真空电容

真空电容（精选四篇）

真空电容 篇1

一、真空电容结构原理

真空电容在长波、中波、短波、超短波发射机上,以及高频高压设备中,作为调谐、耦合、滤波、中和、隔直流等元件使用。真空电容按结构划分主要有二种:一是固定电容,二是可变电容。固定电容的两个电极的位置固定不变,容量不可调整,如图二。可变真空电容两个电极中的一个电极位置是可调的。活动电极连接在可伸缩的波纹管上,通过螺杆调节波纹管的伸缩,带动与它连接的活动电极上下移动,改变两个电极间的相对面积,从而起到了可以调节容量的作用,如图三。

二、真空电容管理

引起真空电容损坏的原因主要有以下3 个方面:1.运输、搬运过程中真空电容瓷质外壳部分开裂或者生产时封装不严会造成真空电容漏气,使用时耐压值降低,容易造成内部闪络、打火等问题。存放在库中的真空电容,由于慢性漏气和内部各极释放气体,存放时间越长,真空度也会下降。2.可变真空电容的寿命基本由波纹管的寿命决定,而波纹管伸缩达到一定次数就会老化断裂,使电容达不到应有的耐压值。3.长时间使用的可变真空电容,调节杆的润滑油会变得干燥,带动其调节的电机负荷变大,严重时会转不动,不能完成调谐或者烧毁电机。针对真空电容结构特点及损耗原因,我们应从以下几个方面做好管理工作:

(一)建立完善的管理制度

真空电容是特殊器件,也很贵重。因此要对其规范使用和管理,就必须建立有效且适合的制度,对真空器件从领取入库到最后报废中的每一个环节都应进行规定和说明。

(二)有专门的技术人员进行管理

要选择熟悉真空器件使用和维护的技术人员对真空电容进行管理,定期统计及更新管理资料。

(三)建立真空电容档案

做好每个真空电容资料的记录和保管工作,量化真空电容的需求,合理安排库存,尽量缩短存放时间。要注重每个真空电容使用与维护资料的整理存档,包括出厂合格证、质量保证书、使用卡片、试验记录、使用时间、停用日期、累计使用时间及使用位置等信息,并细分为备用真空电容的管理及在用真空电容的管理两个部分进行。另外,再统一建立一个记录表,可以详细记录入库、测试等情况和数据。真空电容使用卡片做到一件一卡,记录表可作汇总,这样能够保证真空器件所用相关信息都有记录可查,如图四。

(四)符合要求的专用库房

储存真空电容的专用仓库应干燥无尘、防潮、防震,库内不得存放易燃、易爆、易挥发、带腐蚀性的化学物品。室内必须设置抽湿机等防潮设备及温、湿度传感器等温控设备,以保持室内干燥和温度的要求。库房内相对温度应保持在摄氏+5℃至35℃之间,相对湿度应不大于70%。真空电容可用较厚的塑料密封袋存放,里面可以加些袋装干燥剂防潮,但干燥剂要注意定期更换。

(五)真空电容的搬运

真空电容外表的铜以及内部的电极都经过了退火处理,因而是比较软的,外力过大或强烈震动就会变形,电极间距变化造成耐压值降低,因此,真空电容在运输、搬动、拆装和存放过程中,要多加小心,轻拿轻放,减少震动。对于可变真空电容,要将容量顺时针调整到最小再返回2-3 圈,这样波纹管连接活动电极的总长度最小,横向受力影响最小,利于搬运。

(六)真空电容的检验

真空电容入库前,首先进行外观检查,主要观察表面不能有裂缝和机械损伤;其次检查真空电容内部不能有活动响声;再则,按真空电容交货验收标准和要求进行各项检测和试验。真空电容器检测试验仪器:用兆欧表进行绝缘测试,用交流高压实验器和直流高压实验器进行耐压测试,用电容表测量电容的容值。以上所有测量的参数必须记入在相应的卡片和该真空器件的档案中。

测量可变真空电容时应顺时针转动电容,直至转不动为止,此时电容量最小;再逆时针旋转电容,直至调节杆松动,此时电容量最大。在这个过程中分别用电容表测量电容量的最小值与最大值。在容值最大值时,用2500V摇表进行测试是否符合要求,并按要求可进行交流和直流高压测试,以进一步检查电气性能。

库存真空器件还要定期进行电气参数检查和耐压试验,一般间隔每3-6个月,可根据发射机播音时间和重要播音期等作统一安排和调整。

三、真空电容的高压试验

高压试验在真空电容维护中是非常重要的。它不仅可以鉴别电容是否漏气,还可以消除电容毛刺;有助于改善真空度;提高电极间的绝缘性能和耐压性能,有助于延长管子的储存寿命,保证真空电容上机能安全工作。

高压测试俗称“打压”。打压分为交流打压和直流打压两种。打压应本着“先交流,后直流”的原则进行,这样有利于直流打压得到小而稳定的漏电流。打压测试时,可变真空电容必须要在最大容量处进行,最后记录打压结果、泄漏电流等。针对打压的步骤和方法应制作真空电容试验操作卡片。

