自愈式电力电容器的制造工艺研究.doc

《自愈式电力电容器的制造工艺研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自愈式电力电容器的制造工艺研究.doc（31页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、自愈式电力电容器的制造工艺研究摘 要EHV（超高压）电力电子设备制造工艺水平，是衡量一个企业是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能不断领先于竞争者的重要指标依据。随着我国自愈式电力电容器市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发势必成为业内企业关注的焦点。了解国内外自愈式电力电容器生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。本文主要研究分析BKMJ系列自愈式电力电容器的制造工艺来说明制造工艺在电力电容器性能上的重要性。分析了电容器从选膜，卷绕方式，真空处理等环节在控制上所应该注意的问题。关键词：EHV，制造工艺，自愈式，电力电容器

2、The Research and Manufacturing processes of Self-healing Power CapacitorsABSTRCTEHV power electronic equipment manufacturing process, is a measure of whether a company has advanced, the availability of market competitiveness, it will keep ahead of competitors based on key indicators. As Chinas marke

3、t, self-healing power capacitors the rapid development of related core production technology enterprises and R & D will become the focus of the industry. Understanding of domestic self-healing power capacitor core technology R & D trends in production, process equipment， technology applications and

4、trends in product specifications for the enterprises to enhance and improve the market competitiveness is critical. In this paper, analysis BKMJ Series self-healing power capacitors the manufacturing process to illustrate the performance of manufacturing processes on the importance of power capacito

5、rs. Analysis of the capacitor from the choice of film, winding way, the vacuum treatment in the control on the part of the problem should be noted.KEYWORDS: EHV, manufacturing processes, self-healing, power capacitors目 录摘 要IABSTRCTII1 绪论11.1 自愈式电力电容器的发展现状11.2 电容的制造工艺发展21.3 我国电力电容器制造行业的发展21.4 本章小结42

6、自愈式电力电容器简介52.1 自愈式电力电容器定义52.2 自愈式电力电容器的特点52.3 电力系统中电容器的作用62.4 电力电容器的作用及运行原理62.4.1 电力电容器的作用62.4.2 电容器补偿装置的允许运行方式72.4.3 电容器补偿装置运行的基本要求：72.4.4 电力电容器的运行方式：82.5 自愈式低压并联电力电容器的分析92.5.1 自愈式低压并联电力电容器新旧工艺对比92.5.2 目前自愈式电力电容器制造工艺缺陷92.6 本章小结103 工艺原理及控制113.1 工艺简介113.2 电容器芯子卷制的原理及控制113.3 端面喷金的原理及控制163.4 芯子赋能原理173.

7、5 芯子端面引线焊接控制183.6 热处理的原理及选择193.7 真空浸油处理203.8 真空封装的原理及控制213.9 电容器的组装设计223.10 电容器成品测试233.11 产品安全要求233.12 本章总结244 总结与展望254.1 实践总结254.2 行业展望25致 谢26参考文献271 绪论1.1 自愈式电力电容器的发展现状随着电子信息产业的发展以及家电的普及，我国的电容器行业得到了空前发展，从数量上、质量上、服务上、满足了电子整机及家用电器发展的需要，并带动了相关的材料行业、设备行业、仪表行业的发展，现已成为全球电容器生产大国。从销售额来看，电容器的生产主要集中在日本、中国内地

8、和我国台湾地区，我国已成为全球电容器产品仅次于日本的生产大国。从数量来看，自改革开放以来，日本、韩国及我国台湾地区将电容器制造业转向中国内地，世界电子信息整机制造业在中国内地设厂，跨国公司在中国内地采购，我国已成为世界上电容器生产大国和消费大国。国内市场整机生产所需的电容器有较大增长，我国越来越成为全球电容器消费的重要市场。电容器行业在2006年2010年期间存在较大的发展空间。电力电容器是一种重要的基础工业产品，他是电力系统并联无功补偿、串联补偿、谐波滤波装置的核心器件，主要由电容器组成的电容式电压互感器在高压电力系统的电能计量、电压测量、继电保护和自动控制等方面发挥着重要作用，储能和脉冲电

