油浸箔式電容器與金屬化電容器的比較

1、油浸箔式電容器與金屬化電容器的比較作者：王小妮（西安華超特種電子有限公司，西安710075）摘要：本文詳細闡述了油浸箔式電容器與金屬化電容器的優(yōu)點與缺點和對兩類電容器在電力電子線路使用過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題進行了剖析，并以試驗數(shù)據(jù)進一步驗證。關(guān)鍵詞：油浸箔式 金屬化 阻尼吸收一、概述：電容器的品種很多，應(yīng)用也很廣泛，所以，對我們使用電容器的工程技術(shù)人員來講，合理選用電容器就成為關(guān)鍵問題。因而了解和熟悉電力電子電容器的材料、結(jié)構(gòu)、性能就尤為重要。特別是在阻尼吸收電路中，究竟選擇油浸箔式電容器還是金屬化自愈電容器？不少廠家的工程技術(shù)人員提出疑問。為此，我簡單談以下幾點看法。1、 阻尼吸收電路中常出現(xiàn)

2、的幾種現(xiàn)象。1.1選用的電容器耐壓保險系數(shù)很高，加2-3倍電壓都沒有問題，可是用上一年甚至幾個月就沒容量了。例如：常州機車廠整流所用電容器，所用的型號規(guī)格：CJ48-2-1600V-2F；產(chǎn)品起用日期：2003年10月；使用場合：整流電源柜用做阻容吸收；工作條件：長期連續(xù)工作；出現(xiàn)問題時間：2004年4月；出現(xiàn)問題現(xiàn)象：電容器在運行過程不工作，拆下后檢測電容器無容量。1.2電容器在使用一年后出現(xiàn)漏液、鼓肚、爆炸等現(xiàn)象。例如：青銅峽鋁廠使用的電容器；型號規(guī)格：CJ48-2-1600V-4F；起用日期：2003年9月；使用場合： 整流電源柜用做阻容吸收；工作條件：長期連續(xù)工作；出現(xiàn)問題日期：200

3、4年9月；出現(xiàn)問題現(xiàn)象：80%的電容器漏蠟。整流柜上檢測漏蠟電容器的溫度比正常電容器的溫度高3-5。1.3對于上述兩種質(zhì)量問題我個人認為存在兩方面的原因：（1）、電容器本身質(zhì)量問題。2000年后電解鋁升溫，全國許多鋁廠“瘋狂上馬”。全國整流器廠出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面。在元件的采購上也相繼出現(xiàn)“饑不擇食”的情況，導(dǎo)致產(chǎn)品在制作工藝上比較粗糙，選材上比較盲目。有些電容器過早地暴露出了自身存在的缺陷。（2）、電容器選型問題。因上述兩種電容器用于整流柜阻容吸收線路中，此線路的特點為具有多種高次諧波，因此考驗的是電容器的線載流能力而不是電容器的耐壓性能。而大多數(shù)廠家選擇金屬化自愈電容器，但金屬化電容器由于

4、材料和結(jié)構(gòu)的特點決定了此類電容器的線載流能力相對較差。大多數(shù)電容器漏液都是由于線載流能力相對較差出現(xiàn)熱擊穿引起的。因此，一般金屬化電容器在阻尼電路的運行中頻頻出現(xiàn)質(zhì)量問題是難免的。而油浸箔式電容器由于其材料和結(jié)構(gòu)的特點（能夠長時間承受大電流的沖擊，散熱性能較好）比較適合用于阻容吸收線路中。例如：焦作萬方鋁廠與包頭鋁廠2000年選用的油浸箔式電容器，僅在剛開始由于運輸、安裝等原因造成少數(shù)電容器滲油，經(jīng)維修更換后運行至今正常工作。所以電容器的選型尤為重要。二、分析：什么是油浸箔式電容器和金屬化自愈電容器？它們的主要區(qū)別和優(yōu)缺點是什么？究竟選用哪種電容器比較合適？依據(jù)是什么？現(xiàn)在，我從材料、工藝、性

