一种新型高储能密度电容器产品的研究-基地物理-兰州大学.PDF

《基地物理》 2016 年第 9 期 一种新型高储能密度电容器产品的研究 1 2 2 吴广坤 ，李衍爽 ，王树奇 （1. 核科学与技术学院 12 级核技术班，甘肃 兰州 730000 ；2.物理科学与技术学院 12 级 物理基地班，甘肃 兰州 730000 ） 摘 要： 随着我国电力供求的急速增长，市场对相应配套电力电容器的需求也极大提高。电力电 容器作为电网最常使用的功率补偿器件，对其耐压、发热、防爆、储能密度等性能要求相当 严格。本文探讨了一种电极改良的新型高储能密度电容器产品的设计与实验结果的分析,该 设计使用非对称的上下膜结构，行业中尚属首次。分析结果显示，这种电容器的整体性能向 一流水平靠拢，寿命、储能密度和耐压性均优于同类产品平均水平。 关 键 词： 电力电容器；安全膜；金属化熔断丝 1 引 言 电容器（Capacitor ）是一种盛装电荷的容器，是由两块金属电极之间夹一层绝缘电介质 构成。任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以视为一个电容器。电容用字母 C 表示， 定义为电荷量与电极间电压之比，单位为F （法拉）。 电力电容是电力系统专用的电容器，用于补偿电网无功功率，电力电容改变电压电流之 [1] 间的相位关系，改善电网功率因数 。电力行业常以无功功率表示电容器的容量，单位为乏 （Var ）或千乏（kVar ）。本文所指的储能密度指单位体积中电容器的无功功率，即乏每立方 3 米（Var/m ）。 当在两金属电极间加上电压时，电极上就会存储电荷，所以电容器是储能元件。由电力 电容器的储能密度的定义可知储能密度 ρE 可以表示为： UI sin θ ρE （1） V 其中 U 是电容器两端电压，I 是工作电流，θ 为相位角，V 是电容器体积。 电网无功补偿的工作方式分为二种：并联电容器，主要用于补偿电力系统感性负荷的无 功功率，以提高功率因数，改善电压质量，降低线路损耗；串联电容器，串联于工频高压输、 配电线路中，用以补偿线路的分布感抗，提高系统的静、动态稳定性，改善线路的电压质量， 加长送电距离和增大输送能力。一般电网常用并联工作方式，则有： 2πfCU 2 ρE （2 ） V 其中f 为交流电频率。电力电容器使用中的交流电的频率、电压和接接入方法需符合《国家 标准》要求，为确定常数。由方程（2 ）可知，中想要提高电容器储能密度，只有提高单位 体积内的电容值。 2 设 计 电力行业需要一种耐高压、大电流、长寿命的工频运用电容器，薄膜电容是最佳选择。 [2] 薄膜电容分为普通薄膜电容器和金属化安全膜电容器二种 。金属化安全膜与普通薄膜电容 相比，与众不同的地方是把保障电容器安全所需的微型保险丝在蒸镀薄膜时一起镀在薄膜表 面，每平方米达 2 万条之多，保险丝非常灵敏，能有效隔离电弱点区块，使之不影响电容 器其他部分，延长了电容器使用寿命。普通薄膜电容器寿命短易击穿，已经淘汰，目前电力 电容器全为金属化安全膜电容器。