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國內外聚丙烯薄膜的差異及對電容器設計的影響

2017-08-25 點擊數:866
隨著高電壓、大容量輸電技術的迅速發展,用戶對電容器的各項指標要求越來越高,新材料、新介質的應用為電容器各項指標的提升提供了有力。高品質聚丙烯薄膜(以下簡稱PP膜)的廣泛應用使電容器的性能大大提高.,近年來越來越多國內電容器生產廠家更是選用價格昂貴的進口膜作為電容器設計的材料,我公司也不例外,然而在使用過程中筆者了解到,國內、外PP膜在某些方麵存在著差異,因而對電容器的設計產生了一定的影響。
1 國內外兩種薄膜測試方法的差異
   1.1 國內粗化型PP膜測量厚度通常采用疊層法(千分尺法)
設膜的試樣數為4,每個試樣疊成10層,在施加一個恒定力F,直接測得膜的疊層厚度,並計算出一個試樣每層膜平均厚度,然後取4個試樣的平均厚度即為本批膜的疊層法厚度。
    1.2國外粗化型PP膜測量厚度通常采用重量法(質量密度法)
    1)設膜的試樣數為N,粗化膜表示的粗糙度R。約為0.25~0.65μm,膜的密度為ρ=0.90~0.91,每個試樣麵積為S(國外膜取2 m×2 m),試樣質量為mi,質量密度法測得的一個試樣膜厚度,然後取N個試樣的平均厚度即為本批膜的質量密度法厚度。
    2)質量密度法另一種測量方法是測膜的平均厚度。先測量膜卷重量,減去卷芯的重量,再測量該卷膜的長度,根據淨重、寬度和長度計算出該卷膜的平均厚度。
    2 粗化膜的空隙率在國內、外兩種膜厚上的差異
    空隙率是由粗化膜表麵粗糙引起的,是用疊層法測得的厚度超過質量密度法測得的厚度的增量的百分數表示,表示方法如下:
 

 
式中,
 
    國內膜的厚度不涉及空隙率這一概念,而國外膜的厚度需通過空隙率這一概念才能轉化成國內膜厚的表示方法。
由上述可知:①國內采用的疊層法測厚度,僅以試樣中測得的個別點的平均值代表試樣厚度,國外采用的質量密度法測得的厚度代表了試樣的平均厚度;②用疊層法測量厚度時因測試點的不同,會存在一定的分散性,國外采用的質量密度法測量厚度是稱重多層2 m×2 m膜後計算出的厚度,其所得值相比疊層法測得值更接近膜的真實厚度;③以國內的經驗設計電容器時國內膜厚度可直接測得,國外膜厚間接獲得。
3國內外兩種不同的膜厚測試方法對電容器設計的影響
1)國內無論是PP膜生產廠家還是電容器製造廠家均疊層法測量膜厚度,並以此數據作為設計電容器的依據,已有成熟的經驗。生產出同一批電容器的電容值與最小的比值不會超過1.02,基本滿足用戶對電容量偏差的要求。
    2)針對國外PP膜采用質量密度法測量膜厚度,並以此數據控製電容器的電容量,無現成經驗可借鑒,隻能通過反複的試驗、驗證,並與本廠的工藝、工裝相結合才能找出其規律性。
    3)因國內設計電容器習慣采用疊層法厚度設計電容器,若采用國外膜設計電容器則需通過空隙率間接得到所需膜厚,因而在設計過程中加大了誤差.
    4 設計生產試驗單元進行比較
    為了比較國內外PP膜之間的差異以及對電容器設計的影響,特設計製造並聯電容器BAMll/√3-334-1w試驗心組,本心組共36個元件,其中國產膜卷製18個元件,膜介質疊層法標稱厚度為1層13μm和2層12μm,芬蘭膜卷製18個元件,膜介質質量密度法標稱厚度為3層11.2μm。因此本試驗單元的介質厚度設計值:國產膜12+12+13=37,芬蘭膜11.2×(1+10%)×3=36.96(廠家提供空隙率10%),兩種介質總厚度差為(37—36.96)/36.96=0.1%。本心組36個元件除膜產地有差別外,其餘參數均相同,均由美國西爾頓全自動卷製機卷製而成,卷製過程中參數未做任何調整。每個元件串有內熔絲,采用12並3串結構壓裝成一個心組,上部是芬蘭膜下部是國內膜。
4.1 國內膜和芬蘭膜厚度及擊穿場強的差異國內膜和芬蘭膜厚度測試結果見表1和表2。
 
