采用电容器内部可压缩空间结构的低噪声电力电容器

摘要

本发明采用电容器内部可压缩空间结构的低噪声电力电容器，在常规电容器箱体内的下部，安装一可压缩空间包括密封气囊和气囊中可压缩气体的组合结构。该组合结构安装后，再向电容器箱体内装电容器芯子，抽真空，注油，完成整个电容器的制造。本发明比常规电容器噪声辐射量大幅减小，并且该电力电容器成本低廉、工艺简单、易于生产和制造，且不影响电力电容器的安全稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及到高压电力设备噪声控制领域，特别涉及采用内部可压缩空间结构的低噪声电力电容器。

背景技术

目前高压直流换流站中并联、滤波及PLC电容器装置的可听噪声问题严重，主要是由于其中所安装的单台电力电容器的噪声较大引起的。目前降低这种电力电容器噪声的方法主要有以下几种：

1)国际大电网会议推荐了几种电力电容器内部的降噪措施，如：避开电容器的自振频率和加强电容器芯子强度等。但避开电容器的自振频率，需要改动原有的设计结构，有很高的风险性、可行性差；而加强内部芯子的强度，会导致其散热效果变差，从而影响电力电容器的寿命。

2)国内的一些科研单位及厂家也提出了一些降低电容器噪声的措施，如：在电容器外壳涂裹材料或者在电容器内部加弹性阻尼等。电力电容器是高压设备，其表面涂抹或包裹材料对电容器散热非常不利，在运行时会因温度过高而发生事故；而在电容器内部加弹性阻尼基本上也没有作用。

发明内容

本发明提供一种采用内部可压缩空间结构的低噪声电力电容器的设计，可用于高压直流换流站并联、滤波及PLC电容器装置中，比常规电容器噪声辐射量大幅减小，并且该电力电容器成本低廉、工艺简单、易于生产和制造，且不影响电力电容器的安全稳定性。

本发明的技术方案是这样实现的：

包括常规电容器，在常规电容器的箱体的底部安装一内部可压缩空间结构，包括密封气囊和气囊内的空气层，起到吸收电容器内部振动的作用。该结构也可安装在常规电容器的箱体顶部。

密封气囊为一密封枕型气囊，长度及宽度分别比常规电容器箱体底面的长和宽短5～50mm，气囊内可压缩气体层厚度20～50mm，气囊壁厚4～10mm，气囊壁的材料与电容器油具有相容性并且具有较好的弹性及密封性，并且须要在电容器寿命期间老化程度满足要求。气囊的材料是氟橡胶或具有一定弹性并满足电容器油的可溶性的塑料，气囊壁的结构为内嵌尼龙抗拉网式的抗拉柔性层壁。

可压缩气体的材料为的空气，其压强为1～1.3大气压，空气层厚度为20～50mm，采用其它气体也可以。

本发明采用内部可压缩空间结构的低噪声电力电容器与常规的电力电容器相比，降噪量保守估算为10dB。

附图说明

图1本发明的结构示意图；

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

具体实施方式

参照图1所示，本发明在已有的常规电力电容器的箱体1底部，安装一内部可压缩空间结构，该结构位置在常规电容器的箱体1的底部；如果内部可压缩空间结构上有足够大的两个孔隙供引线穿过，此结构也可安装在常规电容器箱体1内的顶部。

可以根据电力电容器的安装位置，分析流过电容器的电流的频率以及所产生噪声的频谱特性，合理的设计内部可压缩空间结构的厚度并进行制造。在将内部可压缩空间结构安装在常规电容器箱体的底部后，可按照常规电容器的制造流程：安装电容器芯子，焊接顶壳，抽真空，注油等，这样完成整个低噪声电力电容器的制造。该低噪声电力电容器安装在换流站中的电容器装置上，当其工作时，电容器内部芯子5振动产生的振动，经过内部可压缩空间结构3、4的吸收作用，辐射到外界的噪声水平大大降低。

采用内部可压缩空间结构的低噪声电力电容器的技术依据

由于芯子的振动对电容器油产生变化的压力作用，液体的可流动性使得可压缩空间元件所受的力都是法向的，并且与其形状无关，而油中任何一点都会受到可压缩空间元件的影响，因此，可以把可压缩空间元件等效为薄薄的围绕芯子的一层。

