摘要：铝电解电容器是一种性能优越但可靠性存在不足的重要电容器，相关领域的工作人员应发挥其长而力避其短，在全面而细致地了解其常见失效模式及机理的基础上明确预防措施。本文对此进行了系统性和概要性总结，冀对相关领域工作者有所助益。
关键词：铝电解电容器；失效模式；失效机理；预防措施
作为应用最广泛的分立元件之一，铝电解电容器在电源滤波、信号耦合及去耦、杂波旁路，以及谐振选频等电力电子线路中发挥着重要作用。与其种类别的电容器相比，铝电解电容器虽有着鲜明优势，但其寿命相对较短，可靠性方面存在一定不足，因而了解其常见的失效模式及机理进而明确预防措施是有着重要意义的。本文拟对此作一系统性和概要性总结，冀对相关领域工作者有所助益。
一、铝电解电容器的失效情况概述
1、铝电解电容器失效的判断与表现
在实际工程应用中，铝电解电容器失效至完全不能再用通常被称为寿命终结，其使用寿命被定义为“电容器在规定条件下规定性能的工作时间”。规定条件主要指的上限工作温度和额定电压（额定直流电压或直流电压叠加纹波电压之和）。规定性能主要指电容量相对变化率|AC/C|、损耗因子（主要表现为损耗角正切值tgδ的变化）与漏电流（主要表现为等效串联电阻EST的变化）等参数在技术规范规定内的性能指标。通常情况下，液态铝电解电容器失效的具体判断标准如下表所示：
当然，从外观异常表现上亦可直接判断铝电解电容器是否失效，最典型的如铝壳或防爆口开裂、电解液泄露等。需要指出的是，以上讨论主要针对最为重要和典型的液态铝电解电容器。随着相关技术的飞速发展，各种型号的新型电容器层出不穷，其规定条件和规定性能值自然不尽相同，但基本原理和判断依据并无二致，在实际工程应用中，工程人员应在切实明了其基本原理及判断依据的基础上明确各项技术参数，进而对其是开始失效和已经完全失效加以合理判断，下面我们来讨论更具体的铝电解电容器常见失效模式及机理。
2、铝电解电容器失效模式及机理
铝电解电容器的失效模式及机理向来是备受重视和受到深入研究的范畴。通常来说，铝电解电容器的失效模式主要有防爆阀开裂、开路、漏电流增大、漏液、短路等几种，各模式下的失效机理亦各不相同，下面逐一论列。
（1）防爆阀开裂失效模式
该失效模式的失效部位一般是在电容防爆阀处，失效机理大体可分为两类。一类是环境温度过高、纹波电流过大或快速充放电等原因导致芯子内部温度过高，以至电解液气化，过大的压力使防爆阀剧烈动作最终开裂，通常表现为耗散性失效。另一类是过压、反压等原因导致内部发生电化学反应而产生氢气，以至压力过大而导致防爆阀动作最终开裂，通常表现为突发性失效。
（2）开路失效模式
开路失效是最常见的失效情况之一，其失效机理主要有以为四种：第一种是铝箔与引线（导电条）接触不良导致电路开路，原因一般为来料品质不合格，类型上表现为早期失效。第二种是正极导电铝条与卤素发生电化学反应，金属铝条被腐蚀成氧化物，失去导电性，导致电路开路，原因一般为来料品质不合格或者是电容器受到卤素污染，可能表现为早期失效，也可能表现为突发性失效。第三种是铝箔与引线的铆接因受外部压力而损伤乃至断裂，原因一般为单板加工时不规范，通常表现为早期失效。第四种是过高的瞬间电压将铆接部位或导电条击穿，表现为突发性失效。
（3）漏电流增大失效模式
该模式的失效机理大体有三种：第一种是负极箔的耐电压性不足，反向电压使负极箔发生电化学反应，从而释放能量并产生气体，同时这也在一定程度上损害了正极箔的绝缘性能，导致加电时漏电流增大，引起突发性失效。第二种是环境温度过高或是纹波电流过大导致绝缘介质性能下降，加电时电容器的自愈过程致使漏电流增大，类型上表现为耗散失效。第三种是因制造工艺方面不合格导致电容器自身存在质量缺陷，如铝箔上有裂痕或毛刺。电解质存在空洞等，表现为早期失效。
（3）漏液失效模式
漏液失效模式失效机理为：封口处或线端根部密封不严导致电解液外溢，最可能的原因是密封材料品质不佳，稳定性差，使一段时间后出现问题，此外也可能是制作上的密封环节出现问题，失效类型为耗散失效。
（4）短路失效模式
该模式的失效机理主要有三种：第一种是电解质的芯包受到电压破坏（主要表现为铝箔、电解纸被击穿、开裂、烧毁），导致正负箔接触而发生短路，造成突发性失效。第二种是单板加工时外部压力导致铝箔与引线铆接部位损伤，产生毛刺致使正负箔接触而发生短路，一般表现为早期失效。第三种是电容器内部存在短路缺陷点致使加不上电压而发生短路，原因最可能是来料质量不合格，表现为早期失效。
以上的概要性总结有助于相关工作者系统而全面地审视铝电解电容器的失效情况，同时也为采取预防措施提供了依据和指引。以下从存储、安装、使用三个方面探讨铝电解电容器失效预防措施。
三、铝电解电容器失效预防措施
1、存储方面
通常情况下铝电解电容器的存储环境最为重视温度和湿度两个因素，温度一般在5—30摄氏度之间，湿度在75%以下。具体来说应注意以下几点：不可与水或油污接触或处于结露状态；不可受到日光、紫外线及放射线的直射；不可存储于有害气体环境中，如氯气、臭氧、硫化氢等；不可与亚硝酸、亚硝酸、氨水等化学试剂置于同一空间；避免强度较大的震荡或冲击。在此需要强调的一点是，在较长时间的放置后，铝电解电容器由于受到原电池作用的影响而加大漏电流的倾向，因而在使用前应先施加额定电压直至其电气特性恢复正常状态。
2、安装方面
安装铝电解电容器需要注意很多细节，主要包括：电容器正负极间距必须与线路板板空距相吻合；防爆阀的上方要留出一定空间，一般不要配线或安装其它元件；外壳、辅助引出端子与正负极以及电路板间应予隔离；电路板上的安装位置尽可能避免其它配线，尽可能远离发热元件，在双面印刷电路板上安装时，安装位置不要有多余的基板孔和过孔；在进行焊接、固定等操纵时应尽可能地平稳、外力尽可能地小，避免扭转与碰撞的发生；不要使用含有卤素的固定剂和树脂涂层剂。
3、使用方面
在实际工程应用中，要基于铝电解电容器的额定性能限度而使用，使用时需要特别注意以下几点：环境温度不可高于最高使用温度；电流不可超过最高纹波电流（即避免过流）；电压不可超过最高额定工作电压（即避免过压）；避免反向电压或交流电压；两个以上电容器并联连接是要注意使电流均衡，串联连接时注意使电压均衡和过电压保护；此外，在上段中所述的各种非适宜存储环境中亦不可使用铝电解电容器。
综上所述，本文对铝电解电容器的失效情况及预防措施进行了系统性和概要性总结。铝电解电容器是一种性能优越但可靠性存在一定不足的重要电容器，相关领域的工作人员应发挥其长而力避其短，在全面而细致地了解其常见失效模式及机理的基础上明确预防措施。本文抛砖引玉，尚盼方家指教。
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论文作者:张楠
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/8
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