CN1401125B - 电力电容器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高压的电力电容器，此电力电容器包括至少一个电容器元件(2a-2d)。目的是实现具有改进电气特性的电容器并可简便制造。根据本发明，每个电容器(2a-2d)具有基本为圆柱体的形状。在壳体(1)内具有相应的形状，以便紧密环绕每个电容器元件(2a-2d)。另外，每个电容器元件(2a-2d)的轴向与壳体的轴向重合。本发明还涉及一种包括多个本发明类型电力电容器的电容器组(12)，并且涉及使用一个或多个本发明电力电容器作为电气装置中的组件。

Description

电力电容器

技术领域

本发明涉及一种电力电容器。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 0190621、EP 0416164和EP 0702380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。

常规电力电容器的另一问题是产生的声音。当电压负荷产生的振动与电容器机械共振频率相同时，产生的声音是最强的。共振频率与垂直于电极层的电容器外壳的刚性之间的商的平方根成正比，并且共振频率与垂直于电极层的电容器外壳的伸长成反比。

发明内容

本发明的目的是提供一种已解决上述问题的电力电容器。

为此，本发明提供一种用于高压的电力电容器，包括至少一个封装在壳体内的电容器元件，其特征在于：每个电容器元件具有基本为圆柱体的形状并且在壳体内具有相应的基本为圆柱体的形状，以便紧密环绕每个电容器元件，每个电容器元件取向为轴向，该轴向与壳体的轴向重合，壳体是电绝缘材料并且在壳体的每一端都设置电接线端，壳体本身由聚合物制成并由此构成接线端之间的绝缘。

上述技术方案中的限制“基本为圆柱形”指元件的形状与圆柱形偏差有限的程度。因而，所述形状可以是轻微椭圆，如焦点半径之差可高达10％；或者具有一些与纯粹的圆偏差相应程度的其它形状。

具有圆柱形状且在每一端即在圆形端面具有接点的电容器，从电气观点考虑比上述常规扁平元件具有明显更有利的形状。

由于壳体内部具有与电容器元件圆柱形相对应的圆柱形以便紧密环绕电容器元件，因此，获得的电容器尽可能地紧凑并适合于元件的形状，所述元件从制造观点上考虑是有利的并且在电气上也是有利的。还避免在壳体和电容器元件之间存在不必要的空间。

由于电容器元件互相之间的方向性，因此还使产生的声音明显降低。与电极层正交的总尺寸，即直径，将明显小于常规电容器组的等效尺寸。这显著增加机械共振频率。因而实际上消除电压负荷的振动与共振频率相同的风险。大大减少对降噪或吸声措施的需求，因而使成本大大节省。

由于壳体用电绝缘材料制成，因此不需要在电容器元件和壳体之间绝缘，并且因而降低在电容器元件和壳体之间的放电风险。进一步地，电容器的电连接可以极其简单，并且可以从壳体本身获得电容器之间的漏电路径。取消绝缘和引入线也使电容器相对紧凑，因而提供构造紧凑电容器组的机会。

因而有可能获得至少与壳体长度相应的漏电距离。这构成本发明的有利实施例。

壳体适合由聚乙烯制成。这些类型的材料具有良好的绝缘能力并有其它希望的性质如强度、易处理性和成本。因此在根据本发明的电容器优选实施例中，采用所述类型的材料。

当本发明电容器包括多个串联电容器元件并且在圆柱壳体两端设置电容器的接线端时，本发明电容器的好处是最明显的，此电容器因此构成本发明的第二优选实施例。不需要进行特殊安排就可在接线端之间获得要求的漏电路径，因为壳体本身产生漏电路径。

根据本发明的另一优选实施例，每个接线端包括例如以箔的形式固定在壳体材料中的导电体。此种接线端特别简单，并且通过绝缘壳体材料而可靠地增强有利的机会。

根据另一优选实施例，电容器元件设置有贯穿每个电容器元件的轴向中央槽。这为电容器内部冷却提供有利的冷却条件。在均匀产生热并且中心没有孔的圆柱体积中，径向方向上的温度曲线在向心方向上强烈增加。如果圆柱体积设置得在总体积中央的部分圆柱体积中不产生热，那么将降低中央的最大温度。另外，如果在中央的部分圆柱体积中安排某种形式的强制冷却，最大温度将进一步降低。从成本和体积方面考虑，把中央的部分体积设置为贯穿的槽是本发明的有利实施例，然而，与中央槽的尺寸相比，总电容器外部尺寸的增加相对较小。

