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金属化聚丙烯电容器 新一代金属化聚丙烯安全膜防爆电容器
电力电容器POWER CAPACITOR 2003年 第1卷 第2期 新一代金属化聚丙烯安全膜防爆电容器樊金河1，高鹏2，高儒昌3（1．国营第七九四厂，河南鹤壁．上海皓月电容器有限公司，上海．兰州长华科技发展有限公司（武汉基地），武汉430074）摘 要：详细叙述了T型金属化安全膜和网格状金属化安全膜的优点和缺点，并对金属化安全膜在初期应用中出现的问题进行了介绍。针对原来金属化安全膜的缺点和应用中出现的问题，设计新一代金属化聚丙稀安全膜防爆电容器。又以试验数据证实了防爆电容器安全可靠。关键词：金属化聚丙烯膜；安全膜；微型保险丝；防爆电容器 1 概述金属化安全膜传入我国至今已有十年多了。开始时不少电容器生产厂家是从国外进口金属化安全膜材料，研制和生产金属化安全膜防爆电容器。随后不少厂家在引进新型真空镀膜机时，也买进了金属化安全膜生产系统。于是国产金属化安全膜就产生了。当时国内有的厂家对金属化安全膜的生产技术还未完全掌握，生产出的产品质量还不高，有的电容器生产厂对进口的网格状安全膜使用不当，再加上电容器生产过程中某些环节的工艺存在缺陷，导致生产出的安全膜防爆电容器存在一些质量问题，在家电行业中造成不良影响。有人认为金属化安全膜不能用于交流电容器。于是有的电容器厂因此放弃了金属化安全膜防爆电容器的开发和生产。也有人认为，出现的质量问题不是金属化安全膜本身的问题。坚持继续研究、创新，针对出现的问题设计出了新一代金属化聚丙烯安全膜。本文主要介绍新一代金属化聚丙烯安全膜的特点以及用该膜开发出的CBB65D型防爆电容器的特性。2 常用的金属化安全膜在金属化安全膜的发展过程中，专家们设计出了多种结构图形，都有较好的防爆效果。本文只介绍两种较常用的安全膜图形。2．1 T型金属化安全膜T型金属化安全膜是在沿金属化膜长度方向靠近与喷金层接触的一边，有一条很窄的纵向绝缘间隙将极板的有效区域和与喷金层相接触的金属化镀层部分隔离开，同时又有很多沿金属化膜宽度方向的横向绝缘间隙，将极板有效区分割成很多形状相同且面积相等的极板单元。每个极板单元通过一个（或多个）微型保险丝和与喷金层相接触的金属化镀层电极相连接。如图1所示。 T型金属化安全膜的优点是能保证电容器可靠开路失效。为降低成本用一层安全膜和一层普通金属化膜搭配卷绕成的电容器，同样保证可靠开路失效，不会发生外壳爆裂现象。 T型安全膜的缺点是极板单元面积较大，是网格状安全膜极板单元面积的几倍，甚至10倍、20倍以上。因此，每自愈击穿一次，电容量损失较大。如图2所示。自愈击穿一次电容量损失的大小与T型安全膜的宽度有关。膜越宽、电容量损失越大。 2．2 网格状金属化安全膜网格状金属化安全膜是用很窄的绝缘间隙，把整个金属化极板分割成很多面积约1平方厘米（或更小一些）的小方块极板单元。每个小方块极板单元在四条边的中部各有一个微型保险丝与四周相邻的极板单元相连接。这种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。如图3所示。 网格状金属化安全膜的优点是极板单元面积较小，每自愈击穿一次只在一层膜上损失一个极板单元。极板面积的损失与普通金属化膜电容器十分接近，电容量损失也十分接近，是T型金属化安全膜电容器电容损失的几分之一，甚至更小。如图4所示。 3 新设计方案的提出原来的网格状金属化安全膜的缺点是必须两层都用安全膜卷绕的电容器才能保证可靠开路失效。这样的产品成本就高了。不少厂家为了降低成本，用一层网格状金属化安全膜和一层普通的金属化膜搭配卷绕。如图5所示。这样产品成本降低了，则带来了不安全因素。从图5看出金属化安全膜直接和喷金层相连接的极板单元，大部分面积处在极板有效区域内。因为直接和喷金层接触，它的微型保险就不起作用了，和普通金属化膜一样失去了金属化安全膜的特性。如图5所指的极板单元。当有效区域内安全膜的微型保险丝绝大多数都动作了时，这些极板单元直接同喷金层接触，在电容器上加有电压时，这些极板单元仍与对应的普通金属化膜构成电容器。万一在这些极板单元处发生击穿时，情况和普通金属化膜电容器一样，可能发生连续多层自愈击穿，严重者也会造成短路，甚至发生塑料外壳变形或爆裂。特别是作破坏试验时在高电压下很容易发生这种情况。
