耦合电容器

1 主题内容与适用范围
本标准规定了耦合电容器及电容分压器的适用范围、术语、产品分类、技术要求、试验方法、检验规则及标志等。

本标准适用于下列电容器：
a. 工频为50Hz或60Hz、载波频率范围为30～500kHz 的电力线载波系统用的耦合电容器(见图A2)；
b. 电容式电压互感器的电容分压器( 见图A3 及图A4)；
c. 有一个端子永久接地或处于低电位的过电压保护和其他类似用途的电容器(见图A1) 。

2 引用标准
•GB311.1 ～311.6 高电压试验技术
•ZBK48001 电力电容器局部放电测量
3 术语
3.1 ( 电容器) 元件：由电介质和被它隔开的电极所构成的部件。

3.2 ( 电容器) 单元：由一个或多个元件组装于单个外壳中并有端子引出的组装体。

3.3 电容器：准备和电力线相连接的一单元或多单元( 通常接成串联) 的组装体。

在本标准中，“电容器”一词是当不需要特别强调“耦合电容器”、“电容分压器”以及“过电压保护用电容器”等的差异时的通用术语。

3.4 耦合电容器：用来在电力网络中传送信号的电容器。

3.5 电容分压器：由电容器组成的、用来从被测电压分得一个适当比例电压的一种装置。

3.6 高电压( 或线路) 端子：用来连接到电力线或母线上的端子。

3.7 低电压端子：用来连接到载波耦合装置上或接地的端子。

3.8 接地端子：用来和地相连接的端子。

3.9 中间电压端子：从分压器上按比例抽取电压的端子。

3.10 高电压电容器(C1)：电容分压器中，接于高电压端子与中间电压端子之间的电容器。

3.11 中间电压电容器(C2)：电容分压器中，接于中间电压端子和低电压( 或接地) 端子之间的电容器。

3.12 中间电压：当一次电压施加到分压器的高电压端子与接地端子之间时，电容分压器的中间电压端子到低电压
( 或接地) 端子之间的电压。

3.13 开路中间电压：中间电压电容器上未接并联阻抗时的中间电压。

3.14 分压比：施加于电容分压器上的电压和开路中间电压之比。

注：这个比值等于高电压和中间电压电容器的电容之和除以高电压电容器的电容值，即。

3.15 额定电压( ) ：电容器设计所规定的基准电压( 方均根值) 。

3.16 额定电容( ) ：电容器设计所规定的电容值。

注：此定义适用于：a. 单元的端子间的电容；b. 电容器的高电压端子和低电压端子之间的电容；c. 电容分压器的合成电容。

3.17 杂散电容：由结构布置而引进的不希望有的那些电容。

3.18 额定频率( )：电容器设计所规定的运行基准频率。

3.19 系统最高电压：在正常运行条件下，系统中任何一点在任何时间可能出现的相间最高电压方均根值，这个电压不包括由于故障条件和突然切除大的负载以及系统转换所引起的暂时变动的电压。

3.20 电容器最高电压( )：电容器的绝缘以及其他性能设计所依据的相间最高电压方均根值，这个电压应等于或高于系统最高电压。

3.21 绝缘水平：在本标准中，绝缘水平是指电容器的高电压端子与低电压端子( 或接地端子) 之间的绝缘能耐受的电压值。

对于最高电压在300kV 以下的电容器，为短时工频耐受电压方均根值及雷电冲击耐受电压峰值；对于最高电压等于及超过300kV 的电容器，为操作冲击耐受电压峰值及雷电冲击耐受电压峰值。

3.22 环境空气温度：准备安装电容器的地点的空气温度( 以气象资料值为准) 。

3.23 温度类别：由电容器可以投入运行的最低环境空气温度( 下限温度) 和电容器投入运行后连续工作所允许的最高环境空气温度( 上限温度) 表示的电容器所能适应的环境温度的种类。