根据本发明另一优选实施例，至少一个电容器元件分为多个相互同心布置的子元件，径向相邻子元件的最外面子元件具有贯穿其中的中央槽，中央槽基本为圆柱形并紧密环绕内部子元件。在某些应用中，这是实现最佳利用所占据空间的电容器的实践方式。电容器元件中的子元件适当地串联。

还优选子元件的数量是奇数，这有利于它们相互连接。

根据本发明的另一优选实施例，每个电容器元件使用卷绕的金属涂敷聚合物膜以已知的方式制造。此膜紧密卷绕，以便消除任何必须填充油的空间。如果金属涂层足够薄，那么此种具有金属化膜的技术提供获得“自愈合电容器”的机会。这意味着在膜上的一点放电的情况下，最靠近故障点的金属将被流经短路的强烈但短暂的放电电流汽化。当最靠近故障点的金属被汽化时，耐电强度在此区域恢复，因而电容器元件已“自愈合(self-healing)”。由金属化膜技术带来的好处在本发明电容器中以特别有利的方式得到利用，并进一步用于产生紧凑、简单、可靠的电容器，此电容器便于制造。在此实施例中，与电极层垂直的刚性增加，这提高共振频率，由此降低所产生的声音。

根据本发明的另一优选实施例，金属涂层的产生方式使得形成具有内部串联分电容器的元件。此技术称作“具有内部串联的元件”，此技术本身也是已知的。本实施例对于高压电容器是明显有利的，因为可减少元件串联的数量。然而，对于高工作电压电力电容器的自愈合而言，本实施例在利用上述技术方面是尤其有利的。由于自愈合作用特别要求薄的金属涂层并且流经金属的电流产生有功损失效果(热)，因此，越薄的层意味着越大的损失。减少损失而不牺牲薄金属涂层要求的一种方法是选择金属涂敷膜的形状，进而选择元件的形状，以便金属涂层在与卷绕方向正交的方向上的尺寸减小而卷的长度增加。如果未采取串联，那么结果将是：与圆柱元件的直径相比，其高度相对较低。串联许多这样的元件，例如高压应用所要求的，从成本方面考虑变得不利。因而，根据本发明，若采用内部串联，几个串联的分元件可自动地在圆柱元件内组合，并且从制造方面考虑具有最佳的高度-直径关系并有良好的自愈合性质。

根据又一个优选实施例，电容器是干燥的，即没有油。此种电容器带来的好处是：壳体是绝缘材料，即电容器元件不必被油包围，而油一般是常规电容器所必需的。对于无油电容器，可排除着火和泄漏的风险，这进一步有利于实现紧凑的、节省材料的设备，因为此种电容器可安排得比其它电容器更靠近敏感的外围设备。

因为本实施例包括干式电容器，所以此电容器适合用凝胶包围电容器元件。这又构成本发明的另一优选实施例。

根据本发明的另一优选实施例，壳体至少在一端设置机械连接装置，此连接装置用于与相邻电力电容器中的相应连接装置直接连接。由于壳体用绝缘材料制成，电力电容器可组装在一起，不需要中间绝缘体并且架子因而是多余的。机械连接装置的布置利用所提供的优点，从而电容器在堆里可相互直接连接。在构造电容器组时，这是特别有价值的。此种堆非常紧凑且有弹性。

在特别优选的实施例中，机械连接装置包括电力电容器的电接线端，从而，联接电力电容器特别简单和紧凑。因而电接线端形成为机械连接点，如螺丝钉联接。自然也可使用其它等效的联接，如卡口式联接、机械联接、铆钉联接、焊接联接等。