9、容器还在国防装备和科研试验中有着重要用途。改革开放30年来，我国的电力电容器制造业有了突飞猛进的发展，通过大量的科学研究实践活动和学习、消化吸收国外的先进技术，已经从根本上摆脱了大量进口国外产品的局面，逐步发展成为世界上的电容器生产国。随着改革开放的深入发展， 国际著名的电力电容器生产企业ABB公司、美国的库柏公司和日本的日新电机公司纷纷来我国建立合资公司， 这一方面增大了国内市场竞争的压力，同时也带来了先进的电力电容器制造技术，客观上促进了国产品牌电容器技术的发展。国产电容器发展的核心是介质材料的进步，固体介质经历了由电容器纸聚丙烯薄膜和纸复合全薄膜的发展过程，液体浸渍剂经历了矿物油硅油/烷

10、基苯二芳基乙烷卞基甲苯的发展过程，现在国产品牌电容器所用介质材料与国际先进水平的电容器所用材料是同类的。目前，国产电容器生产所用设备在国际上也属一流的，关键设备都是全自动的，生产环境的净化条件甚至比国外要求更高；目前国产电容器的技术性能与国外先进水平基本相当，但在经济指标上，除个别产品与国外先进水平比较接近外，大多数与国外先进水平有较大差距。电容器业必须适应新环境，新的电子信息整机、家用电器、通信设备等的不断出现，为电容器行业带来机遇，电容器企业应顺应市场变化，搞好市场运作，不断推出适应不同整机要求的产品，才能做强。1.2 电容的制造工艺发展大约1978年，制造电力电容器仍然使用包含PCB的介

11、质注入技术。后来人们发现，PCB是有毒的，这种有毒的气体在燃烧时会释放出来。这些电容器不再被允许使用并且必须处理，它们必须被送到处理特殊废料的焚化装置里或者深埋到安全的地方。包含PCB的电容器有大约30 W/kvar的功率损耗值。 电容器本身由镀金属纸板做成。由于这种电容被禁止使用，一种新的电容技术被开发出来。为了满足节能趋势的要求，发展低功耗电容器成为努力的目标。新的电容器是用干燥工艺或是用充入少量油( 植物油)的技术来生产的。现在用镀金属塑料薄膜（即金属化聚丙烯膜）代替镀金属纸板。因此新电容充分显示出了其环保的特性，并且功耗仅为0.3 W/kvar。这表明改进后使功耗降至原来的1/100。

12、目前低压电容器大多数都是金属化聚丙烯膜的，不同的产品的主要区别有以下几点：1) 连接方式ABB、NOKIAN（诺基亚）的低压电容器的结构与高压电容器相仿，采用的是内部多只电容器并联，然后放到一个钢制外壳中。施耐德的低压电容器为塑料外壳，每只容量较小，但是设计结构可以组合，外部并联。KBR、EPCOS、INPower、FRKAO等德国品牌，单只容量大，放置到铝罐中，单只电容器的同相中没有串联或并联。2) 绝缘方式ABB、NOKIAN（诺基亚）的低压电容器的箱体内填充的绝缘材料是蛭石。意大利DUCATI督凯提、部分国产电容器的内部填充的绝缘材料为矿物质油。EPCOS、Frako等为惰性气体。KBR

13、的电容器为环氧树脂浇筑加惰性气体。3) 场强的设计用一句大白话，就是在设计电容器时，用的膜越厚，电容器越安全，但是弊端就是体积大，成本高。容器的质量主要在使用上要注意通风和散热，注意电压要匹配，电容柜内元件要选择耐高温的元件。1.3 我国电力电容器制造行业的发展改革开放初期，我国电容器行业生产厂仅有30多家，所谓“定点企业”有18家，电力电容器综合产量为7.71106 kvar。到2008年，生产企业达到100多家(其中年产量1106 kvar以上规模的较大企业34家，中外合资企业4家，各类领头企业6家) ，电力电容器综合产量达3.1397108 kvar，综合产量为改革开放初期的40.7倍。

14、表1-1列出了各类电力电容器产品在各个发展阶段的年产量统计数据。表1-1 各类电力电容器产品年产量增长情况类型年份20081980199020002005壳式高压并联及滤波电容器/万kvar193430865424010802集合式及箱式电容器/万kvar-336914191141高压自愈式电容器/万kvar-513027低压箔式电容器/万kvar192993-低压自愈式电容器/万kvar-7636940757542电容式电压互感器/台13379852471377122139电容器全品种综合容量/万kvar771103961911334631397从表1-1可以看出：2008年与1980年相比