3.24 电容器损耗：电容器所消耗的有功功率。

3.25 损耗角正切值(tgδ)：电容器损耗和电容器无功功率的比值。

3.26 电容温度系数( ) ：温度每变化1K 时电容变化量与基准电容( 20°C 下测得的电容值) 的比值。

注：仅当电容在所研究的范围内是温度的近似线性函数时，本定义方可使用。

否则，电容与温度的关系应以曲线或数表表示。

3.27 高频电容：在高频范围内的给定频率下的电容值。

这个电容值取决于电容器的固有电容和自感。

3.28 等值串联电阻：一个假定的电阻，如果将其串联到一个与所研究的电容器有相等电容的理想电容器上，则在高频范围内的给定频率下，该电阻上消耗的功率等于所研究的电容器的有功损耗。

3.29 低电压端子杂散电容：低电压端子和接地端子之间的电容。

3.30 低电压端子杂散电导：低电压端子和接地端子之间的电导。

3.31 电容式电压互感器：一种由电容分压器和电磁单元组成的电压互感器。

在规定的条件下运行时，其电磁单元的二次电压与加在电容分压器上的一次电压基本上成正比，并且相角差接近于零。

3.32 载波耦合装置：和耦合电容器一起，能够在指定的条件下使载波频率信号在电力线和载波设备之间传递的装置。

3.33 额定电压因数：在规定时间内仍能满足性能要求的最高电压值与额定电压值之比的规定值。

3.34 中性点有效接地系统中性点直接接地或经一低值阻抗接地的系统，通常其零序电抗与正序电抗的比值
，零序电阻与正序电抗的比值。

3.35 中性点非有效接地系统：中性点不接地或经过高值阻抗或谐振接地的系统，通常其零序电抗与正序电抗的比值，零序电阻与正序电抗的比值。

注：上两条中的、和分别表示系统的零序电抗、正序电抗和零序电阻。

4 产品分类
4.1 环境空气温度类别
电容器安装运行地区的环境空气温度范围为-50 ～+ 55 ° C ，在此温度范围内按电容器所能适应的环境空气温度范围分成若干温度类别，每一温度类别均以一斜线隔开的下限温度值和上限温度的字母代号来表示。

下限温度为电容器可以投入运行的最低环境空气温度，其值由+5、-5、-25、-40、-50℃这五个数值中选取。

上限温度为电容器施加额定电压时可以在其中连续运行的最高环境空气温度。

字母代号与环境空气温度上限值的关系如表 1 所示。

电容器的额定电压应符合表 2 规定。

允许电容器由若干单元组成，单元的额定电压由制造厂确定。

4.3 额定电容
电容器的额定电容优先在下列数值中选取：
0.0035 ，0.005 ，0.0075 ，0.01 ，0.015 ，0.02 μ F 。

4.4 爬电比距
根据安装运行地区的大气污秽程度(分为四个等级) ，按电容器的最高电压确定的最小爬电比距推荐值列于表3 。

同时，总的爬电距离与电弧距离之比值一般应不超过3.5 。

暴露于风雨中的低电压端子，其爬电距离应不小于60mm 。

4.5 类型
根据电容器所适应的系统接地方式，电容器分为如表4 所列的三种类型。

5 技术要求
5.1 使用要求
5.1.1 海拔：安装运行地区的海拔应不超过1000m；
注：用于海拔高于1000m 的地区的电容器，由制造厂另行提供高原型产品，其要求按本标准及GB 311.1 中的有关规定。

5.1.2 环境空气温度：安装运行地区的环境空气温度应与电容器的温度类别相适应。

5.1.3 风速：安装运行地区的风速应不超过150km/h 。

5.1.4 污秽：安装运行地区的大气污秽程度应与电容器的污秽等级相适应。

5.1.5 地震：安装运行地区的地震烈度应不超过8 度。

5.2 性能与结构要求
5.2.1 防腐蚀层：电容器的金属件外露表面应具有良好的防腐蚀层。

5.2.2 密封性能：电容器应具有良好的密封性能。

5.2.3 电容偏差：电容器按
6.3 条测得的电容与其额定值之差应不超过额定值的-5% ～+10% 。

对于由若干单元串联组成的电容器，其中任何两单元的实测电容之比值与这两单元的相应的额定电容之比值之差应不大于后一比值的5% 。

注：电容分压器的分压比的要求值，由购买方和制造厂协商确定。

5.2.4 损耗角正切值(tgδ)：电容器在20°C 下按
6.4 条测得的损耗角正切值应不大于下列值：
对于纸介质电容器：0.0040；对于膜纸复合介质电容器：0.0015 。