5、能、用途四個方面作以分析。1、從主要材料上：1.1油浸箔式電容器的主要材料為：1.1.1絕緣材料：全膜、紙膜復(fù)合、浸漬料。全膜為單面、雙面粗化聚丙烯薄膜，該材料屬于非極性材料。材料厚度一般為7-18m。影響薄膜質(zhì)量的主要因素為均勻度和平均擊穿場強。紙膜復(fù)合一般為聚丙烯光膜或聚脂光膜與纖維紙復(fù)合而成，其厚度和聚丙烯材料一樣。電容器浸漬料一般分為：十二烷基苯、二芳基乙烷、芐基甲苯等。1.1.2電極板：為電容器專用鋁箔。一般鋁箔厚度為6-7m。影響鋁箔質(zhì)量的關(guān)鍵為均勻度和分切質(zhì)量。1.1.3元件引出極：引線片（銅片）、涂料（錫鋅焊料）。2、金屬化電容器分為金屬化紙介電容器（已被淘汰）與金屬化薄膜電容

6、器兩種。電容器的材料為：2.1.1 絕緣材料：聚丙烯光膜、電容器紙。膜和紙的厚度一般為5-16m。2.2.2 電極：將聚丙烯光膜或電容器紙表面蒸鍍一層約為 0.1m厚的金屬鋁粉作為電極。2.2.3 元件引出極：元件兩端噴金層。噴金的材料一般有三種：(1)錫鋅焊料；(2)鉛錫焊料；(3)巴氏合金。三、從加工工藝上：1、油浸箔式電容器加工工藝：電容器元件是在兩層鋁箔電極間加入絕緣介質(zhì)(最少必須是兩層全膜或膜紙復(fù)合，3-5層比較理想)經(jīng)過卷制、打壓、壓裝、焊接和真空高溫浸漬等工藝制作而成 。卷制方法分有感與無感兩種。紙膜復(fù)合一般為有感式卷繞（芯子中間加引線片引出），全膜一般有無感（芯子端面涂錫）與有

7、感兩種卷繞方式（如圖所示）。因介質(zhì)存在電弱點，為避免介質(zhì)擊穿而造成兩電極短路，電容器元件的絕緣介質(zhì)必須采用兩層或兩層以上，使每層介質(zhì)的電弱點錯開排列。芯子展開圖制成芯子西門子油浸電容器元件華超公司生產(chǎn)的電容器元件2、金屬化自愈電容器加工工藝：一層金屬化膜，或是一層金屬化膜與一層光膜兩層卷制而成。經(jīng)高溫聚合后，兩端噴上金屬作為電極。然后真空浸蠟或油。也有灌樹脂制作而成。其型號為CBB40，CBB48；金屬化自愈電容器根據(jù)封裝形式不同又分為蠟浸、油浸和干式三種。其形狀如圖所示： 金屬化芯子外形圖3、 從電容器的電性能方面：3.1油浸箔式電容器：一般單只芯子耐壓：交流為1kV-5kV；直流為2kV-

8、10kV。電極為鋁箔，過流能力強，耐沖擊電流能力大，可進行多次極間短路放電。不具有自愈性，擊穿后為短路，其弱點容易被發(fā)現(xiàn)，易出現(xiàn)早期失效。由于粗化膜形成的毛細管現(xiàn)象，所以，油比較容易地滲入到芯子內(nèi)部，芯子內(nèi)部的殘余氣體很容易被排除，因此散熱性與絕緣性能比較好。例如：1)、脈沖電容器CBBM- 3KV-300F產(chǎn)品經(jīng)過10000次極間短路放電，記錄的實驗數(shù)據(jù)如下表所示：次數(shù)電 壓 kV容 量 F損耗角正切值備注13293.30.0002加30uH電感103293.740.00054603293.620.000223403293.680.000550003293.420.000560003293.

