金属化膜电容器研究进展_李化_李智威_黄想_李浩原_王文娟_王博闻

，，，，，（，430074）：，。。，；，，；；2.7MJ/m3，850。：；；；；ResearchProgressonMetallizedFilmCapacitorsLIHua，LIZhiwei，HUANGXiang，LIHaoyuan，WANGWenjuan，WANGBowen（StateKeyLaboratoryofAdvancedElectromagneticEngineeringandTechnology，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，China）Abstract:Metalizedfilmcapacitorwithhighenergydensityandgoodreliabilityisakindofenergystoragedeviceusedwidelyinpulsedpowersystems.Inthispaper,theresearchprogressonmetalizedfilmcapacitorwithhighenergystorageisintroduced.Theoptimizationschemeofself-healingperformanceofthemetalizedfilmisproposedwithcombinationofitsself-healingcharacteristic;thedielectricleakageofthecapacitorisstudiedanditispointedoutthatthereasoncausingvoltagedropofthecapacitorwithhighenergystoragedensityisduetofilmvolumeleakageandrelaxationpolarizationeffectswhichisthemainfactor.Themainlimitfactoraffectingcurrent-carryingcapabilityisanalyzedandthedensityandservicelifeofthecapacitordevelopedreach2.7MJ/m3over850shotsrespectively.Keywords:capacitor；self-healing；leakage；relaxationpolarization；current-carryingcapability——————————————————————————————————————————————————：2014-12-25：（51377070）。0。，，。，，，，，“”［1-5］。，。，（～700V/μm）、［6-9］。，GA3.0MJ/m3［10］，2.2MJ/m3，。、。，、、。，2.7MJ/m3、850。1DOI:10.14044/j.1674-1757.pcrpc.2015.02.001362：0001-000420154PowerCapacitor&ReactivePowerCompensationVol.36，No.2：0001-0004Apr.2015!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!1··2015236。。Tortai，、、［6-7］。，、、、、［11-13］。Wsh=kUα1bC0βα2f（P）。：Ub，C0，β，f（P），α1、α2、k。，［4，12，14-15］：1）。，，。2），。，。3），。200kPa，10mJ；，。4），。。，，：、、。2，。，1。，；，，［14］。1min5%～20%，［15-16］。。，，，。，，，。（）。，Debye。n，2，Rak-Cak（k=1，2，…，n），Cak（k=1，2，…，n），Rak（k=1，2，…，n），Rp。，，Ch，Cak（k=1，2，…，n）。Cak，，ChCak，。，（），3。3，S0、S1、S2；Cw（330μF）；C0（10.3μF，100Hz）；Rc0.5MΩ；R15.03MΩ；R25.25MΩ；3kV，4。，1。，，。［16］，23kV5.5%，1，。，，2Fig.2Equivalentcircuitmodelsofcapacitorwithconsiderationofmultiplepolarizationforms3Fig.3Polarizationtestcircuitofcapacitor1Fig.1Voltagedropcurveofcapacitorafterdisconnectingfromthechargingpower2··、。3：，［17-18］，5。，［18］。。：1），，；2）。，，。1010A/mm2，。，。。，，［19-20］。。：①1，、。，，；②2，、，，。：1），，，；2），，，；3），，。4，2.7MJ/m3，2，6。5%。7，6Fig.6Sampleofhighenergydensitycapacitor2Table2ParametersofhighenergydensitycapacitorindetailMKMJ2400/μF2400/kV6.6/（MJ/m3）2.7××/mm×mm×mm130×424×3504Fig.4Polarizationcurrentcurveofcapacitor5Fig.5Failuremodesofmetalizedfilmcapacitorathighcurrentapplications20152··，（158）1Table1ParametersofpolarizationbranchcircuitCai/ChRai/MΩτi/s10.0501116020.0502677138130.0351462152733··20152362.2MJ/m3，2000；2.7MJ/m3，850。2.7MJ/m3，。