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一種金屬化安全膜干式高壓電力電容器元件的電極結(jié)構(gòu)的制作方法

文檔序號:6793468閱讀:226來源:國知局
專利名稱:一種金屬化安全膜干式高壓電力電容器元件的電極結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實用新型涉及電力電容器,特別是涉及一種金屬化安全膜干式高壓電力電容器元件的電極結(jié)構(gòu)的改進。
背景技術(shù)
在干式高壓電力電容器領(lǐng)域,由于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的金屬化干式高壓電力器兀件內(nèi)部局部電暈放電和溫升散熱問題,每個元件的工作電壓不能太高,容量不能太大,因而需要由幾十或上百個容量較小、電壓較低的獨立的金屬化電力電容器元件進行串聯(lián)和并聯(lián),組成電力電容器單元,再由多臺單元串并聯(lián)組成電壓較高的大容量的高壓電力電容器組入網(wǎng)或稱高壓電力電容器裝備接入電網(wǎng),造成材料浪費和結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。各元件和單元都還要外接保險熔斷裝置,以彌補制作這種電力電容器元件的金屬化膜“自愈”可靠性差的問題。且由于金屬化膜外接的導(dǎo)電鍍層極薄,跟噴金層的連接脆弱,造成現(xiàn)有技術(shù)的干式高壓電力電容器工作和壽命還不如傳統(tǒng)的油浸式電力電容器。利用金屬化安全膜技術(shù)提高電弱點自愈的有效性已被熟知。它把蒸鍍在薄膜介質(zhì)上的金屬化電極鍍層,用很窄的空隙網(wǎng)格圖案分隔成許許多多的小方塊電極單元,每個小塊與四周相鄰小塊之間都有起熔斷器作用的微小鍍層窄條,在這種結(jié)構(gòu)的膜上如有電弱點擊穿時,擊穿放電電流會把該點所在的小電極塊外連的鍍層窄條燒斷,擊穿電流得到熄滅,使具有擊穿點的小單元電容器與整體電容器隔斷,達(dá)到自愈,而整體電容器雖損失了被隔離小單元的電容量,卻能保持繼續(xù)正常工作,從而使電容器提高工作電壓和使用壽命。但現(xiàn)有技術(shù)的網(wǎng)格型金屬化安全膜存在一些重大缺陷:由于它的每個小塊與四周相鄰小塊之間起熔斷器作用的微小鍍層窄條,具有一定的電阻,在交流工作電流經(jīng)過時會發(fā)熱;而且極大部分小塊不能直接與加厚邊相鄰,它們的電流需要經(jīng)過多重其他的小塊和鍍層窄條后才能到達(dá)加厚邊,匯總到外電極。由于各小塊的鍍層窄條距加厚邊的位置不同,其流過的迭加電流不同,最靠近加厚邊起熔斷器作用的微小鍍層窄條上流過較大的迭加電流,這種迭加的電流產(chǎn)生較大的附加發(fā)熱損耗,使該處的介質(zhì)耐壓降低,甚至造成電壓擊穿。所以,原有的網(wǎng)格型金屬化安全膜的各小塊由于沒有獨立的起熔斷器作用的微小的鍍層窄條,小塊間電流串通、迭加,常會產(chǎn)生連帶性擊穿,安全保護的可靠性較差,以它制成的產(chǎn)品不但仍需外接安全保護裝置,甚至反而降低產(chǎn)品壽命。對此問題,近幾年也有一些改進設(shè)計,如中國專利ZL201010183371.X述及的縱向分區(qū)式金屬化網(wǎng)格型安全膜電極結(jié)構(gòu),使安全膜的各小電極塊之間沒有直接相連;但其極大部分電極小塊的工作電流都需匯總迭加到相鄰區(qū)域后再流向加厚邊,從而增大了相鄰區(qū)域的電流密度和近一倍的總發(fā)熱量。當(dāng)制作大容量的高壓電力電容器單元需用寬度較大的金屬化安全膜時,其附加發(fā)熱的問題更加嚴(yán)重和不能容許。綜之,現(xiàn)有技術(shù)的金屬化網(wǎng)格型安全膜的電極結(jié)構(gòu)難以適應(yīng)制作大容量的高壓電力電容器。