(1)元件是用单层介质经紧密绕卷而成,然后在用热处理工艺,使薄膜收缩以提高元件的紧密度,其目的是尽可能排除极板间的空气与水分,并防止在喷金时造成短路,这方法不可能全部驱除空气。
(2)为了保证元件端头喷金与极板接触良好,元件的结构采用错位卷绕,我们公司错位为1mm.所以端头两层薄膜间空隙存在空气。
(3)即使采用真空浸渍,元件内部的空气不能全部排除,绝缘油也不能浸入,只能改善元件端部的场强。
对于铝金属化膜来说,在电场的电化学作用下,由于存在空气和水份,极板会氧化而生成透明Al203圆点和极板边缘侵蚀。Al203是不导电的绝缘体,从而减少了极板面积。
文献[5]对铝金属化膜在局部放电作用下,发生极板边缘的损坏现象进行了试验研究,他们在试验中观察到在非金属化膜和金属化膜接触区域由于空气隙的存在,引起的干涉图象,空气隙的位置跟金属化局部破坏区域相吻合。说明金属化层破坏过程跟在局部放电时的氧化有关。他们认为,边缘破坏首先是由它的气体放电产生的离子轰击引起的,在有足够数量的氧气存在时,离子轰击导致极板边缘等离子化学的氧化过程。
在电容器频繁投切而产生的过电压作用下,电容器的局部放电不断得到激发而加剧,其结果必然对绝缘介质的老化和电容量的衰减起促进作用。
3 冲击过电流对自愈式并联电容器的影响
3.1 使喷金层与金属化层的接触状况变坏,甚至出现喷金层脱落。

图5是自愈式电容器的元件端部喷金示意图,由图可知,端部喷金是 作为电极引出的。由于 金属化层很薄,一般仅0.02μm左右,喷金层也不厚,例如我们公司控制在0.5~0.8mm,所以它们之间的接触仍很薄弱,若工艺中不注意,就容易造成接触不良。
电容器元件端部喷金层的脱落,是造成电容器在运行中损坏的主要原因之一。而喷金层的脱落,一般认为与冲击大电流有关。
为了更好地了解是什么原因导致电极端部喷金层的脱落,文献[6]介绍了一些试验 情况。
(1)对两组元件(每组100只)分别施加相同能量、但不同峰值和波形的电流脉冲,结果发现两 组元件的电极边缘的接触质量下降的程度是不同的,因此推断热应力不是造成接触下降的唯 一原因。
(2)对两组试品分别施加峰值相同、但能量不同的电流脉冲,结果发现它们的接触质量下降 情况十分相似,这说明喷金层和电极接触质量降低主要取决于电流脉冲的峰值而不是它们的 能量。
(3)通过透明的试验箱能看到当强电流通过元件时,电极边缘处产生放电,同时伴随着tgδ增加;放电现象发生后,产生了气泡,这些气体以小气泡的形式从喷金层的边缘部位冒出来 。展开受试元件,在电极与喷金层的接触面出现电蚀现象。因此,文献[6]认为电极与喷金层接触质量的降低主要与所加电流脉冲的峰值有关 。
我公司为检验喷金质量,在一组电容器旁,接入二台电容器,每隔3分钟投切一次,数月后 ,在1000z下测tgδ,发现有明显增加。
综上所述,冲击过电流对喷金层与金属化层的接触质量的损害是十分明显的。因此,必须限 制频繁投切电容器所产生的冲击过电流。
3.2 使电容器的tgδ增加,提高了运行温度,缩短使用寿命。
图6是自愈式电容器的简化等值电路,其中R是包括喷金层与金属化层的接触电阻、极板电阻 与引线电阻等在内的等值电阻。

在电容器频繁投入所产生的冲击电流不断作用下,喷金层与极 板的接触电阻随着接触质量逐渐下降而增大,由于tanδR=ωCR,因此电容器的tanδ总是相应增加,tanδ的增加,必然使电容器的温升增加,从而提高了内部元件的 运行温度。
电容器运行温度提高的后果是使用寿命缩短。自愈式电容器的绝缘介质聚丙烯薄膜是高分子 有机物,在电场与温度作用下,会逐步变质老化,直到完全失去其介电能力。工作温度越高 ,其老化速度就越快,使用寿命就越短。过去曾对油纸介质一直使用8度规则,即介质的工 作温度每升高8℃,其寿命就降低一半。美国通用电气公司通过研究,在1964年提出电容器 的使用寿命用下式表示。

式中:τ—使用寿命(年)
Q—介质工作温度(℃)
E—极间电场强度(V/μm)
K—常数
日本通过研究,得出热老化温度越高,寿命越短;在不同温度下,其寿命减半温升也不同 的结论。具体如表1所示。

4 小结与建议
4.1 以接触器为投切开关的低压电容无功补偿装置,不宜频繁进行电容器的投切。否则, 投切时所产生的过电压和冲击电流将对自愈式电容器造成危害,使容量下降,tgδ增大 及绝缘老化加速等,最终使电容器早期损坏。
4.2 建议适当延长投切时间间隔,实行循环投切,减少投切次数,使这满足GB/12747-1991的有关要求。
4.3 为限制冲击电流对喷金层与金属化层接触质量的损害,必须采取相应的技术措施,如 串入小电感或采用专用接触器等,建议将冲击电流的峰值限制在20In以内。
参考文献
[1]GB/12747-1991自愈式低电压并联电容器[S]
[2]江钧祥 保证并联电容器安全运行的电网谐波电压总畸变率[J]电力电容器,1993(1)
[3]龚家卿 局部放电也是检测金属化电容器的有效手段[A],电容器译文集[C]西安:电力电容器研究所
[4]沈文琪译 无油高压并联电容器小型化和大容量[A],电容器译文集[C]西安:电力电容器研究所
[5]李肇绎译 在局部放电作用下金属化膜电容器极板边缘的损坏[A],电容器译文集[C]西安:电力电容器研究所
[6]任强译 自愈式金属化聚丙烯薄膜电力电容器试验[C],电力电容器译文集[C]西安:电力电容器研究所