什么是超级电容及超级电容的特性

超级电容器又称超大容量电容器、储能电容、法拉电容、电化学电容器或双电层电容器等(英文名称为EDLC,即ElectricDoubleLayerCapacitors),是靠极化电解液来存储电能的新型电化学装置。它是近十几年随着材料科学的突破而出现的新型功率型储能元件,是近几年才批量生产的一种无源器件。

超级电容具有大电流快速充放电特性,同时也有电池的储能特性,并且可以重复使用,寿命长,放电时利用移动导体间的电子(而不依靠化学反应)释放电流,从而为设备提供电源。

超级电容器特性:
1. 体积小、容量大、电容量比同体积电解电容容量大几十倍。
2. 充放电能力强,充电速度快,一般几十秒内就可充完。
3. 安全可靠,过电压不击穿。
4. 寿命长,一般可达几十万小时。
5. 充放电线路简单,无须特别的充电电路和控制放电电路。

从环保的角度考虑,它是一种绿色能源。
超级电容器可焊接,因而不存在象电池接触不牢固等问题。
和铝电解电容器相比,它内阻较大,因而不可以用于交流电路。

电力电容安装运行导则

安装运行导则:
1、安装部位,应避免阳光直射和雨雪淋湿,无腐蚀性气体和粉尘,机械振动小,干燥通风良好。
2、电容器集中或和其他容易发热的设备一起安装,该部位环境温度将会超过电容器允许工作的环境温度时,必须采取有效的通风散热措施。
3、多个电容器排列放置时,应使电容器之间的距离不小于50毫米,利于通风散热。
4、电容器端子的接线应尽量使用软铜线,定期检查,以防由于接触不良而造成的发热、电弧、高频振动现象,而使电容器早期损坏。
5、建议使用适当的过电流继电器(热继电器),防止电容的过电流,而外部熔断器只能作短路保护。
6、在已经接入电容器的情况下,新的电容器投入时会产生很大的过渡过电流,应串接限流电抗器,或电容器专用接触器,将过渡过电流峰值限制在100In以下。
7、集中补偿时必须由带过压、欠流保护的控制器自动循环延时投切,延时投切时间设定应大于30秒。
8、电容器与感应电动机并接,共用一个开关,由于自激现象容易产生过电压,建议按电容器电流小于电动机空载电流的原则来选配电容器容量(建议90%左右)。

电力电容器的安装维护及故障判断

在安装电容器前,必须检查电压波形,如果存在谐波源,如:整流装置、电弧炉、变频调速等非线性负荷,则采取措施消除过电流:
①串接适当的电抗器,把电网的谐振频率降低到主要的谐波频率以下。
②谐波源近旁,增设滤波装置 。
维护保养导则:
①定期进行检查,发现电容器鼓肚、漏油、绝缘子爬电现象,应及时与本公司售后服务部联系。
②必须定期测量电容器安装处的环境温度,超过35℃应采取有效的通风降温措施。
③应定期检查电容器的每一相负荷电流,不允许在1.3倍的额定电流下长期运行。
④定期检查三相电容量,三相不平衡超过108%,则应更换电容器。
故障判别导则:
①用钳形表检查电容器的三相工作电流。无三相电流,先用万用表测量电容器三个端子间的电压,如果电压正常,说明电容器已损坏;反之要检查熔断器和电容接触器等前端元件是否完好。
②在400V情况下,三相电流超过额定电流,说明电网中含有谐波。
③拆下电容器,测电容量用电容表或RLC数字电桥C档测量电容的电容量,与商标上的额定电容量进行比较,判别电容器好坏。

电力电容器应用导则

电力电容选用导则,并联电容器接于电力系统中使用,总是在满载荷下运行,仅在电压或频率波动时,载荷才有变动。

在运行中如果电压、电流和温度超过了规定的限度,就会缩短电容器的寿命,因此应严格控制电容器的运行条件。

下列情况应选用额定电压较高的电容器

1、电网的实际电压高于其标准电压,在安装前最好实际测量网络的电压再选用。

2、为了降低谐波及其他影响,而在电容器回路中接入串联电抗器,电容器端子上的电压将高于网路的运行电压,建议选用比网路电压等级高的电容器。如网路电压为400V,则应选用450V等级电容器。

3、安装处通风散热差,同时又不能改善其冷却条件时,建议选用电压等级450V以上的电容器。

4、大型超市、居民住宅区、造船厂、电镀厂、汽车轮胎厂、电子厂、冶金厂等单位有整流装置、电弧炉、变频调速等设备,因其产生谐波电流迭加在基波电流上,使电流有效值增大,温升增高,使电容过热损坏,建议选用电压等级450V以上的电容器。

