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摘要:并聯電容器的局部放電對其使用壽命有很大影響。運行經驗證明,元件的損壞往往是由于局部放電的發展而引起的。所以做為電容器廠家對局放的控制是很有必要的。本文簡述了局部放電的原理及在電容器工藝制造中影響局放的主要工藝環節。

關鍵詞:并聯電容器;局部放電;極間;極殼;工藝

1、并聯電容器的局部放電

1.1 局部放電的概念

    電介質在電場中,若承受的電場強度超過其介電強度時,電介質的絕緣能力將被破壞,形成擊穿放電。在不均勻電場中,處于電場集中區域的電介質局部的電場強度高于其介電強度,則僅僅是局部放電,局部電介質受損。持續反復的局部放電對介電質的絕緣強度損害是顯著的,也可以導致整個電介質的破壞,引起貫穿性擊穿故障。 

    雖然現在并聯電容器大都采用平行板鋁箔做電極,聚丙烯薄膜做介質,極間電場強度基本上是均勻的。但是在皺褶處、電極邊緣、連接線、套管等處以及工藝中不可避免地帶入個別雜質、氣泡等的地方可能出現電場集中,特別是在運行中的過電壓作用下,局部放電都可能發生,甚至進一步發展。

1.2 極間內部局部放電機理

      由于聚丙烯膜的透氣性很差,薄而且柔軟,一般為6-17um,加上在靜電場作用下,容易使內部緊貼,盡管現在好多廠家使用粗化膜,但在真空抽注過程中,仍難免會有氣泡殘存在膜與膜、膜與鋁箔之間。極板的折邊處也因厚度增加而使油的浸入及氣體的排出更不容易?;褂醒菇糲凳云宓吶懦齪陀偷慕胍燦幸歡ㄓ跋?。所以因為殘留氣泡的存在,在高場強下,殘留的氣泡或雜質更容易畸變電場,容易發生局部放電。下圖1為元件中含有氣泡的元件示意圖和等值電路:

圖  1

   Cg為氣泡電容,Cm為與氣泡相串聯的介質電容,C0為元件其余部分的總電容。為論述方便??山?/span>Cg、Cm看做兩個由面積為Ag的平行電極組成的電容,極板間距分別為dgdm,氣泡與膜的介電常數分別為εgεr。已知εg=1,εr與浸漬劑的介電常數相近,故可視為同一介質。現在最常用的為芐基甲苯及二芳基烷,其介電常數為2.0-3.0之間:

可見在元件承受一定電壓時,氣泡內的平均場強為膜或油場強的εr倍,即2-3倍;目前市場上電容器廠家的設計場強一般≤60kV/mm,如果按58kV/mm設計,則氣泡里面的場強將高達116-117kV/mm。而且由于εg小于εr,所以當工作電壓到一定較低值時,氣泡就會開始放電,放電后氣泡上電壓有急劇下降至一定值時放電熄滅,氣泡恢復絕緣。在一個交流周期內,氣泡放電會重復多次,放電引起的電壓變化將在電路中形成一頻率相當高的電流脈沖。

氣泡引起的局部放電并沒有直接導致元件極間的絕緣擊穿。但是,由于局部放電脈沖的局部能量很高,會導致元件局部發熱,同時局部放電對電介質有較強的腐蝕作用,使膜加速劣化,介電強度明顯下降。運行經驗證明,元件的損壞往往是由于局部放電的發展而引起的。

1.3  極對殼的局部放電

由于浸漬濟抽真空或者有雜質,也可以發生極對殼絕緣的局部放電現象。由于極對殼的電場分布是不均勻的,電場集中的部位易出現局部游離現象,使浸漬濟產生氣泡或浸漬濟中殘余的水分汽化而形成氣泡,加上某些雜質具有較高的導電性,都將使氣泡帶有較高的場強,外包封絕緣能有效地阻止氣泡游離與導電性強的雜質形成電極與外殼之間的導電橋。但是局部放電仍然會發生,也會引起油溫的局部上升。

2、影響局放的主要工藝環節

2.1 元件卷制工序

現在國內的一些制造企業已經采用先進的微機控制的自動卷繞機進行卷制。但卷繞機如果調試不合理,就會在壓扁后卷內出現內波浪(S型)、死皺等?;褂斜∧ぴ諂渲圃旌馱碇頻墓討謝崠懈哐咕駁?,靜電就會吸附空氣中懸浮的質點將其帶入元件內部。

還有部分廠家采用的半自動元件卷制機,這樣在起頭跟收尾及下料都要用手去操作,這樣難免會把手上的汗漬或者其他雜質帶入元件內。這些都是影響極間局放的重要因素,甚至嚴重的會立即引起元件的擊穿。

2.2 裝配工序

芯子在壓裝過程中也可能由人手或者其他附料件引入雜質如樹脂板、紙板、隔極等,這些雜質基本上大部分都會暫時留在元件的表面,到了浸漬工序就會有一部分雜質隨浸漬濟進入元件內部,但仍有部分雜質會留在元件表面。

這樣在電容器工作時,若外表面雜質先放電就可能會在元件表面形成由外向內的擊穿點(如圖2)。


圖  2

若內部雜質先放電就可能會在元件內部形成由內向外的擊穿點(如圖3)。

圖   3

2.3 真空干燥浸漬工藝

真空干燥浸漬處理是電容器生產中的關鍵工藝,對產品質量有決定性的影響。其目的就是排除元件和箱殼中的水分和空氣。然后用合格的浸漬劑在真空狀態下用浸漬劑填充心子及箱殼的空隙,從而提高電容器的電氣性能。

浸漬工藝影響局放的因素主要有:

(1)低真空階段時間太短,沒有分階段逐漸提高真空度。這樣過快的提高真空度,會使心子內部溫度過快下降而影響水分的蒸發。從而影響電容器的電氣強度,電容器的局部放電電壓下降。

(2)注油溫度對局放的影響,如果在高真空階段后期溫度沒有降下來就注油。這樣就會因為溫度高鋁箔跟薄膜都會由于熱膨脹導致它們之間的間隙變小,再加上薄膜的溶脹效果,使得浸漬劑進入層間的阻力增加,造成浸漬不良的現象。從而造成電容氣的電氣強度下降,電容器的局部放電電壓下降。現在一般廠家都是在50℃下注油,甚至部分廠家還主張在室溫下注油。

3、結論

雖然現在全膜油浸式電容器已經從工藝上有很大改善使電容器局放也得到了很大的改善。工藝過程中還是難免會帶入個別雜質或因為膜靜電作用使個別小氣泡抽不走的情況?;褂腥宋僮韃壞痹斐傻縟萜骶址瘧浯蠡蛘呔植糠諾緄繆菇檔偷南窒?。這些都極大地影響電容器的使用壽命和安全。

由上述分析可以得出,在并聯電容器生產工藝過程中對局放的控制是很有必要的。但是在此要說明一點并聯電容器并不是產生局放都會影響電容器的使用質量,而是只要電容器的局部放電熄滅電壓足夠高,高于允許的穩態過電壓規定值,則它對絕緣的損傷并不大,電容器則是安全的。


 
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