根据上面的分析，气体和油机械元件是串联的，芯子的振动通过它们到达电容器外壳，引起外壳的振动，因此，气体、油和外壳的等效机械元件都是串联的。气体等效机械元件中，气体质量可以忽略，并且气体在这里的主要作用是减小振动的传递，弹簧元件k_g是其主要参数。油等效机械元件中，由于与气体相比和外壳压缩弯曲相比可以忽略不计，主要以质量的形式存在系统中，阻尼基本也可以忽略。电容器外壳等效机械元件中，弹簧元件k_t表示外壳刚度所表现的参数，质量元件m_t表示外壳的质量及声辐射所排开的空气质量之和，阻尼元件可以忽略。芯子的振动速度作用在电容器油和可压缩空间元件上并最终传递给外壳。对于常规电容器的芯子到外壳等效机械元件模型来说，相当于只有油和外壳的等效元件串联，而缺少的气体部分。

电容器芯子在电的作用下产生振动，忽略外界影响，可以认为芯子的机械阻抗一定，在电流一定的情况下，芯子产生的振动速度一致。即对于常规电容器和加装内部可压缩空间结构电容器芯子振动速度相同为V_O。

V_A，V_B，V_C分别为内部可压缩空间结构，油和外壳的相对速度。由于质量元件所有质点速度相同，V_B和V_C相同，在等效阻抗图中都用V_C代替，同时，V_C又代表外壳的振动速度是我们关注的重点。Z_g和Z_ot是机械阻抗部分合并后的结果。

$Z_g=\frac{k_g}{\mathrm{j\omega }}$

$Z_{\mathrm{ot}}=\mathrm{j\omega }(m_o+m_t)+\frac{k_t}{\mathrm{j\omega }}$

1)常规电容器

V_C＝V_O

2)低噪声电容器

V_O＝V_A+V_C

F＝Z_gV_A＝Z_otV_C

$V_C=\frac{Z_g}{Z_{\mathrm{ot}}+Z_g}{V}_O$

3)内部可压缩空间元件降噪效果的预测

V_C是芯子传递到电容器外壳的振动，若按理想情况考虑，内部可压缩空间元件的降噪量L_reduction为

$L_{\mathrm{reduction}}=L_{\mathrm{regular}}-L_{\mathrm{CSC}}=20\lg \frac{p_{\mathrm{regular}}}{p_{\mathrm{CSC}}}$

$=20\lg \left|\frac{{\upsilon }_{C1}}{{\upsilon }_{C2}}\right|=20\lg \left|\frac{Z_{\mathrm{ot}}+Z_g}{Z_g}\right|$

$=20\lg |\frac{k_t-{\omega }^2(m_o+m_t)}{k_g}+1|$

当ω被限定在一定范围内时，k_g决定降噪量的大小。公式可以被简化为

L_reduction＝20lg|CV²-1|

其中，$C=\frac{{\omega }^2(m_o+m_t)-k_t}{{\mathrm{nRTS}}^2}$

根据公式，降噪量随着其体积的增加而增大。

由此可知，在实际应用时，可以根据电力电容器的安装位置，分析流过电容器的电流的频率以及所产生噪声的频谱特性，合理的设计内部可压缩空间结构的尺寸，就可达到将其所辐射出的噪声降低的目的。

实例验证

(1)实验条件及测试点位置

实验条件为：流过电容器的电流为70A，频率为50Hz～600Hz的谐波频率。

(2)实验结果

分别对采用内部可压缩空间结构的低噪声电力电容器及普通的电力电容器进行噪声测试，并对比分析测试结果。实验结果如表1所示。

表1低噪声电容器和普通电容器噪声对比数据

从表1噪声测试数据可以看出：对于采用内部可压缩空间结构的低噪声电力电容器而言，由于采用了内部可压缩空间结构，并根据流过电容器的电流的频率合理设计了结构尺寸，其底面的噪声水平要比普通的电力电容器低10dB以上，证实了采用内部可压缩空间结构的低噪声电力电容器的设计是成功的。