质量/电容器博客
保形涂层高压陶瓷电容器，适用于恶劣环境
在竞争激烈的电子元件领域，很少有行业会面临像在恶劣环境下工作那样严峻的挑战。这些环境并非受控环境……
适用于恶劣环境的保形涂层高压陶瓷电容器
工程答案
保形涂层使普通高压电容器能够承受潮湿、盐雾、振动和局部放电的侵蚀。对于高压陶瓷电容器而言，这种涂层并非徒有其表——它能够延长爬电距离、防止表面污染并抑制电晕放电，否则电晕放电会在额定电压下侵蚀介质。
- 指定涂层厚度和材料以及工作电压：爬电距离和局部放电起始量程以及涂层表面路径。
- 保持涂层远离焊点和引脚；端子处的涂层开裂是故障的根源。
- 用 85 RH/85 °C 下的 PD 测试进行验证，而不仅仅是在室温条件下进行高压测试——水分才是涂层的真正敌人。
抽象
工业、医疗和国防设备中的高压陶瓷电容器通常工作在潮湿、多尘或含盐的环境中，裸露的陶瓷表面会比介质层更容易失效。本文将阐述保形涂层如何保护高压电容器，表面漏电和电晕放电为何是主要的失效模式，如何选择和验证涂层，以及HVC的N4700和HVCT8G系列涂层电容器如何针对这些环境进行设计。
1. 应用背景：表面是弱点
高压电容器的失效方式有两种：一是陶瓷介质击穿，二是表面击穿。表面击穿是由污染、湿气和尖锐边缘引起的。例如，对于10 kV的圆片电容器，潮湿多尘的表面在额定电压的一半下就可能发生闪络。保形涂层正是为了解决第二种失效途径：
该涂层还可以消除电晕形成时裸露的尖锐边缘，并密封陶瓷，防止水分渗入，从而避免绝缘电阻随时间推移而降低。
三、技术要求
2.1 表面泄漏和湿度测试。 当水分在陶瓷表面凝结时，绝缘电阻会急剧下降。重要的验收测试是湿热浸泡试验：85℃/85%相对湿度，24小时，然后重新测量绝缘电阻和极化强度。
未涂层的部件在经过同样的浸泡后，可能会损失三到四个数量级的绝缘电阻，这会表现为电路中的漏电流，并最终导致闪络。
2.2 电晕放电和部分放电。 电晕形成于陶瓷、涂层和空气交汇的锐利边缘和三相交点处。涂层材料必须无空隙：涂层内部的空隙会形成微小的放电点，不断侵蚀涂层直至发生闪络。HVC 在额定电压下对涂层部件进行测试，确保其电流密度 ≤ 5 pC，从而在发货前检测出涂层空隙。
2.3 涂层与端子的完整性。 最常见的涂层失效是引线出口处的开裂，这是由于热循环对材料造成应力所致。选用柔韧性好、应力低的涂层，并保持端子区域清洁，可以防止开裂，避免裂纹演变成潮气通道。
图 1 — 保形涂层延长了表面蠕变路径，并密封陶瓷以防止潮气侵入。
3. 工程师痛点（现场反馈）
疼痛 1 — 潮湿夜晚的闪痛。 “我们的12千伏电源在冬季运行正常，但每个夏夜都会发生电弧放电。”电容器没有涂层；陶瓷表面的冷凝水会降低闪络电压，使其低于工作电压。采用涂层并延长爬电距离的部件消除了季节性故障。
疼痛 2 — 电弧嘶嘶声和臭氧。 “我们听到倍压器附近有嘶嘶声；臭氧味暴露了问题所在。”尖锐的边缘和三相点是电晕放电点，会侵蚀介质。无空隙的保形涂层可以消除裸露的边缘，嘶嘶声也随之消失。
疼痛 3 — 铅层出现裂缝。 “经过热循环后，端子处的涂层出现裂纹，导致红外信号丢失。”刚性涂层无法适应导线的热膨胀。而柔性低应力涂层配合清洁的端子则可以修复裂纹路径。
4. 环境对比：涂层与裸露
| Condition | 裸露陶瓷 | 保形涂层 |
|---|---|---|
| 在 85% 相对湿度/85℃ 条件下，24 小时后的红外光谱 | 下降3-4年 | 十年内 |
| 闪络电压（湿态） | 50-70%的评分 | 评分≥90% |
| 科罗娜/臭氧评级 | 边缘可见 | 压制 |
| 耐盐/耐尘 | 贫困 | 非常好 |
| 热循环稳定性 | 不适用 | 取决于涂层的柔韧性 |
5. 选择和HVC解决方案
| 职务 | 推荐的HVC系列 | 电压 | 关键规格 |
|---|---|---|---|
| 潮湿环境光盘 | 涂层N4700圆片电容器 | 1–50 kV | 涂层，PD ≤ 5 pC，经湿热测试 |
| 高能阶段 | HVCT8G 门把手 | 10–100 kV | 低ESR，涂层本体 |
| 整流器链 | HVD二极管堆 | PIV 至 60 kV | 防潮包装 |
