金属化安全膜防爆电容器安全试验方法建议(1)

１９９７。
ＧＢ３６６７—１９９７标准中的安全试验方 法是针对机械防爆机构而制订的。方法 是对经过预处理的试品，将直流电压以 每分钟大约２００Ｖ的速度从零开始升高， 直到试品发生短路或ｌＯＵｎ，为止。然后 再对试品施加１．３Ｕｎ的交流电压。使已 被击穿短路产品的介质燃烧，产生大量 气体，使电容器内部压力升高，使过压力 保护机构动作切断电源达到防爆目的 （详见ＧＢ３６６７—１９９７）。这方法显然对以 微型保险为防爆机构的金属化安全膜防 爆电容器是不适合的。
论。
网格状结构极板单元为小方块，面 积约１平方厘米或更小一些。每个小方 块在四边的中部各有一个微型保险丝与 四周相邻的四个极板单元相连接。这种
２００３年电力电容器学术论文集
微型保险丝在每平方米的金属化极板面 积内约有近两万多个。就是这些成千上 万个微型保险丝代替了电容器的机械防 爆机构。如图１ａ示。
过ｃｌ的电流随时间的变化情况，如图３ 示。经过安全试验后的安全膜如图４示。 ３ ３用交流电压作安全试验
金属化安全膜防爆电容器的安全性 是靠微型保险丝在大电流下及时动作来 保证的。验证微型保险丝能否及时可靠 动作才是安全试验的目的。为了寻找一 种符合电容器实际工作状态而又简便的 试验方法，于是就提出用交流电压作安 全试验。现将两种方法分述如下： ３．３．１高温条件下交流电压安全试验
在日本也有不少公司不用ＪＩＳ—Ｃ一 ４９０８－１９９５标准中规定的安全试验方法， 各公司有自己的试验方法。他们的试验 方法的共同点是把试验样品放人一定温 度的烘箱中加热后用交流电压作安全试 验；不同之处是所加温度各不相同。如 ８０℃、１００℃、１２０℃、１４０℃等。温度和电压 是由低到高逐步上升。也有温度不变，
（ｃ）当ｃ。上直流电压达到设定值后，开
田３安垒试验Ｃ电藏随时间变化曲线
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关ｓ与端子３连接，ｃ口对加有１．３Ｕ．的Ｃ， 放电。
（ｄ）每隔１５秒钟重复步骤（ｂ）（ｃ），转换 开关一次宣到Ｃ的电流接近０为止。通
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摘要：文章叙述了目前国内外金属化安全膜防爆电容器安全试验方法的现状。并从金属化安 全膜防爆电容器的防爆机理说明为什么要用５０Ｈｚ交流电压作安全试验，又以试验结果证实用 交流电压作安全试验，是适合金属化安全膜防爆电窖器的既简便而又合理的安全试验方法。 关键词：金属化安全膜防爆电容器；安全试验；方法；交流电压；建议
当电容器中任何一个极板单元内发 生击穿时，整个电容器通过击穿点短路 放电。强大的电流从四面八方向击穿点 涌来，通过四个微型保险丝进入击穿点 所在的极板单元。当电流达到微型保险 丝动作的数值的瞬间微型保险丝立即动 作，同时在击穿点短路放电的瞬问，击穿 点周围的金属层被迅速蒸发，形成一个
曩◆
图ｂ网格状安全膜自愈图形 图１金属化安全膜圈形
欧美是开展研究金属化安全膜较早 的地区，据说至今还没有推广应用，仅在 有特殊安全要求的产品中使用。因此至 今还未见到包含有金属化安全膜防爆电 容器内容的标准。ＩＥＣ６０２５２一ｌ ２００１—０２ 第一版中也没有关于金属化安全膜防爆 电容器内容的条款。
现在日本金属化安全膜在防爆电容 器中用的较多，并在《电气设备用电容 器》标准ＪＩｓ—Ｃ一４９０８—１９９５版中增加了 关于金属化安全膜防爆电容器内容的条 款。如耐久性试验、自］敷性试验、安全试 验等试验方法作了详细的规定（详见 ＪＩＳ—Ｃ一４９０８—１９９５标准）。
微型保险丝动作时消耗的能量很 少，动作时施放出的热量也很少。即是绝 大多数微型保险丝都动作了，电容器开 路失效，电容器温度不会升高，内部也不 会产生过大的压力，因而故障电容器不 会发生爆炸现象。可见金属化安全膜防 爆电容器的开路失效的防爆机理和装有 机械防爆机构电容器的防爆机理是有区 别的。 ３金属化安全膜防爆电容器的安全试验方法 ３．１目前国外金属化安全膜防爆电容器 的安全试验方法