15、，壳式高压并联及滤波电容器产量增长到56倍；集合式及箱式电容器容量从零发展到1141万kvar；在低压并联电容器领域，先进的自愈式电容器完全取代了传统的箔式电容器。尤其是电容式电压互感器(CVT) ，则从发展初期的年产133台，逐步发展到成长期和成熟期， 目前年产量已达到22 139台，增长到166倍，应用范围覆盖到35 kV1000 kV电压等级，在110220 kV范围，市场占有率为80%以上，在3301000 kV的超高压和特高压领域市场占有率为100%，在我国电力系统的电能计量、电压测量、继电保护和自动控制等方面发挥着重要的作用。近年来，我国电力电容器制造业的工艺装备水平有了大幅度提升

16、，广泛采用了国际上最先进的全自动卷制机、全自动真空浸渍设备以及国际一流的电容器心子生产线，有的还采用了机器人焊接箱壳、机器人喷漆等先进设备和工艺，使电容器的质量水平有了明显提高。过去多年困扰着制造企业和用户的老大难问题电容器的渗漏油问题得到了基本解决。国内企业的工艺装备总体上说已达到了国际一流水平，这一方面是市场竞争的促进作用，同时也有中外合资企业的带动作用。电容器制造装备的进步也带动了国内相关机械制造业的发展，我国电力电容器行业走过了大量从国外进口设备到广泛采用具有同样技术水平的国产设备的路子。过去，制造厂仅提供电容器单元散件，由用户组装成套；现在，电容器制造企业提供的是整体解决方案、完整成

17、套产品和全过程的技术服务。1.4 本章小结在了解了自愈式电力电容器在国际国内的大概情况后明显发现感觉到我们的不足，况且能源是国民经济的基础，国内外经济与社会发展的历史充分说明，能源与国民经济的发展存在着极为密切的关系。我们只有在充分利用了我们目前所拥有的资源，然后再去创造出更多的财富，这样我们才能走的更高更远，而电力电容器在电力行业的作用是无可替代的，用电力电容器来提高电能质量这是一条不可逾越的路。2 自愈式电力电容器简介2.1 自愈式电力电容器定义自愈式电容器采用单层聚丙烯膜做为介质，表面蒸镀了一层薄金属作为导电电极。当施加过高的电压时，聚丙烯膜电弱点被击穿，击穿点阻抗明显降低，流过的电流密

18、度急剧增大，使金属化镀层产生高热，击穿点周围的金属导体迅速蒸发逸散，形成金属镀层空白区，击穿点自动恢复绝缘。 因此，这种可以自动恢复的电容，即称为所谓自愈式电容器。2.2 自愈式电力电容器的特点多年来，低压侧的无功补偿，大量采用油浸纸介电容器。这种电容器体积大、损耗高、成本高，而且爆炸、鼓肚、漏油现象严重，已远远不能适应电网发展的要求。近年来发展起来的自愈式低压并联电力电容器，是以电工级的聚丙烯膜为介质，单面蒸镀一层金属膜为极板，采用无感卷绕法形成元件，在其两端面喷涂金属，将极板引出作为电极。元件是电容器的主体，也是电容器的关键。根据容量的要求，将一定数量的元件用导线组合起来，经过绝缘处理，加

19、装防爆装置后，置于一个壳体中，再经过一定的工艺加工就成为单台的电容器。电容器应当有放电器件，当电容器从电源脱开后，它能在规定的时间内把电容器上剩余电压降低到零，以保证维护人员的人身安全和防止重复投切时电压叠加造成电容器过电压。 自愈式低压并联电力电容器尽管有自愈功能，比较安全可靠，但仍存在自愈失败的情况，造成元件绝缘水平降低，甚至短接，产生鼓肚、爆裂等个别情况。为解决这一现象，不同厂家采用了不同的防爆措施。1) 压差防爆装置 当电容器的某一元件绝缘程度下降时，必然产生超常热量，内压增大，使电容器外壳变形，膨胀，机械位移把防爆片(线)拉断。由于电源通过防爆片与电容器元件相接，防爆片断开等于电源脱

