膜电力电容器及其发展

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1、膜电力电容器及其发展摘要：从介质材料、结构、工艺等方面介绍了全膜电力电容器的发展及桂容厂全膜电容器生产技术特点，并结合实际工作经验提出了全膜电容器的技术重点研究方向。关键词：电力电容器全膜发展1　概述　　20世纪60年代后期，随着聚丙烯电工薄膜的出现，电力电容器很快地从全纸介质经过纸膜复合介质向全膜介质发展，产生了全膜电力电容器。欧美发达国家在20世纪80年代初就已经实现了全膜化，而当时我国才开始进行全膜电容器研究。20世纪80年代中后期，我国的主要电容器生产企业（桂林电力电容器厂、西安电力电容器厂、上海电机厂电容器分厂）分别从美国通用电气公司（GE）、爱迪生公司和西屋公司引进了全膜电容器制造

2、技术和关键设备，经过消化吸收和改进，我国在20世纪90年代中期也实现了全膜化。全膜电容器具有以下优点：　　①击穿场强高（平均值达240MV／m），局部放电电压高，绝缘裕度大；　　②介质损耗低（平均水平为0．03％），消耗有功少，发热少，节能，而且运行温升低，产品寿命长；　　③比特性好（平均为0．2kg／kvar），重量轻，体积小；　　④运行安全可靠。由于薄膜一旦击穿，击穿点可靠短路，避免发生由于纸介质击穿碳化造成击穿点接触不良而反复放电造成电容器爆裂的严重故障。　　由于全膜电容器的显著特点，因此，一出现就得到了的推广应用，产品也得到了不断的发展。目前，先进国家的全膜电容器的设计场强已达到了80

3、MV／m，比特性已达到了0．1kg／kvar。我国的制造企业也正在努力研究、提高全膜电容器的技术水平。　　本文就主要影响全膜电容器技术水平的三个主要因素，介质材料、结构、工艺进行简要分析。2　介质材料　　全膜电容器的固体介质材料是聚丙烯薄膜，液体介质材料是芳香烃类的混合油，目前大多数企业使用苄基甲苯、苯基乙苯基乙烷，也有少数企业用二芳基乙烷。2．1　聚丙烯薄膜　　聚丙烯薄膜最早由GE公司在20世纪70年代初应用在电容器上，而且GE公司首创了电力电容器用聚丙烯薄膜生产技术（管膜法）。此后，西欧出现了平膜法生产技术。目前，我国引进了10多条管膜法和平膜法生产线，可以生产粗化膜（单面粗化和双面粗化）

4、和光膜（主要用于自愈式电容器），薄膜厚度最小可达4μm，全膜电容器所用的膜厚通常在10μm以上。　　经过20多年的发展，国产的聚丙烯薄膜性能与先进国家的已经处于同一水平上，无论是电性能、机械性能还是工艺性能都基本接近，有的性能甚至超过先进国家的水平。以国内电容器生产企业常用的15μm厚的粗化膜为例，国产膜与进口膜性能比较列于表1。　　　　随着全膜电容器技术水平的提高，厚度薄的聚丙烯薄膜的应用越来越大，例如12μm及以下的薄膜将占主导地位。厚度减少后，薄膜制造厂的质量控制难度将会增大，当然薄膜的性能稳定性也会受影响。从国家标准GB／T12802－1996《电容器用聚丙烯薄膜》的规定中可见，12μ

5、m膜的（元件法）直流介电强度中值比15μm的低20MV／m（6％），10μm膜的的比15μm膜的低30MV／m（10％）。更主要的是薄膜越薄，电弱点越多，接GB／T12802－1996的规定，12μm以上的薄膜电弱点≤0．5个／m2，而10μm的≤0．6个／m2。如果按2m2／kvar计算，则一台200kvar电容器可能会有多达200个的电弱点，即200个绝缘缺陷。对于高场强电容器，由于运行的场强提高了，选用更薄的薄膜，电容器的损坏几率也会提高。因此，聚丙烯薄膜的性能必须得到提高以后才能应用到更高电场强度（60MV／m以上）的全膜电容器。实际上，某些厂家薄膜的性能指标，比如介电强度和电弱点远高

6、于国标要求值，只是在质量稳定性上需加强控制，即可满足高场强电容器的要求。　　从试验的统计得出，降低粗糙度可有效提高薄膜的电气强度，减少电弱点。随着电容器生产工艺的提高和液体介质的发展，浸渍问题已经得到解决。因此，为了提高薄膜的介电强度和减少电弱点，应该使用单面粗化膜或粗糙度更小的薄膜生产高场强全膜电容器。即薄膜制造企业今后应重点控制介电强度和电弱点这两个指标。2．2　液体介质　　液体介质应渗透到电容器固体介质内的所有空隙，消除产品内的残存气体，提高产品局放性能。因此，对液体介质的基本要求有三个方面：　　①介电强度高，一般要求达到60kV／2．5mm以上；　②析气性好，能够溶解和吸收更多气体；　

7、　③粘度低，能够充分浸渍和渗透聚丙烯薄膜。　　目前普遍使用的苄基甲苯、苯基乙苯基乙烷和二芳基乙烷都能满足以上要求，只是二芳基乙烷的粘度较高，低温性能稍差。　　如果用于生产高场强电容器时，液体介质中还必须加入添加剂，以提高液体介质的抗老化性能。3　结构　　全膜电容器主要有两种基本结构，一种是隐箔式结构（也叫引线片式结构，如图1a），另一种是凸箔式结构（如图1b）。　　为了改善电极的边缘电场畸变，非凸