电容器的实际使用寿命资料讲解.docx

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电容器的实际使用寿命资料讲解

电容器的实际使用寿命

对电力电容器的实际使用寿命与使用条件的关系作了分析，找出了影响电容器实际使用寿命的因素，并提出了相应的解决办法。

关键词：

电力电容器；使用寿命；使用条件

1前言

电力电容器的实际使用寿命一直是广大用户和制造厂共同关心的。

电力电容器的制造厂家是按照所生产的电容器能在国家标准和相关技术条件规定的使用条件下90％的产品能可靠地运行20～30年的要求进行设计、生产的。

但实际情况是，同样的电容器由于实际的使用条件不同，其实际的使用寿命相差悬殊，为此有必要对此作一些分析。

2电容器在电网中实际的连续工作电压与使用寿命的关系

众所周知在电容器介质上的额定工作场强与其它电器相比是比较高的。

所以在我国GB/T11024．1-2001中明确规定，电容器的额定工作电压是电容器容许在电网中连续工作的最高电压。

如果电容器在标准规定的额定电压及以下运行，电容器产品90％能可靠地在网上运行20年，如果在高于其额定电压的电压下连续运行，电容器的实际使用寿命就将大大缩短，可靠性也将因电老化而下降。

电力电容器的实际使用寿命与实际工作电压的关系通常可以用式

（1）表示：

tN=tp（Up/UN）a

（1）

式中：

tN--电容器的额定寿命（设tN＝20年）。

tP一电容器的实际使用寿命。

Up一电容器在电网中的实际连续工作电压。

UN一电容器的额定电压。

a--系数，对于全膜电容器a=9

通过式

（1），我们可以分别求出在不同的实际工作电压Up，下电容器的实际使用寿命tp，见表1和图1。

从表1和图1中可以看出，如果电容器在高于其额定电压的电压下长期连续地运行，由于电老化的作用其实际使用寿命的就会大大缩短。

虽然，电容器是可以在高于其额定电压的电压，例如：

1．03UN，1．05UN，1．1UN下作非连续的几个小时的运行，但决不能在高于其额定电压的电压下作连续长期的运行，不然将大大缩短电容器的实际使用寿命和可靠性，是得不偿失的。

对此，希望能引起广大电容器用户的注意，千万不要使电容器在高于其额定电压的电压下连续运行。

3电容器的使用寿命与环境温度的关系

在每一台电容器的标牌上都标有其温度类别，例如：

"-40／A"，这就表示这台电容器可以投入电网运行的最低环境温度是-40℃。

而这台电容器可以连续运行的最高环境温度为：

lh平均最高温度为40℃，24h平均最高温度为30℃，年平均最高温度为20℃。

这是因为在低温下，电容器内部浸渍剂的粘度增大，内部电压降低，电容器耐电能力下降。

在低于其允许最低温度的温度下投入运行，很可能会在电容器内部引发局部放电，从而加速其电老化而降低电容器的实际使用寿命。

而另一方面，如果电容器长期在高于其最高允许的温度下运行，又会加速电容器的热老化。

因而一方面要选用其温度类别与实际的运行环境温度相适应的电容器，另一方面在电容器的安装使用中要特别注意电容器在实际使用工况下的通风、散热和辐射问题，使电容器在运行中所产生的热量能及时散发出去，千方百计在高温条件下降低电容器内部的介质温度，以达到延长电容器实际使用寿命的目的。