| 出血/分隔线 | HVR电阻器 | 5–60 kV | 涂层机身，低TCR |
① 专为湿热规范而设计。 HVC涂层电容器通过了85°C/85%RH的浸泡测试，IR损耗低于十倍——这是季节性现场故障与全年可靠性之间的区别。
② 消除空隙。 保形涂层无空隙地涂覆，并在额定值下进行 PD 测试，结果为 ≤ 5 pC，因此涂层内部没有隐藏的放电点。
③ 整个湿货供应链由一家供应商提供。 来自同一工厂的涂层圆盘、门把手、二极管和泄放器——外壳中每个部件的受潮情况都一致。
6. 工程案例研究（参考资料）
一家沿海变压器监测设备原始设备制造商 (OEM) 的 12 kV 模块每年雨季都有 7% 发生故障，全部原因是表面闪络。将倍增器盘更换为 HVC 保形涂层 N4700 部件，并使用涂层 HVD 二极管密封电路后，问题得到解决：
| 测量参数 | 之前（裸露的） | 涂层后 |
|---|---|---|
| 雨季故障率 | 7% | 0.5% |
| 85%相对湿度浸泡后的红外光谱 | ——4年 | -0.6 十年 |
| 12 kV（潮湿环境）闪络试验 | 失败 | 通过 |
| 新冠病毒对评级发出嘶嘶声 | 听得见 | 无声 |
这些模块顺利度过了接下来的两个雨季，没有发生任何因闪络引起的返修事故。在户外潮湿环境中，涂层是关键的规范要求。
7. 保形涂层电容器的设计考虑因素
保形涂层能将一个性能良好的电容器变成一个能够经受住冲洗、沿海夜晚或清晨冷凝水考验的电容器。这种涂层并非装饰：它能延长爬电路径，密封端子根部，并防止水分进入介质层。但涂层只有在被涂层覆盖的部件设计合理的情况下才能发挥作用——在性能一般的部件上涂覆涂层只会延缓失效，而在不合适的部件上涂覆涂层则是一种伪装的失效。
- 涂层下蠕变： 测量涂层后的有效爬电距离，而不是涂层之前；只有当涂层与末端根部结合时，涂层才能增加路径。
- 环境类： 根据场地选择合适的涂层和测试方法——热带植物需要进行湿热循环测试，沿海和近海地区需要进行盐雾测试，沙漠铁路需要进行灰尘测试。
- 终端完整性： 涂层部件中故障率最高的是铅与介质之间的密封；在涂层工艺前后验证拉力强度和弯曲寿命。
- 湿度中的红外光谱： 涂层电容器在整个湿度测试过程中必须保持其绝缘电阻，而不是在测试开始时；在潮湿循环结束时测量绝缘电阻。
- 高海拔地区的PD值： 涂层部件在空中和高空系统中运行；验证在工作高度（空气击穿电压下降的高度）下是否存在局部放电。
- 可修复性： 涂层板需要返工；选择合适的涂层厚度和零件几何形状，使其在受控返工过程中不会产生微裂纹。
工程学要点。 涂层的选择是系统性决策，而非事后考虑。应用涂层后，务必验证爬电性能、红外辐射和局部放电情况，这样现场反馈就不会再出乎意料了。
8. 保形涂层电容器验证清单
- 在湿热循环之后，测量涂层部件的爬电距离和红外光谱，而不是在测试开始时测量。
- 进行与部署地点相匹配的盐雾或粉尘测试，然后检查终端密封完整性。
- 对于机载或高架装置，验证其在工作高度是否存在局部放电现象。
- 对导线进行拉力测试，并对涂层进行弯曲循环测试，以确认端子和涂层的附着力。
- 在受控返工循环后检查涂层零件，查看涂层边缘是否存在微裂纹。
- 确认涂层部件在整个环境条件下保持其电容和tan δ。
9. 结论
保形涂层是电容器能否经受住现场考验的关键所在，也是电容器能否按计划失效的保障。当涂覆保形涂层并在实际环境中验证其爬电、绝缘电阻和局部放电性能后，该元件就不会再成为导致清洗后停电的原因。
10。 参考
- Vishay Intertechnology HVCC系列——高压陶瓷圆盘电容器和门把手电容器（数据手册）美国宾夕法尼亚州马尔文：Vishay。
- Knowles Precision Devices（Novacap） 高压陶瓷电容器——应用说明美国加利福尼亚州瓦伦西亚：诺尔斯。
- E. Kuffel、WS Zaengl 和 J. Kuffel， 高电压工程：基础知识，第 2 版。英国牛津：Newnes（Elsevier），2000 年。
- IEC 60664-1:2020， 低压供电系统设备绝缘配合——第1部分：原理、要求和测试. 瑞士日内瓦：IEC。
- 村田制作所 陶瓷电容器应用指南。日本京都：村田。
相关HVC产品页面： 电容器交叉参考.