20、开，防爆效果决定于防爆片的设计、安装位置和电容器的密封性等。防爆预防措施是必要的，最重要的是提高电容器元件的可靠性。一般厂家都非常重视材料的选择和工艺条件的控制。缺乏优良的原材料和严格的工艺控制，是生产不出优良的成品电容器的。2) 安全膜 把金属化薄膜蒸镀成网状结构，即把电容器元件的容量划分成相当数量的小电容的并联。每个小电容蒸镀成具有电流保险的结构，在电容器元件的某一个小电容电弱处自愈失败时，该小电容电流保险熔断，推出运行， 而整个元件容量下降甚微。3) 温度电流型保险 电容器由多个电容器元件组合而成，如果每个元件设置温度电流保险器件，当某一个元件由于自愈失败时绝缘下降，甚至短接时，会产生过

21、热电流，促成温度电流保险动作，该元件即刻退出运行，而整台电容器仍可继续正常运行，只是电容量有少量下降而已。2.3 电力系统中电容器的作用电力电容器是一种无功补偿装置。电力系统的负荷和供电设备如电动机、变压器、互感器等，除了消耗有功电力以外，还要“吸收”无功电力。如果这些无功电力都由发电机供给，必将影响它的有功出力，不但不经济，而且会造成电压质量低劣，影响用户使用。 电容器在交流电压作用下能“发”无功电力(电容电流)，如果把电容器并接在负荷(如电动机)或供电设备(如变压器)上运行，那么，负荷或供电设备要“吸收” 的无功电力， 正好由电容器“发出”的无功电力供给，这就是并联补偿。并联补偿减少了线路

22、能量损耗，可改善电压质量，提高功率因数，提高系统供电能力。如果把电容器串联在线路上，补偿线路电抗，改变线路参数，这就是串联补偿。串联补偿可以减少线路电压损失，提高线路末端电压水平，减少电网的功率损失和电能损失，提高输电能力。 电力电容器包括移相电容器、电热电容器、均压电容器、藕合电容器、脉冲电容器等。移相电容器主要用于补偿无功功率，以提高系统的功率因数；电热电容器主要用于提高中频电力系统的功率因数；均压电容器一般并联在断路器的断口上作均压用；藕合电容器主要用于电力送电线路的通信、测量、控制、保护；脉冲电容器主要用于脉冲电路及直流高压整流滤波。 随着国民经济的发展，负荷日益增多，供电容量扩大，无

23、功补偿工作必须相应跟上去。用电容器作为无功补偿时，投资少，损耗小，便于分散安装，使用较广。当然，由于系统稳定的要求，必须配备一定比例的调相机。2.4 电力电容器的作用及运行原理2.4.1 电力电容器的作用1) 串联电容器的作用 串联电容器串接在线路中，其作用如下：a) 提高线路末端电压。串接在线路中的电容器，利用其容抗XC补偿线路的感抗XL，使线路的电压降落减少，从而提高线路末端(受电端)的电压，一般可将线路末端电压最大可提高10%20%。b) 降低受电端电压波动。当线路受电端接有变化很大的冲击负荷(如电弧炉、电焊机、电气轨道等)时，串联电容器能消除电压的剧烈波动。这是因为串联电容器在线路中对

24、电压降落的补偿作用是随通过电容器的负荷而变化的，具有随负荷的变化而瞬时调节的性能，能自动维持负荷端(受电端)的电压值。 c) 提高线路输电能力。由于线路串入了电容器的补偿电抗XC，线路的电压降落和功率损耗减少，相应地提高了线路的输送容量。 d) 改善了系统潮流分布。在闭合网络中的某些线路上串接一些电容器，部分地改变了线路电抗，使电流按指定的线路流动，以达到功率经济分布的目的。 e) 提高系统的稳定性。线路串入电容器后，提高了线路的输电能力，这本身就提高了系统的静稳定。当线路故障被部分切除时(如双回路被切除一回、但回路单相接地切除一相)，系统等效电抗急剧增加，此时，将串联电容器进行强行补偿，即短

25、时强行改变电容器串、并联数量，临时增加容抗XC，使系统总的等效电抗减少，提高了输送的极限功率，从而提高系统的动稳定。 （2-1） 2) 并联电容器的作用并联电容器并联在系统的母线上，类似于系统母线上的一个容性负荷，它吸收系统的容性无功功率，这就相当于并联电容器向系统发出感性无功。因此，并联电容器能向系统提供感性无功功率，系统运行的功率因数，提高受电端母线的电压水平，同时，它减少了线路上感性无功的输送，减少了电压和功率损耗，因而提高了线路的输电能力。2.4.2 电容器补偿装置的允许运行方式 电容器的正常运行状态是指在额定条件下，在额定参数允许的范围内，电容器能连续运行，且无任何异常现象。 2.4

