專利名稱：電力電容器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在權利要求1中描述的電力電容器。根據本發明的電力電容器主要用于額定電壓超過1kV，如5kV，優選至少10kV的應用中。
電力電容器在用于電力輸送和配電的系統中是重要的組件。電力電容器裝置主要用于通過并串聯補償來增加電力輸送容量并用作消除諧波的濾波器，其中，并串聯補償用于通過靜態無功伏安系統來實現電壓穩定。
本發明的第二和第三方面涉及一種權利要求20所述類型及權利要求24-32所述類型的電容器組的應用。
電容器具有接近90°的相角并因此產生無功功率。通過在消耗無功功率的組件附近連接電容器，在那可產生所希望的無功功率。因而電纜可以完全利用來輸送有功功率。由負荷消耗的無功功率可以變化，并希望恒定地產生大量的與此消耗等效的無功功率。為此，多個電容器在電容器組中通過串聯和/或并聯連接。對應于消耗的無功功率，連接必需數量的電容器。通過上述方式利用電容器來補償消耗的功率稱為相位補償。為此，在消耗無功功率的組件附近設置以分路電池形式的電容器組。此種分路電池包括多個連接在一起的電容器。每個電容器又包括多個電容器元件。以下解釋此種常規電容器的結構。
分路電池通常包括一定數量的多個串聯電容器的鏈。鏈的數量由相數決定，通常為3。因而，在鏈中的第一電容器連接到用于把電力輸送到消耗組件的電纜。輸送電力的電纜設置得與地面或與環境中具有接地電勢的點有一定的距離。此距離取決于電纜中的電壓。因而，從第一電容器以串聯形式連接電容器并向下延伸，其中第一電容器連接到電纜。設置在串聯電容器鏈末端的第二電容器與第一電容器相對，第二電容器連接到接地電勢或電系統(例如未接地的3相系統)中具有零電勢的點。確定電容器的數量和它們的設計，以使串聯電容器的容許電壓(額定電壓)對應于電纜中的電壓。因而，多個電容器串聯并布置在與接地電勢絕緣的架子或臺子上。此種電容器組因而包括多個不同的組件并要求相對較多的材料。進而，如果架子/臺子要承受諸如風、地震等形式的外部影響，就要求相對堅固的結構。因而需要相當多的工作來構造此種電容器組。當電容器組包括大量的電容器時，這個問題尤其明顯。電容器組還在地面上占據相對較大的面積。
用于交流電壓的長電纜是電感性的并且消耗無功功率。因此，用于串聯補償的電容器組沿此種電纜間隔布置，以便產生必需的無功功率。多個電容器串聯，以補償感性電壓降。在用于串聯補償的電容器組中，與分路電池相反，串聯的電容器通常只占電纜電壓的一部分。包括在用于串聯補償的電容器組中的串聯電容器鏈也設置得與被補償的電纜串聯。
常規電容器組包括多個電容器。此種電容器又包括多個以電容器卷形式的電容器元件。例如，電容器卷被壓平并一個疊一個地堆放，形成1m高的堆(stack)。非常多的具有中間金屬層的介電膜在堆的垂直方向上平行布置。當作用到堆上的電壓增加時，由于作用在金屬層之間的庫侖力，此堆在垂直方向上被一定程度地壓縮。基于相同原因，如果電壓下降，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機械共振頻率或固有頻率，所述頻率相對較低。所述堆的機械共振頻率被電流的特定頻率放大，從而產生高噪聲。主頻率構成這樣的頻率，它由電流的基頻確定且通常為50Hz。然而，機械共振頻率的放大還受到電流中諧波的影響。
此種已知類型的電力電容器的實例在美國專利5475272中描述。高壓電容器由多個互相疊放且置于同一殼體內的電容器元件構成，因而在此描述。此殼體用金屬以常規方式制成。電引入線由瓷或聚合物制成。此出版物還描述用于以串聯或并聯形式連接電容器元件的各種替代耦合。
