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摘要:并联电容器的局部放电对其使用寿命有很大影响。运行经验证明,元件的损坏往往是由于局部放电的发展而引起的。所以做为电容器厂家对局放的控制是很有必要的。本文简述了局部放电的原理及在电容器工艺制造中影响局放的主要工艺环节。

关键词:并联电容器;局部放电;极间;极壳;工艺

1、并联电容器的局部放电

1.1 局部放电的概念

    电介质在电场中,若承受的电场强度超过其介电强度时,电介质的绝缘能力将被破坏,形成击穿放电。在不均匀电场中,处于电场集中区域的电介质局部的电场强度高于其介电强度,则仅仅是局部放电,局部电介质受损。持续反复的局部放电对介电质的绝缘强度损害是显著的,也可以导致整个电介质的破坏,引起贯穿性击穿故障。 

    虽然现在并联电容器大都采用平行板铝箔做电极,聚丙烯薄膜做介质,极间电场强度基本上是均匀的。但是在皱褶处、电极边缘、连接线、套管等处以及工艺中不可避免地带入个别杂质、气泡等的地方可能出现电场集中,特别是在运行中的过电压作用下,局部放电都可能发生,甚至进一步发展。

1.2 极间内部局部放电机理

      由于聚丙烯膜的透气性很差,薄而且柔软,一般为6-17um,加上在静电场作用下,容易使内部紧贴,尽管现在好多厂家使用粗化膜,但在真空抽注过程中,仍难免会有气泡残存在膜与膜、膜与铝箔之间。极板的折边处也因厚度增加而使油的浸入及气体的排出更不容易。还有压紧系数对气体的排出和油的浸入也有一定影响。所以因为残留气泡的存在,在高场强下,残留的气泡或杂质更容易畸变电场,容易发生局部放电。下图1为元件中含有气泡的元件示意图和等值电路:

图  1

   Cg为气泡电容,Cm为与气泡相串联的介质电容,C0为元件其余部分的总电容。为论述方便。可将CgCm看做两个由面积为Ag的平行电极组成的电容,极板间距分别为dgdm,气泡与膜的介电常数分别为εgεr。已知εg=1εr与浸渍剂的介电常数相近,故可视为同一介质。现在最常用的为苄基甲苯及二芳基烷,其介电常数为2.0-3.0之间:

可见在元件承受一定电压时,气泡内的平均场强为膜或油场强的εr倍,即2-3倍;目前市场上电容器厂家的设计场强一般≤60kV/mm,如果按58kV/mm设计,则气泡里面的场强将高达116-117kV/mm。而且由于εg小于εr,所以当工作电压到一定较低值时,气泡就会开始放电,放电后气泡上电压有急剧下降至一定值时放电熄灭,气泡恢复绝缘。在一个交流周期内,气泡放电会重复多次,放电引起的电压变化将在电路中形成一频率相当高的电流脉冲。

气泡引起的局部放电并没有直接导致元件极间的绝缘击穿。但是,由于局部放电脉冲的局部能量很高,会导致元件局部发热,同时局部放电对电介质有较强的腐蚀作用,使膜加速劣化,介电强度明显下降。运行经验证明,元件的损坏往往是由于局部放电的发展而引起的。

1.3  极对壳的局部放电

由于浸渍济抽真空或者有杂质,也可以发生极对壳绝缘的局部放电现象。由于极对壳的电场分布是不均匀的,电场集中的部位易出现局部游离现象,使浸渍济产生气泡或浸渍济中残余的水分汽化而形成气泡,加上某些杂质具有较高的导电性,都将使气泡带有较高的场强,外包封绝缘能有效地阻止气泡游离与导电性强的杂质形成电极与外壳之间的导电桥。但是局部放电仍然会发生,也会引起油温的局部上升。

2、影响局放的主要工艺环节

2.1 元件卷制工序

现在国内的一些制造企业已经采用先进的微机控制的自动卷绕机进行卷制。但卷绕机如果调试不合理,就会在压扁后卷内出现内波浪(S型)、死皱等。还有薄膜在其制造和元件卷制的过程中会带有高压静电,静电就会吸附空气中悬浮的质点将其带入元件内部。

还有部分厂家采用的半自动元件卷制机,这样在起头跟收尾及下料都要用手去操作,这样难免会把手上的汗渍或者其他杂质带入元件内。这些都是影响极间局放的重要因素,甚至严重的会立即引起元件的击穿。

2.2 装配工序

芯子在压装过程中也可能由人手或者其他附料件引入杂质如树脂板、纸板、隔极等,这些杂质基本上大部分都会暂时留在元件的表面,到了浸渍工序就会有一部分杂质随浸渍济进入元件内部,但仍有部分杂质会留在元件表面。

这样在电容器工作时,若外表面杂质先放电就可能会在元件表面形成由外向内的击穿点(如图2)。


图  2

若内部杂质先放电就可能会在元件内部形成由内向外的击穿点(如图3)。

图   3

2.3 真空干燥浸渍工艺

真空干燥浸渍处理是电容器生产中的关键工艺,对产品质量有决定性的影响。其目的就是排除元件和箱壳中的水分和空气。然后用合格的浸渍剂在真空状态下用浸渍剂填充心子及箱壳的空隙,从而提高电容器的电气性能。

浸渍工艺影响局放的因素主要有:

(1)低真空阶段时间太短,没有分阶段逐渐提高真空度。这样过快的提高真空度,会使心子内部温度过快下降而影响水分的蒸发。从而影响电容器的电气强度,电容器的局部放电电压下降。

(2)注油温度对局放的影响,如果在高真空阶段后期温度没有降下来就注油。这样就会因为温度高铝箔跟薄膜都会由于热膨胀导致它们之间的间隙变小,再加上薄膜的溶胀效果,使得浸渍剂进入层间的阻力增加,造成浸渍不良的现象。从而造成电容气的电气强度下降,电容器的局部放电电压下降。现在一般厂家都是在50℃下注油,甚至部分厂家还主张在室温下注油。

3、结论

虽然现在全膜油浸式电容器已经从工艺上有很大改善使电容器局放也得到了很大的改善。工艺过程中还是难免会带入个别杂质或因为膜静电作用使个别小气泡抽不走的情况。还有人为操作不当造成电容器局放变大或者局部放电电压降低的现象。这些都极大地影响电容器的使用寿命和安全。

由上述分析可以得出,在并联电容器生产工艺过程中对局放的控制是很有必要的。但是在此要说明一点并联电容器并不是产生局放都会影响电容器的使用质量,而是只要电容器的局部放电熄灭电压足够高,高于允许的稳态过电压规定值,则它对绝缘的损伤并不大,电容器则是安全的。


 
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