4电容器使用寿命与断路器质量的关系

众所周知，在分断电容器组时，如果断路器发生重击穿，在电容器的端子上就会出现3倍、5倍、7倍……的高倍数操作过电压。

在如此高的操作过电压的作用下，电容器内部就会发生强烈的局部放电和介质损伤，甚至导致电容器击穿。

因而用于投切电容器的断路器的质量与电容器的实际使用寿命是紧密相关的。

在国标GB/T11024-2001中规定：

"应采用适合于切合电容器的断路器。

该断路器在作分断操作时应不发生可能造成过高过电压的重击穿"。

为了防止过大的涌流和过电压，当电容器从网络中退下来后，要及时对电容器（组）放电。

在将电容器再次投入电网运行之前，电容器上的剩余电压不应超过其额定电压的10％。

5其它

5．1标准规定电容器单元应适于在电流方均根值为1．3倍该单元在额定正弦电压和额定频率下产生的电流下连续运行。

而当在电网中存在大功率的谐波源时，流过实际电容器的基波电流和谐波电流之和可能会大大超过标准规定值，从而导致电容器内部过热，加速热老化而大大缩短电容器的实际使用寿命。

为此，必须采取能降低流过电容器的谐波电流的有效方法。

例如：

给大功率谐波源装设滤波器，滤除电网中的谐波；给电容器加装串联电抗器等等。

5．2电容器通常能正常运行的海拔高度不大于1000m如果将只能适用于海拔不超过1000m的电容器用于海拔1000m以上的地区，则内外绝缘都会受到海拔高度的影响而有所降低，从而影响电容器的可靠性和使用寿命。

因此，对于海拔高于1000m的地区，应向制造厂订购适于该地区海拔高度使用的高原型电容器。

5．3电容器在使用中发生渗漏是严重影响电容器正常运行和使用寿命的因素。

而在电容器接线端于与母线排间的机械应力是使电容器发生渗漏油的重要原因。

为此，在电容器的接线端子与母线排之间一定要采用软连接。

6小结

6．1电力电容器是按标准和技术条件进行设计生产的，所以电容器只有在标准和技术条件规定的条件下正确使用，才能保证电容器具有高的可靠性和预期的使用寿命。

6．2电容器的额定电压就是该电容器可以在电网中连续持续安全运行的最高运行电压。

如果将电容器在高于其额定电压的电压下连续运行，其可靠性就会下降，寿命就会缩短。

6．3电容器的使用环境温度对电容器的可靠性和使用寿命影响很大。

为此应根据电容器安装使用地点的实际情况来正确选用具有相应温度类别的电容器，或采用相应的防冻、通风降温等措施。

以保证电容器能在该电容器技术条件中规定的温度类别的温度范围内运行。

6．4断路器在分断电器时出现的重击会产生很高操作过电压是导致电容器早期损坏的重要因素。

为此用于投切电容器（组）的断路器一定要选用无重击穿的断路器。

6．5电容器中的谐波过电流；电容器的超海拔运行；电容器接线端子与母线排的机械应力等都是导致电容器发生早期损坏的原因，为此我们应采取相应措施，以保证电容器能在电网中安全、可靠、长寿命地为用户服务。

电解电容寿命估算（LifeExpectancy）：

电解电容在最高工作温度下，可持续动作的时间。

　　Lx=Lo*2（To-Ta）/10

　　Lx=实际工作寿命

　　Lo=保证寿命

　　To=最高工作温度（85℃or105℃）

　　Ta=电容器实际工作周围温度

　　Example：

规范值105℃/1000Hrs

　　65℃寿命推估：

Lx=1000*2（105-65）/10

　　实际工作寿命：

16000Hrs

　　高温负荷寿命（LoadLife）将电解电容器在最高工作温度下，印加额定工作电压，经一持续规定完成时间后，须符合下列变化：

Δcap：

试验前之值的20%以内

　　tanδ：

初期特性规格值的200%以下

　　LC：

初期特性规格值以下

　　高温放置寿命（ShelfLife）：

将电解电容器在最高工作温度下，经一持续规定完成时间后，须符合下列变化：

Δcap:

试验前之值的20%以内

　　tanδ:

初期特性规格值的200%以下

　　LC:

初期特性规格值以下

　　高温充放电试验（Charge/DischargeTest）将电解电容器在最高工作温度下，印加额定工作电压，经充电30秒后再放电330秒为一cycle，如此经1,000cycles后，须符合下列变化：