從EP 0 190 621、EP 0 416 164和EP 0 702 380還知道圓柱電容器殼體。然而這些專利里沒有一個涉及用于高壓的電力電容器。
上述已知類型電容器，如美國專利5475272中所述類型的電容器的一個問題是所包括的電容器元件必須與殼體絕緣。此絕緣必須承受比電容器額定電壓高很多的電壓應力。目標是用電容器元件盡可能有效地填充殼體。由于凸出的箔和小半徑等原因，電容器元件扁平的外形對電場放大是不利的。它們還必須以經常在電場中進一步產生局部不規則性的方式通過內部連線連接在一起。這導致對殼體絕緣有很高的介電強度要求。如果電容器是不含熔絲的類型，那么，在電容器元件和殼體之間的短路可導致在故障點泄放大量的能量。結果是產生具有較大損壞的爆炸。
常規電力電容器的另一問題是產生的聲音。當電壓負荷產生的振動與電容器機械共振頻率相同時，產生的聲音是最強的。共振頻率與垂直于電極層的電容器外殼的剛性之間的商的平方根成正比，并且共振頻率與垂直于電極層的電容器外殼的伸長成反比。
在所述權利要求中的限制“基本為圓柱形”指元件的形狀與圓柱形偏差有限的程度。因而，所述形狀可以是輕微橢圓，如焦點半徑之差可高達10％；或者具有一些與純粹的圓偏差相應程度的其它形狀。
具有圓柱形狀且在每一端即在圓形端面具有接點的電容器，從電氣觀點考慮比上述常規扁平元件具有明顯更有利的形狀。
由于殼體內部具有與電容器元件圓柱形相對應的圓柱形以便緊密環繞電容器元件，因此，獲得的電容器盡可能地緊湊并適合于元件的形狀，所述元件從制造觀點上考慮是有利的并且在電氣上也是有利的。還避免在殼體和電容器元件之間存在不必要的空間。
由于電容器元件互相之間的方向性，因此還使產生的聲音明顯降低。與電極層正交的總尺寸，即直徑，將明顯小于常規電容器組的等效尺寸。這顯著增加機械共振頻率。因而實際上消除電壓負荷的振動與共振頻率相同的風險。大大減少對降噪或吸聲措施的需求，因而使成本大大節省。
由于殼體用電絕緣材料制成，因此不需要在電容器元件和殼體之間絕緣，并且因而降低在電容器元件和殼體之間的放電風險。進一步地，電容器的電連接可以極其簡單，并且可以從殼體本身獲得電容器之間的漏電路徑。取消絕緣和引入線也使電容器相對緊湊，因而提供構造緊湊電容器組的機會。
因而有可能獲得至少與殼體長度相應的漏電距離。這構成本發明的有利實施例。
殼體適合由聚合物制成，優選聚乙烯。這些類型的材料具有良好的絕緣能力并有其它希望的性質如強度、易處理性和成本。因此在根據本發明的電容器優選實施例中，采用所述類型的材料。
當本發明電容器包括多個串聯電容器元件并且在圓柱殼體兩端設置電容器的接線端時，本發明電容器的好處是最明顯的，此電容器因此構成本發明的第二優選實施例。不需要進行特殊安排就可在接線端之間獲得要求的漏電路徑，因為殼體本身產生漏電路徑。
根據本發明的另一優選實施例，每個接線端包括例如以箔的形式固定在殼體材料中的導電體。此種接線端特別簡單，并且通過絕緣殼體材料而可靠地增強有利的機會。
根據另一優選實施例，電容器元件設置有貫穿每個電容器元件的軸向中央槽。這為電容器內部冷卻提供有利的冷卻條件。在均勻產生熱并且中心沒有孔的圓柱體積中，徑向方向上的溫度曲線在向心方向上強烈增加。如果圓柱體積設置得在總體積中央的部分圓柱體積中不產生熱，那么將降低中央的最大溫度。另外，如果在中央的部分圓柱體積中安排某種形式的強制冷卻，最大溫度將進一步降低。從成本和體積方面考慮，把中央的部分體積設置為貫穿的槽是本發明的有利實施例，然而，與中央槽的尺寸相比，總電容器外部尺寸的增加相對較小。
根據本發明另一優選實施例，至少一個電容器元件分為多個相互同心布置的子元件，徑向相鄰子元件的最外面子元件具有貫穿其中的中央槽，中央槽基本為圓柱形并緊密環繞內部子元件。在某些應用中，這是實現最佳利用所占據空間的電容器的實踐方式。電容器元件中的子元件適當地串聯。