5、炼钢厂、塑料厂、装载厂、石料加工场等单位有间歇性大功率设备,因其投切频繁,负载变化大,建议选用电压等级450V以上的电容器。

低压无功补偿柜在电网中的用途

CS系列低压无功补偿柜

CS系列低压无功补偿柜用于低压电网的无功功率补偿,以提高电网功率因数,降低线路损耗,改善电能质量。该系列低压无功补偿柜以智能型无功功率控制器为核心,利用电容型接触器作为电容器组的投切器件,根据电网功率因数自动进行投切电容,确保电网始终具有较高的功率因数。CSC型低压无功补偿柜的补偿元件为电容器,可用于谐波不高的场合;CSR型低压无功补偿柜的补偿元件由电容器与电抗器相串联组成,具有谐波抑制功能,可用于谐波较高的场合。

二、使用条件

1.环境温度:-25℃~+45℃ 。

2.相对湿度:不超过90%。

3.周围环境无腐蚀性气体,无导电尘埃,无易燃易爆的介质存在。

4.海拔高度:不超过2000m。

6.安装地点无剧烈振动及颠簸,安装倾斜度不大于5度。

注:若有特殊环境使用条件,请在订货时与我公司协商。

三、结构特点

1.补偿柜内部主要元器件有电容器、电抗器(CSR型)、刀熔开关、熔断器、接触器、控制器等组成;CSR型无功补偿柜可根据用户要求可进行模块化设计,即一模块集电容器、电抗器、熔断器、接触器于一体,结构紧凑、布局新颖。

2.柜体面板上有功率因数表、电流表、转换开关等,方便用户进行实时观测,和手动/自动投切转换;柜体顶部设有散热用的风机,由温控开关控制,面板上具有控制风机的手动/自动转换开关。

3.柜体采用优质冷轧钢板制成,平整性好,外表面作喷塑处理,防腐能力强;内部框架采用镀锌钢板铝锌钢板,确保较好或敷的导电性和防腐性。

4. 保护功能齐全:有短路、过载、过压、欠压、缺相等保护;各项参数设定方便;当外部有相关故障发生时自动退出运行,送电后自动恢复运行。

四、技术参数

1.额定电压:380V,660V,1000V

2.额定频率:50Hz

3.额定补偿容量:30~1000kVar

4.运行电压范围:0.8~1.1Un

5.电容器接线方式:“△”或“Y”。

6.测量误差:电压:±0.5% 电流:±1.0% 无功:±1.0%。

7.投切方式:自动循环投切

8.投切延时:0~999秒可调。

9.电抗器电抗率选用:6%、7%、12%、13%,根据电网谐波状况定,其他电抗率根据用户要求确定。

 

铝电解使用寿命的影响因素

影响铝电解使用寿命的环境因素有:温度、湿度和振动。

影响铝电解使用寿命的电气因素有:施加电压、纹波电流和冲放电频率。

对于中高压滤波电容器而言,温度(环境温度和电容器热点温度)和施加电压是最重要的影响因素,通过寿命计算公式,可以计算出电容器的使用寿命。

温度条件:

温度的变化会引起电容器的静电容量和损耗角正切值的变化。通常,当电容器的环境温度上升时,静电容量减小和损耗角正切值迅速变化,其中原因是电解液与电极发生电化学反应,产生气体,然后通过压力阀扩散到外面。以下公式阐述了环境温度和电气特性的相互关系:

L=L0x2(T0-T) /10

其中:L:期望使用寿命

L0:允许最高工作温度下,施加标准纹波电流和标称电压时的实际寿命

T0:允许最高工作温度下,施加标准纹波电流和标称电压时电容器的热点温度设定值

T:电容器实际使用时的热点温度

电压条件:

滤波用中高压铝电解电容器的使用寿命也受施加电压的影响,正常情况下施加电压处于标称电压的60%~80%;适当降压使用会达到延长使用寿命的目的。如果施加电压低于标称电压的60%,施加电压的影响可以忽略后再推算期望使用寿命;如果持续施加过电压,会使电容器的漏电流快速增大,同时电容器内产生气体,电容器的内部压力增加后短时间内压力阀释放或造成内部短路。所以,使用过程中,施加电压必须在标称电压以下,最好是标称电压的80%左右。

当多只电容器串联使用时,由于电压分布的不平衡,会出现过电压现象,为避免出现类似情况,可以选择电压保护电路或连接均压电阻。

电容套管PVC的成分及特性

铝电解电容器的外层套管一般采用的是一种PVC的绝缘材料。

PVC (Polyvinylchloride)中文名:聚氯乙烯,其单体的结构简式为CH2=CHCl, 主要成份为聚氯乙烯,色泽鲜艳、耐腐蚀、牢固耐用,由于在制造过程中增加了增塑剂、抗老化剂等一些有毒辅助材料来增强其耐热性,韧性,延展性等,故其产品一般不存放食品和药品。它是当今世界上深受喜爱、颇为流行并且也被广泛应用的一种合成材料。

