高压电容器内熔丝技术研究及试验

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1、高压电容器内熔丝技术研究及试验摘要：熔丝保护方式和电容器装置的最佳分组是我们工程技术人员在进行电容器装置设计时经常需要考虑的问题，通过实际试验和理论分析找到了熔丝熔断所需的最小并联元件个数及最大元件并联个数的极限条件，为保证高压并联电容器可靠运行提供了依据。关键词：高压电容器；熔丝技术；分析及试验Abstract:thebestthefuseprotectionwayandthecapacitordevicegroupingourengineeringandtechnicalpersonnelduringthecapacito

2、rdevicedesignoftenneedtoconsider,throughpracticalexperimentsandtheoreticalanalysistofindtheminimumnumberofparallelelementsfuseisblownrequiredtheextremeconditionsofthemaximumnumberofelementsinparallel,inordertoensurereliableoperationofthehighvoltageshuntcapacitor.Key

3、words:highvoltagecapacitor;fusetechnology;analysisandtesting中图分类号：TM854文献标识码A文章编号：1、内熔丝的特点6内熔丝的主要优点有：⑴内熔丝可以在几乎没有暂态过程的情况下将故障元件退出运行，对电容器运行本身几乎没有任何干扰；⑵可以避免持续电弧作用，从而降低了电容器箱壳爆破的可能性，使电容器运行更为安全可靠；⑶装内熔丝的电容器，元件在故障时只有故障元件本身退出运行，电容器上的电压仅略为升高；⑷采用适当的结构设计，可以使得在一个元件击穿时，剩余元件的寿命不受影响

4、；⑸如果不考虑成套设计和电容器铭牌的差异，则内熔丝保护与不平衡保护完美配合。6但是内熔丝保护单台电容器是有条件的，足够大的脉冲电流是内熔丝熔断并完成隔离的关键所在。为获得足够大的高频脉冲电流，一般要求有足够多的并联元件数，根据试验研究，通常认为当一个串联段的并联元件数少于12个时，内熔丝开断可靠性变差，少于8个时内熔丝就常常不能开断。当一个串联段上的并联元件数过少时，当某一个元件击穿时，完好并联元件对该元件放电电流较小，使得内熔丝熔断时间过长（达到ms级），这时工频电力将进入击穿元件。由于电容器内熔丝没有灭弧措施。因此，一旦工

5、频电流进入击穿元件，就只有当工频电流完成半波再次经过零时工频电弧才会熄灭，这时由于工频电流注入能量过大，通常对电容器已造成了较严重的破坏，已很难完成击穿元件的隔离任务。这样会导致内熔丝端口多次重燃，直至继电器保护动作退出。在这个过程中，由于重燃导致工频能量大量注入断口，分解大量的油和绝缘材料，使电容器内部压力增大常常会引起电容器爆炸，甚至着火。所以说这时的电容器是无安全可靠性保障的。2、内熔丝的影响因素内熔丝熔断过程中可能产生的电流、电压波形如图1所示。图1内熔丝工作过程中可能产生的波形图1中（a）为电路原理图，由图中可以看出

6、在故障电容器熔丝熔断的过程中，非故障电容器可等效为电容和电感的串联。可能产生的三种波形如图1中（b）、（c）、（d），其中（b）波形出现电流截止现象、熔丝出现沿面放电现象；（c）波形中能量完全被熔丝所吸收；（d）波形中电流不出现截止，但会伴有熔丝沿面放电现象。大量的文献资料表明，熔丝的熔断过程随着过热系数K呈现非线性变化，并具有一定的规律。在文献[1]、[2]中给出了注入熔丝中的能量及过热系数的计算公式（1）（2）。（1）其中：；；；。（2）6式中：C为非故障电容器电容量；U0为非故障电容器充电电压；S为金属丝横截面积；D为金

7、属丝直径；K为过热系数；ws为金属升华能；l为金属丝长度；hb为金属的specific“action”，其随着注入能量的变化较小，一定条件下可以看作定值。在熔丝的使用过程中，还应注意熔丝长度的选取，参数选取的不同，可能使熔丝不出现或者出现电流截止现象。出现电流截止现象的临界金属丝长度为：（3）式中，其中B是与材料有关的常数。另外，熔丝熔断过程中回路的参数（如电容器并联个数、电容器等效电感、电阻等）将会影响熔丝中的电流密度，峰值电流计算公式如下：（4）其中，即回路短路电流的幅值。3、内熔丝实验通过我在合阳电气股份有限公司工作以及

8、相关单位的指导和帮助下，对熔丝进行了近300余次的直流（按国家标准）及交流的熔断特性试验，找到了熔丝熔断所需的最小并联元件个数及最大元件并联个数的极限条件（最小并联个数为8个，最大并联个数为112个）。6公司在充分考虑安全裕度后，规定单台电容器一个串段内的并联元件个数不小于1