5.2.5 绝缘水平：电容器的高电压端子和接地端子之间的绝缘应能承受如表5 所列的耐受电压。

当需要对单元单独进行耐电压试验时，试验电压可按式(1) 计算：
(1)
5.2.6 低电压端子和接地端子之间的绝缘强度：电容器的低电压端子和接地金属件之间的绝缘应能承受如下的1min 工频交流试验电压：
在正常运行中，如果低电压端子暴露于风雨中，则试验电压为10kV( 方均根值) ；如果低电压端子不暴露于风雨中，则试验电压为4kV( 方均根值) 。

5.2.7 放电性能：电容器的放电性能应能达到
6.6 条的试验要求。

5.2.8 局部放电性能：电容器的局部放电性能应能达到
6.7 条的试验要求。

5.2.9 高频特性
5.2.9.1 高频电容和等值串联电阻
电容器在温度类别范围内的任一温度以及在高频范围内的任一频率下，在高电压端子与低电压端子之间测得的电容值相对于额定电容的偏差不得超过-20% ～+50% ，且等值串联电阻不得超过40 Ω。

对于较低频率( 例如30 ～100kHz) ，温度等于温度类别下限温度，或电容不超过0.002 μ F ，或大于420kV 的电容器，其等值串联电阻允许大于40 Ω，这时，具体数值由购买方与制造厂协商确定。

5.2.9.2 低电压端子的杂散电容和杂散电导
电容器在高频范围内的任何频率下测得的低电压端子和接地端子之间的杂散电容值不得超过200pF ；杂散电导不得超过20 μ S 。

组装成套的电容式电压互感器中，电容器的低电压端子和接地端子之间在高频范围内的杂散电容应不超过300+0.05 ( 以pF 计) ，其中为电容器的额定电容( 以pF 计) ；杂散电导应不超过50 μ S 。

有关高频特性的进一步说明见附录 B 。

5.2.10 电容温度系数
电容器在温度类别下限温度和比上限温度高15K 的温度范围内测得的电容温度系数的绝对值应不大于 5 ×10 -4 K -1。

5.2.11 机械强度
5.2.11.1 风力：电容器应能承受按式(2) 算出的力，历时1min 。

(2)
式中：
450 ——根据最大风速150km/h 得出的等值风力900N ／m 2 的换算数值；
L ——电容器的总高度，m ；
d ——电容器绝缘外壳伞裙的最大直径，m ；
500 ——电容器顶部的侧向最大拉力，N ；
1.5 ——安全系数。

试验力应施加于电容器顶部，垂直于电容器的轴线并且取向于电容器最薄弱的方向。

如果电容器外壳上备有穿通外壳壁的中间电压端子或低电压端子，则试验力应施加在与这一端子平行而相反的方向。

5.2.11.2 地震：电容器应能承受烈度为8 度的地震。

6 试验方法
6.1 试验条件
电容器的一切试验及测量，除另有规定者外，均应在下列条件下进行：
a. 周围空气温度为+5～+35°C ，电容器的电介质的温度应与周围空气温度无显著差别。

如需校正，则以+20°C为参考温度；
电容器在不通电状态下，在恒定的周围空气温度中放置了适当长的时间后，即认为电容器的电介质的温度与周围空气温度相同；
b. 试验和测量所用的交流电压的波形应为实际正弦波形( 见GB 311.3) ；频率应在(0.8 ～1.2) 的范围内；
c. 如果电容器是由几个单元组成的，则除另有规定者外，出厂试验可对电容器或单元进行，型式试验应对电容器进行，但放电试验、局部放电试验以及型式试验中的电容及tg δ的测量也可对单元进行。