金属化安全膜防爆电容器安全试验方法建议
用时间均无明显区别。试验后安全膜
图形如图７示。 ４对上述试验的分析与结论
上述各种试验结果证实按ＧＢ３６６７— １９９７标准规定，即１０以直流高压加 １ ３Ｕｎ交流电压破坏试验，对金属化安全 膜防爆电容器是不适合的。不能反映电容 器的真实质量情况。直流高压脉冲及 １．３ Ｕｎ的５０Ｈｚ交流电压即ＪＩｓ－１２－４９０８— １９９５规定较接近实际。１．３Ｕ．５０Ｈｚ交流电 压模拟电容器在交流电路中恶劣过电压 工作条件，以巨大的直流高压脉冲电流考 验安全膜防爆机构微型保险丝的动作情 况。但也存在有缺点。从图３电流变化血 线看出，作完一只试品的安全试验需要
２００ＶＡＣ的速度升高电压，当电压达到 ２ｕ。，３ｕ。时各保持２分钟后再升高电压， ４Ｕ。时停止升压，保持在４Ｕ。下直至电流 接近零值为止。③故障评估执行ＧＢ３６６７— １９９７标准的２．１６．４。交流电压破坏试验 后样品解剖安全膜图形如图６示。 ３．３．２室温条件下交流电压安全试验
在室温下，按照３．３．１加交流电压的 方法作了多次交流电压安全试验。每次的 试验结果都是接近的，与在８５℃±３℃下 的试验结果相比较，无论是电流变化，所
交流电动机电容器除少数工作环境 温度较高外，大多数工作在８５℃以下。选 择试验温度为８５℃±３℃，试验电压为５０Ｈｚ 的正弦交流电压。交流电压安全试验电路 原理图如图５示。对交流电源的要求：
图５交流电压安全试验电路原理盈
①交流电源频率为５０ｔｔｚ／６０１１：的正
圈
田７宣温交藏电压安全试验后安全膜围形
绝缘区，使击穿点所在的极板单元与电 容器极板整体隔离开。自愈过程即完成。
图ｌｂ示。 微型保险丝动作源自文库常灵敏，能及时
地阻止了大的涌流流人击穿点。击穿放 电时间特别短，不会发生连续自愈击穿。 避免了普通金属化膜自愈击穿时电流得 不到限止。发生连续自愈击穿，造成多层 介质大面积烧伤，导致电容器短路失效 现象的发生。
１概述 金属化有机薄膜电容器在运行中常
出现安全问题，为解决此问题在国外很 早就开始对金属化安全膜（ＭＥＴＡＬＩＺＥＤ ＳＡＦＥＴＹ ＦＩＬＭ）进行研究，并成功地用于 电容器生产。到８０年代末９０年代初开 始传人我国。
我国在金属化安全膜防爆电容器发 展的初期阶段。少数电容器生产厂家。因 对进口金属化安全膜使用不当，或某环 节工艺不到位，或国产安全膜的质量不 合格，使产品存在有质量问题。在整机厂 造成不良的影响。有人认为金属化安全 膜不能用于交流电容器。当时有些厂家 就放弃了金属化安全膜防爆电容器研制 和开发。也有少数厂家继续坚持研制和 开发，终于生产出了优质可靠的金属化 安全膜防爆电容器。
１２０至１８０分钟的时间，甚至更长一些。 不是理想的试验方法。
５０Ｈｚ交流电压试验方法，模拟电容 器在电路中的恶劣条件，符合产品实际 工作状况。试验环境条件为一个高温试 验一个室温试验。这又与国标ＧＢ３６６７— １９９７规定的试验条件相对应；试验时间 很短，作完一只产品安全试验不到１０ 分钟的时间。是ＪＩｓ—ｃ一４９０８—１９９５试验 方法所用时间的十分之一还不到。可 见：５０Ｈｚ交流电压安全试验方法是适合 金属化安全膜防爆电容器的试验方法。 是简便而又合理的安全试验方法。建议 用５０Ｈｚ正弦波交流电压作为金属化安 全膜防爆电容器的安全试验方法。
在本文中由于试验样本限制，要提出
５．２油气相色谱分析是监控电容器生产 工艺中是否有引起绝缘过热过程的有效 手段。 ５．３当电容器的油气相色谱分析结果同 基础油气相色谱结果相比有较大差异 时，电容器生产工艺过程可能存在绝缘 过热现象。
电容器过热与否的气体含量间的确切关 系，还需进行大量的试验，一者电容器所
从气体特征看，其过热过程在低于１５０＂Ｃ 范围内发生，而发生膜溶解过程的电容
的情况，这种绝缘过热的发生对电容器 质量有着严重的影响。