在另一实施例中，壳体的外侧设置有诸如法兰的凸出物，如果需要，用于延长漏电路径。

本发明还提供一种包括多个本发明上述电力电容器的电容器组，对于本发明电力电容器及其优选实施例，获得与上述相似的优点。

在电容器组的优选实施例中，电容器专门通过每个电容器壳体而互相绝缘。在这“专门”应该解释为意指没有布置其它特殊的绝缘材料。间隙自然未排除在外。因而，以此方式组建的堆有效利用本发明电力电容器提供的优点，并允许堆中的电容器联接在一起且不需要中间绝缘体。因而，所述堆非常紧凑且有弹性。

利用电容器可轴向叠加堆放的可能性形成紧凑单元是特别有好处的。

本发明还提供一个或多个本发明上述电力电容器的应用。

在电力设备(electric plant)中的本发明电力电容器必然利用电力设备中电力电容器的优点。因而可实现非常紧凑的组件，由此大大减小所需的空间。还大大降低所产生的声音。进一步地，电力电容器的构造有利于它们的安装。电容器可简单地悬挂在立式设置中。因而它们对于地震和相似的强烈外部影响的抵抗能力大大增加。这些优点在本文特定部分中将着重强调，因而构成根据本发明的使用的优选实施例。

因此，使用本发明电力电容器向直流或交流网络输送有功或无功功率构成优选实施例。无功功率的产生应该尽可能地靠近消耗点来执行，以便避免必须经电缆长距离输送的无功功率。在此情况下，电容器构成比同步机器所产生的电容器更有挠性的替代品。根据本发明的紧凑型电力电容器增加挠性，并且在布置得尽可能靠近消耗点的要求方面减少财务、实践和技术限制。因此，对于根据本发明的电力电容器，甚至相对较小的机器也可直接补偿，并不需要不经济的解决方案。即使对于不均匀负荷的大电容器组，采用自动可控硅控制，获得挠性和紧凑度。因而扩大可使用的技术-经济区域。

另一优选使用是作为经输电线输送高频信号的耦合电容器，即，电话的输送载体。在干线上，网络载体频率连接一般在每段电缆上发生。重要的是在电缆每端的电缆保护之间获得相关性。适当的频率位于长波段(36-450kHz)。更低的频率专供长电缆使用，因为信号抑制随着频率增加。在瑞典，一般借助耦合电容器或电容器变压器使用电缆的两相连接。在耦合点内把阻塞电容器插入到主电路中，这些电容器必须承受电缆的负荷电流和短路电流。它们应阻塞用于电缆连接的频带。只有一个调制边带用于所述连接。抑制载波以及一个边带。若采用根据本发明的电力电容器，对于利用电话输电线网络，电势增加。

还有另一个优选使用是在电容器变压器中分压的电容器电压中利用电力电容器。对于用本发明电力电容器获得紧凑度和简单性，使用电容器进行电压变换的应用领域增加。

根据本发明另一个优选使用，根据本发明的一个或多个电力电容器用作电压刚性(rigid)静态换流器/变流器。这些应用的重要领域是高压直流输送(HVDC)。长时间以来，此种输送几乎专门用于长距离输送非常高的功率。然而，近来，电压刚性换流器已用于HVDC。此种换流器结合使用取代可控硅整流器的金属氧化物半导体已导致经济上合理的领域增加，此领域用于低至一兆瓦的HVDC输送。由于电力电容器的有利性质如紧凑度、简单性和低成本，根据本发明的电力电容器用于进一步增加HVDC输送的应用领域，并且它是比常规交流输送和遥远地区的当地发电更有竞争力的替代物。此技术还找到提高AC网络中电压性质的新的可能性。由于电谐波的存在，采用本发明电容器降低声级在此应用中是有显著意义的。

根据本发明的另一优选使用，在电流刚性静态换流器/变流器中利用电力电容器。重要的应用是作为HVDC的净交换变流器、经常基于六脉冲的电机操作以及其中经常并联两个六脉冲整流器的电解整流器。在本文中，电力电容器的紧凑度、挠性、耐用度和低声级有显著意义。