应该注意的是国产电容国标型号中所标示的电压值为射频峰值电压,例如可变真空电容CKTB2000/10/200A,其中10表示为射频峰值电压,即10KV,而国标规定试验电压是标称的1.4 倍,即14KV,但是大多是电压表为有效值读数,故交流打压的电压值就是10KV。直流打压按照峰值试验电压14KV的60%,约9KV进行。另外,进口电容根据厂家不同标注的电压值可能有不同含义,千万不要超过标称电压值,以免打坏电容。例如COMET电容CVMA-650FW/50-ABEF,其中50为峰值测试电压50KV,是交流试验电压能达到的最大电压,直流试验电压的最大值为60%的峰值测试电压,并称为峰值工作电压。

四、发射机在用真空电容的维护及检修

(一)良好工作状态对真空电容的重要性

真空电容的工作电压远低于它的额定承受电压,有一定的富余量,机器正常工作时是不会超过它的额定电压的。当机器长时间的过功率、过调幅就有可能引起自激振荡,产生异常高压。当这种异常高压高于电容的额定电压时,造成真空电容的闪络或极间打火、电容的内部打火等,易导致真空器件损坏。所以机器必须处于良好的工作状态下,才不致损坏真空电容。

(二)在用真空电容的停机检修

真空器件使用在高压、高频、高温环境下,极易吸附空气中的灰尘,另外因更换器件或检修等其它原因弄脏陶瓷表面,极易造成耐压降低、爬电、吱火等现象,这会降低其耐压值。停机检修时先用电吹风对表面进行清洁除尘,再用工业酒精对表面及裸露部位进行清洁。

在用真空电容的检测主要以关机后的摸温、测温来判断电容工作情况。摸温需要经验,不很准确;可以用点温枪来测量,可以直接读出温度数值;还可以用温度试纸(测温贴片)来测量。温度试纸贴于被测物表面,有超温现象相应的数值变色,以此来显示和记录温度数值。

在检修中要重点检查与真空器件的连接部分有无螺丝松动、压接不紧,变色过热等问题。检查可调真空电容及其调谐组建的转动是否灵活。

(三)真空电容的更换

待更换的真空电容应进行使用前的测试。更换时必须做到拆卸、安装之前,摇测、打压后都必须进行放电。更换安装电容时,必须戴上洁净的白布手套,防止用手直接触及电容外壳。安装时要将备份电容容量调成与原机电容容值相等(可事先制作经过准确测量的在用可调真空电容的容值标签,贴在相应电容旁边,以便更换电容时快速进行调整)。

五、真空电容故障的应急处理

在做好真空电容维护的基础上,应建立详细的真空电容故障处理应急预案,包含人员组织、备份准备、工具准备及车辆组织等方面,才能有条不紊而又快速有效地处理好故障。

另外,可以考虑对部分复杂电路的真空电容进行热备份。如我台天线调配室调配网络的真空电容,装机时因单个电容耐压值无法达到设计要求,经常有吱火现象,造成发射机不稳定。后来改变设计,采用4个电容两个并联再互相串联的形式安装才解决了问题。但是改造带来了新的问题,4个电容若有一个故障时,不容易判断出故障电容,并且更换电容操作复杂,这些都延长了故障处理时间。目前我台为该处电容安装了热备份,需要时只需改变一下铜馈管的连接线路,即可恢复播音,大大减少了发射机停机处理故障的时间。

六、结语

真空电容 篇2

真空陶瓷电容器诞生于上世纪60年代，由于其独特的技术优点，如今仍然广泛使用在大功率中短波发射机上，用于调谐、匹配、滤波、隔直流和中和等。陶瓷真空电容器价格昂贵，维护使用技术要求高，如果按照正确的方法存储、使用以及维护，就会表现出长寿命、高稳定的优点，不仅可以降低维护费用，而且还有利于发射机稳定工作。因此，深入了解其技术性能特点，研究其失效原因，采取正确应对方法，保管好、维护好、使用好真空电容器具有重要意义。

2 陶瓷真空电容器的结构及高频特性分析

陶瓷真空电容器是以高导无氧铜为电极组，以10-7Torr（托）以下的高真空为介质的电容器。与其他介质电容器相比，具有耐高压、体积小、高频损耗低、性能稳定可靠等特点。其独到之处有以下几点：最高额定电压值可达几百kV；如果采用特殊的水冷却结构，射频电流可达上kA；对于给定的电容量和额定电压值，真空电容器所占空间最小；具有很宽的容量调节范围，可由几个pF到几千pF，最大容量和最小容量比值高达150:1，是用于宽调谐范围的理想器件；能承受瞬时的过电压，具有较强的过电压自愈能力；工作在高海拔地区而性能不降低等。

2.1 陶瓷真空电容器的结构

图1为典型的Jennings（美国）陶瓷真空电容器结构，其它厂家的产品结构与此相似。两个同轴圆柱形高导无氧铜电极封装在真空陶瓷壳内，可动极固定在滑动轴上，另一个是固定端。可伸缩的金属波纹管附在套筒型轴承上，以便在改变电容量时保持真空度。通过转动调节螺杆来改变电容器的容量。

图1中各部件为：（1）电容量调节螺杆、（2）旋转罩、（3）套筒型轴承、（4）使可调电极移动的活动轴、（5）高真空介质、（6）陶瓷封装、（7）厚铜板、（8）起始电容微调螺钉、（9）厚铜安装面、（10）使可调电极在真空中移动的长寿命波纹管、（11）同轴圆柱形可移动的法兰盘结构。