Δcap:

试验前之值的10%以内

　　tanδ:

初期特性规格值的175%以下

　　LC:

初期特性规格值以下

　　涟波负荷试验（RippleLife）将电解电容器在最高工作温度下，印加直流电压及最大涟波电流（直流电压+最大涟波电压峰值=额定工作电压），经一持续规定完成时间后，须符合下列变化：

Δcap:

试验前之值的20%以内

　　tanδ:

初期特性规格值的200%以下

　　LC:

初期特性规格值以下

　　常用电解电容公式

　　容抗:

XC=1/（2πfC）【Ω】

　　感抗:

XL=2πfL【Ω】

　　阻抗:

Z=√ESR2+（XL-XC）2【Ω】

　　涟波电流:

IR=√（βA△T/ESR）【mArms】

　　功率:

P=I2ESR【W】

　　谐振频率:

fo=1/（2π√LC）【Hz

自愈式低压并联电容器质量现状与分析

（1）

2010-01-2814:

01:

44  作者：

宁波新容电气有限公司陈才明朱一元  来源：

中国设计师网  

∙　　透过自愈式低压并联电容器普遍存在着早期失效率高、使用寿命短的质量问题，分析了该产品被归称为“低值易耗品”的形成原因以及对社会的危害性，提出应进行行业整顿和加强质量监督的必要性，并对该产品今后发展状况进行预测展望。

关键字：

电容器低值易耗品质保期早期失效耐高温长寿命

　　我国从引进设备和技术生产自愈式低压并联电容器已有二十五年的历史，经过二十多年的发展，目前该产品的总产能已远大于6000万kvar的市场需求，但产品质量仍参差不齐，虽有不少厂家的产销量已具有一定规模，但主要还是依靠低价竞争来占据市场份额，没有像高压电容器那样有几个代表行业先进水平的的品牌产品。

目前国产自愈式低压并联电容器普遍执行的是一年的质保期，因为产品早期失效率高、使用寿命短，使其“低值易耗品”的帽子至今仍无法脱掉，这与我国提倡节约资源、节能降耗的要求极不相称，与国民经济发展要求和国际先进水平相比，有很大差距，这一局面应该引起有关部门注意。

　　1自愈式低压并联电容器的质量现状

　　笔者同事不久前到温州某电器街考察，该市场是我国自愈式低压并联电容器主要集散地，询问经销商有否有三年以上质保期的自愈式低压并联电容器，回答是：

如果质保期定三年，那厂长脑子有毛病。

经了解当地市场上经销的是一年质保期产品，这也从侧面说明了该类产品的普遍质量水平和实际运行状情况。

值得欣慰的是有实力和对自身产品有信心的厂家已经开始实行3年质保期。

　　自愈式低压并联电容器产品按结构可分为干式和油式二种，其中干式结构以环氧树脂灌封为主，油式结构采用植物油浸渍为主，油式结构电容器在数量上占90%以上，应该说是目前我国自愈式低压并联电容器的主流产品，其质量水平也就代表着自愈式低压并联电容器质量现状。

　　干式电容器由于芯子内部空气很难消除，其质量关键是提高局部放电的起始电压和熄灭电压，如做得好质量一致性很好，很少有早期失效，而油式电容器影响质量的因数更多,现场失效主要有二种情况，一种发热鼓肚，容量下降;另一种是不发热、形状不变，容量消失。

引起早期失效的主要原因是：

（1）采用的薄膜质量差、设计场强又高，如果工作场强达到70V/µm以上，金属层方阻值控制不好，电容器会因击穿—自愈—再击穿，引起鼓肚失效;

（2）浸渍材料不好或处理不好，在不长的时间内发生浸渍剂劣化、薄膜溶涨、金属层腐蚀等引起的容量下降;

