油微量水分全自动测试仪器用内熔丝

0 引言
　　通常用于油微量水分全自动测试仪器用内熔丝基本原理是相当简单的，熔丝与电气元器件串联作为保护器件使用。元器件绝缘击穿或其他故障发生时，流过熔丝电流增加，熔丝温度升高后熔断，保护了元器件。对熔丝保护有如下几个要求：
　　1）通常故障电流由短路电流引起，故障电流应使熔丝迅速熔断，以减少对其他元器件的损坏；
　　2）为了限制故障电流或熔丝动作对周围元器件或设备的损坏，应设计限流型熔断器；
　　3）熔丝动作后，熔丝断口必须承受住全电压；
     4）熔丝在没有真正故障时不应误动作；
     5）熔丝在正常运行状况下或在暂态过电压、谐波、涌流情况下不能改变运行性能。
1 电力电容器
　　油微量水分全自动测试仪器用内熔丝由电容器单元串并联连接组装而成。电容器单元设计为在1kV一20kV电压下运行，而电容器组额定电压可能为几百千伏；单元额定电流范围从几安培到几百安培。电容器内部由电容器元件并联和串联连接，电压比较高的单元，电容器元件串联数亦越多。
　　在高电压电容器单元中，电容器元件电压在1kV～2．3kV之间。通常电介质场强选取在50V／p,m～60V／p,m（K=1），比所有其他电力设备高一个数量级，每个电容器元件的极板面积大致为10m～20m。电气故障有两类：元件故障和绝缘故障。元件*初的故障可能是由于介质材料有薄弱点、不适当的工艺处理引起，在介质材料上偶然有很高的过电压激发而使电极间介质材料击穿；绝缘故障主要在元件或内部连接线与外壳之间，也有可能是元件之间或是套管闪络。
2 电力电容器的保护
　　在讨论用于电容器不同熔丝保护之前，列举电容器单元相关问题：
　　1）正如前面所叙述的电容器运行场强很高，介质的寿命和绝缘强度主要取决于所使用的场强。
　　2）电容器在高电压下有很大的工作面积，高电压和大面积将导致介质有比较高的击穿风险。
　　3）电容器单元通常以串、并联方式连接，一台电容器击穿并非必然产生很高的故障电流。4）电压和电流相位相差90°。
　　内熔丝单台电容器，每个电容器元件均由各自的内熔丝保护，某一元件发生故障时，内熔丝熔断，仅切除一个元件，即单台电容器的一个很小部分被断开；若单台电容器由外熔断器保护，在其动作之后，整个单台电容器断开。
　　内熔丝单台电容器优点显著，油微量水分全自动测试仪器用内熔丝，容器和并联电容器上，亦用于替换进口直流滤波电容器，其他高压电容器装置中大量配置了内熔丝电容器，电容器元件串联内熔丝，被公认为是保护电容器的*佳解决方法。
3 内熔丝设计
　　*重要的是确定熔丝的横截面、长度、材料和周围介质。熔丝的长度选择应使在给定的足够高的电压下熔丝熔断后不重击穿，熔丝横截面和周长直接与熔断性能有关，熔丝的受热与它的阻值和截面积有关，而冷却由熔丝表面积决定。熔丝材料影响阻值和产生的热能，而介质决定熔丝的热传递。
　　对不同熔丝直径、材料和介质根据试验建立熔断特性曲线，从熔断特性曲线可以推断出熔丝合适的负荷电流，这个电流必须在t—>∞以下的限值是**的，没有任何危险。同样熔断曲线给出熔丝在1s时间熔断所需的电流，电容器内部故障发生时必须达到这个电流。
　　电容器在交流运行状态下，电流和相电压相位相差9O°，当电压达到*高值时，没有电流流过单元电容器，如果故障在这种情况下发生，没有可利用的故障电流使内熔丝熔断。很显然每个串联段均并联有多个元件，利用这些储存电荷能量使故障元件相串联的熔丝熔断，这种运行模式与故障电流的熔断是有区别的，电容器结构设计合理的话，熔丝可在几个微秒内熔断。