2.2 高频等效电路

陶瓷真空可变电容器的高频等效电路, 如图2所示。C为电容, Ls为电容器的自感量, 主要由波纹管引起, r代表造成电容器有功功率的铜损和各种介质损耗的等效电阻, 图3为高频等效电路的电压矢量图。由于r通常在5-20mΩ之间, 远小于XLs和XC, 故Ur可忽略不计, 电容两端的高频电压。可见, 由于波纹管的存在造成了电容两端电压的升高, 这对电容器的安全是不利的, 并且频率越高, 影响越大。

2.3 固有谐振频率

如图2所示，当XLs=XC时，等效电路发生串联谐振，总阻抗Z出现最小值且等于r，对应的频率f0称为真空电容器的固有谐振频率。

设电路总阻抗为Z，相位角为φ|，则：

当电路谐振时，φ为0，则：

图4所示为相位角φ随频率变化的曲线。由图4可以看出, 当f<f0时, φ|<0, 电路呈容性;当f>f0时, φ|>0, 电路呈感性, 此时电容已经变为电感了。

图5为jennings公司提供的电容量与自感量及固有谐振频率的典型数据曲线。从图5可以看出，当电容量由100pF-1000-pF变化时，相应的自感量大约由16nH-19nH变化，固有谐振频率f0则由125MHz-36MHz变化。当载波频率低时，发射机需要较大的电容量；当载波频率高时，需要较小的电容量。对于2.3MHz-26.1MHz的短波广播频段，在频率低端和高端，固有谐振频率f0均数倍于载波频率，一般不会影响电容器的正常使用。

2.4 Q值

谐振电路的Q值等于谐振电路中储存的能量与每个周期内消耗能量值比的2π倍。Q值的高低代表着谐振电路储能效率的高低。设Ws为电感和电容器中存储的总能量，Wr为r在高频电流一个周期里消耗的能量，W0为谐振时的角频率，则：

由于r非常小，所以真空电容器的Q值很高，一般在1000-5000。r的大小对于确定电容器的冷却方式有特殊意义。

2.5 电容器的并联

为了提高真空电容在使用中的可靠性，常并联使用。图6为其并联使用时的等效电路，图中，Lc为引线电感。图7为jennings公司提供的两个CVEP-2000陶瓷真空电容器，采用低引线电感方式并联时，电容量与固有谐振频率的关系，可以看出，由于Lc的引入，其固有谐振频率f0略低于单个电容的固有谐振频率。

3 陶瓷真空电容器失效分析

失效是指产品丧失规定的功能。陶瓷真空电容器失效主要包括以下几种情况：

(1）陶瓷真空电容器在发射机允许的频率、功率、外电等条件下，不能稳定工作。

(2）在个别频点上不能稳定工作。

(3）电容器功能正常，但由于使用不当造成功能丧失。

(4）由于存储、使用的环境应力（温度、湿度、灰尘等）造成功能丧失。

真空电容的失效分为存储中的失效和使用过程中的失效两种情况。存储中的失效常表现为真空度降低、耐压值降低、泄漏电流过大；使用中失效又分为突发性失效和渐变性失效两种情况。突发性失效常发生在发射机较长时间停机后，重新开机时不能完成正常调谐和匹配，多表现为电容漏气；渐变性失效的最初表现为发射机过荷保护，并且功率越高，调幅度越大过荷越频繁。高末输出回路使用的真空电容器渐变性失效常表现为高末阴流过荷或驻波比过大等，渐变性失效的后期发射机过荷非常频繁，即使降低输出功率，也难以维持稳定工作，渐变性失效故障多表现为真空度下降、耐压降低等。

3.1 失效模式分析

所谓失效模式，是指产品失效的表现形式，一般是指能被观察到的一种失效现象，研究失效现象的目的是为了找出失效的原因。真空电容器的失效模式一般表现在如下几个方面：

(1）漏气：漏气后，陶瓷真空电容器内外压力平衡，活动轴在波纹管的张力作用下向上凸起，用手可以上下移动活动轴，如图8所示。

(2）内部打火：在瞬间的异常高压下，电容内部耐压薄弱点发生击穿，造成不可恢复的损伤，如图9所示。

(3）绝缘瓷体裂纹：在过大的机械应力、异常高温、环境温度的急剧变化等情况下很容易发生，如图10所示。

(4）局部过热：主要是异常的高频电流引起，如图11所示。

(5）内部电极变形：同心圆电极组在制造和使用过程中均有可能造成铜板变形，如图12所示。

(6）耐压降低：由于环境应力、过载工作、使用不当或长期存放等原因引起真空度降低。电容器在使用初期功率较低时正常，功率增大或加调幅后出现过荷、打火。

(7）两组电极短路：由于内部打火，造成固定电极组和动电极组变形短路。

(8）个别频点不能稳定工作：在很窄的频段内不能稳定工作，其余工作频段均能稳定工作。

(9）传动丝扣滑丝：传动杆丝扣（包括螺母丝扣）局部滑丝。

(10）使用不当：真空电容器本身正常，由于安装不正确或起始容量值设置不对以及人工调谐、调载操作不熟练等原因引起。

3.2 失效机理分析

失效机理是指引起失效的物理、化学变化等内在的原因。分析失效机理是为寻求元器件失效的实质原因。

(1）机械应力与蠕变：真空电容器内部击穿电压的大小，主要取决于电容极板间空隙大小。由于电极是由铜板退火而制成的，所以变得很软，再加上两极间的距离通常只有几个mm，所以意外的磕碰、撞击、摔落等都有可能引起内部形变，造成不可修复的损伤，轻者耐压减低，重者可能造成陶瓷破裂，电容漏气而报废。

