对金属化电容器自愈性能的分析论文

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1、对金属化电容器自愈性能的分析论文摘要：近两年我国电力电容器制造行业已在低压电容器制造领域推出了金属化产品来取代原有的油浸纸质产品。金属化电容器的显著特点就是具有所谓的“自愈性”，即在介质击穿时击穿点能像伤口愈合一线瞬时恢复绝缘性能……关键词：金属化电容器自愈性能分析近两年我国电力电容器制造行业已在低压电容器制造领域推出了金属化产品来取代原有的油浸纸质产品。金属化电容器的显著特点就是具有所谓的“自愈性”，即在介质击穿时击穿点能像伤口愈合一线瞬时恢复绝缘性能。由于具有这种宝贵的自愈性能，金属化电容器能采用极薄的单层薄膜介质。这样电容器就能采用很高的工作电场强度，因而电容器的体积

2、和重量都大大减小。但自愈是有一定限度的在某些场合下，自愈性能的丧失就会导致电容器的故障。因此，了解金属化电容器的自愈性能对于产品的设计和使用都是重要的。下面我们分析以下金属化电容器在发生击穿时的自愈过程以及影响该过程的诸因素。1、自愈过程的分析1.1自愈过程的描述请参看图1a、b、c，介质由击穿到绝缘恢复的全过程可分步描述如下：第一步：发生击穿电容器在外施电压作用下由于介质中的杂质或气隙等弱点的存在或发展引起介质击穿形成导电通路；第二步：接着在导电通路处附近很小范围内的金属层中流过一个前沿很陡的脉冲电流。邻近击穿点处金属层上的电流突然上升.freelm2的范围内。典型的自愈

3、晕区处型如图2所示。还需指出晕区金属层的蒸发不是靠弧道释放的热量而是靠电流通过金属层直接发热的。在自愈过程中电流是沿介质表面在气体媒质中通过的，整个过程进行很快。据研究1，当极板表面电阻在1.4～4.5Ω/□范围内，在常压及400V条件下自愈时间约为10～20μS。外施电压高时对应的自愈恢复时间长。1.2电容器内发生自愈时的等值电路自愈过程中电容器的等值电路如图3所示。图中击穿点S模拟放电通道及附近的两个极板上的金属层蒸发的区域；c、r、h则代表电容器完好部分的饿等值参数。S可看作是一个非线性有功元件，它在某一瞬间的静态与动态电阻不仅与此刻的饿电流、电压有关，而且和先前的过

4、程有关。S上的电压在自愈开始时由电容器极板上的起始电压值很快将到O，然后在比较缓慢地依指数规律上升直到自愈结束。自愈过程进行得很快，电容器上的电压Uc还来不及下降，所以外电路的影响可不考虑。关于发生自愈时电容器等值回路的参数r、L计算Io.C.qaTUHAH等人2通过解析运算推出了如下的表达式：r=0.67nroLnb/Rh=4.2×10-7rg-=10Ωu=400V1.－－电容的变化是由介质厚度的变化引起的时2.－－电容的变化是由极板长度的变化引起时3.－－电容的变化是由并联元件数的变化引起时介质材料对自愈过程亦有很大影响。固体介质和浸渍剂中含氧量增高、碳氢原子数之比值C

5、/H降低，能促进熄弧改善自愈性能1。电容器纸、聚酯薄膜作基材以及浸渍剂为酯类，聚酯类液体时自愈能量减小，自愈时生成的碳在O2和H2足够时可生成CO，CH和εH2对自愈亦有利;相反介质中的C原子含量增高,周围O2减少时由于自愈时析出的碳粒增加易引起极间短路对自愈不利.此外,金属层表面有浸渍剂时由于介质的导热性和热容量的饿增加自愈区半径和所消耗的能量要减小,例如:IO.C.qaTHHH作过浸硅油试验,该值可减小到原值的1/32。3、结束语介质自愈是金属化电容器特有的宝贵性能，本文根据有关文献论述和一些实践对自愈过程和各种影响因素进行了综合分析。自愈是在一定的条件下实现的，超过一

6、定的限度电容器就会丧失自愈性能。在设计与试验电容器时应尽可能保证自愈在最佳条件下进行，即介质击穿时引起的脉冲电流小，释放的能量小，从而使邻近击穿点处介质的损伤也小。从电容器结构上来考虑，减小元件极板长度、增加极板宽度对自愈是有利的。把电容器绕得很紧，用粒度大的油浸渍或用固体材料封灌使电容器在自愈时形成的压力不致很快降低以及直接充灌压缩气体对自愈都是有利的。减小金属层厚度对自愈是有利的，但元件端部接触和运行中电容下降问题会变严重。