　　（3）生产设备简陋、工艺简单，芯子内部空气多，局放严重，最终会造成薄膜介质早期老化击穿;

　　（4）生产工艺不良，电容器内水分含量高，短时间内就会发生金属层氧化，引起电容量下降;

　　（5）喷金温度过高，粒子过粗或过细氧化，喷金层结合牢度差，过电流能力低，损耗增大，薄膜发热收缩，造成喷金层脱离，电容器失效。

　　（6）生产周转期过长，工艺控制不好，浸渍剂质量差等有原因也会造成芯子错位处出现金属层脱落，通电后薄膜端面会出现长长的白线，导致容量下降消失。

　　自愈式电容器已经有25年以上的发展历史，至今生产企业数量，产能规模，生产设备的先进程度等已不亚于发达国家的水平，但产品实物质量却仍有相当大的差距，究其原因是多方面的。

　　2产品质量低劣的根源和危害

　　2.1产品质量低劣的造成根源

　　2.1.1行业进入门槛低

　　凡实施工业产品生产许可证的企业，取得许可证必须具备保证产品质量的生产设备、工艺装备和计量检验与测试手段;企业必须有一支足以保证产品质量和进行正常生产的专业技术人员、熟练技术工人及计量、检验人员队伍，并能严格按照图纸、工艺和技术标准进行生产、试验和检测。

自愈式低压并联电容器虽然不列入生产许可证产品的目录，但以上产品生产的基本条件也必须具备，否则不可能生产高质量的产品，事实上许多生产企业根本就不具备上述条件，却在大量生产和销售。

由于行业进入门槛低，有条件的和没有条件的企业都纷纷进入，至今生产厂家数量已很难准确统计。

　　2.1.2出产品容易

　　金属化电容器的生产一般可分为前、后二道，前道为镀膜、分切、卷绕和喷金工序，后道为装配、灌注、检测工序，前道的设备投资约占总投资的90%，如果通过购买金属化薄膜或购买喷金后芯子组装，可以用很少的投资，用简陋的生产设备就能生产出相似的产品，由于没有前道关键工序的把关控制，无法确保产品质量，也无法进行质量的持续改进提高。

　　2.1.3质量早期不易判断

　　自愈式电容器的特点就是能够自愈，只要电容器不短路，不开路，有容量，用户在使用前就无法判别质量好坏，就是电容器专家也很难不通过耐久性试验来判别产品的优劣。

　　2.1.4市场竞争不公

　　市场长期低价恶性竞争，有的企业进材料、出产品采用现金交易，不开票，甚至采用贿赂、回扣等不法手段，其结果是迫使各企业不断压缩生产工艺和材料上的成本，最终导致产品质量无法保证。

　　2.1.5将“耐用品”贬值为“低值易耗品”对多方有利

　　“低值易耗品”一般是指价值低、数量大、易损耗、使用年限短、购置报废比较频繁的物品。

如果电容器的使用寿命只有1~2年，这对多方有利，生产厂可以大量生产，经销商可以多卖产品，而供电维修部门进行调换时可以多收产品差价和安装费用，挨过了质保期各方均可不承担质量责任。

这也是“短寿命”产品有强大“生命力”的主要原因。

2.1.6打击假冒伪劣产品力度不够

　　生产假冒伪劣产品投入少、见效快，违法成本低，除非像“三鹿奶粉”会危及人命，而对生产一般工业品很少有破产、坐牢的案例发生。

笔者曾到美国同行考察，如果不签订保密协议就无法进入车间，而我们很多企业一方面对自身的知识产权保护不力，另一方面企业也难以单独在市场上打击假冒产品，保护知识产权方面还任重道远。

　　2.2质量低劣的危害性

　　由于市场上许多低价的自愈式低压并联电容器使用寿命短、故障率高、常出现批量性质量问题，需要正常更换，所以被戏称为“低值易耗品”，其对社会的危害性不可低估。

（1）电容器生产消耗的都是紧缺资源，生产中又大量消耗水、电，还会有污染排放，生产出来的产品应该能使用8～10年，但实际使用寿命短则一年，长也不超过3年，这种浪费资源、增加排放的产品生产从环保角度来讲是一种犯罪。