26、.3 电容器补偿装置运行的基本要求： 1) 三相电容器各相的容量应相等； 2) 电容器应在额定电压和额定电流下运行，其变化应在允许范围内； 3) 电容器室内应保持通风良好，运行温度不超过允许值；4) 电容器不可带残留电荷合闸，如在运行中发生掉闸，拉闸或合闸一次未成，必须经过充分放电后，方可合闸；对有放电电压互感器的电容器，可在断开5min后进行闸。运行中投切电容器组的间隔时间为15min。 2.4.4 电力电容器的运行方式： 1) 允许运行电压并联电容器装置应在额定电压下运行，一般不宜超过额定电压的1.05倍，最高运行电压不用超过额定电压的1.1倍。母线超过1.1倍额定电压时，电容器应停用。

27、表2-1 使用中的允许电压水平类型电压因素Un（方均根值）最大持续时间说明工频1.00连续电容器运行任何期间内的最高平均值。工频1.10每24h中8h系统电压调整和波动工频1.15每24h中30min系统电压调整和波动工频1.205min轻负荷下电压升高工频1.301min工频加谐波使电流不超过1.43IN2) 允许运行电流正常运行时，电容器应在额定电流下运行，最大运行电流不得超过额定电流的1.3倍，三相电流差不超过5%。 3) 允许运行温度正常运行时，其周围额定环境温度为+40-25，电容器的外壳温度应不超过55。电力电容器分为串联电容器和并联电容器，它们都改善电力系统的电压质量和提高输电线

28、路的输电能力，是电力系统的重要设备。 线路串入电容器后，提高了线路的输电能力，这本身就提高了系统的静稳定。当线路故障被部分切除时(如双回路被切除一回、但回路单相接地切除一相)，系统等效电抗急剧增加，此时，将串联电容器进行强行补偿，即短时强行改变电容器串、并联数量，临时增加容抗XC，使系统总的等效电抗减少，提高了输送的极限功： （2-2）按照以上去操作就可以提高系统的动稳定。并联电容器并联在系统的母线上，类似于系统母线上的一个容性负荷，它吸收系统的容性无功功率，这就相当于并联电容器向系统发出感性无功。因此，并联电容器能向系统提供感性无功功率，系统运行的功率因数，提高受电端母线的电压水平，同时，它

29、减少了线路上感性无功的输送，减少了电压和功率损耗，因而提高了线路的输电能力。 电容器补偿装置的允许运行方式电容器的正常运行状态是指在额定条件下，在额定参数允许的范围内，电容器能连续运行，且无任何异常现象。2.5 自愈式低压并联电力电容器的分析2.5.1 自愈式低压并联电力电容器新旧工艺对比 由于目前低压电网中有大量变频器、逆变器、脉冲负载投入使用以及无功补偿方式的多样化，使得现有制造水平情况下的产品已不能满足市场发展的需求，必须开发一种新式结构的低压电容器，其应具有更高的可靠性、更长的使用寿命。国外的低压电容器已属于成熟阶段，ABB公司、NOKIAN公司在自愈式低压电容器方面有着先进的制造工艺

30、与运行经验，且产品质量比较稳定。1) 老式电容器性能不良原因分析通过多年的制造与运行经验，现对影响老式BSMJ系列电容器性能的不良因素进行分析，总结出以下几点：a) 散热性能不理想。由于外绝缘要求，心子由电缆纸包裹，从而导致较低的热传递系数，而散热性能差是电容器加速老化的一个重要因素。b) 内部保护方式不理想。一般采用整台压力保护，即在电容器壳体两个大面内部焊接拉力保险片，这就要求壳体有很好的密封性，且壳体材质不能太硬，否则拉力保险片不能动作。保险片动作时壳体会变形，还需要求壳体在变形时不能开裂，否则会造成半固体或液体浸渍剂渗漏，对环境造成污染。并且在电容器容量较大时，会因为其中某个元件的损坏