对单元进行试验时，其试验电压值应按 5.2.5 条的公式确定。

6.2 密封性试验：电容器的密封性试验，以加热、内部加压或其他行之有效的方法进行。

6.3 电容测量
电容测量应以能排除由于谐波和测量电路内的附件所引起的误差的方法进行，测量准确度应不低于1% ，测量精度应足以反映出一个元件击穿之量。

电容初测应在耐电压试验(6.5 条) 之前，在不高于0.15U N 的电压下进行；电容复测应在耐电压试验之后在(0.9 ～1.1) 的电压下进行。

当电容式电压互感器装配完整后，中间电压端子仍能接触到时，应测量：
a. 高电压端子对低电压端子或接地端子的电容；
b. 中间电压端子对低电压端子或接地端子的电容。

注：
①当被测单元中串联元件的数目很多时，一个元件的击穿所引起的电容变化可能和测量的再现性或者由于耐电压试验过程中元件受到机械力或耐电压试验前后电容器温度的差异所造成的电容变化大致相同。

这些情况应在判断结果时予以考虑。

②如果电容器的电容随测量电压变化，则在耐电压试验后首先在与耐电压试验前所使用的相同的电压下，然后在
(0.9 ～1.1) 的电压下复测电容。

6.4 损耗角正切值(tgδ) 测量：电容器的损耗角正切值应在耐电压试验后在(0.9 ～1.1) 的电压下用能排除由于谐波和测量电路内的附件所引起的误差的方法进行测量。

测量准确度应不低于20% 。

6.5 耐电压试验
6.5.1 总则
电容器的耐电压试验，按GB311.2 ～311.6 中的有关规定进行。

除另有规定者外，在出厂试验时作干试；型式试验时，对户内产品作干试，户外产品作湿试。

当电容器或单元具有分开的低电压或接地端子时，在作极间耐电压试验过程中，应将它们全部接地。

6.5.2 工频耐电压试验
试验电压施加的时间为1min ，试验期间不应发生闪络或击穿。

注：对于大容量的电容器，当工频交流试验设备的容量不能满足试验的需要时，在出厂试验中，可以用直流电压代替工频交流电压。

此时直流试验电压应等于对应的短时工频耐受电压方均根值的 2 倍。

在直流耐电压试验之后，应作一次振荡放电。

该振荡放电是将电容器从直流试验电压值的一半通过尽可能靠近电容器放置的间隙进行的放电，放电电流峰值应达到电容器额定电流的(100 ～400) 倍。

6.5.3 操作冲击耐电压试验
操作冲击试验电压的波形应为250/2500 μ s 。

试验时，对电容器施加正极性和负极性冲击各15 次，如果在连续的15 次冲击中未发生多于 2 次的闪络且未发生击穿，则认为电容器通过了此项试验。

6.5.4 雷电冲击耐电压试验
雷电冲击试验电压的波形应为 (1.2 ～8)/50 μ s 。

试验时，对电容器施加正极性和负极性冲击各15 次，如果在连续的15 次冲击中未发生多于 2 次的闪络且未发生击穿，则认为电容器通过了此项试验。

此项试验只作干试。

6.5.5 低电压端子和接地端子之间的耐电压试验
试验电压施加的时间为1min ，试验期间不应发生闪络或击穿。

此项试验只作干试。

6.6 放电试验
将电容器以直流电充电至与其额定电压相对应的雷电冲击耐受电压峰值，然后立即通过靠近电容器放置的棒状间隙进行振荡放电，振荡频率为0.5 ～1MHz 。

