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电容器组合介质介电常数与压紧系数关系分析 电力电容器的介质构造通常采用固体介质和液体介质组合的方式由于压紧系数的不同，会导致组合介质的介电常数发生变化本文通过对组合介质介电常数和元件电容量计算公式的分析，得出了不同介质构造情况下压紧系数变化与组合介电常数之间，以及元件电容与压紧系数之间的关系，对电容器的设计起到一定的指导作用 电容器中的介质类型主要有固体介质、液体介质或气体介质固体介质是电力电容器的主要介质材料，液体介质和气体介质在电力电容器中用作浸渍剂，以填充固体介质中的空隙电容器中的介质通常是由两种或多种介质材料组成的，即组合介质组合方式多种多样，如浸渍纸、浸渍膜纸、浸渍膜的组合介质等由于液体介质具有击穿场强高、介电常数大、析气性好等优点，能够提高组合介质的耐电强度，改善局部放电特性和散热条件等，因此是现阶段电容器设计制造的主要介质组合 1、影响组合介质电气性能的因素 组合介质的电气性能和许多因素有关内部因素主要取决于所用的介质材料(纸、薄膜以及浸渍剂)的成份，不同材料的选取直接影响到介电常数、耐电强度等指标；而外部因素则包括温度、电场强度、频率、压力等。

此外制造工艺对它的电气性能也有很大的影响 在诸多衡量电气性能的指标中，一个重要指标就是介电常数ε为了使电容器做到容量大，而尺寸小、重量轻，采用高介电常数的介质是很重要的一个方面影响组合介质介电常数ε的因素主要有两个方面：一是温度，温度的影响主要取决于各单一介质ε随温度的变化，这点在真空技术网(http：///)前面发布的许多资料中都有介绍，本文不再讨论；二是组合介质中各个材料本身的ε及在组合介质中所占的比例，现有资料多数介绍的是油浸电容器纸或油浸膜纸组合介质，而目前电力电容器行业普遍采用的是油浸薄膜，所以本文主要分析这种组合介质的介电常数 2、电容器的压紧系数 电力电容器是由多个元件串并联而成的，对于油浸薄膜介质的电容器，元件在设计制造中绝大多数采用的是铝箔凸出折边的，是压扁式构造，如图1所示 1-极板(铝箔)；2-薄膜 图1 元件构造图 在压扁式元件中，各介质层和铝箔由于其弹性，彼此间不是严密紧贴而是留有一定空间的，改变元件压紧程度，此空间便会变化同时元件厚度、介质的介电常数ε、介质损耗角正切(tanδ)及其他特性也会改变压紧程度可用压紧系数K来表示。

对于油浸薄膜组合介质，其示意图如图2所示 1-极板；2-薄膜；3-电容器油 图2 油浸薄膜组合介质示意图 压紧系数K可用下面的公式计算： K=dm/d(1) 式(1)中，dm为极板间薄膜介质的厚度；d为两极板间的介质总厚度 3、组合介质介电常数分析 3.1、组合介质介电常数与压紧系数的关系 对于电力电容器，总希望所用介质的介电常数越大越好，这样在相同体积里可以获得更大的电容量，产生更多的效益对于油浸薄膜介质，通常认为只要增大其中某一介质的介电常数，则组合介质的介电常数就增大，而提高压紧系数就能增大介电常数实际情况真是如此吗?我们就根据这种组合介质介电常数的计算公式分析如下油浸薄膜介质的介电常数εf的计算公式： 式(2)中，εm为膜的介电常数；εy为液体介质的介电常数；K为压紧系数由电容器设计中的基本公式(2)得出，影响ε的因素，并不只有εm、εy，还有前面提到的压紧系数K如果已经确定了组合介质材料，即组合介质中各个材料本身的ε已确定，影响组合介质ε的主要是压紧系数K 将式(2)的分母重新整理，得到： 对式(3)开展分析，压紧系数K的取值在0～1之间，如果εm和εy值给定，得出以下结果： 1)当εy>εm时若K=1，εf最小，其值为εm，即组合介质为单一的膜；若K=0，εf最大，其值为εy，即组合介质为单一的油。

这两种情况在实际中不可能出现，εf的值只能在εm和εy之间，且随K反向变化 2)当εy<εm时若K=1，εf最大，其值为εm，即组合介质为单一的膜；若K=0，εf最小，其值为εy，即组合介质为单一的油同样，这两种情况在实际中也不可能出现，εf的值仍介于εm和εy之间，但随K正向变化如果介质组合是已知的，则εm和εy就变成固定数值了目前电力电容器所用的固体介质主要是聚丙烯薄膜，液体介质主要为苄基甲苯，这两种介质的介电常数分别为2.2和2.65(25℃时)，将这两个数值代入式(3)中，可以确定εf和K之间的关系对于全膜介质考虑到其膨胀，采用0.75≤K≤0.90我们在这两个值之间每间隔0.02取K值，由此建立εf和K之间的关系曲线如图3所示 图3 组合介电常数εf和压紧系数K的关系曲线 从图3中可以看出，在聚丙烯薄膜浸渍苄基甲苯的情况下，随着K值的增大其组合介质的介电常数将减小，但电容量是否会随之减小，还需进一步分析 3.2、元件电容量与压紧系数的关系 对于油浸薄膜介质电容器，其元件的电容量可用下面的公式计算： 式(4)中，Cy为元件的电容量；εf为组合介质的介电常数；bjb为铝箔极板的厚度；Dp为元件卷绕心轴直径；ωy为元件卷绕圈数；K为压紧系数；dm为极板间薄膜介质的厚度。

对于设计好的电容器元件，其bjb、Dp、ωy和dm均为固定值将这些值与式(4)的数字统一合并为常数A，式(4)可转换为： Cy=AεfK(5) 再将式(3)代入式(5)，得到： 同样，以聚丙烯薄膜浸渍苄基甲苯分析，将它们的介电常数代入式(6)中，得到： 对于式(7)，继续间隔0.02在0.75～0.90选取K值，由此建立Cy/A和K之间的关系曲线如图4所示 图4 元件电容量Cy/A与压紧系数K的关系 从图4可以看出，随着压紧系数的增大，元件电容量确实是向增大的方向变化的但这并不意味着K值越大越好，K值过大，可能造成元件浸渍不良，导致介质强度下降、局部放电等问题的产生，因此在设计时，一定要根据实际情况开展计算，选取适当的K值 4、结论 从以上分析，可以得出如下结论： 1)压紧系数K对ε的影响主要取决于εm和εy的关系，并不是压紧系数K越大ε越大，或者压紧系数K越小ε越大，需根据具体的εm和εy的数值开展分析； 2)在聚丙烯薄膜浸渍苄基甲苯的情况下，随着K值的增大其组合介质的介电常数将减小； 3)在聚丙烯薄膜浸渍苄基甲苯的情况下，随着K值的增大元件电容量将增大。