31、而导致整台电容器损坏，使事故扩大化。2) 新式电容器结构及其特点BKMJ系列自愈式低压电容器的开发设计，并非建立在老式结构的基础之上，而是重新进行开发设计，以全新的结构方式来改善电容器的性能，克服以往制造中的不良因素。随着电力负荷的增加，必然要求电网系统利用率的提高。因为无功电流占用部分有效电力传输容量，增加电力传输的损耗，所以尽可能地缩短无功的产生和无功用户之间的距离就十分重要，这样可以增加输送有功电力的能力，减少能量损耗，提高输送电力的质量。 电厂发出的电功率里面包括两种，一种是无功功率另外一种便是无功功率。连接到电网中的大多数电器不仅需要有功功率，还需要一定的无功功率，电机和变压器中的磁

32、场靠无功电流维持，输电线中的电感也消耗无功，电抗器、荧光灯等所有感性电路全部需要一定的无功功率。 为减少电力输送中的损耗，提高电力输送的容量和质量，必须进行无功功率的补偿。2.5.2 目前自愈式电力电容器制造工艺缺陷 我国采用了同样国际一流的先进设备和相近的制造工艺，为什么国内许多企业生产的电容器比特性落后30%左右？ 可能有两种不同的回答：一是电容器制造所用材料不同，人家用的是进口薄膜，我们用的是国产薄膜；二是管理上有差距，我们在实际生产过程质量控制上有薄弱环节。决定性的因素是什么，各有各的见解，目前在行业内并没有统一的看法。现在只是试图在这里谈一些实习期间自己从眼观和自己工厂师傅的教导中得

33、到的粗浅看法与大家共同探讨。从直观来说，制造工艺不会改变电容器的结构和比特性。但他会直接影响产品质量，反馈过来影响电容器设计场强的选择和结构小型化。虽然产品工艺大体与国际先进水平相近，但是否存在薄弱环节，需要我们仔细查找。比如：1) 虽然卷制间的净化设备条件比国外好，温湿度要求也很严格，但执行上可能有漏洞。薄膜和铝箔材料上可能带有很多灰尘、车间管理不严可能使外界灰尘侵入、盛夏和严冬季节车间湿度能否保证在要求范围内都是需要考虑的。2) 电容器干元件耐压试验电压值选择是否合适，能否起到有效筛选出薄弱元件的作用。3) 真空浸渍过程能否确保温度均匀、注满油。4) 出厂试验对产品质量把关是否严肃、严格、

34、严密，有无因生产任务紧而放松要求的情况发生，对个别返修品的出厂检验程序上有无漏洞。2.6 本章小结从各种渠道了解了低压自愈式电力电容器的理论知识，让意识建立在理论的基础上，用理论去指导工作中的各种实践。3 工艺原理及控制3.1 工艺简介介质材料为金属化聚丙烯薄膜，普遍采用自动卷制机进行元件卷制。有的浸渍电容器蜡，有的浸渍菜籽油，比较先进的是真空下经硅油浸渍后再环氧封装。常规单台容量为30 kvar，最大到60 kvar。目前，国内技术总体上与国外先进技术水平还有一定差距，各制造企业一方面正在努力提高电容器的产品质量，同时也在与补偿装置和配套件制造单位合作，力求完善控制和保护功能，以适应广大用户

35、投切频繁、电网谐波含量高等日益严酷的使用条件，确保产品运行可靠。自愈式电容器以金属化薄膜为主要电介质材料，通过高速卷绕机，将薄膜卷绕成圆柱状，以两个圆柱面作为电极引出。下面我就 BKMJ0.4-30-3 这一种型号的电容器整个的制作过程来做分析说明：它的生产制造大致分为以下几个部分： 图3-1 电容器制作工艺流程3.2 电容器芯子卷制的原理及控制 图3-2 电容元件卷制原理图 自愈式电容器以金属化薄膜为主要电介质材料，通过高速卷绕机，将薄膜卷绕成圆柱状，以两个圆柱面作为电极引出。金属化膜是电容器生产的关键原材料。目前一般生产自愈式低压并联电力电容器使用Al金属化聚丙烯膜、Zn-Al(或Ag-Z

36、n)聚丙烯金属化膜。1) 铝金属化膜和锌铝金属化膜的区别 在镀膜技术中，因铝膜生产成本低，对环境的适应性强，常温常湿自然条件下，可以存放较长时间而保持导电性不变，自愈性能较好，便于保管和操作，因而得到广泛应用。金属化电容器最突出的一个特点是具有良好的自愈性，就是说当其介质的电弱处被击穿后，由于短路产生的高能量使击穿附近的金属镀层迅速逸散形成空白区，重新恢复绝缘。这一特性要求金属化膜具有较薄的镀层。但在金属化的电容器中，金属镀层是作为极板使用的，从金属导电原理出发，又要求金属镀层越厚越好，这样电容器才能承受大电流的冲击。其喷金材料只能是Al、Zn或其合金，不同种类的金属在电场的作用下，接触面的电