　　有必要对给定直径的熔丝所需的熔断能量作出曲线，根据并联能量确定熔丝几何尺寸。另一个问题我们必须检测单元在运行中或试验中外部直接短路放电而内熔丝不应动作。第三个问题应建立试验曲线，该曲线为电容器单元*大允许放电能量随熔丝直径和内部串联数变化的函数曲线。
　　上面列出了设计应考虑的一系列问题。此外，熔丝向介质进行的热传导必须进行控制，而且熔丝动作不应影响其他熔丝和单元电容器的介质性能。
4 内熔丝性能和外熔断器比较
　　外熔断器在电容器内部一个元件击穿后熔断器并没有动作，油微量水分全自动测试仪器用内熔丝，电流增加很小，所以单台继续运行直到继续损坏发生。在故障点内部燃弧产生的气体在电容器内的累积压力可造成外壳炸裂的危险，全膜电容器这种危险已减少但仍不能忽略。电容器元件击穿有两种极端情况，一种是元件损坏，击穿电流接近峰值而电压很低，流过与故障元件相串联熔丝的电流与并联元件数成正比，熔丝在几个周波内熔断，电容器继续运行，仅一个元件的损失，所以输出减少非常小，另一种是在电压峰值时发生，没有故障电流可利用，但储存在并联元件中的能量使熔丝很快熔断，故障元件断开时间小于5ms。
　　上面讨论了两种极端情况，实际中往往是电压接近*大值，内熔丝动作是瞬态的，相应电弧的持续故障基本消除。
　　外熔丝电容器由于要满足某一单台电容器发生故障也可不间断运行，对电容器容量有诸多限制。特别对中、小型容量的电容器组，有时需用到容量较小的电容器以满足并联电容器装置单台数量的要求。
　　有内熔丝的电容器单元理论上说可设计成任意大小的单元，对单元输出没有上限，使电容器组设计大大简化。
　　从可靠性观点来说，很显然单台电容器内基本元件的保护比整台电容器单个保护有更高的可靠性。当外熔断器断开后，该串联段相并联的单元将过负荷，不适于继续运行。几个元件被内熔丝断开，对电容器组的总输出不会有多大的影响，运行和维修。可以提前安排计划。用外熔断器，一个或两个动作可能引起电容器过负荷，必须进行修理。
5 高电压滤波电容器组
　　在HVDC输电中，大量电容器用于调谐滤波支路中，油微量水分全自动测试仪器用内熔丝，电容器组是由单相电容器装置组装而成的。通过一定数量的单台电容器的串联或并联连接，可以设计出适合任何电压与无功容量的电容器组，它的性能特性是可靠性高和电容稳定。设计和维护需要采用高的Q值的滤波电容器组，需要限制电容偏移。电容偏差由以下几个原因引起：
    a．环温变化；
    b．故障元件或单台断开；
    c．电容值固有偏差。
　　外熔断器电容器单元对于b条来说是不利的，由于单元断开比单个元件断开将引起较大的电容变化，这个问题可采用更多的容量小的单元并联来满足要求。由于小单元每千乏的价格高于大单元每千乏的价格，这样解决是很不经济的。
　　我们认为对于高电压滤波电容器来说，采用内熔丝电容器单元是比较令人满意。使用内熔丝电容器*大的优点是熔丝断开和不平衡电流相协调，得出简单的关系，对整个电容器组的可靠性和维护能提前安排计划。检测故障可设置报警和跳闸整定值，保护装置的不平衡电流可以反映故障元件总数，但是各单独故障元件则需通过电容测量找出。可在电容器套管上放置一个采用特殊的电容电桥原理测量电容的钳式变换器，对电容器组中的单台电容器电容作出迅速准确的测量，判断出故障电容器，然后用电容偏差相近的电容器更换。