9、390.000670003293.300.000580003293.210.000590003293.120.0006100003293.330.00062)、阻尼電容器HCZN-1.6KV-4產(chǎn)品10次極間短路放電實驗數(shù)據(jù)如下表所示:次數(shù)電壓kV容量F損耗角正切值備注0 4.1440.001712.44.1440.001222.44.1430.001232.44.1430.001242.44.1430.001252.44.1430.001262.44.1430.001272.44.1430.001282.44.1430.001192.44.1430.0011102.44.1430.00113

10、.2金屬化自愈電容器：單只芯子耐壓：交流為0.25kV-0.63kV，直流為0.6kV-1kV。由于金屬化層比較薄，耐電流沖擊能力比較弱，一般經(jīng)不起短路放電實驗（短路放電實驗數(shù)據(jù)如下表所示）。金屬化自愈電容器具有自愈性。所謂自愈性是：當施加電壓時金屬化聚丙烯膜或金屬化紙的電弱點被擊穿，擊穿電流將穿過擊穿點。由于導(dǎo)電的金屬化鍍層的電流密度急劇增大，使金屬化層產(chǎn)生高熱，致使擊穿點周圍的金屬鍍層迅速蒸發(fā)逸散，形成金屬鍍層空白區(qū)，擊穿點自動恢復(fù)絕緣。介質(zhì)膜產(chǎn)生一個非常小的孔洞，直徑約為幾微米，自愈過程消失的金屬化鍍層面積直徑約幾毫米,從而使電容器的容量下降。電容器容量隨自愈次數(shù)的增加而逐漸減小，電容器

11、的電弱點被剔除。金屬化元件卷制比較緊且經(jīng)過熱聚合，浸漬料只能滲入到元件的兩端面約5-10mm，而進入不到元件內(nèi)部，因此，金屬化元件內(nèi)的殘余氣體很難排除,易產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象。 金屬化電容器：CBB48-1.5KV-7F產(chǎn)品10次短路放電實驗數(shù)據(jù):次數(shù)電壓kV容量F損耗角正切值備注0/6.6170.000812.256.6030.08322.256.5820.14432.256.5630.17542.256.5570.18552.256.5310.22062.256.5150.22472.256.4980.25482.256.4790.27592.256.4150.330102.256.4160.

12、337金屬化電容器：CBB48-750V-1F產(chǎn)品4次短路放電實驗數(shù)據(jù):次數(shù)電壓kV容量F損耗角正切值備注0 /0.98810.000411.1250.85080.211821.1250.81040.310131.1250.8001無4/3.3對聚丙烯薄膜的電性能的認識。從國家GB/T12802-1996電容器用聚丙烯薄膜的規(guī)定中可見，12m的直流介電強度中值比15m的低20MV/m（6%），10m的直流介電強度中值比15m的低30MV/m（10%）。更主要的是薄膜越薄，電弱點越多，按GB/T12802-1996的規(guī)定，12m以上的薄膜電弱點0.5個/（m2），而10m的0.6個/（m2）。對

13、于高場強電容器，由于運行的場強提高了，選用更薄的薄膜，電容器的損壞幾率也會增加。4、 電容器的用途:4.1油浸箔式電容器 油浸箔式電容器一般分為復(fù)合介質(zhì)電容器和全膜聚丙烯電容器兩種。4.1.1復(fù)合介質(zhì)電容器其優(yōu)點是自身的浸漬能力比較強，但其漏電流較大，損耗角正切值tg0.01，容易發(fā)熱。該電容器主要適用于高壓直流、儲能、脈沖等線路中。4.1.2全膜聚丙烯電容器其優(yōu)點是單層耐壓比較高、比能高、體積小、漏電流小，損耗角正切值tg0.0009，一般不容易發(fā)熱，電容器的溫升較?。ㄒ话阍?以下）。主要適用于工頻高壓交流，高、中、低頻吸收回路，交流濾波，儲能，脈沖放電，換相吸收，短路放電，阻容吸收等線路中

14、。高、中、低頻吸收電容器（ 阻尼吸收電容器）國外油浸電容器4.1.3金屬化紙介電容器損耗角正切值tg0.01,漏電流較大容易發(fā)熱。如：CJ40，CJ41，CJ48等型號。金屬化聚丙烯薄膜電容器損耗角正切值tg0.0009，單只芯子耐壓比較低，金屬化層很薄，芯子與噴金層的接觸電阻比較大，具有良好的自愈特性，比較適合用于低壓工頻交流的家用電器線路、低壓工頻電力補償、低頻脈沖、低壓直流線路中。其型號主要有：CBB60、CBB61、CBB65、BSMJ、CBB40、CBB48。 （四）低壓直流、交流電容器四、電容器常見質(zhì)量問題解析：1、漏液1.1 產(chǎn)生漏液的原因：（1）電容器受外部擠壓變形。（2）電容

