Giống như tất cả các bộ phận linh kiện điện tử khác, tụ điện có thể hỏng khi chịu các điều kiện môi trường hoặc hoạt động mà tụ điện không được thiết kế hoặc sản xuất. Nhà thiết kế phải có một bức tranh rõ ràng về các hệ số an toàn được tích hợp trong các thiết bị, về các hệ số an toàn mà anh ta thêm vào theo cách riêng của mình và về nhiều tác động của mạch điện và điều kiện môi trường đối với các thông số. Chỉ biết điện dung và định mức điện áp là không đủ. Điều quan trọng là phải biết điện dung thay đổi theo môi trường ở mức độ nào; bao nhiêu điện trở trong của tụ điện thay đổi theo nhiệt độ, dòng điện, điện áp hoặc tần số; về tác động của tất cả các yếu tố này đối với điện trở cách điện, điện áp đánh thủng và các đặc tính cơ bản khác của tụ điện không cần thiết cho mạch nhưng luôn đi kèm với điện dung cần thiết. Hãy cùng Beeteco tìm hiểu về một số nguyên nhân gây hỏng tụ điện qua bài viết dưới đây.
1. Quá tải giới hạn
Các xung đột biến nhất thời, phát sinh do hoạt động chuyển mạch, sự cố của các mạch hoặc thành phần liên quan khi đủ thời gian và biên độ sẽ tạo ra lỗi điện môi, thay đổi điện dung vĩnh viễn và hỏng vòng đệm.
2. Quá tải điện áp
Quá độ điện áp vượt quá định mức của tụ điện do quy trình khởi động, chuyển mạch không phù hợp và mất tải đột ngột có thể dẫn đến corona bên trong, đánh thủng chất điện môi và giảm điện trở cách điện do chênh lệch điện áp cao trong chất điện môi. Khi mong muốn độ tin cậy tối đa, tổng của mức d – c cao nhất cộng với điện áp biên độ a – c cực đại được áp dụng không được vượt quá định mức điện áp làm việc của tụ điện. Để an toàn, điện áp làm việc định mức ít nhất phải cao hơn 20 phần trăm so với tổng dự kiến của các điện áp này trên tất cả các loại tụ điện ngoại trừ tụ điện.
3. Hiệu ứng tần số
Cần biết ảnh hưởng của tần số đến các đặc tính làm việc của tụ điện, đặc biệt là mối quan hệ giữa dòng điện danh định lớn nhất và tần số. Vận hành tụ điện ở tần số cao hơn tần số được thiết kế sẽ dẫn đến hoạt động kém và quá nóng. Các tụ điện không được thiết kế để hoạt động ở UHF có thể bị thủng khi áp dụng các xung ở các tần số này.
Do độ tự cảm vốn có của một số loại tụ điện, nên đấu song song một tụ điện lớn với một tụ điện nhỏ, sử dụng các dây dẫn ngắn nhất có thể trong cấu hình nối tiếp hoặc đan chéo, nếu muốn đảm bảo hiệu ứng rẽ nhánh tối đa.
4. Nhiệt độ cao
Quá nóng là một trong những yếu tố chính làm giảm độ tin cậy của tụ điện. Cho dù phát sinh do các điều kiện đã đề cập trước đó, nhiệt độ môi trường xung quanh cao hoặc hệ số công suất cao, nhiệt độ vận hành quá cao sẽ dẫn đến tỷ lệ hỏng hóc cao, tăng tốc độ trôi điện dung, độ bền điện môi thấp hơn, mức corona thấp hơn, điện trở cách điện thấp hơn và tuổi thọ bị rút ngắn ( một nửa cho mỗi lần tăng nhiệt độ bề mặt 10 – C). Các tụ điện loại phân cực thường có hệ số công suất cao, dẫn đến nhiệt bên trong tự sinh ra. Điện trở cách điện giảm ở nhiệt độ cao gây ra dòng rò lớn hơn, nhiệt độ tăng dần, điện trở cách điện tiếp tục giảm và cuối cùng là phá hủy tụ điện. Phớt kín, đặc biệt là loại hàn mềm.
5. Áp lực
Vì điện dung tỉ lệ nghịch với khoảng cách hiệu dụng giữa các bản, nên bất kỳ sự thay đổi áp suất rõ rệt nào trên các hộp chứa tụ điện không cứng có thể tạo ra sự thay đổi điện dung. Việc thay đổi áp suất xảy ra do chốt kẹp kém, thay đổi độ cao nhanh chóng hoặc các yếu tố khác là không quan trọng; kết quả cuối cùng là như nhau. Sự thay đổi nhanh chóng của khí áp kế có thể là nguyên nhân gây ra hỏng gioăng kín, dẫn đến việc các phần tử tụ điện tiếp xúc với các điều kiện môi trường. Áp lực kẹp cao cũng có thể là nguyên nhân dẫn đến biến dạng vỏ bọc và cuối cùng là hỏng vòng đệm kín.
6. Độ ẩm
Ngoài việc gây ra sự ăn mòn bên ngoài và sự phát triển của nấm, độ ẩm làm giảm độ bền điện môi và hằng số điện môi, làm giảm điện trở cách điện và gây ra dòng rò cao hơn bình thường; kết quả cuối cùng là sự cố điện áp thấp hơn và nhiệt độ bên trong cao hơn. Một số vật liệu tụ điện thường được sử dụng (giấy, sáp và các chất thấm khác) là chất dinh dưỡng của nấm. Để có độ tin cậy tối đa trong điều kiện ẩm ướt, chắc chắn sẽ có lợi khi sử dụng tụ điện được hàn kín.
7. Mối nguy hiểm về nhân sự
Vấn đề nguy hiểm từ các tụ điện tích điện cao áp là một vấn đề nghiêm trọng. Các tụ điện phải luôn được phóng điện hoàn toàn trước khi chúng được xử lý hoặc trước khi thực hiện bất kỳ công việc nào trên mạch hoặc thiết bị có tụ điện đã tích điện. Việc thực hành nối tắt tụ điện bằng tuốc nơ vít không chỉ nguy hiểm từ quan điểm của người vận hành mà còn có khả năng phá hủy tụ điện do dòng phóng điện cao. Hơn nữa, rất dễ xảy ra hiện tượng thủng điện môi.
Cần có thời gian để sạc và xả tụ điện, và để đảm bảo an toàn, việc phóng điện nên diễn ra từ từ. Các chất điện môi chống lại sự phân cực trên một điện tích cũng chống lại sự khử cực trong quá trình phóng điện. Một ứng dụng duy nhất của tuốc nơ vít, hoặc các phương tiện rút ngắn khác, sẽ không đủ để xả hoàn toàn năng lượng được lưu trữ trong một thiết bị như vậy. Thực hành an toàn cho thấy việc sử dụng thanh đoản mạch điện trở thấp công suất cao nên được sử dụng nhiều lần cho đến khi chắc chắn rằng không còn năng lượng trong thiết bị.
