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金属化安全膜防爆电容器的防爆原理及发展概况

2006年第5期金属化安全膜防爆电容器的防爆原理及发展概况?35?

机介质薄膜的表面上作为极板,极板中分隔开的面积单元通过能够保障电容器安全的千千万万个微型保险丝联接在一起;而普通金属化膜的极板是一个单纯的整体。

普通金属化膜成功自愈时产生的能量使击穿点附近一层很薄的金属镀层电极蒸发,在击穿点的周围形成一个不规则的环形绝缘区域将击穿点隔离开来从而使整个电容器的电性能基本上得以恢复(图1)。击穿点的成功自愈主要依赖于击穿时释放的能量,该能量主要受金属化镀层的厚度、介质材料的成分以及击穿点的静态压力等因素的影响。普通金属化膜在很多情况下往往不能成功自愈,自愈过程中常把与自愈点相邻处的多层介质灼伤,发生连续性自愈击穿,自愈声不断。在连续不断的击穿所产生的电弧的高温作用下,局部的有机介质薄膜软化,产生热熔现象,使多层介质粘结在一起,并伴随产生大量的气体,造成电容器短路失效,严重者会爆炸起火。

图1普通金属化膜自愈示意图

金属化安全膜防爆电容器在自愈过程中由于微型保险丝反应非常灵敏,当发生自愈性击穿的瞬间,电流通过四个微型保险丝进入击穿点所在的极板单元,电流值达到一定数值的瞬间,保险丝本身发热所产生的能量使四个微型保险丝随即熔断,使击穿点所在的极板单元与电容器极板总体隔离开来,及时地阻止了大的涌流进入击穿点。击穿放电时间特别短,不会发生连续的自愈性击穿,避免了上述普通金属化膜自愈时容易发生多层介质连续击穿造成大面积灼伤的现象,其电容器内部不会出现大的电流,产生高温(图2)。即使绝大多数保险丝都动作了,也只能造成容量的急速下降直至电容器开路失效(图3),因而不会出现过热产生大量气体发生爆炸,从而达到安全防爆之目的。目前大量生产的金属化薄膜交流防爆电容器的防爆机构,大多数属于过压力隔离器一类。当电容器发生击穿故障时,电容器发热膜料熔融产生大量的气体使内部压力增大,外壳防爆槽拉伸开或者使顶盖变形鼓起,壳内绷紧的防爆线拉断,故障电容器因而脱离电源。

图2金属化安全膜自愈示意图

也有少数厂家是使用温度保险丝一类的保护装置来实现防爆的。

金属化安全膜防爆电容器与普通金属化有机薄膜防爆电容器相比较,有如下特点:

(1)自愈可靠:普通金属化膜的电弱点击穿时,特别是大容量电容器,这时击穿电流很大且不能控制,常在自愈过程中把与自愈点上下相邻的多层介质灼伤击穿,造成电容器短路失效。然而金属化安全膜的微型保险丝反应非常灵敏,自愈可靠。

图3金属化安全膜开路失效示意图

(2)金属化安全膜防爆电容器击穿点增加,电容值减小而tan{i无明显变化。

(3)安全机构动作可靠:一般过压力防爆装

?36?电力电容器2006年第5期

置对外壳和工艺要求严格,常因工艺有缺陷,防爆机构起不到防爆作用引起爆炸;使用温度保险丝防爆机构的电容器一般都要把温度保险丝放置在电容器的中心部位,如芯棒中间,电容器发生击穿的时间非常短暂,如果电容器芯子外部发生故障,瞬间的能量很难快速达到芯子的内部使温度保险丝动作;金属化安全膜防爆电容器是靠微型保险丝熔断后开路失效来完成防爆任务的,它的动作速度很快,防爆可靠。

金属化安全膜也有它的缺点,如:①因为需要众多狭窄的绝缘间隙把电极分割成很多小的面积单元,这些绝缘间隙占去约5%一10%的电极有效面积,使金属化安全膜的利用率降低,成本会增加。②因为电极是通过成千上万个微型保险丝连接各极板单元的,所以损耗角正切值tanl5比普通金属化膜稍大一点。③因为膜料制造技术难度大,部分还要从国外进口,所以价格比普通金属化膜贵,当然这也与没有大量推广应用有关。

3金属化安全膜防爆电容器的发展概况

安全膜,顾名思义,就是能保障产品的安全性。所以最初安全膜的设计都是从提高安全性方面着手的。而产品的安全性与其可靠性有时又是一对矛盾,因此安全膜防爆电容器技术的关键就是要围绕安全性和可靠性这两个因素考虑,使设计出来的安全膜制作成电容器后既能满足安全性要求又能够符合耐久性要求。

金属化安全膜的图案设计是金属化安全膜防爆电容器技术的核心。金属化安全膜防爆电容器历经二十多年的发展,已形成了很多种结构形式的图案,而最常用的主要有如下几种(图4)。

(a)网格状结构金属化安全膜(b)T形金属化安全膜

(c)六边形金属化安全膜(d)强化保险丝安全膜图4几种常见的金属化安全膜结构图案

从安全膜的设计角度分析:为保障产品的安全性首先要合理设计保险丝的尺寸,这需要从镀层金属的成分、镀层的厚度、额定电压下的电流强度以及保险丝熔断所需要的能量等方面综合考虑;另一方面,从可靠性方面考虑,需要合理设计各单元电极面积的大小,当小的电极单元发生故障时保险丝会熔断使小面积单元造成开路,损失一部分电容量,如果单元面积太大,做寿命试验往往很难通过,而单元面积太小不仅会增加成品电容器的损耗,而且会使极板有效利用面积降低,造成浪费。

四种结构图案的安全膜对比分析如表1所示。

在以上几种安全膜的基础上,现在已经开发出了改良型网格状金属化安全膜(图5)。该安全膜采用边缘加厚镀层的工艺加强了电容器芯子端面与喷金层的接触,并在边缘加厚区与网格区的之间增加了保险丝。

这种结构的金属化安全膜的特点与图4中的(a)比较:当网格区的电弱点发生自愈性击穿时,单元面积周围的4个微型保险丝就会动作,使小

单元形成一个绝缘区,防止发生大面积的击穿。

2006年第5期金属化安全膜防爆电容器的防爆原理及发展概况?37?

表1四种结构图案的安全膜对比分析

序号名称特点描述备注

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强化保险丝型此种安全膜是网格状安全膜强化微型保险丝,即网格状安全这种安全膜.

金属化安全膜膜的改进型。使用较少。

图5改良型金属化安全膜

图6改良型金属化安全膜自愈示意图当连续多个电弱点发生自愈性击穿时,边缘

的大的保险丝就会动作,将多个块状单元隔离开4安全膜电容器的应用展望

来形成绝缘区域,防止发生更大面积的的连续击安全膜电容器由于其本身的特殊性,所以到穿,电容器的安全性能够更进一步得到保障。该目前为止,国内还没有专门针对安全膜防爆电容种安全膜的典型自愈示意图如图6。器的标准。国际上有关金属化安全膜防爆电容器

金属化安全膜防爆电容器的防爆原理及发展概况

作者:许峰, 高鹏, XU Feng, GAO Peng

作者单位:上海皓月电容器有限公司,上海,201500

刊名:

电力电容器

英文刊名:POWER CAPACITOR

年,卷(期):2006(5)

本文链接:https://www.doczj.com/doc/df12618877.html,/Periodical_dldrq200605008.aspx

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