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80MV／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）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。


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，非凸出的铝箔电极边缘通常进行折边处理，尤其在凸箔式结构中普遍采用。由于隐箔式结构需要引线片引出电极，存在接触电阻和尖角，而且不适宜进行折边处理，因此，随着场强的提高，已逐渐淘汰，现基本采用凸箔式带折边的结构。
　　固体介质通常由两层或三层粗化的聚丙烯薄膜组成。介质的厚度对电极边缘的电场畸变有影响，因此在选择时要注意。
　　电极边缘的电场强度Ee可按下式计算：


式中：εm—固体介质相对介电常数；
εy—液体介质相对介电常数；
d—电极间距离；
δ—铝箔电极厚度；
E—均匀处的电场强度
　　从（1）式中可见，铝箔折边，相当于使δ增加一倍，因此，使边缘电场下降到折边前的（30%左右）。相反，如果选用较厚的聚丙烯薄膜或选用三层聚丙烯薄膜时，会使电极间的距离d增大，从而使边缘电场畸变加剧，不利于产品运行。
　　实际应用中，有的企业为了减少产品的串联数，提高了元件电压，在基本保持电场强度（E）不变的情况下，选择了较厚的薄膜或选择三层膜结构。理论和试验数据表明，这种结构的局部放电性能最差，实际的运行损坏情况也证明了这一点。另外，有的企业为了降低薄膜弱点重合的概率，选择三层膜结构；从理论上分析，三层膜结构确实可以减少弱点重合的概率，但三层膜结构势必要使用厚度更薄的薄膜，薄膜的性能（介电强度、电弱点）将会影响其效果，甚至适得其反。三层膜结构即使可以减少弱点重合概率，实际应用中还有一个因素必须考虑。在产品进行出厂耐压试验时，极间施加2．15U

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n的试验电压，如果三层膜中的一层存在电弱点时，所有电压加在另外两层膜上，以等厚的三层膜设计场强为55MV／m分析，其试验耐受场强由118MV／m只上升到177MV／m，而薄膜浸油后的击穿场强通常在200MV／m以上，即此台电容器有可能通过出厂试验而将隐患带到电网中。两膜结构时，若其中一层存在电弱点时，其试验耐受场强将上升到236MV／m，即出厂试验时就可将有弱点的产品挑出，而保证出厂产品的质量。实际应用中，三层膜结构的产品出厂合格率确实高于两膜结构，但其早期损坏率也高于两膜结构的产品。
　　无论是两层膜结构还是三层膜结构，最好选择厚度相同的薄膜。

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