本发明的另一个优选实施例构成使用在AC滤波器或在DC滤波器中的电容器组中的电力电容器。在此种应用中，必须具有串联的电容器。对于良好的制造性能，经常希望具有安装大电容器的效果。由于它的紧凑结构和对串联的适用性，所述电力电容器尤其适合于在此种滤波中使用。它对于最佳调谐还允许较高的灵活性。

在滤波器使用的优选实施例里，对滤波器调谐。在此种应用中，上述优点是特别令人感兴趣的。

本发明电力电容器的使用的另一优选实施例是作为串联补偿电容器设备中的串联电容器。这也是本发明电力电容器的性质尤其有利的应用。

在以下结合附图对本发明有利实施例的详细描述中，对本发明进一步描述。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的电容器的示意性透视图；

图2示出图1的详图；

图3包括示出本发明电容器中的热变化的图；

图4为图2中详图的放大的径向局部剖视图；

图4a为对应图4的剖视图，但示出替代实施例；

图4b为对应图4的剖视图，但示出另一替代实施例；

图5是根据替代实施例的电容器元件的纵向剖视图；

图6示出图5所示的连接在一起的两个电容器元件；

图7为根据本发明另一实施例的电容器的示意性侧视图；

图8示出根据本发明的电容器实施例的详图；

图9示出根据本发明的电容器堆；

图10示出由本发明电容器组建的电容器组的一部分；

图11为具有常规电容器组的电力设备的透视图；

图12为对应图11的视图，但具有本发明电容器组；

图13-20示出本发明电力电容器的各个应用实例。

具体实施方式

图1大体上示出根据本发明的电容器的设计。此电容器包括聚乙烯外壳1，在此情况下，外壳1包围4个电容器元件2a-2d。与电容器元件2a-2d相似，壳体1是圆柱形的。电容器元件2a-2d串联。在电容器的每一端上设置接线端3、4。每个接线端包括安装在壳体材料内并从其中延伸出的导电箔。凝胶10布置在电容器元件2a-2d和壳体之间。凝胶用作电绝缘和热导体。

图2示出单个电容器元件，此元件包括涂敷金属的聚合物膜，此膜紧紧地卷绕成卷。电容器元件2具有在中央贯穿的轴向孔6，此孔用于冷却所述元件。此种电容器元件的尺寸一般为：直径100-300mm，孔径20-90mm、优选至少30mm，高度50-800mm。此种电容器元件用于约1-15kV的电压。例如，直径200mm、孔径60mm和高度150mm的电容器元件用于约4-10kV的电压。因而，用这样4个串联的电容器元件可获得最高40kV的电压，如图1所示；而用8个电容器元件可获得最高80kV的电压；等等。

在电容器元件2中产生热损耗，导致元件内部加热。最高温度对于电尺寸的选定是关键的。温度越高使应力越低，这导致每单位体积的输出降低，即对材料消耗和成本有显著影响。在均匀产生热并且在中心无开孔的圆柱体积内，径向温度曲线得到如图3中虚线所示的渐近线形状。如果电容器元件设置有半径Ri的中央开孔6，温度曲线则为图3中的连续曲线。如果需要，也有可能进行强制冷却。那么获得的温度曲线就如图3中点线所示。每个电容器元件2的中央开孔6还可用来中心校直电容器元件。在此情况下，电容器元件螺纹固定到贯穿所有电容器元件的定心管上。

图4示出图2中电容器元件的放大的径向局部剖视图。此局部剖视图示出两个相邻匝的金属涂敷膜。膜8a和8b分别为约10μm厚并且材料为聚丙烯。金属层9a、9b为约10nm厚并且包含铝或锌或二者混合物，所述金属在卷绕之前已汽化到聚丙烯膜上。对于此种金属化膜，可达到数量级为250V/μm的电应力E。以此方式制造电容器元件的技术是已知的，因此更详细的描述就是多余了。可替换地，电容器元件可用膜-箔技术组合，其中，丙烯膜和铝箔一起卷绕。然而，使用金属化膜的优点是自愈合并且比膜-箔技术允许有更高的电应力和更高的能量密度。

