近兩年我國電力電容器制造行業(yè)已在低壓電容器制造領(lǐng)域推出了金屬化產(chǎn)品來取代原有的油浸紙質(zhì)產(chǎn)品。
金屬化電容器的顯著特點就是具有所謂的“自愈性”,即在介質(zhì)擊穿時擊穿點能像傷口愈合一線瞬時恢復(fù)絕緣性能。由于具有這種寶貴的自愈性能,金屬化電容器能采用極薄的單層薄膜介質(zhì)。
這樣電容器就能采用很高的工作電場強(qiáng)度,因而電容器的體積和重量都大大減小。但自愈是有一定限度的在某些場合下,自愈性能的喪失就會導(dǎo)致電容器的故障。因此,了解
金屬化電容器的自愈性能對于產(chǎn)品的設(shè)計和使用都是重要的。下面我們分析以下金屬化電容器在發(fā)生擊穿時的自愈過程以及影響該過程的諸因素。
介質(zhì)由擊穿到絕緣恢復(fù)的全過程可分步描述如下:
第一步:發(fā)生擊穿 電容器在外施電壓作用下由于介質(zhì)中的雜質(zhì)或氣隙等弱點的存在或發(fā)展引起介質(zhì)擊穿形成導(dǎo)電通路;
第二步:接著在導(dǎo)電通路處附近很小范圍內(nèi)的金屬層中流過一個前沿很陡的脈沖電流。 鄰近擊穿點處金屬層上的電流突然上升,按其離擊穿點的距離而成反比分布。在瞬刻t,半徑為Rt的區(qū)域內(nèi)金屬層的溫度達(dá)到金屬的熔點,于是在此范圍內(nèi)的金屬熔化并產(chǎn)生電弧。該電流引起電容器釋放能量,在弧道局部區(qū)域溫度突然升高,壓力突然增加。
第三步:絕緣恢復(fù) 隨著放電能量的作用,半徑為Rt的區(qū)域內(nèi)金屬層劇烈蒸發(fā)并伴隨噴濺。在該區(qū)域半徑增大的過程中電弧被拉斷,
金屬化電容器被吹散并受到氧化與冷卻,最后破壞了導(dǎo)電通路,在介質(zhì)表面形成一個以擊穿點為中心的失掉金屬層的圓形絕緣區(qū)域。如此自愈過程即告完成。
失掉金屬層的圓形絕緣區(qū)域稱作自愈暈區(qū),其面積通常在1—8mm2的范圍內(nèi)。典型的自愈暈區(qū)處型如圖2所示。還需指出暈區(qū)金屬層的蒸發(fā)不是靠弧道釋放的熱量而是靠電流通過金屬層直接發(fā)熱的。