5，：1），，、，，，；。2），；3）；4）2.7MJ/m3850。［1］SARJEANTWJ，ZIRNHELDJ，MACDOUGALLFW.Ca-pacitors［J］.IEEETransactionsonPlasmaScience，1998，26（5）:1368-1392.［2］REEDCW，CICHANOWSKISW.ThefundamentalsofaginginHVpolymer-filmcapacitors［J］.IEEETransactionsonDielectricsandElectricalInsulation，1994，1（5）:904-922.［3］，，，．［J］．，2002，28（7）：34-37．LINFuchang，XUZhian，DAIXin，etal.Evolutionofhighenergydensitypulsecapacitors［J］.HighVoltageEngineer-ing，2002，28（7）:34-37.［4］，，，．［J］．，2012，27（9）：218-223．LIHua，ZHANGMiao，LINFuchang，etal.Studyontheoryandinfluencefactorsofself-healinginmetallizedfilmcapacitors［J］.TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety，2012，27（9）:218-223.［5］，．DC-Link［J］．，2014，35（2）：69-74．ZOULin，ZHAOZhengtao.Self-healingfeatureanalysisofmetallizedfilmforDC-linkcapacitors［J］.PowerCapacitor&ReactivePowerCompensation，2014，35（2）:69-74.［6］TORTAIJH，DENATA，BONIFACIN.Self-healingofca-pacitorswithmetallizedfilmtechnology:experimentalob-servationsandtheoreticalmodel［J］.JournalofElectrostat-ics，2001，53（2）:159-169.［7］TORTAIJH，BONIFACIN，DENATA.Insulatingproper-tiesofsomeliquidsafteranelectricalarc［J］.IEEETrans-actionsonDielectricsandElectricalInsulation，2002，9（1）:3-9.［8］BELKO，BONDARENKOPN，EMELYANOVOA.Thedynamiccharacteristicsofself-healingprocessesinmetalfilmcapacitors［J］.RussianElectricalEngineering，2007，78（3）:138-142.［9］SARJEANTandWJ，LARSONDW.Energystoragecapac-itors:aginganddiagnosticapproachesforlifevalidation［J］.IEEETrans.Magn，1997，33:501-506.［10］MACDONALDJR，SCHNEIDERMA，ENNISJB，etal.Highenergydensitycapacitors［C］//InPro.2009IEEEElectricalInsulationConference.Montreal，Canada，2009:306-309.［11］，，．［J］．，2008，29（1）：31-36．CHENWenliang，DONGYan，JIAHua.Preliminaryre-searchonpartialdischargeandself-healingcharacteristicsofmetallizedfilmcapacitors［J］.PowerCapacitor&Reac-tivePowerCompensation，2008，29（1）:31-36.［12］CHENYaohong，LIHua，LINFuchang，etal.Effectofinterlayeraironperformanceofdry-typemetalizedfilmcapacitorinDC，ACandpulsedapplications［J］.IEEETransactionsonDielectricsandElectricalInsulation，2011，18（4）:1301-1306.［13］，．［J］．，2009，30（1）：26-29．CHENJing，WANGYong.Thedesignofaluminum-zincmetalizedfilmwithgraduallychangedsquareresistance［J］.PowerCapacitor&ReactivePowerCompensation，2009，30（1）:26-29.［14］．［D］．：，2010．［15］．［D］．：，2013．［16］，，，．［J］．，2013，28（9）：274-280．LIZhiwei，LIHua，YANGPeiyuan，etal.Leakagecharac7Fig.7Capacitancedropcurveofmetalizedfilmcapacitor(18)4··2015236teristicofmetallizedpolypropylenefilmcapacitorsunderdifferentelectricfields［J］.TransactionsofChinaElec-trotechnicalSociety，2013，28（9）:274-280.［17］QIXG，BOGGSS.Electrothermalfail