37、化学腐蚀是存在的，加上镀层，喷金面接触不良，造成耐电流冲击能力差。同时铝膜电容器在运行中由于热电效应，镀层极易腐蚀脱落，导致容量下降，损耗增大、发热等。 蒸镀采用边缘加厚技术，极板部分方阻比较大，喷金接触部分方阻小，这就解决了自愈性和抗大电流冲击的矛盾。而喷金材料采用和极板相同的Zn，不存在电化学腐蚀现象。真空镀膜的损伤程度也小。 因而ZnAl金属化膜电容器的性能稳定，具有容量下降率小，耐冲击能力强，使用寿命长等特性。 但是ZnAl膜允许在空气中暴露的时间短，镀层容易氧化，工艺要求比较严格，处理不当，会在电热的作用下，损耗增大，影响其使用寿命。自愈是金属化电容器特有的优点但在制造过程中出现连续

38、性自愈，会导致制品出现外形膨胀，耐电压低，赋能过程脉冲电流急剧增加，连续飞弧，打火等现象。根据自愈机理，下面分析外加电压、外加压力与自愈的关系，从而改进设计，有助于生产过程中的工艺控制及提高产品可靠性。金属化有机薄膜电容器在外加电压作用下，在金属化膜的薄弱区(如疵点、孔洞等)产生介质电击穿。在击穿处周围出现金属电卡及层消失，形成绝缘区，使电容器继续保持功能，这就是自愈。从我们解剖的产品看，自愈处的直径为0.5mm左右，如果连续发生自愈，直径达1mm。施加的电压越高，自愈能量越人，从而造成的自愈面积越大。当任何一层介质击穿不能使故障区与其他部分完全隔开时，原击穿点周围电能转化为热能，引起大量低阻

39、短路区出现连续性自愈。2) 外加电压与自愈的关系自愈时所释放的能量可以通过测试自愈时的脉冲电流以及转换成自愈过程中的能量E来表征，根据美国物理学家的推导结论得关系式：EV （3-1）由此可见自愈能量E与所加电压 存在急剧变化关系，其电压的正确选择直接影响制品的可靠性。制品两端所施加的电压与连续性自愈的实验结果见表3-1。 表3-1自愈的实验结果材料厚度（m）施加电压 V介质击穿平均层数同步位连续击穿点平均数660024486800366l2从表3-1可以看出，同样的介质，施加不同的外加电压，其击穿的厚度及连续性击穿点的数量均不同，电压越高，击穿的厚度越厚，连续性击穿点越多，制品越容易失效。因此

40、，在制造电容器的过程中，要正确选择老练电压，既要清除制品的薄弱点，又不能造成连续性自愈而使制品失效。3) 电极厚度与自愈的关系我们在电容器的制造过程及工艺试验中发现，制品的失效与电极厚度密切相关。当外加电压及介质厚度不变的情况下，电极厚度选择不当易造成电容量的大大下降，损耗急剧增加以及大量短路失效发生。根据美国物理学家的推导，能量E与电极厚度d的平方成正比关系，其关系式为： Ed2 （3-2）上式表明电极厚度越厚，电极电阻率越低，自愈能量越高，反之电极厚度越薄，电极电阻率越高自愈能量越低。图3-3为加速寿命试验时，短路失效与表面方阻尺s的关系曲线。图3-3 短路失效与方阻的关系从图3-3中可以

41、看出短路失效随方阻Rs的增加而急剧下降。也就是说，表面镀层愈薄，愈易造成电容量的急剧下降，从而出现电容器的失效。另外，电极电阻率的增加也大大降低了短路失效的出现并延长了电容器的寿命。也就是说，表面镀层越薄，越利于电容器正极限温度下的寿命能力，减少了出现低阻短路的发生。因此，在设计电容器时应根据不同的要求，正确选择适当的电极厚度，从而利于电容器可靠性的提高。通常直流电容器中，中低压产品的电极方阻选择，根据不同的使用情况及不同的材料，可参照表3-2选择。对于金属化ZnAI膜及安全膜应根据适当需要，其金属化电极的厚度当另行选择。电极的方阻选择见表3-2：表3-2 电极的方阻选择（mF）材料用于直流用