還優選子元件的數量是奇數，這有利于它們相互連接。
根據本發明的另一優選實施例，每個電容器元件使用卷繞的金屬涂敷聚合物膜以已知的方式制造。此膜緊密卷繞，以便消除任何必須填充油的空間。如果金屬涂層足夠薄，那么此種具有金屬化膜的技術提供獲得“自愈合電容器”的機會。這意味著在膜上的一點放電的情況下，最靠近故障點的金屬將被流經短路的強烈但短暫的放電電流汽化。當最靠近故障點的金屬被汽化時，耐電強度在此區域恢復，因而電容器元件已“自愈合(self-healing)”。由金屬化膜技術帶來的好處在本發明電容器中以特別有利的方式得到利用，并進一步用于產生緊湊、簡單、可靠的電容器，此電容器便于制造。在此實施例中，與電極層垂直的剛性增加，這提高共振頻率，由此降低所產生的聲音。
根據本發明的另一優選實施例，金屬涂層的產生方式使得形成具有內部串聯分電容器的元件。此技術稱作“具有內部串聯的元件”，此技術本身也是已知的。本實施例對于高壓電容器是明顯有利的，因為可減少元件串聯的數量。然而，對于高工作電壓電力電容器的自愈合而言，本實施例在利用上述技術方面是尤其有利的。由于自愈合作用特別要求薄的金屬涂層并且流經金屬的電流產生有功損失效果(熱)，因此，越薄的層意味著越大的損失。減少損失而不犧牲薄金屬涂層要求的一種方法是選擇金屬涂敷膜的形狀，進而選擇元件的形狀，以便金屬涂層在與卷繞方向正交的方向上的尺寸減小而卷的長度增加。如果未采取串聯，那么結果將是與圓柱元件的直徑相比，其高度相對較低。串聯許多這樣的元件，例如高壓應用所要求的，從成本方面考慮變得不利。因而，根據本發明，若采用內部串聯，幾個串聯的分元件可自動地在圓柱元件內組合，并且從制造方面考慮具有最佳的高度-直徑關系并有良好的自愈合性質。
根據又一個優選實施例，電容器是干燥的，即沒有油。此種電容器帶來的好處是殼體是絕緣材料，即電容器元件不必被油包圍，而油一般是常規電容器所必需的。對于無油電容器，可排除著火和泄漏的風險，這進一步有利于實現緊湊的、節省材料的設備，因為此種電容器可安排得比其它電容器更靠近敏感的外圍設備。
因為本實施例包括干式電容器，所以此電容器適合用凝膠包圍電容器元件。這又構成本發明的另一優選實施例。
根據本發明的另一優選實施例，殼體至少在一端設置機械連接裝置，此連接裝置用于與相鄰電力電容器中的相應連接裝置直接連接。由于殼體用絕緣材料制成，電力電容器可組裝在一起，不需要中間絕緣體并且架子因而是多余的。機械連接裝置的布置利用所提供的優點，從而電容器在堆里可相互直接連接。在構造電容器組時，這是特別有價值的。此種堆非常緊湊且有彈性。
在特別優選的實施例中，機械連接裝置包括電力電容器的電接線端，從而，聯接電力電容器特別簡單和緊湊。因而電接線端形成為機械連接點，如螺絲釘聯接。自然也可使用其它等效的聯接，如卡口式聯接、機械聯接、鉚釘聯接、焊接聯接等。
在另一實施例中，殼體的外側設置有諸如法蘭的凸出物，如果需要，用于延長漏電路徑。
根據本發明的電容器的上述優選實施例以及其它實施例，在依賴權利要求1的后續權利要求中限定。
借助在權利要求20中限定的電容器組，對于本發明電力電容器及其優選實施例，獲得與上述相似的優點。
在電容器組的優選實施例中，電容器專門通過每個電容器殼體而互相絕緣。在這“專門”應該解釋為意指沒有布置其它特殊的絕緣材料。間隙自然未排除在外。因而，以此方式組建的堆有效利用本發明電力電容器提供的優點，并允許堆中的電容器聯接在一起且不需要中間絕緣體。因而，所述堆非常緊湊且有彈性。
利用電容器可軸向疊加堆放的可能性形成緊湊單元是特別有好處的。