（2）由于使用寿命短，正常性的更换需要资金不断投入，稍不注意造成补偿不足就要被罚款，特别在目前电容器故障率高的情况下，保护装置显得更加重要，如果电容器没有保护装置或保护装置失效，后果十分严重，有可能引起爆炸火灾，所以用户最终成为低价格竞争的受害者。

　　（3）应该说充分利用市场竞争机制，能促进企业自觉提高产品质量，但采用不法手段搞贿赂、回扣来竞争，不但滋生了社会腐败，也不可能达到优胜劣汰结果。

　　（4）质量不上去，产品出不去，作为工业品制造大国，自愈式低压并联电容器仍难以大批量出口，重要场合使用的电容器还需依赖进口或外资品牌，长期下去将严重阻碍我国电容器行业的发展。

　　3建议进行行业整顿

　　我国产品的质量总体水平在不断提高，与先进发达国家的差距越来越小，但自愈式低压并联电容器，经过20多年的发展，至今产品质量仍不尽人意，应引起有关部门的足够重视，有必要进行行业整顿。

（1）建议将自愈式低压并联电容器列入3C强制性安全认证或CQC质量认证产品目录，通过质量认证促质量提高。

（2）建议产品按使用寿命分级，如像电动机电容器那样采用A、B、C、D等级，便于市场按质论价，有序竞争。

　　（3）建议推行质量三包制度，确立行业最低质保期要求，如3年或5年，提高产品质量外部赔偿成本，充分利用市场机制，促进企业自觉提高质量。

　　（4）建议加强产品质量监督，由质量监督机构定期抽查和公布市场销售的产品质量，提高优质产品知名度，优胜劣汰。

　　（5）严格谁生产谁负责，谁经销谁负责，谁推荐谁负责的质量责任制。

严厉打击假冒伪劣产品，提高生产、经营假冒、伪劣产品的违法成本。

4开发长寿命高可靠产品展望

　　紧凑型无功补偿、智能型单台补偿以及谐波滤波装置的发展，都对自愈式低压并联电容器提出了耐高温、抗谐波、高可靠、长寿命的要求，希望能达到以下指标：

（1）预期寿命在10年以上，6万小时后的存活率在94%以上。

（2）早期失效率以PPM级计算，并实行5年质保期。

　　（3）产品额定工作温度最高可达到85℃。

　　（4）具有高抗谐波的能力，额定工作电流可以提高30%以上。

　　（5）工作场强不低于60V/µm，价格只是目前中档产品水平。

　　十年以前国产电容器要达到这一水平是不可想象，但现在生产耐高温、抗谐波、长寿命、高可靠的自愈式低压并联电容器在技术上已具有可能，例如空调压缩机运行电容器，有的企业已经实行6年的质保期，质保期内失效将承担维修费用，我公司金属化交流电动机电容器的年失效率经统计已低于50PPM，出口到北美的HID电容器已能通过100℃，2000小时的寿命试验，产品耐高温性能、使用寿命和早期失效问题已经基本解决。

　　5结束语

　　目前市场上自愈式低压并联电容器总体质量不尽人意，导致了投资类产品贬值为“低值易耗品”，充分的市场竞争机制得出了令人尴尬的结果，有必要从产品标准、市场准入、质量监督、规范商业行为等方面着手进行行业整顿。

同时，相信随着市场逐步规范，制造技术的不断提升，耐高温、抗谐波、高可靠、长寿命的自愈式并联电容器不久必将成为主流产品。

　　本文所述问题未必完全符合各地区的实际情况，但本文的目的是通过这些问题的提出，希望能促进自愈式低压并联电容器的良性发展。