金属在一定温度和应力下会发生明显的蠕变现象，产生不可恢复的形变，随着时间的积累，蠕变进入加速阶段时，将发生蠕变断裂。如果陶瓷真空电容器安装方法不正确，就有可能产生过大的应力，再加上长时间在高温作用，就容易引起金属变形，甚至发生漏气。

(2）波纹管疲劳：由于波纹管承受一定的应力，并不停地作往返运动，容易产生金属疲劳而漏气。应力越大、反复运动次数越多，疲劳速度越快。金属的疲劳在后期具有突发性，容易导致突发性真空电容失效。

(3）过压

(1) 驻波比过大引起的过压：由于电路问题、恶劣天气或馈线落鸟等因素，常导致高频功率传输线路不匹配，电路将产生反射电压，反射电压和入射电压同相位时将同相叠加。一般大功率短波发射机允许的驻波比（VSWR）为2:1。

设发射机输出网络某点入射电压瞬时值为u入，反射电压瞬时值为u反，则：

将VSWR=2代入（5）式，可得：（u入+u反）=1.33u入。设此点载波状态下入射电压有效值为U0，当调制度m=1时，

（注：为m=1时入射电压的峰峰值）。可见，当电压驻波比为2时，电路所要承受的最高瞬时电压等于载波入射电压有效值的3.76倍。

(2) 波纹管引起的过压：如2.2节所述，高频状态下，由于波纹管的影响，使得电容器两端的高频电压。在低频段时，影响较小；随着频率的升高，影响变大。

(4）寄生振荡

正常情况下，发射机的输出槽路可以等效为一个LCR并联等效电路。由于正常工作的谐振回路的Q值不是很高，所以流过电容的高频电流值能够控制在安全值以内。然而，在发射机内部存在着各种模式的寄生振荡，即低频振荡、同频振荡或高频振荡。任何形式的振荡，槽路都可以等效为串联或并联谐振电路。串联谐振时，电容和电感两端的高频电压等于总电压的Q倍；并联谐振时，支路电流等于总电流的Q倍（Q值较大时）。由于寄生槽路的Q值较高，所以易产生异常高压和异常大电流。同时，由于寄生振荡的高频功率不能有效地传送出去，通常都消耗在发射机内部，所以，寄生振荡易造成器件损坏。

当电感器件和电容器件同时出现在同一个回路里时，便会发生谐振现象。图13为短波发射机输出槽路在考虑真空电容器波纹管电感和隔直电容器引线电感的情况下的等效电路。在图13中，有三个谐振回路：

(1) f0所在的谐振回路为发射机正常的工作频率谐振回路，由并联调谐电容C11和C12（包括波纹管电感LS11和LS12）、第一π电感L1和调载电容C2（包括波纹管电感LS 2和L2电感反射之阻抗）等组成。

(2) f1和f2为两个寄生的超高频谐振网络，其中，f1为寄生π网络，它由起始电容C0（包括电子管输出电容C出和屏极对地分布电容Cd）、隔直电容CK及其引线电感LK以及并联调谐电容C11和C12（包括波纹管电感LS11和LS12）和第一π电感L1反射之阻抗等组成，由于该网络谐振频率阻抗高，通过反馈而形成超高频寄生振荡网络。

(3) f2由并联调谐电容C11和C12及其波纹管电感LS11和LS12构成超高频寄生谐振回路。

在发射机槽路中，所形成的超高频寄生网络对真空电容器的使用是十分不利的，必须要采取相应的防振措施。

(5）冷却不足：陶瓷真空电容器的冷却方式有自然对流冷却、强迫空气冷却和循环水冷却三种。电容器的正常工作电流是在保证正常的冷却条件下实现的，一旦冷却效率降低或冷却不均匀，电容器就会因过热而缩短寿命。

(6）外部打火：特别是陶瓷与金属（可伐）封接处的打火，容易造成漏气。

(7）润滑缺失：真空可变电容器在高温下工作，润滑油脂容易失效，造成传动螺杆的螺纹过度磨损而滑丝。

(8）环境应力：在温度、湿度、灰尘、有害气体、微生物等环境因素的综合影响下，电容器的外壳金属部分容易锈蚀，尤其是淘瓷与金属（可伐）焊缝薄弱部分的锈蚀，易造成器件的慢性漏气。同时，由于电容器内部除气不彻底，还会在贮存过程中缓慢释放气体，使器件内真空度降低。

3.3 失效对策建议

失效对策是指防止失效的具体措施，是失效分析的目的。

(1）加强库存管理

(1) 存储环境保障：库房应保持洁净，相对湿度小于80%，不能有腐蚀金属的挥发性气体，室温应大于0℃。真空电容器在存储期间要垂直放置，并使电容量处在较大容量位置，以便使波纹管处于自然状态。真空电容器最好存储在原包装箱内，如果要拿出存放，应放置在密闭良好的塑料袋内，并放置干燥剂。

(2) 入库验收打压：按照要求的电压进行交直流打压，先交流，后直流。打压时要特别注意国产电容和进口电容标称电压数值的差异。进口电容器一般标称电压为峰值试验电压，国产电容器标称值为峰值工作电压，两者相差1.4倍。另一点要注意的是，由于真空电容器在制造过程中，工艺控制的几何误差或表面缺陷（毛刺），使得可变真空电容器在不同的电容量位置时，两电极之间相对最小距离或耐压数值不同，会出现在某一位置时耐压值不合格的情况。这种缺陷在正常使用时不易发现，当电容量使用到这一特殊位置时才会暴露。所以，打压验收时应在电容量大小不同的位置进行。严格的打压测试可以在暗室内进行，以便观察打火现象。