本發明電容器組的以上的和其它的有利實施例在依賴權利要求20的后續權利要求中限定。
使用在權利要求24中所限定的電力設備(electric plant)中的本發明電力電容器必然利用電力設備中電力電容器的優點。因而可實現非常緊湊的組件，由此大大減小所需的空間。還大大降低所產生的聲音。進一步地，電力電容器的構造有利于它們的安裝。電容器可簡單地懸掛在立式設置中。因而它們對于地震和相似的強烈外部影響的抵抗能力大大增加。這些優點在本文特定部分中將著重強調，因而構成根據本發明的使用的優選實施例。
因此，使用本發明電力電容器向直流或交流網絡輸送有功或無功功率構成優選實施例。無功功率的產生應該盡可能地靠近消耗點來執行，以便避免必須經電纜長距離輸送的無功功率。在此情況下，電容器構成比同步機器所產生的電容器更有撓性的替代品。根據本發明的緊湊型電力電容器增加撓性，并且在布置得盡可能靠近消耗點的要求方面減少財務、實踐和技術限制。因此，對于根據本發明的電力電容器，甚至相對較小的機器也可直接補償，并不需要不經濟的解決方案。即使對于不均勻負荷的大電容器組，采用自動可控硅控制，獲得撓性和緊湊度。因而擴大可使用的技術-經濟區域。
另一優選使用是作為經輸電線輸送高頻信號的耦合電容器，即，電話的輸送載體。在干線上，網絡載體頻率連接一般在每段電纜上發生。重要的是在電纜每端的電纜保護之間獲得相關性。適當的頻率位于長波段(36-450kHz)。更低的頻率專供長電纜使用，因為信號抑制隨著頻率增加。在瑞典，一般借助耦合電容器或電容器變壓器使用電纜的兩相連接。在耦合點內把阻塞電容器插入到主電路中，這些電容器必須承受電纜的負荷電流和短路電流。它們應阻塞用于電纜連接的頻帶。只有一個調制邊帶用于所述連接。抑制載波以及一個邊帶。若采用根據本發明的電力電容器，對于利用電話輸電線網絡，電勢增加。
還有另一個優選使用是在電容器變壓器中分壓的電容器電壓中利用電力電容器。對于用本發明電力電容器獲得緊湊度和簡單性，使用電容器進行電壓變換的應用領域增加。
根據本發明另一個優選使用，根據本發明的一個或多個電力電容器用作電壓剛性(rigid)靜態換流器/變流器。這些應用的重要領域是高壓直流輸送(HVDC)。長時間以來，此種輸送幾乎專門用于長距離輸送非常高的功率。然而，近來，電壓剛性換流器已用于HVDC。此種換流器結合使用取代可控硅整流器的金屬氧化物半導體已導致經濟上合理的領域增加，此領域用于低至一兆瓦的HVDC輸送。由于電力電容器的有利性質如緊湊度、簡單性和低成本，根據本發明的電力電容器用于進一步增加HVDC輸送的應用領域，并且它是比常規交流輸送和遙遠地區的當地發電更有競爭力的替代物。此技術還找到提高AC網絡中電壓性質的新的可能性。由于電諧波的存在，采用本發明電容器降低聲級在此應用中是有顯著意義的。
根據本發明的另一優選使用，在電流剛性靜態換流器/變流器中利用電力電容器。重要的應用是作為HVDC的凈交換變流器、經常基于六脈沖的電機操作以及其中經常并聯兩個六脈沖整流器的電解整流器。在本文中，電力電容器的緊湊度、撓性、耐用度和低聲級有顯著意義。
本發明的另一個優選實施例構成使用在AC濾波器或在DC濾波器中的電容器組中的電力電容器。在此種應用中，必須具有串聯的電容器。對于良好的制造性能，經常希望具有安裝大電容器的效果。由于它的緊湊結構和對串聯的適用性，所述電力電容器尤其適合于在此種濾波中使用。它對于最佳調諧還允許較高的靈活性。
在濾波器使用的優選實施例里，對濾波器調諧。在此種應用中，上述優點是特別令人感興趣的。
本發明電力電容器的使用的另一優選實施例是作為串聯補償電容器設備中的串聯電容器。這也是本發明電力電容器的性質尤其有利的應用。