对于供作过电压保护的电容器或电容大的耦合电容器，试验时允许产生较低的振荡频率。

试验在5min 内进行 2 次。

电容器在试验中有否损坏，应以在试验前后在(0.9 ～1.1) 的电压下测量电容器或单元的电容的方法来检验。

6.7 局部放电试验
局部放电试验按ZB K48 001 中的有关规定进行。

因测量仪器与被测之量有关，本标准中推荐之量为以pC 计的视在电荷q 。

试验电路的灵敏度应能测出不大于5pC 的放电强度。

试验电路的布置应使局部放电强度的测量不受外部电晕放电等干扰的影响。

在能清楚地把较高的背景干扰和试品中产生的局部放电区分开来时，如果购买方和制造厂双方同意，允许有较高的干扰。

局部放电用带宽至少为100kHz 的宽频带测量时，有某些有利之处。

对具有分布电容和电感的电容器，尤其如此。

然而，对于耦合电容器，用窄频带测量局部放电已经足够。

当测量频率有可能在0.5MHz 到2MHz 之间选择时，更是如此。

优先选用的频率值为0.5MHz 和1MHz 。

但是，如果可能，这一测量应在能得到最高灵敏度的频率下进行。

如果和测量仪器具有适当灵敏度的电容相比，被测单元的电容太大，则局部放电试验的灵敏度就会太低。

在这种情
况下，可采用具有较低电压和较小电容，但设计和结构上均与试验电容器相同的模拟单元进行试验。

6.7.1 出厂试验
局部放电的出厂试验，应在 6.5 条所述耐电压试验之后， 6.3 条所述复测电容之前进行。

试验时，试验电压应从相对较低之值迅速增加到预加电压值( 见表6) ，保持至少10s ，再迅速降低到表 6 所给出的局部放电测量电压，在保持至少1min 之后测量局部放电强度。

局部放电强度的允许值列于表 6 。

在整个试验期间，试验电压的波形应为实际正弦波形。

试验电路应作适当阻尼，以尽量降低过渡过电压。

注：局部放电试验也可以选择在 6.5 条的工频耐电压试验之后，降低电压期间进行。

如果测得的局部放电之值超过了表 6 的允许限值，则另按前面的规定单独进行试验。

由于传输因数低劣和试验变压器容量的限制，对于额定电容很大的电容器，局部放电试验不可能在上述规定下进行时，其试验所需的有关数值应由制造厂和购买方协商确定。

注：
1) 如果不能分清电容器将拟接入的网络种类(中性点非有效或有效接地)，则应取中性点非有效接地的水平。

2 ) 这些值仅在制造厂与购买方双方同意时才有效。

6.7.2 型式试验
局部放电的型式试验，一般应按程序a) 的规定进行；对于≥ 300kV的电容器，在制造厂和购买方达成协议时，也可采用程序b) 。

——程序a)
将交流电压从相对较低之值迅速增加到预加电压值( 见表6) ，保持至少10s ，再迅速降低到表 6 所示之局部放电测量电压，保持1h 。

在此期间应大约每10min 测量一次局部放电强度。

——程序b)
将交流电压从相对较低之值迅速增加到1.5 ( 方均根值) 。

然后，在这个电压上叠加操作冲击耐受电压，至少 3 次。

叠加操作冲击耐受电压时的合成电压峰值应等于表 5 所列操作冲击耐受电压峰值。

1.5 的交流电压应保持1h 。

在此期间应大约每10min 测量一次局部放电强度。

注：对于用于中性点非有效接地网络中的电容器，制造厂和购买方可商定另外的交流电压值。

局部放电强度的允许值列于表 6 。

在整个试验期间，除叠加的操作冲击耐受电压外，试验电压的波形应为实际正弦波形。

试验电路应作适当阻尼，以尽量降低过渡过电压。

注：这个试验在按上述试验循环中，不得中断电压。

6.8 高频电容和等值串联电阻测量
高频电容和等值串联电阻应在温度类别的上、下极限温度( 温度的偏差为± 3 ° C ) 和标准试验温度范围(6.1 条) 内的一个温度下以及载波频率范围内的几个频率下测量。

测量方法见附录 B 。

当在温度极限值上进行测量有困难时，可以在较小的温度范围内进行，或者在包含有限元件的模拟电容器上测量。

6.9 低电压端子的杂散电容和杂散电导测量
这两个参量的测量应在单元上进行，也可以在与单元底部结构相同的模型上进行，这个模型应包括接地端子、固定连接的金属部件( 如底和法兰) 、低电压端子以及与之连接的元件( 至少一个，其结构和放置位置与单元的相同) ，并注以和单元相同的绝缘液体。