(2）确保良好的冷却效果：要定期维护冷却系统，在更换电容器后要正确恢复冷却系统，使用强迫风冷时，要将吹风管位置对准冷却部位；使用水冷时，要防止装错进出水管，更要避免播音中水管脱落或破裂，造成意外事故，关机时一定要保证足够的冷却时间。

(3）确保发射机的保护灵敏度

(1) 冷却系统保护：冷却系统出现问题，冷却效率下降，将直接导致电容器件额定功率下降，对电容寿命影响很大。因此，发射机对冷却系统设有水流、水压、水温、风压等严格的监视保护措施。严禁随意短路保护接点，对保护电路的性能和保护值要定期校验。

(2) 快速保护：当电路由于某种原因，真空电容器瞬间失效（打火）或超负荷工作时，正常的冷却系统已不能确保器件安全，因此，发射机设有打火检测、快速驻波比保护、过流保护等措施，通过封锁射频功率或关断高压等方式对器件进行保护，保护电路要定期校验。

(3) 放电球保护：当真空电容器两端电压超过额定值时，通过放电球放电来保护。放电球的距离要符合要求，定期校验。

(4）防振线路完好：为防止寄生振荡，发射机设计有防振电路，一是要经常注意检查中和电路等防振线路；二是要确保所有防振元件完好，特别是防振电阻易变值，要经常检测，及时更换。

(5）加强维护：定期（每年度夏大检）清洁、润滑传动丝杆，检查调整伺服系统，确保转动灵活，确保电子限位和机械限位装置安全可靠，防止销钉、顶丝等松动、脱落；定期清洁灰尘，及时打磨打火点。

(6）正确安装

(1) 减小机械应力：当电容器的螺丝孔和连接铜板孔位置不正时，要用锉刀修正孔位，不允许强行安装，否则，会因应力过大而缩短使用寿命；紧螺丝时，要在对角线位置均匀而缓慢旋紧，不要用力过猛或拧得过死，以防止滑丝或法兰盘变形；对进口电容器的安装还要注意固定螺丝的制式是公制还是英制。

(2) 正确预置初始电容量：电容器安装时，初始位置的确定通常是由容量最小位置向回旋转一定角度，各发射机厂家要求略有差异。当用国产电容器代替进口电容器时，最好用测量初始电容量的方法决定向回旋转的圈数。当电容器并联使用时，不同品牌不要混用，两只电容器的起始容量要严格一致（用表测），否则会造成功率分配不均。此外，要保证随动电位器初始位置正确。

(7）正确操作：短波发射机换频、紧急代播或开新频率时，经常会手动调谐。操作不熟练时，会有较大的失谐和失配现象，如果发射机不稳定，还有可能出现寄生振荡，威胁器件安全。另外，要尽量避免真空电容器不必要的转动，以及尽量缩短转动的行程，以延长波纹管的寿命。开新频率后，要及时测量电容器温度。

(8）避免人为事故：任何时候，都要轻拿轻放，避免磕、碰、摔等。

(9）示温贴片：在电容器表面粘贴示温纸，以便及时观察温度，发现问题。

4 故障诊断

由于同时存在着失谐、失配、寄生振荡等潜在因素，使得陶瓷真空电容器在发射机上因使用的位置不同，故障现象也各有不同，即使同一位置，因损坏的程度不同，故障现象差别也会很大。同一故障现象，可能有多种原因，因此，此类故障的判断难度比较大，再加上更换器件需要的时间较长，一旦判断失误，会大大延长停播时间。本文介绍的故障诊断方法，是笔者多年维护经验的总结，既有普遍性，也有特殊性，需要综合运用。

(1）观察法

(1) 观察电容器内部打火颜色：众所周知，低气压气体电离后，会发出各种不同颜色的光。从发白光起，随着气压的降低，依次是紫红、玫瑰红、粉红、兰白，当气压到10-3Torr（托）以下时，就完全无光了。而真空电容器的气压在10-7Torr（托）以下，因此正常工作的电容器是不会发生低气压辉光放电现象的。因此，可以利用这一特性通过观察器件打火时的颜色来判断真空度。若发射机输出很小的功率，整个电容器发红光或粉红光（像灯笼一样），则此只电容器肯定是漏气了。对于耐压降低的电容器，可以用高调幅冲击的方法做可靠性检查，一般情况下，耐压不够的电容器内部会打火发光。

(2) 观察伺服系统转动情况：真空电容器一旦漏气失去真空，内外气压平衡后，其活动轴会向上凸起；有时，由于电容内部打火可以造成两组电极短路焊死。当以上情况发生时，仔细观察，会发现伺服系统电机在转速、转动声音等方面都将有异常现象，转速很快或很慢都不正常。完全漏气时，拿掉电容旋转罩可以看见凸起的轴。