在以下結合附圖對本發明有利實施例的詳細描述中，對本發明進一步描述。
圖2示出單個電容器元件，此元件包括涂敷金屬的聚合物膜，此膜緊緊地卷繞成卷。電容器元件2具有在中央貫穿的軸向孔6，此孔用于冷卻所述元件。此種電容器元件的尺寸一般為直徑100-300mm，孔徑20-90mm、優選至少30mm，高度50-800mm。此種電容器元件用于約1-15kV的電壓。例如，直徑200mm、孔徑60mm和高度150mm的電容器元件用于約4-10kV的電壓。因而，用這樣4個串聯的電容器元件可獲得最高40kV的電壓，如

圖1所示；而用8個電容器元件可獲得最高80kV的電壓；等等。
在電容器元件2中產生熱損耗，導致元件內部加熱。最高溫度對于電尺寸的選定是關鍵的。溫度越高使應力越低，這導致每單位體積的輸出降低，即對材料消耗和成本有顯著影響。在均勻產生熱并且在中心無開孔的圓柱體積內，徑向溫度曲線得到如圖3中虛線所示的漸近線形狀。如果電容器元件設置有半徑Ri的中央開孔6，溫度曲線則為圖3中的連續曲線。如果需要，也有可能進行強制冷卻。那么獲得的溫度曲線就如圖3中點線所示。每個電容器元件2的中央開孔6還可用來中心校直電容器元件。在此情況下，電容器元件螺紋固定到貫穿所有電容器元件的定心管上。
圖4示出圖2中電容器元件的放大的徑向局部剖視圖。此局部剖視圖示出兩個相鄰匝的金屬涂敷膜。膜8a和8b分別為約10μm厚并且材料為聚丙烯。金屬層9a、9b為約10nm厚并且包含鋁或鋅或二者混合物，所述金屬在卷繞之前已汽化到聚丙烯膜上。對于此種金屬化膜，可達到數量級為250V/μm的電應力E。以此方式制造電容器元件的技術是已知的，因此更詳細的描述就是多余了。可替換地，電容器元件可用膜-箔技術組合，其中，丙烯膜和鋁箔一起卷繞。然而，使用金屬化膜的優點是自愈合并且比膜-箔技術允許有更高的電應力和更高的能量密度。
金屬層從一側邊緣直到距另一側邊緣較短距離處覆蓋塑料膜。因而，膜8a的隨機區域16a未涂敷金屬。膜8b的隨機區域16b以相似的方式未涂敷金屬。然而，膜8b暴露的隨機區域16b與膜8a的隨機區域16a在相反端的邊緣上。參見附圖，在元件的上端和層9b的下端獲得層9a的電連接，因而，在一個方向上獲得正電極而在另一方向上獲得負電極。為了保證有效的電接觸，端部可噴涂鋅。
在圖4a所示的修改實施例中，電容器元件具有內部串聯。這里，每個塑料膜8a和8b的金屬層9a、9b分別劃分成兩個區域9a′、9a″和9b′、9b″，所述區域分別由未涂敷部分17a、17b分隔開。還有可能把金屬層劃分成多于兩個區域。每對金屬層區域，如9a′和9b′，形成串聯的分電容器元件。
圖4b示出修改實施例的變形，其中，只位于一個塑料膜8a上的金屬層9a劃分成兩個被未涂敷部分17a分隔開的區域9a′、9a″，而在另一塑料膜8b上的金屬層9b未劃分。每個區域9a′和9a″成直角地延伸出膜8b的邊緣，以便在此情況下發生到相同膜8b的電連接。在另一塑料膜上的金屬層9b在距此膜兩側邊緣較短距離16a、16b處中止，因而在任何方向上沒有電連接。
圖5示出根據本發明的電容器元件2′的替代實施例的縱向剖面。電容器元件分為三個子元件201、202、203，這三個元件同心并具有公共軸A。最外面的子元件201基本為管狀并且其內側204環繞中間子元件202，兩個子元件之間有小間隙。中間子元件相似地具有內側205，內側205緊緊環繞最里面的子元件203。最里面的子元件203具有貫穿其中的中央槽206。三個子元件具有不同的徑向厚度，最外面的子元件厚度最小。因而，各子元件具有基本相同的電容。絕緣207布置在子元件之間。