42、于交流金属化聚酯膜1.5324金属化聚丙烯膜23.52.554) 层间压力与内愈的关系我们存制造过程中还发现，制品的自愈不仅取决于电容器进行自愈时投入到击穿区域的能量，而且与自愈所发生的层间压力有关。我们在分忻失效制品时发现，自愈往往发生在外层低压层，自愈过程释放的能量往往引起产品变形而鼓胀，而内层由于压力的增加自愈发生的几率大大减少。而且内层是以热量无法消散而发热击穿，从而引发低阻短路。因此，为使层间压力大而均匀对于扁型卷绕型芯子，应采取薄而宽的结构，可避免或减少低阻短路的发生。表3-3 不同结构的产品的废品生慨率规格材料厚度（mm）屏带宽度（mm）外加压力（MPa）外形尺寸（mm）外形废品

43、率（%）400V-2.2mF51.52.53291320400V-2.2mF51.52.5326.5171卷制是自于是电力电容器制造中的重中之重，一定要处理很好才能对整体有一个良好的开端。我们在生产制造电容器的过程中。由于影响制品电性能的因素很多，往往在制造工艺的控制及工艺方法的选择上会对电容器的电性能变化起决定性的作用。因此设计电容器时，我们在正确选取介质场强，产品内外部结构，主要结构材料，电容器发热等因素的同时，还必须考虑制造工艺的可靠性设计。尽量减少造成大量自愈点的出现及大量低阻短路的发生。因此，必须注意以下几点：a) 正确选择有机介质材料及介质场强，对于聚酯膜，一般用于直流电容器。对于

44、聚丙烯膜，一般用于交流及低损耗的直流电容器。其场强一般选择在5060 V/mm，同时正确选择金属化膜的屏带宽度及产品的内部结构，提高可靠性设计。b) 为防止引发自愈大量发生的灰尘、杂质等的进入，应严格控制金属化膜的蒸发环境及蒸发工艺，并妥善保存已金属化的膜及已切割的条料膜。c) 为避免自愈时大量能量的释放，对金属化膜在切割时便同时赋能，以减少制造电容器时的电击穿、连续性自愈以及自愈而引发的热击穿的发生慨率。d) 正确选择老练电压及老练方式，即起到清除疵点、孔洞的目的，又不会出现大面积自愈点，并同时能达到提高可靠性的目的。e) 正确选择卷绕型产品的外形以及热处理温度、时问，以期达到完全定型的目的

45、，并且对于扁形卷绕型产品，采用薄而宽的结构，以使内部芯子的层间压力大而均匀，减少低阻短路的发生概率。f) 对于ZnAI金属化有机薄膜电容器还应严格控制生产周期，尤其是热处理前后的生产周期，以防止锌氧化而影响电容器的电性能。g) 在制造过程中采取以下可靠性工艺：对元件进行电压赋能，以消除产品中的自愈点，避免产品的连续性自愈，提高产品的绝缘电阻及可靠性。对成品进行温度冲击，以清除接触损耗过大的产品，使其早期失效，提高产品的可靠性； 对成品进行电压及温度筛选，剔除早期失效产品从而提高产品的可靠性。5) 卷制的控制：a) 卷绕室尽量使用有温度、湿度、洁净度控制的净化间，其温度避免剧烈变化，温差10，湿度50，洁净度10000级，防止金属化膜发生氧化和尘埃粒子的污染。 b) 卷绕时尽量采用具有耐高温特点的塑料芯轴，防止电容器在热处理时产生收缩对芯轴造成挤压，会使电容器容量受到损失并过早老化。 c) 卷绕张力为0.50.7膜厚(m)膜宽(mm)0.0098(N)6) 卷制结论自愈是影响金属化有机薄膜电容器生产工艺控制及性能的重要因素，正确掌握并运用自愈，能有效控制生产工艺，提高电容器的可靠性。反之，则会造成制品性能的下降，废品半增加，可靠性降低。因此，正确掌握产生自愈及影响自愈的因素。合理控制外加压力、外加电压、正确选择金属化膜的方阻等，将利于电容器可靠