(3) 观察电容器的外观：主要看陶瓷表面有无裂痕、变色以及严重打火痕迹等。

(2）手感法

(1) 手摸温度：当真空电容器真空度降低、内部打火或击穿时，高频损耗大，电容器会发热。可关掉高压，用手摸（或用点温计测温），有故障的温度很高。

(2) 手转电容：用于进一步确定故障电容器。对于怀疑的电容器，可以拆掉伺服装置，用手转动电容器旋转轴，调节电容量，通过感知转动力矩大小来判断好坏。

(3）表值分析法

此法是快速定位故障点的辅助方法，还需其他方法配合。有时电容器真空度降低后，发射机既不打火，也不过荷，只是开机调谐不正常。对特殊位置的真空电容器可以通过手动调谐，仔细观察调谐过程表值变化来辅助定位故障点，可以提高判断速度。

以下实例是笔者曾维护过的R IZ SW100kW短波发射机高末调谐电容C1、调载电容C2漏气时的判断方法，供参考。图14为该机高末槽路原理图。

在第一π电感L1和第二π电感L2正常的情况下：

(1) 高末调谐电容C1漏气后，主要表现为高末槽路严重失谐；自动调谐时，高前调谐完毕，高末屏流表打倒头，帘栅流很小；减小激励，倒手动调谐，高末屏流很大，调C1、C2时，表值均没有明显变化。

(2) 高末调载电容C2漏气后，主要表现为高阻抗失配；自动调谐时，高前调谐完毕，高末屏流很小，帘栅流打表；减小激励，倒手动调谐，调C1时，能找到调谐点，即屏流最小点或帘栅流最大点，并且在调谐点表现出高阻抗，调C2时，表值没有明显变化。

(4）电路隔离法

此法适用于DX-600的90°相移网络。DX-600中波发射机，三个PB单元加上合成器共使用了十几只真空电容器，而且无法直接观察到，故障判断难度大。图15为DX-600并机网络原理图。

90°网络具有四分之一波长特性，即：输入阻抗和输出阻抗具有反相特性。下面实例是在维护过程中，遇到C1耐压不够时的判断方法。

故障现象：低功率200kW或400kW（并机）时工作正常，高功率600kW时，三个PB频繁出现网络驻波比保护故障。我们用甩PB的方法确定故障范围，分别甩掉PB2或PB3, 400kW工作时，故障依旧；当甩掉PB1，由PB2和PB3并机400kW工作时，故障消失。故障点C1的确定：正常情况下，PB1脱机后，C1被模式开关K1短路接地，电感L被接地，电感L与电容C2形成并联谐振网络，从B点向PB1看去，阻抗将变得无穷大。由此可知，只有C1耐压不够，且PB1脱机时，才能把将由电容C1引起的故障点甩掉，因为此时C1两端电压为零。

(5）打压法

(1) 摇表：方法较简单，适用于电容内部短路或绝缘下降很大。正常电容器用2500V兆欧表测绝缘电阻，一般在104MΩ以上。

(2) 打高压：对于线路复杂，位置特殊，难以观察，现象不明显的真空电容故障，有时要根据大概判断的范围对电容器进行打压测试。打压时不必把电容器拆下，但要把高压端接线拆除。

5 结束语

由以上分析可知，陶瓷真空电容器对存储、使用、维护的全过程都有严格的质量要求，只要按照正确的方法维护和使用，其性能和可靠性是令人满意的，对提高设备可靠性，降低维护成本的潜在效益是巨大的。

参考文献

[1]赵凯华, 陈熙谋.电磁学.高等教育出版社.

[2]李松荣, 张银贵等.发射管的使用和维护.国防工业出版社.

[3]师国洪等.质量控制与可靠性工程基础.

[4]苏振华, 张立雄.真空电子器件工作和非工作可靠性的探讨.电子产品可靠性与环境试验, 2000年6月第三期.

真空电容 篇3

整个研讨会围绕着COMET集团的核心技术、产品特点、与客户的沟通、未来的发展等方面,展开了热烈的交流探讨。COMET集团首席执行官Ronald Fehlmann先生、真空电容事业部总经理Michael Kammerer先生、国家新闻出版广电总局无线电台管理局维护处处长王延辉先生分别上台致辞并发表了精彩的演讲。

Ronald Fehlmann先生表示,举办研讨会主要有两个目的:一是希望通过交流探讨,使大家对真空电容的结构、弱点和技术特性有更深一步的了解,进而对真空电容的操作有更具体的认识;二是希望和大家学习,了解实际工作中的应用方式,知道无线局和北广科技等的具体需求,以便COMET集团可以在技术方面继续改良。

COMET集团除了真空电容事业部以外,还有射线安全检测部门、流程检测部门和电子束部门,所有的部门中,真空电容和射线管是COMET集团的两个核心技术。这两个核心产品经过50年的发展,在质量、可靠性跟用途方面,得到了市场的认可,目前已经参与了全球70%的市场。

Ronald Fehlmann先生指出,COMET集团多年来成功的秘密就是,不是为了技术生产这个产品,而基于客户的需要,为他们制造他们所需要的产品,诚信是COMET集团成功的主要因素。

Michael Kammerer先生主要介绍了COMET集团以客户为导向的理念,深入分析广播客户的需求,采用最先进的技术,为客户提供高品质、高可靠性、高精度的产品,并顺应发展,不断对产品进行改进和完善。广播业务是COMET的传统重点业务,COMET集团的战略重点就是高水平的服务,注重与客户的沟通,主动倾听客户的需求,为客户的特殊需求设计量身定制的解决方案。