所述子元件串聯。兩個徑向相鄰的子元件在相同端具有一個耦合點。因而，最外面的子元件201在電容器元件2′的一端上通過耦合部件210連接到中間子元件202，中間子元件202在電容器元件2′的另一端上通過耦合部件211連接到最里面的子元件203。這意味著電容器元件2′的連接212、213位于此元件的相反端。
如果子元件的數量大3，如為5或7，那么子元件端部的耦合點就以相同方式交替地繼續。
圖6示出圖5所示類型的多個電容器元件如何串聯在一起。此圖示出兩個這樣的電容器元件2′a、2′b。下部電容器元件2′b在最里面子元件203上端上的連接212耦合到上部電容器元件2′a在最外面子元件201下端上的連接213。絕緣214設置在各電容器元件之間，以便處理在此類電容器元件中產生的電勢差。
圖7示出替代實施例，其中，殼體1′在外部設置構成凸出部的凹槽11，此凸出部引出漏電電流。
圖8示出根據本發明的電容器的殼體1a的上端。它通過上部電容器的機械連接裝置13和附助連接裝置14連接到相同電容器1b的下部。連接裝置13、14是金屬的并電連接到各個電接線端3、4(參見圖1)。連接裝置的尺寸確定得使電容器堆以穩定方式組成，而不需要任何其它的支架元件。兩個連接裝置通過一些螺釘15而相互緊固。
圖9示出電容器堆1a-1d如何組合。
圖10示出具有圓柱形殼體1的多個電容器如何根據本發明組合，以形成電容器組12。相似地，可以組合圖9所示的多個電容器堆。所述堆也包括多行這樣的電容器。
圖11和12示出在具有常規電容器組的設備和具有本發明電容器組的相似設備之間的比較。圖11示出常規設計，其中殼形建筑物100容納由常規電力電容器102構成的電容器組、具有可控硅104的整流器堆103以及電纜套管105。
圖12示出設置有電容器組111的等效設備，電容器組111包括根據本發明的電力電容器112。在另一方面，具有可控硅114的整流器堆113以及電纜套管115以與圖11所示設備相同的方式制造。電力電容器112的形式為從建筑物110的固定部分懸掛的細長管圓柱體。從這些附圖可看出，電容器組111所需的空間明顯比常規類型電容器組101的小。因此，對于根據本發明的設備，建筑物可制作得短幾米。圖示設備用于150kV的應用。
圖13示出配置有電容器組的耗電站網絡，電容器組用于在網絡中在各個電平上產生無功功率。每個電容器組按圖1-8中所示原理組成。組18設置得用于單個物體的直接補償，在此情況下為電機22的直接補償，組19設置得用于分組補償并因而產生用于幾個負荷-電機23和24的無功功率。當幾個小機器具有公共饋出點和一致的操作時，這是適合的。20代表具有可控硅自動控制的電容器組。根據對無功功率的不同要求，自動化系統在幾個步驟中連接和斷開幾個并聯電容器。根據本發明的電力電容器還用于網絡的高壓側。在該圖中此種電力電容器用21表示。
圖14示出在電容器變壓器中借助電容器來轉換電壓的原理。具有本發明電力電容器的電容器組27、28布置在每個支路25、26里，從而它們用作分壓器。在輸出線上獲得電壓Uout，它與輸入電壓Uin的關系如下式所示Uout=11+C28C27×Uin]]>圖15示出本發明電力電容器如何用于電壓剛性靜態換流器/變流器的原理。此圖示出具有PWM(脈沖寬度調制)技術應用的此種換流器的一相。在兩個固定電壓UDC、USW之間通過高頻轉換產生交流電壓UAC。電路的兩個DC電容器28、29包括一個或多個根據本發明的電力電容器。每個支路35、36通過其IGBT(絕緣門場效應晶體管)30、31連接到AC電纜34，濾波器33也連接到AC電纜34。IGBT包括需要最小驅動功率的金屬氧化物半導體。
圖16示出圖15中技術應用的實例，并示出此種輸送鏈路的主要組件。在點37、38設置電纜連接，編號為39、40的兩個DC電容器配置根據本發明的電力電容器。其它重要組件為濾波器41、靜態電流轉換堆42和靜態電流轉換整流器43。