金属层从一侧边缘直到距另一侧边缘较短距离处覆盖塑料膜。因而，膜8a的随机区域16a未涂敷金属。膜8b的随机区域16b以相似的方式未涂敷金属。然而，膜8b暴露的随机区域16b与膜8a的随机区域16a在相反端的边缘上。参见附图，在元件的上端和层9b的下端获得层9a的电连接，因而，在一个方向上获得正电极而在另一方向上获得负电极。为了保证有效的电接触，端部可喷涂锌。

在图4a所示的修改实施例中，电容器元件具有内部串联。这里，每个塑料膜8a和8b的金属层9a、9b分别划分成两个区域9a′、9a″和9b′、9b″，所述区域分别由未涂敷部分17a、17b分隔开。还有可能把金属层划分成多于两个区域。每对金属层区域，如9a′和9b′，形成串联的分电容器元件。

图4b示出修改实施例的变形，其中，只位于一个塑料膜8a上的金属层9a划分成两个被未涂敷部分17a分隔开的区域9a′、9a″，而在另一塑料膜8b上的金属层9b未划分。每个区域9a′和9a″成直角地延伸出膜8b的边缘，以便在此情况下发生到相同膜8b的电连接。在另一塑料膜上的金属层9b在距此膜两侧边缘较短距离16a、16b处中止，因而在任何方向上没有电连接。

图5示出根据本发明的电容器元件2′的替代实施例的纵向剖面。电容器元件分为三个子元件201、202、203，这三个元件同心并具有公共轴A。最外面的子元件201基本为管状并且其内侧204环绕中间子元件202，两个子元件之间有小间隙。中间子元件相似地具有内侧205，内侧205紧紧环绕最里面的子元件203。最里面的子元件203具有贯穿其中的中央槽206。三个子元件具有不同的径向厚度，最外面的子元件厚度最小。因而，各子元件具有基本相同的电容。绝缘207布置在子元件之间。

所述子元件串联。两个径向相邻的子元件在相同端具有一个耦合点。因而，最外面的子元件201在电容器元件2′的一端上通过耦合部件210连接到中间子元件202，中间子元件202在电容器元件2′的另一端上通过耦合部件211连接到最里面的子元件203。这意味着电容器元件2′的连接212、213位于此元件的相反端。

如果子元件的数量大3，如为5或7，那么子元件端部的耦合点就以相同方式交替地继续。

图6示出图5所示类型的多个电容器元件如何串联在一起。此图示出两个这样的电容器元件2′a、2′b。下部电容器元件2′b在最里面子元件203上端上的连接212耦合到上部电容器元件2′a在最外面子元件201下端上的连接213。绝缘214设置在各电容器元件之间，以便处理在此类电容器元件中产生的电势差。

图7示出替代实施例，其中，壳体1′在外部设置构成凸出部11的凹槽，此凸出部11引出漏电电流。

图8示出根据本发明的电容器的壳体1a的上端。它通过上部电容器的机械连接装置13和附助连接装置14连接到相同电容器1b的下部。连接装置13、14是金属的并电连接到各个电接线端3、4(参见图1)。连接装置的尺寸确定得使电容器堆以稳定方式组成，而不需要任何其它的支架元件。两个连接装置通过一些螺钉15而相互紧固。

图9示出电容器堆1a-1d如何组合。

图10示出具有圆柱形壳体1的多个电容器如何根据本发明组合，以形成电容器组12。相似地，可以组合图9所示的多个电容器堆。所述堆也包括多行这样的电容器。

图11和12示出在具有常规电容器组的设备和具有本发明电容器组的相似设备之间的比较。图11示出常规设计，其中壳形建筑物100容纳由常规电力电容器102构成的电容器组、具有可控硅104的整流器堆103以及电缆套管105。

图12示出设置有电容器组111的等效设备，电容器组111包括根据本发明的电力电容器112。在另一方面，具有可控硅114的整流器堆113以及电缆套管115以与图11所示设备相同的方式制造。电力电容器112的形式为从建筑物110的固定部分悬挂的细长管圆柱体。从这些附图可看出，电容器组111所需的空间明显比常规类型电容器组101的小。因此，对于根据本发明的设备，建筑物可制作得短几米。图示设备用于150kV的应用。