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種集合式的金屬化安全膜干式高壓電力電容器元件的電極結(jié)構(gòu)。本實用新型所采用的技術(shù)方案是:一種金屬化安全膜干式高壓電力電容器元件的電極結(jié)構(gòu),為在聚丙烯介質(zhì)基膜上鍍覆鋅/鋁金屬電極鍍層構(gòu)成復(fù)合膜,其特征在于該復(fù)合膜由若干縱向的內(nèi)留空白條在橫向上分成若干個縱向單元區(qū)塊,每個單元區(qū)塊內(nèi)的連續(xù)鍍層區(qū)的兩側(cè)均為網(wǎng)格區(qū),每個網(wǎng)格區(qū)由短空隙窄條把鍍層分割隔離形成一列縱向排列的小方塊電極構(gòu)成,每個小方塊電極的一側(cè)與內(nèi)留空白條鄰接,相對的另一側(cè)由設(shè)置在短空隙窄條中部的獨用導(dǎo)電橋與連續(xù)鍍層區(qū)連通;在復(fù)合膜的兩側(cè)邊分別制有縱向上連續(xù)的功能帶。所述的功能帶為無鍍層的留邊或鍍層加厚邊。所述的復(fù)合膜可以是,其一側(cè)邊的功能帶為無鍍層的留邊,另一側(cè)邊的功能帶為鍍層加厚邊,所述的連續(xù)鍍層區(qū)的寬度基本上等于兩列有隔離的小方塊電極及內(nèi)留空白條三者寬度之和;各內(nèi)留空白條兩側(cè)的小方塊電極之間沒有直接的導(dǎo)電通路,各連續(xù)鍍層區(qū)構(gòu)成的電極兩側(cè)的小方塊電極通過導(dǎo)電橋經(jīng)連續(xù)鍍層區(qū)相互連通;以兩層這種金屬化安全膜左右對稱并在橫向上錯開一距離后層疊,上下層的留邊和鍍層加厚邊相互交錯對應(yīng),使疊層的兩側(cè)加厚邊都位于突出的位置;同時上下層的內(nèi)留空白條的中心線與連續(xù)鍍層區(qū)的中心線基本上相互重合,上下層的網(wǎng)格區(qū)與連續(xù)鍍層區(qū)相互上下對應(yīng),使每個小方塊電極分別與相對的鄰層連續(xù)鍍層構(gòu)成的電極及電極間的介質(zhì)構(gòu)成微型小電容器C;每個有隔離的小方塊電極與本層膜上的相鄰連續(xù)鍍層電極之間的導(dǎo)電橋成為此小電容C的微型熔斷器R ;由上下層膜上相互對應(yīng)著的兩個導(dǎo)電橋相連的兩個微型小電容器C并聯(lián)構(gòu)成最小基本電子構(gòu)件E。由于各內(nèi)部連續(xù)鍍層在縱向上全連通,使各基本電子構(gòu)件E通過其上下層的連續(xù)鍍層區(qū)構(gòu)成的電極在縱向上與相鄰基本電子構(gòu)件并聯(lián)連接,同時在橫向與相鄰基本電子構(gòu)件串聯(lián)連接,并由內(nèi)留空白條對橫向相鄰基本電子構(gòu)件間不同電位電極作絕緣隔離,橫向串聯(lián)的總基本電子構(gòu)件數(shù)η為復(fù)合膜上內(nèi)留空白條數(shù)量的2倍加1,η為奇數(shù)。上述的鍍層加厚邊內(nèi)側(cè)的基本電子構(gòu)件與鍍層加厚邊相連的連續(xù)鍍層構(gòu)成的電極被附加延伸的隔離空隙條作縱向隔離構(gòu)成防護電極塊。各內(nèi)部基本電子構(gòu)件的橫向?qū)挾燃半姌O面積分別都大致相等,內(nèi)留空白條寬度大致上為留邊寬度的1.5 2倍;留邊和內(nèi)留空白條之間距離與內(nèi)留空白條間距相比,大致上大10% ;鍍層加厚邊與與其最近的內(nèi)留空白條之間距離與各內(nèi)留空白條間距的1/2相比,大致上大15% 25%;所有小方塊電極的縱向?qū)挾却笾孪嗟龋s為5 10mm,各列小方塊電極的橫向?qū)挾纫泊笾孪嗟龋s為內(nèi)留空白條間距或內(nèi)留空白條和留邊之間距離的1/4;對于橫向最左端和最右端這兩個基本電子構(gòu)件(其包括外留邊內(nèi)側(cè)的有隔離的小方塊電極、鍍層加厚邊內(nèi)側(cè)的連續(xù)鍍層區(qū)構(gòu)成的電極和它們相鄰的電極)的橫向?qū)挾龋戎虚g其他各內(nèi)部基本電子構(gòu)件的橫向?qū)挾却?5% 25%。