化可得下式：其中，M和ρ分别为电介质的摩尔质量和密度，N0为阿佛加德罗常数。在公式2中[P]代表了摩尔极化过程，式子右端表明，对于某固定电介质，当极化率α有确定的值，并且与密度ρ无关时，[P]为确定常数。左端式子表明，摩尔质量固定，当[P]为常数时，εr-1εr+2与密度ρ成比例关系。通常介电常数εr随着电介质密度ρ的增大而增大，其物理意义也较容易理解，因为随着电介质密度ρ增加，单位体积内极化粒子数增多，故介电常数εr也随着电介质密度ρ增大而增大。既然εr-1εr+2与密度ρ成正比，不妨设比例系数为L。则有：至此，得出了空气密度和介电常数的关系，进而将灭弧介质（空气）的密度转换为气体压强便可以得到真空度和介电常数εr的关系。

2.2干空气密度与压强的关系的建立空气的密度的国际定义式为：式中：m0是空气的质量，单位kg；V是空气的体积，单位m3；ρ单位为kg/m3。空气密度与空气压力、温度及湿度有关，本文将空气假定为干燥空气（此种假设符合真空灭弧室的实际工作条件）。公式（4）只是关于气体密度的一般定义式，在通风工程中，干、湿空气密度是由气态方程求得。气态方程表达式为[8]：式中：ρ、ρ0分别为特定状态（非标准状态）及标准状态下干空气的密度，单位kg/m3；P、P0分别为特定状态（非标准状态）及标准状态下空气的压强，单位kPa；T、T0分别为特定状态（非标准状态）及标准状态下空气的热力学温度，单位。标准状态下，T0=273K、P0=101.3kPa时,组成成分正常的干空气的密度ρ0=1.293kg/m3。将这些数值代入公式(5)，即可得到干空气密度ρ的计算式为：使用上式计算干空气密度时，应注意压强、温度的取值，式中P为空气的绝对压强，单位为kPa；T为空气的热力学温度，单位为K；T=273+t,t为空气的摄氏温度，单位为℃。将公式（6）代入公式（3）可以得到：对公式（7）进行分析可知，当温度恒定时，只有P和εr两个变量，可设一常量Q=3.48LT并将其代入公式（7），可得：由此可以得到介电常数εr的表达式如下：已知标准大气压强，P0=1.013×102kPa,空气相对介电常数为εr=1.0005548，将其代入公式（9）可以得到Q=1.825×10-6。故公式（9）又可以写成：于是，可以得到干空气条件下真空度P与空气介电常数εr的确定对应关系。

2.3真空度与介电常数的关系验证文献[9]中列举了一组通过把干空气介电常数εr转换为波长测量得到的值。由公式(11)计算得到的P-εr值也在表1中给出，以方便与文献[9]的结果进行对比。如表1所示为干燥空气条件下，压强P和介电常数εr的对应关系数据。经过验证，干燥空气介电常数εr的计算值与实验测量结果非常接近，相对误差很小。因此根据公式10得出的压强与相对介电常数的关系，可以作为进行进一步仿真模型建立的参数条件使用，将仿真分析所需真空压强值代入公式，即可得到对应的相对介电常数值。计算实际灭弧室内压强范围对应的介电常数值于表2。这样便为进一步得到灭弧室内真空度压强与屏蔽罩电位的对应函数关系表达奠定了条件基础，作为真空断路器灭弧室真空度在线监测和状态评估的特征检测变量据理才能更为充分，本文工作可以为真空断路器真空度在线监测技术应用提供理论和技术支持。