15、器內(nèi)部發(fā)熱體積膨脹。（3）電容器絕緣子被銀層與陶瓷連接部分滲油。（4）電容器內(nèi)部擊穿短路導(dǎo)致芯子漏電流急劇增大致使產(chǎn)品內(nèi)部發(fā)熱漏油、爆炸。1.2電容器漏液的幾種情況：1.2.1油浸箔式電容器在工作時出現(xiàn)漏油，一般是焊接質(zhì)量不過關(guān)、受機械損傷，或是由于介質(zhì)損耗大，內(nèi)部發(fā)熱，但電容器仍在工作。這種情況一般應(yīng)在10到20天之內(nèi)維修或更換。1.2.2金屬化自愈電容器出現(xiàn)漏蠟說明產(chǎn)品已經(jīng)損壞。金屬化產(chǎn)品出現(xiàn)漏油時有兩種情況：A、產(chǎn)品損壞。B、產(chǎn)品受到機械損傷。如果金屬化產(chǎn)品內(nèi)部發(fā)熱,由于其內(nèi)部熱量很難散發(fā)出去, 很快就會損壞。1.2.3解決油浸產(chǎn)品漏油問題的途徑：（1）引出線改為螺栓引出，電容器安裝時一

16、般不允許再次焊接引出極。（2）外殼焊縫采用兩次焊接的制作工藝。（3）浸錫外殼鋼板加厚，改為國標0.5mm以上。（4）改為拉伸圓或橢圓鋁外殼，用滾邊機封邊。2、擊穿短路 2.1擊穿短路的原因：(1)電壓擊穿。主要為元件的絕緣介質(zhì)內(nèi)部含有雜質(zhì)或者絕緣介質(zhì)承受的電壓過高而引起。（2）電流擊穿。電容器極板承受的電流過大，致使絕緣材料受熱老化，耐壓降低，造成電容器擊穿。油浸箔式電容器一般在頻率過高的情況下才會出現(xiàn)電流擊穿。油浸箔式電容器擊穿后通常元件內(nèi)沒有剩余電荷，電容器無容量。金屬化電容器擊穿后金屬化膜層斷裂，分裂成若干個小電容單元，所以，元件內(nèi)仍存有剩余電荷，電容量會明顯變小，一般超出電容量的允許偏

17、差。因此，要注意多次間斷性放電，以免損壞儀表或傷人。3、斷路 3.1油浸箔式電容器一般是由于沖擊電流過大、連接點虛焊或線徑細，引起元件與引出線之間或引出線與引出極之間斷開。連接點斷開后電容器檢測無容量，但元件內(nèi)仍存有剩余電荷，要注意將元件加電阻放電，以免損壞儀表或傷人。3.2金屬化電容器一般表現(xiàn)為噴金層與金屬化層之間斷開。由于噴金面和金屬化層之間接觸電阻比較大，當電容器工作頻率高、浪涌電流過大時，極易將元件端面的金屬化層燒掉而出現(xiàn)斷路。斷路后，元件在一定時間內(nèi)存有剩余電荷，因此要注意用電阻反復(fù)放電。五、改進措施： 電容器在整機電源中，雖成本不高，但作用很大。因此，要減少電容器的質(zhì)量問題，延長電源的壽命，必須盡快從根本上提高和改進電容器品質(zhì)，增強其可靠性能。具體來講：1、提高電容器主要原材料的質(zhì)量及可靠性。特別是膜的平均擊穿場強、鋁箔分切邊沿整齊度、絕緣子被銀層質(zhì)量、浸漬料質(zhì)量。2、進一步提高工藝水平和工藝衛(wèi)生，特別是凈化間的潔凈程度。3、改進電容器的封裝質(zhì)量，提高設(shè)備自動化程度。六、小結(jié):本人從以上從四個方面分析了油浸箔式電容器