 
    4.2試驗心組浸漬前元件電容量的差異(見表3)
    通過測試數據可以看出,芬蘭膜卷製出的元件在相同情況下是國內膜卷製元件電容量的1.0178倍。經過仔細計算和分析,筆者認為引起以上差別的主要原因是膜的空隙率差別。
    國內膜生產廠家在質量檢驗報告中標出空隙率的範圍為7%一11%,芬蘭膜生產廠家針對11.2μm的膜標出的空隙率為8.5%~11%,膜的標稱平均空隙率差別不大。由於每批膜采用千分尺法測量厚度存在誤差,尤其是12μm及以下的膜。而且電容器生產廠家在設計時大多會參照膜生產廠家提供的標稱空隙率,並結合千分尺法測試膜厚度得出電容器的設計介質厚度。因此,當電容器電容量要求偏差為±1%時,若在設計中對的實際厚度和空隙率不加以考慮是很難達到的。
  
  4.3試驗心組浸漬後元件電容量的差異(見表3)
 
    將試驗心組裝入電容器油箱,采用電容器臥式浸漬苄基甲苯後,取出心組對試驗元件進行電容量測試。
    表3數據顯示,由於我公司長期使用國內某公司生產的PP膜,且其各項指標比較穩定,對電容器設計中的壓緊係數、空隙率、膜厚度偏差經驗比較豐富,因而在元件電容量控製上為標稱值的±1%。本批芬蘭膜卷製的元件與國產膜卷製的元件為同一種設計、生產方式,元件容量偏差為標稱值的1%~4%。因此,當選用芬蘭膜進行電容器設計時,掌握其特殊性是非常有必要的。
4.4 浸漬後元件擊穿電壓和擊穿場強的差異(見表4)
 
 
    1)將試驗心組放入苄基甲苯油槽中加直流電壓直至元件完全擊穿,測試國內外兩種元件的擊穿電壓和擊穿場強。
    通過對實驗心組的測試並結合表l的測試結果得出此批芬蘭膜的實際空隙率為8.3%,不是製造廠建議的10%的平均空隙率。
    2)考慮芬蘭膜空隙率的偏差,將此批薄膜按實際空隙率8.3%計算試驗元件的擊穿場強,則芬蘭膜的實際平均擊穿場強為222.9 v/μm,而國內膜的實際平均擊穿場強為233.6 V/μm。去除測量偏差,本試驗心組中,國內、外兩種膜卷製的元件在擊穿場強上存在差異,因此采用國外膜設計生產電容器時,應將這些差異考慮進去。
   5 結論
    1)實踐證明並不是的材料就能設計生產出的產品,要想生產出高質量的產品,隻采用好的材料是遠遠不夠的,必須充分了解這種材料的各方麵性能,並結合生產廠家自身的工藝水平才能做設計製作出高質量、高品質的產品。
    2)當國內、外兩種膜同時使用時,應避免在同一產品中混用,即使電容器生產廠家在使用原材料時,根據實測厚度將正、負偏差的材料搭配使用,因實際空隙率和性能的差別,要得到用戶要求電容量偏差小於±1%時,會存在操作上的困難。
    3)在實際使用過程中采用國內外不同生產廠家的PP膜,由於執行標準的不同,即使在標稱厚度相同的情況下其性能也會有很大差別,尤其是當膜的空隙率波動範圍很大時(標準規定為5%~17%).,若一味按標稱厚度進行設計,事必引起每層膜上實際場強的增加從而影響電容器的性能,因此在生產大批產品時,有必要對膜的實際空隙率進行測試。
4)若國外膜與國內工藝水平相結合,沒有明顯的優勢,在現在這種國內電容器沒有價格優勢的前提下,一味的追求進口材料,無形中增加了電容器製造成本,是不可取的。
 (信息來源:中國電器工業協會電工器材行業信息中心)
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