图6是从用一层金属化安全膜和一层普通金属化膜搭配卷绕的电容器，破坏试验开路失效样品解剖的安全膜图形。从图6可清楚地看出有效面积内的微型保险丝都动作了。在沿着和喷金层相连接的极板单元的边沿有一条较宽的锯齿状绝缘带。这是在试验的最后阶段，虽极板有效区内微型保险丝都动作了，但直接和喷金层相连接的极板单元，同对应的普通金属化膜极板仍构成电容器，仍有一定的电容量，电容器电流不到零值，继续升高电压进行实验。在高电压下，靠近这些极板单元的绝缘间隙被击穿，以电弧放电形式向邻近的已被隔离的极板单元放电。放电电弧把原来很窄的绝缘间隙烧宽了，烧出一条锯齿状的足以使电弧熄灭的绝缘带。在以电弧连续放电的过程中很容易在放电的部位因电弧高温引发多层击穿。为解决上述问题，于是提出了新的设计方案。 4 新一代金属化聚丙烯安全膜防爆电容器通过对T型和网格状两种金属化安全膜优点和缺点的分析后，以保留优点克服缺点的原则对金属化安全膜的极板结构重新设计。新设计的金属化安全膜的极板是在有效区内保留网格状结构，保留了网格状金属化安全膜每自愈击穿一次电容量损失小的优点；在极板和喷金层接触的一边，沿金属化膜的长度方向有一条绝缘间隙将极板有效区和与喷金层接触的极板隔离开，二者之间以微型保险丝实现相互连接。如图7所示。这就保留了T型安全膜可靠开路失效的优点。这种安全膜可以使用一层安全膜和一层普通金属化膜搭配卷绕成电容器芯子，这样降低了产品成本，仍保留了每自愈一次电容量损失小和可靠开路失效的优点，如图8所示。把这种集中原来网格状和T型二种金属化安全膜的优点，且克服了二者原有的缺点的金属化聚丙烯安全膜称之为新一代金属化聚丙烯安全膜。这种膜在五年前已大量用于生产。把用该种安全膜做成的电容器称为CBB65D型新一代金属化聚丙烯安全膜防爆电容器（简称防爆电容器）。 5 防爆电容器的安全试验和耐久性试验用新一代金属化聚丙烯安全膜生产出CBB65D型防爆电容器的各项性能指标尤其是安全性明显优于用原来的安全膜生产的产品。为全面验证防爆电容器的安全性（即防爆可靠性）和耐久性，生产厂家做过多次试验，还委托权威单位做鉴定试验并送产品给用户作认定试验。5．1 防爆电容器安全试验5．1．1 试验样品试验样品是上海皓月电容器有限公司，用新一代金属化聚丙烯安全膜生产的CBB65D型防爆电容器的几种家电常用规格。如：250V－35μF、370V－30μF、450V－20μF、450V－30μF、450V－50μF等。5．1．2 试验方法由于金属化安全膜防爆电容器的防爆机理和过压力保护机构的防爆机理不同。目前只有日本工业标准JIS－C－《电气设备用电容器》中有适合金属化安全膜防爆电容器的试验方法的有关条款，同用户协商后决定采用该标准规定的试验方法。 首先将电容器放入有鼓风的恒温箱内，使烘箱温度达到电容器的上限工作温度±3℃，按图9及如下顺序进行。（a）开关S处于断开位置，在被试电容器Cx上施加1．3Un的50Hz或60Hz的正弦波交流电压。（b）开关S连接端子b，在放电用的电容器C0上施加从Cx的额定电压的2Un开始最高为7Un的直流电压，C0的电容量为Cx的2倍。（c）C0达到设定的直流电压值，S与端子a连接，C0对加有1．3Un交流电压的Cx放电。 （d）每隔15s时间重复（b）、（c）转换开关一次，直到Cx的电流接近零值或稳定短路为止。（e）当电流处于稳定短路的情况下，将电容器接上交流电源，保持10min，确认电容器有无异常现象。详见JIS－C－标准的正文9．13（2）和图6以及解说9．13（2）。 5．1．3 试验结果和分析被试样品试验前后变化情况见表1，试验过程中电容器电流随时间变化情况见图10。 从表1数据看出，电容器经过试验后电容量都接近零值。所以在交流电压下通过的电流也是接近零值。如图10所示。试验后电容器的损耗角正切tanδ也变得很小了。样品全部开路失效。