器则有可能在１５０℃一３００℃之间的过热 过程，由于聚丙烯膜的允许工作温度为 １０５℃Ⅲ．因此，无论出现过热的指示气体 Ｈ：、ｃ巩，还是更低温度就可出现的ＣＯ、 ＣＯ：气体，都表明存在是对电容器质量有 着十分不利的作用过热现象存在。
金属化安全膜肪爆电容器安全试验方法建议
而电压逐步升高。试验后的判定标准都 执行ＪＩＳ—Ｃ一４９０８—１９９５的规定。 ３．２目前国内金屑化安全膜防爆电容器 的安全试验方法。
国内近几年来通过继续研究、创新 对金属化安全膜的图形进行重新设计， 使更加合理，不断完善生产工艺，生产出 了可靠开路失效的，优质的金属化安全 膜防爆电容器。已广泛用于冰箱、空调、 洗衣机等家电产品中。但至今仍没有相 应的技术标准。仍执行国标ＧＢ２；６６７一
零；孓窜均零ｇ柚莽占＆笞Ⅵ帚笤啦莽茸＆簪弛芦苷均昂罄ｑ帚葛Ｂ笤啦器帮弛吕替ｑ圉若ｓ笤譬困葛掣零占ｓ替均羿茸＆譬岫昂罄ｑ翠葛％葛ｓ
（上接第６８页）
器生产过程发生过热过程，
（Ｃ：Ｈ４）和乙烯（ｃ羽ｓ），但无乙炔（ｃ：Ｈ：）含 量，这是因为乙炔（Ｃ羽：）是在高于乙烷的
提高电容器质量是十分有意义的。
５结论
温度下生成的，这个温度约８００℃左右。 ５．１在电容器生产工艺中确有绝缘过热
６参考文献：
用绝缘材料同其它电器设备如变压器、 互感器是不同的，二者电容器所用浸渍
近几年来由于金属化安全膜防爆电 容器的独特的可靠开路失效的防爆性 能，受到广大用户的欢迎，产量逐年增 加。为满足用户进厂检验的需要，经协 商得到用户同意，在企业标准中安全试 验采用日本《电气设备用电容）标准ＪＩＳ— ｃ一４９０８—１９９５中９．１３（２）的规定。（详见
ＪＩＳ—Ｃ一４９０８—１９９５）。试验电路原理图如
近几年来国内金属化安全膜防爆电 容器发展也较快。在家屯行业中得到广 泛应用，尤其是在电冰箱的市场中占绝 对优势。但至今还没有适合金属化安全 膜防爆电容器的标准，使推广应用受到 一定的影响。
国标ＧＢ３６６７一１９９７和ＩＥＣ２５２中的
安全试验方法是针对装有机械防爆机构 的电容器而制订的，对金属化安全膜防 爆电容器是不适用的。为解决用户进厂 检验，经供需双方商定在企业标准中安 全试验采用ＪＩＳ—Ｃ一４９０８—１９９５的试验 方法。为寻找适合金属化安全膜防爆电 容器的安全试验方法，我们对不同的试 验方法进行了多次试验，取得了较好的 结果。 ２金属化安全膜的自愈机理和防爆机理
：！！：
弦波电压；②交流电源能承受大的瞬时击
穿短路电流；③交流电源电压要求稳定，
在试验过程中不因被试电容器。的电
容量减少而发生变化。
试验步骤：①准备和予处理同
ＧＢ３６６７—１９９７标准的２．１６．３ １。②将
１．７５Ｕｎ的５０Ｈｚ（或６０Ｈｚ）正弦波电压施加
于Ｇ上并保持１分钟。然后以每分钟
图４安全试验后安全破臣形
我们也用上述方法作过多次试验， 绝大多数都能通过，有少数试品在直流 高压下内部飞弧放电．塑料外壳发生变 形。甚至开裂。这种情况都发生在试验
电压超过５№的情况下。因为在这样高
的直流电压下，安全膜的绝缘间隙早已 被出穿，电容器内部连续飞弧放电介质 燃烧产生大量气体和热量，外壳内压力 升高，致使塑料外壳变形，甚至爆裂。
金属化安全膜的自愈机理与普通金 属化膜的自愈机理基本是相同的。因为 金属化安全膜极板是由微型保险丝将各 极板单元连接而成，使自愈过程也有了 不同之处。
金属化安全膜是在真空镀膜时以很 窄的绝缘间隙将整个金属化极板分割成 很多形状相同面积很小且相等的极板单 元，这些极板单元之间通过微型保险丝 相互连接。现以网格状结构为例进行讨
圈２安全试验电路原理凰
图２所示。 图２中Ｃ是被试电容器。ｃ０是放电
用电容器，电容量是ｅ电容量的２倍。安 全试验步骤是先将被试电容器放入恒 温鼓风烘箱内，使电容器达到最高允许温 度±３℃，按如下步骤进行。
（ａ）开关ｓ处于断开位置，在电容器ｅ 施加１．３Ｕｎ，５０１－－Ｉｚ的正弦波交流电压。
（ｂ）将开关ｓ置于端子ｂ，在电容器Ｇ 上加直流电压，直流电压从２Ｕｎ开始，然 后每次升高１００Ｖｄｃ，每次充放电１０分钟。