PVC的化学和物理特性:

PVC是使用最广泛的塑料材料之一。PVC其实是一种乙烯基的聚合物质,其材料是一种非结晶性材料。PVC材料在实际使用中经常加入稳定剂、润滑剂、辅助加工剂、色料、抗冲击剂及其它添加剂。具有不易燃性、高强度、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性。 PVC对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力。然而它能够被浓氧化酸如浓硫酸、浓硝酸所腐蚀并且也不适用与芳香烃、氯化烃接触的场合。

PVC在加工时熔化温度是一个非常重要的工艺参数,如果此参数不当将导致材料分解的问题。 PVC的流动特性相当差,其工艺范围很窄。特别是大分子量的PVC材料更难于加工(这种材料通常要加入润滑剂改善流动特性),因此通常使用的都是小分子量的PVC材料。 PVC的收缩率相当低。

聚氯乙烯主要用于生产人造革、薄膜、电线护套等塑料软制品,供水管道,家用管道,房屋墙板,商用机器壳体,电子产品包装,医疗器械,快艇护舷,也可生产板材、门窗和阀门等塑料硬制品。

 

有助于电容器选型的一些常识

所有电子元器件中, 电容器种类、型号、规格、特性、最为复杂,尤其为了配合不同电路及工作环境的差异的需求,即使是相同的电容量与额定电压,也会有不同种类及材质特性的电容选择。

以电解电容器为例,由于其电容量值较大, 虽然能和塑料薄膜电容器或陶瓷电容器互相区隔,实际使用上仍有以下各种特性差异:

①使用温度范围:需选定普通品-25℃至+85℃或耐高温品-40℃至+105℃。

②电容高度选择:同一种型号规格的电容一般多种高度和宽度的对应,主要区分缩体品和普通品的区别;在没有使用高度限制的情况下,选用普通品。

③电容量公差范围:在没有标明的情况下,一般容量范围是±20%,其它的还有±10%、-10%~+30% 、0~+20%等;一般情况下普通品的容量设定在规定值的-10%左右。

④低漏电流品:用于某些特定电路, 与充放电时间常数准确性有关。

⑤低ESR 品:用于某些滤波电路, 需配合高频脉波大电流之滤波效果,例如交换电源之滤波电路。

⑥无极性品:用于低频高波幅之音频信号通路, 用以避免因电容器两端之正逆向偏压, 造成输出波形失真。

铝电解 钽电解 薄膜电容的区别

铝电解电容器:用浸有糊状电解质的吸水纸夹在两条铝箔中间卷绕而成,薄的化氧化膜作介质的电容器,因为氧化膜有单向导电性质,所以电解电容器具有极性,容量大,能耐受大的脉动电流容量误差大,泄漏电流大;普通的不适于在高频和低温下应用,不宜使用在25kHz以上频率,常用于低频旁路、信号耦合、电源滤波。

钽电解电容器:用烧结的钽块作正极,电解质使用固体二氧化锰,温度特性、频率特性和可靠性均优于普通电解电容器,特别是漏电流极小,贮存性良好,寿命长,容量误差小,而且体积小,稳定性好,有很宽的工作温度范围,对脉动电流的耐受能力差,若损坏易呈短路状态。

薄膜电容器:结构与纸质电容器相似,但用聚脂、聚苯乙烯等低损耗塑材作介质,频率特性好,介电损耗小,但不能做成大的容量,耐热能力差,这种电容器常用于滤波器、积分、振荡、定时电路等。

电容器的容抗及充放电特性

电容器容抗特性非常重要,电路设计人员必须深入理解,灵活运用。

电容器能够让交流电流通过,但是在交流电频率、电容器容量不同的情况下,电容器对交流电的阻碍作用—容抗不同。

电容器的容抗用Xc表示,容抗大小Xc由下列公式计算,通过这一计算公式可以更为全面地理解容抗与频率、容量之间的关系。

Xc=1/2πfC

式中:2π为常数;f为交流信号的频率,单位赫兹(Hz);C为电容器的容量,单位法拉(F)。

电容的冲放电特性:当电源接通瞬间他会阻止电压快速上升,当达到最大值后,断电时它也阻止电压瞬间下降。

因为电容有冲放电效应 ,在交流电流中, 随着容量增大它的容抗也会增加。在直流中起消除纹波的作用,在交流中起隔直作用,但交

流信号会随着频率升高而对电容的容抗要求增加。同一容量电容在低频下容抗较小,在高频中会随着频率升高而增加容抗。