JultikaUniversity of Oulu repository

Tässä työssä tutkitaan metalloitujen paperieristeisten ohutkalvokondensaattoreiden itsestäänkorjautumisilmiötä, keskittyen erityisesti siihen, miten ilmiö vaikuttaa kondensaattorin jännitteeseen aikatasossa, jos kondensaattoria ladataan ilmiön tapahtuessa, sekä siihen, millaisia fyysisiä vaikutuksia ilmiöllä on kondensaattoriin. Lisäksi selvitetään Kemet Electronics Oy:n Suomussalmen tehtaan tuotantolinjalla toimivan jännitedetektorilaitteen toiminta, sekä arvioidaan, kykeneekö laite havaitsemaan kondensaattorin itsestäänkorjautumisen. Löydetyn tutkimustiedon sekä tehtyjen mittausten perusteella kondensaattorin itsestäänkorjautumiseen kuluva aika on vahvasti kytköksissä jännitetasoon, jolla se tapahtuu, sekä ilmiöön liittyvän jännitepudotuksen suuruuteen. Pienillä, alle 100 V jännitteillä tapahtuman kesto voi olla alle yhden mikrosekunnin, mutta kondensaattorin jännitteen ollessa tuhansia voltteja myös jännitepudotuksesta ilmiön aikana tulee suuri, jolloin itsestäänkorjautuminen ja jännitteen palautuminen takaisin samalla tasolle voi kestää yli 100 µs. Testilaitteen jännitelähde ei kykene lataamaan kondensaattoria suurimmalla mahdollisella nopeudella, mikä hidastaa oleellisesti jännitteen palautumista. Todetaan, että laite kykenee havaitsemaan yli 40 V jännitepudotuksen aiheuttavat itsestäänkorjautumistapahtumat, kunhan kondensaattorin huippujännite on sitä ennen ylittänyt 100 V tason. Laite havaitsee ilmiön sitä suuremmalla todennäköisyydellä, mitä suurempi siihen liittyvä jännitepudotus on. Todetaan myös, että alle 250 V jännitteellä tapahtuneet itsestäänkorjautumiset aiheuttavat tutkitun tyyppiseen kondensaattoriin vain minimaalisia vaurioita, joten jännitedetektori kyennee havaitsemaan kondensaattoria vakavasti vaurioittavat tapahtumat. Toisaalta, laitteeseen käytetty tekniikka on osin vanhentunutta, ja luotettavammin toimiva laite olisi mahdollista rakentaa suhteellisen kustannustehokkaasti esimerkiksi sopivaa mikrokontrolleria hyödyntäen. Lisäksi laitteessa käytetyn komparaattorikomponentin sisääntulojännitteiden ohjearvot ylittyvät simulaatioiden perusteella, mikä voi vaikuttaa laitteen luotettavuuteen.

In this work the self-healing phenomenon of metallized paper film capacitors is studied, focusing especially on how phenomenon affects the voltage of a capacitor in the time domain, if the capacitor is being loaded while self-healing occurs. The dependence between voltage and physical effects of self-healing on capacitor is also investigated. In addition, operating principle of a voltage detector circuit, which is used at the capacitor production line of the manufactory of Kemet Electronics Corporation in Suomussalmi, is clarified, and the ability to detect a self-healing event of the detector circuit is examined. According to the completed measurements and the former studies about self-healing, the duration of a self-healing event is strongly dependent on the voltage at which it occurs and the voltage drop that is associated to the event. At low voltage levels the duration of a self-healing event can be under one microsecond, but when the voltage of the capacitor is several thousand volts, the event may last over 100 μs. The voltage source of the detector circuit also slowers down loading of the capacitor, which significantly affects the possibility to detect a self-healing event. It’s found out that the detector can detect a voltage drop of 40 volts, if the voltage of the capacitor has been over 100 volts before the event. The bigger the voltage drop, the bigger the possibility to detect a self-healing event. Self-healing events occurred under the voltage of 250 volts seem not to cause significant damage to capacitor so it can be supposed that the detector circuit is able to detect the majority of self-healing events. On the other hand, the technology used in the device is partly old-fashioned, and it would be quite cost effective to build a new, more realiable device using for example a suitable microcontroller. In addition, the input voltages of the comparator component in the circuit are bigger than suggested in the datasheet of the component, which may affect the reliability of the detection.