图13示出配置有电容器组的耗电站网络，电容器组用于在网络中在各个电平上产生无功功率。每个电容器组按图1-8中所示原理组成。组18设置得用于单个物体的直接补偿，在此情况下为电机22的直接补偿，组19设置得用于分组补偿并因而产生用于几个负荷-电机23和24的无功功率。当几个小机器具有公共馈出点和一致的操作时，这是适合的。20代表具有可控硅自动控制的电容器组。根据对无功功率的不同要求，自动化系统在几个步骤中连接和断开几个并联电容器。根据本发明的电力电容器还用于网络的高压侧。在该图中此种电力电容器用21表示。

图14示出在电容器变压器中借助电容器来转换电压的原理。具有本发明电力电容器的电容器组27、28布置在每个支路25、26里，从而它们用作分压器。在输出线上获得电压U_out，它与输入电压U_in的关系如下式所示：

图15示出本发明电力电容器如何用于电压刚性静态换流器/变流器的原理。此图示出具有PWM(脉冲宽度调制)技术应用的此种换流器的一相。在两个固定电压U_DC、U_SW之间通过高频转换产生交流电压U_AC。电路的两个DC电容器28、29包括一个或多个根据本发明的电力电容器。每个支路35、36通过其IGBT(绝缘门场效应晶体管)30、31连接到AC电缆34，滤波器33也连接到AC电缆34。IGBT包括需要最小驱动功率的金属氧化物半导体。

图16示出图15中技术应用的实例，并示出此种输送链路的主要组件。在点37、38设置电缆连接，编号为39、40的两个DC电容器配置根据本发明的电力电容器。其它重要组件为滤波器41、静态电流转换堆42和静态电流转换整流器43。

图17示出具有变压器绕组的电桥，此电桥用于具有两个六脉冲组48、49的电流刚性整流器，这里，交流电压已通过Y/D耦合移位30°。感应器大得足以保持电流基本恒定，即电流刚性。在各个相之间连接直流电流。

图18示出图17中电流刚性整流器如何配置具有本发明电力电容器50-53的滤波器设备。在滤波器54和55中，电力电容器用可调电抗器57、58调谐为串联谐振电路。滤波器56是双调谐的且包括电抗器59、60和电阻器61、62。滤波器设备过滤掉谐波。这些在静态电流变换站内在交流电压侧和直流电压侧循环。然而，此图仅示出AC滤波器。在滤波器中电力电容器还产生无功功率，这通过延迟电流来补偿静态电流变换器引入的无功功率消耗。

图19示意性地示出具有电抗器46和电容器组47的调谐滤波器的结构。电容器组组成本专利应用中所述类型的串联电力电容器。对本实例中的电抗器46和电容器组调谐，以便它们之间的谐振频率，即补偿电路的调谐频率，刚好就在第五谐波之下。

图20示出配置有串联补偿电容器结构(ccc)的静态电流换流器。每个电力电容器组63、64在变压器65和整流器66、67之间的换向电路内串联。由于变压器的电感，电流不会在瞬间改变，而是在过了一段时间之后才改变。串联电容器改变电压，因而补偿无功功率。该设备还配置AC滤波器68和DC滤波器69。

上述电力设备只是本发明电力电容器带来显著优点的应用实例。应该理解，本发明并不局限于上述实例。

Claims (26)

1.一种用于高压的电力电容器，包括至少一个封装在壳体(1)内的电容器元件(2a-2d)，其特征在于：每个电容器元件具有圆柱体的形状并且在壳体(1)内具有相应的圆柱体的形状，以便紧密环绕每个电容器元件(2a-2d)，其中每个电容器元件取向为轴向，该轴向与壳体的轴向重合，壳体(1)是电绝缘材料并且在壳体(1)的每一端都设置电接线端(3、4)，由此壳体本身构成接线端之间的绝缘，

其中每个电容器元件(2a-2d)具有沿轴向贯穿的中央槽(6)，电容器元件的贯穿槽一起在壳体(1)的两端之间形成贯穿的槽，

其中至少一个电容器元件(2a-2d)包括至少两个涂敷金属的聚合物膜(8)细长带，聚合物膜(8)叠放并且沿纵向卷绕在一起，所述膜紧紧地卷绕成卷，其中，金属细长带构成所述至少一个电容器元件的电极，