王延辉处长在致辞中表示,无线局是中国最大的广播发射集团,相当多的发射机使用真空电容器件,是广播发射安全播出不可或缺的配件,COMET集团的产品是伴随着一些进口设备、国产设备以及北广科技集团生产的一些高端设备,来到了无线局。无线局通过各种途径和COMET集团一步步加深了了解,增强了合作。目前COMET集团的产品在无线局占有非常重要的地位,对无线局确保播出不中断有非常重要的作用,具有一定不可替代的作用。无线局下一步工作也在进行,比如数字化广播等新技术的尝试,必须要利用可靠的配件来实现,希望无线局数字化转型的过程中,能够继续得到包括COMET集团和北广集团在内的大力支持。也希望无线局的各位同仁积极做好准备。

真空电容 篇4

据统计, 电力系统每天需投切电容器组1~2次[1~3], 60%的电容器组每年被投入无功补偿操作达300次, 另外30%的电容器组可达到700次[1]。真空开关因具有长机械寿命, 非常适合于这种应用, 但其在容性电流开断后具有一定的重击穿概率, 有可能产生过电压从而威胁电力系统的运行安全[4,5], 因此研究真空开关容性电流开断重击穿现象是十分重要的。

真空开关投切背靠背电容器组的性能主要取决于触头表面情况, 而触头表面会被预击穿电弧烧蚀破坏, 因此触头材料以及触头的加工过程对投切过程尤为重要。K.Yokokura等[6]研究发现与CuTe Se、Cu Bi以及Cu Cr触头材料相比, Cu W触头材料投切电容器组的性能最为优异。F.Körner等[7]研究发现螺旋槽触头在投切电容器组时, 比平板触头的绝缘性能好, 其原因在于预击穿过程中螺旋式触头结构熔焊、烧蚀区域比较分散, 面积较大。T.Donen等[8]发现Cu Cr触头在投切电容器组时的重击穿现象与场致发射电流密切相关。然而, 目前尚未找到一种优良的真空灭弧室触头材料以满足各种开断条件、特别是投切背靠背电容器组操作的要求。

本文通过研究真空熔渗Cu Cr50、真空熔铸CuCr40Te0.005、电弧熔炼Cu Cr50触头材料的重击穿情况, 旨在了解三种不同Cu Cr触头材料对真空灭弧室投切背靠背电容器组性能的影响。

2 试验

图1为一种适用于真空开关容性电流开断的合成试验回路图。此合成试验回路包括高频涌流源回路、工频电流源回路以及工频电压源回路三个部分。其中高频涌流源回路通过预充电的电容器C2对电抗器L2放电可产生一幅值达20 k A、频率为3.8 k Hz的高频涌流。工频电流源回路通过预充电的电容器C和电抗器L放电可产生一幅值达2 k A、频率为50 Hz的工频电流。工频电压源回路由高压变压器T通过电容器C1可提供一波形为Um∙ (1-cosωt) 形式的直流恢复电压, 其中Um为变压器二次侧电压峰值。

真空开关容性电流投切的合闸过程和分闸过程分别如图2和图3所示。其中, 图2 (a) 为动触头的合闸行程曲线, 图2 (b) 为合闸高频涌流波形;图3 (a) 为施加于真空开关上的直流恢复电压, 图3 (b) 为工频电流波形。

试验用12 k V等级试品真空灭弧室的三种不同的Cu Cr触头材料为真空熔渗Cu Cr50、真空熔铸CuCr40Te0.005、电弧熔炼Cu Cr50, 其显微组织照片分别如图4所示。

每种触头材料使用三只完全相同的真空灭弧室, 每只真空灭弧室进行一组80次的“合分”操作, 具体试验条件见表1。试验过程中, 工频电流小于1 A, 由于没有几百安培的工频电流对真空灭弧室的老练作用, 此试验条件最为苛刻[5~11]。此外恢复电压峰值 (2Um) 达到20 k V, 整个恢复电压持续时间为500 ms。

3 结果与讨论

真空灭弧室在开断容性电流后, 将承受一直流恢复电压。若其真空间隙的介质恢复强度无法承受此恢复电压, 真空灭弧室就会发生击穿。在恢复电压1/4周期内发生的击穿称之为复燃, 在恢复电压1/4周期后发生的击穿称之为重击穿, 典型波形如图5所示。本试验中若一次恢复电压持续时间内出现了一次或者多次重击穿, 这次分闸操作就被定义为出现重击穿。表2列出了每只真空灭弧室重击穿概率。

从表2可知, A组真空灭弧室重击穿概率分散性非常大, 重击穿概率最高达10%, 最低仅为5%;B组真空灭弧室重击穿概率分散性也很大, 重击穿概率最高达8.0%, 最低仅为3.8%;C组真空灭弧室重击穿概率分散性很小, 三只灭弧室的重击穿概率都在8%上下浮动。A组、B组、C组真空灭弧室重击穿概率平均值分别为6.7%、5.8%、8.3%, 结果表明, 真空熔铸法Cu Cr40Te触头制成的真空灭弧室重击穿概率最低, 而电弧熔炼法Cu Cr50触头制成的真空灭弧室重击穿概率最高。

结合图4和表2分析可知, 采用三种工艺制备的触头重击穿概率有着很大的差异。

A组真空熔渗工艺的真空灭弧室触头Cu Cr的分布均匀度比较低, 铬颗粒在触头表面分布不均匀, 且尺寸一致性较差, 导致触头表面微观结构上铬颗粒局部集中, 由于均匀性较差致使A组真空灭弧室的重击穿概率分散性很大。