对于电容式电压互感器，这一测量应在整套装置上进行，但允许只装有电容分压器的最下节。

6.10 电容温度系数测量
测量应在 C 1 和 C 2 上进行。

试验电容器应放在其中温度能按 5.2.10 条规定的温度范围调整的恒温箱或油槽内。

电容( 和作为资料的损耗角正切) 值应在 6.1 条的频率范围内和降低了的电压( 但不低于0.25 ) 下测量，温度间隔约为15K 。

在每次测量前，应使电容器各个部位的温度和外部相同。

试验后求出式(3) ：
(3)
式中： a 、 b ——回归系数。

电容温度系数按式(4) 计算
(4)
式中： C 20 ——按式(3) 求出的20 ° C 时的电容值。

注：
①本试验仅对电容分压器进行。

②如果已有资料证明已对类似结构和电介质材料在所要求的温度范围内作过试验，则可以在较小的温度范围内作校验性的试验。

6.11 机械强度试验
6.11.1 耐风力试验
本项试验按 5.2.11.1条的要求进行。

试验后，如果未见破裂也无渗漏迹象，即认为电容器通过了此项试验。

6.11.2 耐地震试验：试验方法在考虑中。

7 检验规则
电容器的试验分为：出厂试验、型式试验和验收试验。

试验项目见表7 。

7.1 出厂试验：出厂试验的目的在于检验制造中的缺陷。

这一试验由制造厂对制出的每一台电容器进行。

7.2 型式试验：型式试验的目的在于考核电容器的设计、尺寸、材料和制造等方面是否满足本标准所规定的性能和运行要求。

型式试验在新产品制出时进行，在生产中，当材料、工艺或产品结构等有改变且其改变有可能影响电容器的性能时，亦应进行型式试验，此时允许只进行与这些改变有关的试验项目。

用来作型式试验的电容器应为经出厂试验合格的电容器。

各项型式试验不一定都要在同一台电容器上进行，可以在具有相同特性的不同电容器上进行。

在正常生产中，型式试验应至少每五年进行一次。

型式试验由制造厂进行，这些试验结果的证明书，在购买方有要求时，应予以提供。

7.3 验收试验
验收试验主要是购买方在安装前进行的试验。

这项试验的目的是为了检验电容器在运输中有否受到损伤，以确保所安装的电容器是良好的。

在有条件时，推荐进行的试验项目见表7 。

8 标志
8.1 每一电容器应装有标有如下内容的铭牌：
a. 名称；
b. 型号；
c. 单元的识别号；
d. 单元的实测电容，μ F ；
e. 额定频率，Hz ；
f. 额定电压，kV ；
g. 制出年月；
注：如果在电容器的编号中已有表示制出年月的部分，本项可以不另行标出。

h. 温度类别；i. 重量，kg ；j. 制造厂的名称及/ 或商标。

8.2 电容分压器的标志
电容分压器的标志如8.1 条，在电容式电压互感器装配完成后，电容分压器的中间电压端子仍能接触到的情况下，电容分压器的标志中应增加：实测分压比。

9 安全要求
9.1 金属部件的连接：为了使电容器的金属部件的电位固定，必须将电容器同电位的所有金属部件或端子作可靠的连接。

正常运行时具有地电位的金属部件必须接地。

9.2 环境保护：当电容器的浸渍剂不允许散遗于环境中时，必须采取措施。

9.3 其他安全要求：当安装电容器的国家对安全规程有特殊要求时，购买方应予以说明。

10 附录
附录 A
电容器的示意图( 补充件)
电容器的示意图列于图A1 、A2 、A3 、A4 。

图A1 过电压保护用电容器
图A2 电力线载波耦合装置用电容器
图A3 电容分压器( 电容式电压互感器的一部分，无电力线载波耦合端子)
图A4 电容分压器( 电容式电压互感器的一部分，有电力线载波耦合端子)
附录 B
电力线载波系统用耦合电容器的高频特性( 补充件)
B1 高频电容和等值串联电阻
应该考虑到耦合电容器高频特性的任何改变，例如耦合电容器本身电容的变化或引进了杂散量( 电容等) ，都会影响传输频带宽度( 有效频带) ，使频带移动和产生附加的耦合衰减。