所有样品在试验过程中均未出现冒烟及外壳变形或开裂现象。产品是环氧树脂灌封的干式结构，无液体浸渍剂外漏；引出端子之间和端子与外壳之间分别能承受1．75Un／10s和交流2000V／60s的耐压试验。试验完全达到了JIS－C－标准有关电容器安全试验的判定要求。 对失效样品进行解剖，检验微型保险丝的动作情况见图8所示。图8显示出新一代金属化聚丙烯安全膜在极板有效区内靠喷金层一侧的微型保险丝绝大多数都动作了，沿长度方向靠近喷金层的一排微型保险丝几乎全部都动作了。使极板有效面积与喷金层接触的部分完全隔离。所以失效后的电容器的电容值接近零值。可见这种结构保证了电容器在高电压下可靠开路失效，防止了电容器在失效时外壳爆裂现象发生。5．2 防爆电容器耐久性试验金属化安全膜防爆电容器的寿命能否达到国家标准要求，这是广大客户关心的问题。CBB65D型防爆电容器被多家公司和权威机构分别作认定试验、质量检验和鉴定试验。5年前已大量投入生产，产品大量供用户装机使用。下面列出几家公司试验报告中耐久性试验数据：（1）恩布拉科压缩机有限公司工程部报告（试验在巴西做的，时间日） 样品规格：300V－5μF±5％试验电压：380V，AC温度：85±2℃时间：2000h在上述条件下电容量随时间变化曲线，见图11。 （2）夏普公司部品认定试验成绩书（时间日）
样品规格：420V－10μF±5％试验电压：525V，AC温度：70±2℃时间：500h在上述条件下电容量随时间变化曲线，见图12。（3）广东顺德美的冷气机制造有限公司委托机械工业部分马力电机产品质量监督检测中心检验报告（时间日）标准：GB／T样品规格：450V－35μF±5％试验电压：563V，AC温度：70±2℃时间：600h在上述条件下电容量随时间变化曲线，见图13。
从以上试验数据看出，CBB65D型新一代金属化聚丙烯安全膜防爆电容器在上限工作温度和1．25Un条件下，电容量随时间的变化是十分缓慢的。经过耐久性试验后电容量变化均符合GB指标要求。6 结束语由以上试验数据和五年多的大批量生产实践和大批量装机使用及市场考验，可以得出如下结论：（1）新一代金属化聚丙烯安全膜极板图案设计继承了原网格状及T型安全膜的优点，克服了缺点，使极板图案结构更加合理；（2）用新一代金属化聚丙烯安全膜生产出的防爆电容器能可靠开路失效；（3）防爆电容器能满足一些对防爆要求特别高和不允许短路失效的场合使用。适用于符合GB标准条件的场合。 百度搜索“就爱阅读”,专业资料,生活学习,尽在就爱阅读网,您的在线图书馆
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本实用新型公开了一种电容器用金属化聚丙烯安全膜，包括聚丙烯膜层，在聚丙烯膜层上设置金属镀层，在聚丙烯膜层上设有多个“T”形无镀层区，且在聚丙烯膜层上设有多个矩形无镀层区与“T”形无镀层区的头部同排设置。本实用新型结构合理，可制成一个由许多小板块相互并联而成的电容器，每个小板块成为一个小电容，一只大电容是由许多小电容并联组成的电容，该电容即使由于在长时间工作状态下，有几只小电容被击穿时，仍然确保整个电容的整体性能不受影响，从而大大提高了电容的安全性和可靠性。
专利类型：
申请（专利）号：
申请日期：
公开(公告)日：
公开(公告)号：
主分类号：
H01G4/002,H01G4/00,H,H01,H01G,H01G4
H01G4/002,H01G4/00,H,H01,H01G,H01G4
申请（专利权）人：
刘晓东,孙桂成,徐
晶,张建皋,马志春
发明（设计）人：
刘晓东,孙桂成,徐
晶,张建皋,马志春
主申请人地址：
226500江苏省如皋市经济开发区江苏南天集团股份有限公司
专利代理机构：
南通市科伟专利事务所有限公司
国别省市代码：
1、一种电容器用金属化聚丙烯安全膜，包括聚丙烯膜层，在聚丙烯膜层上设置金属镀层，其特征是：在聚丙烯膜层上设有多个“T”形无镀层区，且在聚丙烯膜层上设有多个矩形无镀层区与“T”形无镀层区的头部同排设置。
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