圖17示出具有變壓器繞組的電橋，此電橋用于具有兩個六脈沖組48、49的電流剛性整流器，這里，交流電壓已通過Y/D耦合移位30°。感應器大得足以保持電流基本恒定，即電流剛性。在各個相之間連接直流電流。
圖18示出圖17中電流剛性整流器如何配置具有本發明電力電容器50-53的濾波器設備。在濾波器54和55中，電力電容器用可調電抗器57、58調諧為串聯諧振電路。濾波器56是雙調諧的且包括電抗器59、60和電阻器61、62。濾波器設備過濾掉諧波。這些在靜態電流變換站內在交流電壓側和直流電壓側循環。然而，此圖僅示出AC濾波器。在濾波器中電力電容器還產生無功功率，這通過延遲電流來補償靜態電流變換器引入的無功功率消耗。
圖19示意性地示出具有電抗器46和電容器組47的調諧濾波器的結構。電容器組組成本專利應用中所述類型的串聯電力電容器。對本實例中的電抗器46和電容器組調諧，以便它們之間的諧振頻率，即補償電路的調諧頻率，剛好就在第五諧波之下。
圖20示出配置有串聯補償電容器結構(ccc)的靜態電流換流器。每個電力電容器組63、64在變壓器65和整流器66、67之間的換向電路內串聯。由于變壓器的電感，電流不會在瞬間改變，而是在過了一段時間之后才改變。串聯電容器改變電壓，因而補償無功功率。該設備還配置AC濾波器68和DC濾波器69。
上述電力設備只是本發明電力電容器帶來顯著優點的應用實例。應該理解，本發明并不局限于上述實例。
權利要求
1.一種用于高壓的電力電容器，包括至少一個封裝在殼體(1)內的電容器元件(2a-2d)，其特征在于每個電容器元件具有基本為圓柱體的形狀并且在殼體(1)內具有相應的基本為圓柱體的形狀，以便緊密環繞每個電容器元件(2a-2d)，每個電容器元件取向為軸向，該軸向與殼體的軸向重合，殼體(1)是電絕緣材料并且在殼體(1)的每一端都設置電接線端(3、4)，由此殼體本身構成接線端之間的絕緣。
2.如權利要求1所述的電力電容器，其特征在于，殼體由聚合物制成，優選為聚乙烯。
3.如權利要求1所述的電力電容器，其特征在于，在接線端(3、4)之間的漏電距離至少等于殼體(1)的長度。
4.如權利要求1-3中任一項所述的電力電容器，其特征在于，殼體(1)封裝一個或多個串聯的電容器元件(2a-2d)。
5.如權利要求4所述的電力電容器，其特征在于，每個接線端(3、4)包括固定在殼體材料中的導電體，此導電體從殼體內部向外部延伸。
6.如權利要求1-5中任一項所述的電力電容器，其特征在于，每個電容器元件(2a-2d)具有沿軸向貫穿的中央槽(6)，元件的貫穿槽一起在殼體(1)的兩端之間形成貫穿的槽。
7.如權利要求6所述的電力電容器，其特征在于，所述貫穿槽(6)的直徑大于30mm。
8.如權利要求1-7中任一項所述的電力電容器，其特征在于，至少一個電容器元件(2′)包括多個相互同心布置的子元件(201-203)，徑向相鄰子元件中的最外面子元件具有貫穿其中的中央槽，最外面子元件基本為圓柱形并且緊密環繞內部子元件。
9.如權利要求8所述的電力電容器，其特征在于，電容器元件(2′)中子元件(201-203)的數量是奇數，并且它們相互串聯。
10.如權利要求1-9中任一項所述的電力電容器，其特征在于，至少一個電容器元件(2a-2d)包括至少兩個涂敷金屬(9)的聚合物膜(8)細長帶，聚合物膜(8)疊放并且沿縱向卷繞在一起，即在所述膜的匝之間有最小可能的間隙，其中，金屬涂層(9)構成電容器元件的電極。
11.如權利要求10所述的電力電容器，其特征在于，所述細長帶形成得使金屬涂層(9a′、9a″、9b′、9b″)布置在幾個細長區域內并且在這些區域之間有未涂敷區域(17a、17b)，金屬涂敷區域的位置和寬度在兩個相鄰帶上交替變化，以便串聯分電容器在電容器元件內形成。