B组真空熔铸工艺的真空灭弧室触头组成为Cu Cr40Te, 触头材料中Cr含量只有40%, 而其他两种工艺的触头Cr含量均为50%, Cr含量对灭弧室性能有着很大的影响。同时B组真空灭弧室触头中添加了金属元素Te, 而其他两种工艺的触头材料只含有Cu、Cr两种组分, 金属元素Te也对灭弧室的电性能有着一定的影响。另外真空熔铸工艺的触头CuCr的分布均匀性也比较低, 铬颗粒在触头表面分布不均匀, 由于真空熔铸工艺制造的触头加工后表面一致性相对较差, B组三只灭弧室分散性很大。

C组电弧熔炼工艺的真空灭弧室触头Cu Cr分布均匀度最好, 铬颗粒均匀分布于触头表面, 触头表面的一致性较好, 因此三只真空灭弧室的分散性最小。

在统计重击穿现象时, 发现以不同成分、不同制备工艺制造的材料作为触头的真空灭弧室重击穿发生时刻有一定的分散性。真空灭弧室在关合过程中承受高频涌流, 对触头造成烧蚀并在合闸后形成熔焊区域, 分闸时熔焊区域破损并被拉开, 在触头表面形成尖端, 随后承受直流性质的恢复电压, 由此尖端可引发重击穿。容性开断恢复电压的周期为工频, 过零点后的上升速率很慢, 在1/2周期 (10 ms) 时达到峰值, 因此前面半个周期主要考核真空灭弧室电介质恢复强度, 这一点与断路器分闸速度、涌流对触头破坏状况和灭弧室设计都有关。随后的击穿分散性很大, 有的甚至达到了数百毫秒, 这是容性开断特有的现象。

图6分别为A组真空熔渗工艺触头、B组真空熔铸工艺触头、C组电弧熔炼工艺触头的真空灭弧室重击穿发生时刻分布图, 其中, T表示恢复电压周期 (20 ms) 。

本试验中, 恢复电压施加时间为500 ms, 在一次开断中会有可能发生多次击穿, 图6统计了容性开断中的所有击穿的发生时刻。从图6可以看到, A组真空灭弧室在10 ms内发生了14次击穿 (10次复燃, 4次重击穿) , B组真空灭弧室在10 ms内发生了3次击穿 (1次复燃, 2次重击穿) , C组真空灭弧室在10 ms内发生了15次击穿 (9次复燃, 6次重击穿) 。A组真空熔渗工艺触头的灭弧室和C组电弧熔炼触头的灭弧室在前10 ms击穿次数非常多, B组真空熔铸触头的灭弧室击穿次数远少于A组和C组。B组触头从微观结构来看铬颗粒分布均匀性介于A组真空熔渗和C组电弧熔炼触头之间, B组触头最大的差异在于组分不同, B组真空熔铸触头的Cr含量为40%, 同时添加了金属元素Te, 因此可以认为是B组触头组分不同而引起弧后前10 ms击穿次数的显著差异。

在10 ms后, A组真空灭弧室发生重击穿14次, B组真空灭弧室发生了13次, C组真空灭弧发生了15次, 三组灭弧室击穿次数相近, 分布最集中的区域是10~100 ms。10 ms后, 断路器已完成分闸, 在击穿发生最集中的时间段, 真空灭弧室弧隙已经完全冷却, 此时的击穿与涌流对触头破坏状况相关, 合闸后涌流烧蚀形成的熔焊在分闸时会在触头表面形成尖端, 导致场致发射系数增大, 有可能引起击穿的发生。真空灭弧室10 ms后击穿次数大致相同。4结论

以真空熔渗Cu Cr50、真空熔铸Cu Cr40Te0.005以及电弧熔炼Cu Cr50为触头的真空灭弧室平均重击穿概率分别为6.7%、5.8%以及8.3%。真空灭弧室的重击穿发生时间基本分布于恢复电压持续时间的5~100 ms内, 复燃现象发生情况如下:真空熔铸Cu Cr40Te0.005 (1次) <电弧熔炼Cu Cr50 (9次) <真空熔渗Cu Cr50 (10次) 。

摘要：为研究三种不同触头材料 (真空熔渗CuCr50、真空熔铸CuCr40Te0.005、电弧熔炼CuCr50) 对真空灭弧室投切背靠背电容器组性能的影响, 将采用三种不同材料制备的触头各装配在三只相同的12kV等级真空灭弧室中, 每只真空灭弧室经过80次背靠背电容器组合分操作, 高频涌流设定为幅值8 kA、频率3.8 kHz。结果表明:真空熔渗CuCr50、真空熔铸CuCr40Te0.005以及电弧熔炼CuCr50的平均重击穿概率分别为6.7%、5.8%、8.3%, 重击穿现象主要发生于恢复电压持续时间的1/4T与10T之间 (T表示恢复电压周期20 ms) ;复燃现象多次出现, 真空熔铸CuCr40Te0.005 (1次) <电弧熔炼CuCr50 (9次) <真空熔渗CuCr50 (10次) 。

关键词：真空灭弧室,触头材料,背靠背电容器,高频涌流,重击穿

参考文献

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[7]Krner F, Lindermayer M, Kurrat M, et al.Swithcing Behavior of Different Contact Materials Under Capacitive Switching Conditions[C]//23rd International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, 2008:202-205.