其中所述细长带形成得使涂敷金属的聚合物膜布置在几个细长区域内并且在这些区域之间有未涂敷区域(17a、17b)，金属涂敷区域的位置和宽度在两个相邻带上交替变化，以便串联分电容器在至少一个电容器元件内形成，以及

其中至少三个串联分电容器在每个电容器元件内形成。

2.如权利要求1所述的电力电容器，其特征在于，壳体由聚乙烯制成。

3.如权利要求1所述的电力电容器，其特征在于，在接线端(3、4)之间的漏电距离至少等于壳体(1)的长度。

4.如权利要求1-3中任一项所述的电力电容器，其特征在于，壳体(1)封装一个或多个串联的电容器元件(2a-2d)。

5.如权利要求4所述的电力电容器，其特征在于，每个接线端(3、4)包括固定在壳体材料中的导电体，此导电体从壳体内部向外部延伸。

6.如权利要求1所述的电力电容器，其特征在于，所述贯穿槽(6)的直径大于30mm。

7.如权利要求1所述的电力电容器，其特征在于，电容器元件(2′)中子元件(201-203)的数量是奇数，并且它们相互串联。

8如权利要求1所述的电力电容器，其特征在于，聚合物膜(8)是聚丙烯，金属是铝和/或锌。

9.如权利要求8所述的电力电容器，其特征在于，所述膜的厚度为1-15μm，金属层的厚度为2-20nm并且金属层通过汽化涂敷。

10.如权利要求1-3中任一项所述的电力电容器，其特征在于，所述电容器是干式电容器。

11.如权利要求1-3中任一项所述的电力电容器，其特征在于，环绕电容器元件(2a-2d)的凝胶(10)布置在壳体内。

12.如权利要求1-3中任一项所述的电力电容器，其特征在于，壳体(1)在一端上设置有机械连接装置(13)，连接装置(13)设置得与相邻电力电容器中的相应连接装置(14)直接连接。

13.如权利要求12所述的电力电容器，其特征在于，机械连接装置设计为构成所述电接线端之一。

14.如权利要求1-3中任一项所述的电力电容器，其特征在于，壳体(1′)的外侧设置有用于引出漏电电流的凸出部(11)。

15.一种包括权利要求1-3中任一项所限定类型的多个电力电容器的电容器组(12)。

16.如权利要求15所述的电容器组，其特征在于，所述电容器专门通过每个电容器壳体(1)而相互电绝缘。

17.如权利要求15-16中任一项所述的电容器组，其特征在于，所述电容器组包括多个相互沿轴向成直线布置的电力电容器，所述电力电容器形成电容器组。

18.如权利要求17所述的电容器组，其特征在于，在电容器组中的电力电容器借助在每个壳体(1a-1d)端部设置的电接线端而机械连接。

19.使用一个或多个如权利要求1-3中任一项所述的电力电容器，作为电力设备里的组件的应用。

20.使用一个或多个如权利要求1-3中任一项所述的电力电容器，向直流或交流网络输送有功功率或无功功率的应用。

21.在耦合电容器中使用一个或多个如权利要求1-3中任一项所述的电力电容器，用于经输电线输送高频信号的应用。

22.在电容器变压器的电容器分压器中使用一个或多个如权利要求1-3中任一项所述的电力电容器的应用。

23.在电压刚性静态电流换流器/变流器中使用一个或多个如权利要求1-3中任一项所述的电力电容器的应用。

24.在电流刚性静态电流换流器/变流器中使用一个或多个如权利要求1-3中任一项所述的电力电容器的应用。

25.在AC滤波器或DC滤波器中在电容器组中使用一个或多个如权利要求1-3中任一项所述的电力电容器的应用。

26.如权利要求25所述的应用，其中，滤波器被调谐。

27.在串联补偿电容器设备中使用一个或多个如权利要求1-3中任一项所述的电力电容器的应用。

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