12.如權利要求11所述的電力電容器，其特征在于，至少三個串聯分電容器在每個電容器元件內形成。
13.如權利要求10-12中任一項所述的電力電容器，其特征在于，聚合物膜(8)是聚丙烯，金屬(9)是鋁和/或鋅。
14.如權利要求13所述的電力電容器，其特征在于，所述膜的厚度為1-15μm，金屬層(9)的厚度為2-20nm并且金屬層通過汽化涂敷。
15.如權利要求1-14中任一項所述的電力電容器，其特征在于，所述電容器是干式電容器。
16.如權利要求1-15中任一項所述的電力電容器，其特征在于，環繞電容器元件(2a-2d)的凝膠(10)布置在殼體內。
17.如權利要求1-16中任一項所述的電力電容器，其特征在于，殼體(1)在一端上設置有機械連接裝置(13)，連接裝置(13)設置得與相鄰電力電容器中的相應連接裝置(14)直接連接。
18.如權利要求17所述的電力電容器，其特征在于，機械連接裝置設計為電接線端。
19.如權利要求1-18中任一項所述的電力電容器，其特征在于，殼體(1′)的外側設置有用于引出漏電電流的凸出部(11)。
20.一種包括權利要求1-19中任一項所限定類型的多個電力電容器的電容器組。
21.如權利要求20所述的電容器組，其特征在于，所述電容器專門通過每個電容器殼體(1)而相互電絕緣。
22.如權利要求20-21中任一項所述的電容器組，其特征在于，所述電容器組包括多個相互沿軸向成直線布置的電力電容器，所述電力電容器形成電容器組。
23.如權利要求22所述的電容器組，其特征在于，在電容器組中的電力電容器借助在每個殼體(1a-1d)端部設置的電接線端而機械連接。
24.使用一個或多個如權利要求1-19中任一項所述的電力電容器，作為電力設備里的組件的應用。
25.使用一個或多個如權利要求1-19中任一項所述的電力電容器，向直流或交流網絡輸送有功功率或無功功率的應用。
26.在耦合電容器中使用一個或多個如權利要求1-19中任一項所述的電力電容器，用于經輸電線輸送高頻信號的應用。
27.在電容器變壓器的電容器分壓器中使用一個或多個如權利要求1-19中任一項所述的電力電容器的應用。
28.在電壓剛性靜態電流換流器/變流器中使用一個或多個如權利要求1-19中任一項所述的電力電容器的應用。
29.在電流剛性靜態電流換流器/變流器中使用一個或多個如權利要求1-19中任一項所述的電力電容器的應用。
30.在AC濾波器或DC濾波器中在電容器組中使用一個或多個如權利要求1-19中任一項所述的電力電容器的應用。
31.如權利要求30所述的應用，其中，濾波器被調諧。
32.在串聯補償電容器設備中使用一個或多個如權利要求1-19中任一項所述的電力電容器的應用。
全文摘要
本發明涉及一種用于高壓的電力電容器，此電力電容器包括至少一個電容器元件(2a－2d)。目的是實現具有改進電氣特性的電容器并可簡便制造。根據本發明，每個電容器(2a－2d)具有基本為圓柱體的形狀。在殼體(1)內具有相應的形狀，以便緊密環繞每個電容器元件(2a－2d)。另外，每個電容器元件(2a－2d)的軸向與殼體的軸向重合。本發明還涉及一種包括多個本發明類型電力電容器的電容器組(12)，并且涉及使用一個或多個本發明電力電容器作為電氣裝置中的組件。
文檔編號H01G4/224GK1401125SQ0180494
公開日2003年3月5日 申請日期2001年1月15日 優先權日2000年1月14日
發明者埃斯布喬恩·埃里克森, 伯奇·德魯吉, 湯米·霍姆吉恩, 戈蘭·福里斯克 申請人:Abb股份公司