低压自愈式电容器寿命相关说明

低压自愈式电容器寿命相关说明

1、电容器的发展

（1）材质

材质上现在都用双轴定向拉伸聚丙烯薄膜，它在电力电容器上的应用已有40年的历史了，目前还没有新的、更好的材料可以替代。从薄膜加工的方法来分，有管膜法和平膜法两种。普遍认为管膜密度较高、机械性能好、耐电强度高、厚度均匀性稍差;平膜生产效率高、厚度均匀性好、耐电强度高。在应用效果上两者并无明显差别，只是各电容器制造企业习惯上的选择，ABB用过管膜也用过平膜，COOPER和GE一直用管膜。生产管膜的都是老设备，新设备都是生产平膜的，看来平膜可能是今后的发展趋势。值得注意的是，国外通常采用质量密度法测量薄膜的厚度，国内则用千分尺法厚度。

薄膜的质量是至关重要的，包括聚丙烯树脂粒子来源、生产环境条件和整个生产过程管理等方面都要严格加以控制。据说控制薄膜中氯离子含量(不大于5×10-6)十分重要，在电容器心子材料中也要避免采用含氯化合物(如聚氯乙烯等)，氯离子含量过高就会使电容器在运行中的耐电强度降低。

（2）工艺发展

直到大约1978 年，制造电力电容器仍然使用包含PCB 的介质注入技术。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。

这些电容器是根据常规电网条件而开发的。在能源危机的过程中，人们开始相控技术的研究。相位控制的结果是导致电网的污染和许多到现在才搞清楚的故障。

由于前一代电容器存在一个很高的自电感（所以功耗情况很差，达到现在的100 倍），高频的电流和电压(谐波) 不能被吸收，而新的电容器则会更多地吸收谐波。

因此存在这种可能，即，新、旧电容器工作在相同的母线上时会表现出运行状况和寿命预期的很大差异，由于上述原因有可能新电容器将在更短的时间内损坏。

我们向市场提供的电力电容器是专门为用于补偿系统中而开发的。电网条件已经发生急剧的变化，选择正确的电容器技术越来越重要。

电力电容器的使用寿命取决于以下因素：

--过载情况下的连续工作时间

--环境温度及相应的箱壳温度

--最大有效电流及相应的箱壳温度

--最大电压及其持续时间

各要素所计算出来的使用寿命是对标称工作条件而言，若需强调的因素少于以上IEC 60831所列出的参数，那么电容器具有较长使用寿命，相应的，当超过允许的参数时，寿命会缩短而故障率增加。

我们配电系统中的谐波负载在持续增长。在可预知的将来，可能只有组合电抗类型的补偿系统会适合使用。

很多供电公司已经规定只能安装带电抗的补偿系统。其它公司必须遵循他们的规定。

如果一个用户决定继续使用无电抗的补偿系统，他起码应该选用更高额定电压的电容器。这种电容器能够耐受较高的谐波负载，但是不能避免谐振事故。

2、电容器技术

MKP( MKK，MKF) 电容器：这项技术是在聚丙烯薄膜上直接镀金属。其尺寸小于用MPP技术的电容器。因为对生产过程较低的要求，其制造和原料成本比MPP 技术要相对地低很多。MKP 是最普遍的电容器技术，并且由于小型化设计和电介质的能力，它具有更多的优点。

3、温度对电容器寿命的影响

符合标准IEC 60831的电容器温度等级

电容器的平均有效寿命与其工作的环境温度有着非常大的关系。允许的工作温度是由温度的等级来定义，每一级都是由一个数字后跟一个字母来表示，包含最低温度限制(-40℃：所有瑞德曼电容器通用)和一个代表最高温度限制的字母。如-40/D，数字表示电

容器可工作的最低环境温度，字母表示工作温度的上限。下边的图表详细的列出电容器允许的最高环境温度，每个温度的种类是根据IEC 60831制定。

注意：不遵守此用法说明，会导致严重的工作寿命减短和电容器故障，更严重时，可能会由于安全装置故障而导致爆炸甚至失火的情形。

4、安装地点与散热

电容器的使用寿命受温度影响很大，假如电容器的使用在极度的温度中，其有效寿命会极大的降低。对电容器进行适当的冷却，确保不超过最大的允许温度，否则使用寿命就会缩短（超出允许温度7℃时，电容器寿命减半）。每只电容器的标签上均列有该电容器的适用温度等级（B，C，D），用户应保证应用的环境温度在此范围之内。大容量电容器要特別注意内部的热平衡，其仅需要几个小时就会达到限制的温度。

电容器运行时自身是有损耗的，所以会发热，如果环境温度较高，电容器自身产生的热量无法通过正常的途径散发出去，就会使金属化聚丙烯薄膜的绝缘性能下降，从而降低耐压能力，最后导致击穿失效。

在布线时，要确保电容器不受相邻元件（电抗器、母线排等）发热的影响。对于紧凑式设计，最好采用强制冷却，此外最好不要把电容器安放于电抗器的正上方。超过规定温度限制会导致电容器内部安全机制停止工作。

为防止电容器过热，电容器应置于凉爽及通风的地方并远离其他散热元件。我们建议带有电抗器的系统强制冷却（风扇）效果最好。如果有充分的空气流通而且电容器的间距至少有20mm，那么自然冷却就足够了。否则，在通风不太好的情况下需要强制冷却（风扇），将温度调整至最大容许环境温度之内。请勿直接将电容器放置在诸如电抗器、铜排等发热部件的旁边或上面。

5、电容器结构

（1）介质和电极

采用金属化聚丙烯薄膜作介质。电极非常薄(0.01μm)，类似“压扁的熔丝”，介质击穿后，在击穿点附近远小于1cm2的范围内电极烧熔蒸发，绝缘性能自愈恢复，仅有微小的电容损失。

金属化膜上的电极具有网格式结构，即所谓“安全膜”。电极被分割成许多切块(尺寸大约1cm2)，通过电流门互相连接，就相当于熔丝连接，参见图1。

图1 干式电容器用网格式金属化膜

外形为圆筒状，高度随额定电压的提高而增加。圆筒状外形、没有尖角、电场均匀，同时也有利于散热，必要时，还可采用强迫空气通过电容器内部通孔的方法来加强冷却。

电容器元件采用内串结构，同时利用元件的相互串联叠装方式达到所要求的电压等级。针对典型寿命15年的要求，进行了加速老化设计试验。试验过程中监测电容变化，根据电容损失随时间的变化，可精确、快速给出电容器性能的预测。

电容器采用高真空热定型处理后注入特殊气体，气体密度跟大气压相近，自身不会产生压力。运行安全可靠，电容器内部充入气体减少电容器的介质损耗，从而提高电容器的电气性能。

特殊的高真空技术和有源元件的长时间干燥除湿过程后,电容器被灌入特殊绝缘气体.壳内充满保护气体并加以密封处理,然后进行严格的气体防漏测试.此生产过程避免氧化局部放电(电晕放电),提高电容器的长期稳定性.由于内部灌入的气体,电容器可立放或横放,便于安装。

6、放电

电容器被再次接入前，必须将电压放电至额定电压的10%以下。因此，我们提供特殊的放电模块，针对使用的额定电压和所需的放电时间提供不同的选择。这样可以防止放电脉冲对PFC系统中的电容器使用寿命的影响，并防止电路震荡。根据IEC60831标准，