所述的復(fù)合膜也可以是,其兩側(cè)邊均為無鍍層的留邊,或者其兩側(cè)邊均為鍍層加厚邊,有鍍層加厚邊的那層膜比有留邊的那層膜的橫向?qū)挾却?.5 3_。當(dāng)以這兩種金屬化安全膜上下中心線對準(zhǔn)疊層時,兩側(cè)加厚邊都位于突出的位置,便于鍍層加厚邊和外部噴金P相連;所述的連續(xù)鍍層區(qū)的寬度基本上等于兩列有隔離的小方塊電極及內(nèi)留空白條三者寬度之和;各內(nèi)留空白條兩側(cè)的小方塊電極之間沒有直接的導(dǎo)電通路,各連續(xù)鍍層區(qū)兩側(cè)的小方塊電極通過導(dǎo)電橋經(jīng)連續(xù)鍍層區(qū)相互連通;上下層的內(nèi)留空白條的中心線與連續(xù)鍍層區(qū)的中心線基本上相互重合,上下層的小方塊電極與連續(xù)鍍層區(qū)相互上下對應(yīng)。上下層的小方塊電極分別與相對的鄰層連續(xù)鍍層區(qū)電極及電極間的介質(zhì)構(gòu)成微型小電容器C ;每個有隔離的小方塊電極與本層膜上的相鄰連續(xù)鍍層區(qū)電極之間的導(dǎo)電橋成為此小電容C的微型熔斷器R ;由上下層膜上相互對應(yīng)著的兩個導(dǎo)電橋相連的兩個微型小電容器C并聯(lián)構(gòu)成最小基本電子構(gòu)件E,各基本電子構(gòu)件E通過其上下層的連續(xù)鍍層電極在縱向上與相鄰基本電子構(gòu)件并聯(lián)連接,同時在橫向與相鄰基本電子構(gòu)件串聯(lián)連接,并由內(nèi)留空白條對橫向相鄰基本電子構(gòu)件間不同電位電極作絕緣隔離。這種結(jié)構(gòu)的橫向串聯(lián)的總基本電子構(gòu)件數(shù)η為復(fù)合膜上內(nèi)留空白條數(shù)量的2倍,η為偶數(shù)。所述的鍍層加厚邊內(nèi)側(cè)的基本電子構(gòu)件與鍍層加厚邊相連的連續(xù)鍍層電極被附加延伸的隔離空隙條作縱向隔離構(gòu)成防護電極塊;各內(nèi)部基本電子構(gòu)件的橫向?qū)挾燃半姌O面積分別都基本相等,內(nèi)留空白條寬度大致上為留邊寬度的1.5 2倍;留邊與其最近的內(nèi)留空白條之間距尚與各內(nèi)留空白條間距相比,大致上大10% ;加厚邊與與其最近的內(nèi)留空白條之間距離與各內(nèi)留空白條間距的1/2相比,大致上大15% 25% ;所有小方塊電極的縱向?qū)挾却笾孪嗟?,大致? 10mm,橫向?qū)挾纫泊笾孪嗟?,大致為?nèi)留空白條間距或內(nèi)留空白條和留邊之間距尚的1/4 ;對于橫向最左端和最右端這兩個基本電子構(gòu)件,其包括留邊內(nèi)側(cè)的有隔離的小方塊電極,及鍍層加厚邊內(nèi)側(cè)的連續(xù)鍍層電極和它們相連的電極組成,電極橫向?qū)挾?,比中間其他各內(nèi)部基本電子構(gòu)件的橫向?qū)挾却蟊緦嵱眯滦兔總€基本電子構(gòu)件中,兩個微型小電容器的有隔離的小方塊電極各自的導(dǎo)電橋,負(fù)責(zé)對微型小電容器的介質(zhì)區(qū)域可能存在的電弱點被過高電壓擊穿時的保護。導(dǎo)電橋起到限流熔斷器的作用,擊穿電流會立即把導(dǎo)電橋熔斷,使該微型小電容器的有隔離的小方塊電極連同擊穿點被完全徹底地與電容器元件整體電極隔斷,整體電容器只減小了極微小的電容量而不影響其工作,實現(xiàn)安全自愈。把防止擊穿短路的保護分配到千千萬萬個微型小電容器作獨立的分布式保護,每個微型小電容器各自的一個獨用導(dǎo)電橋構(gòu)成的微型熔斷器,該熔斷器上只流過屬于該微型小電容器的電流,不受其他任何電流的干擾,因而可以通過設(shè)計該熔斷器的限流值,確保微型熔斷器達(dá)到保護靈敏度和安全自愈的可靠性要求,保證熔斷時發(fā)生的能量不會使介質(zhì)受傷,電弱點擊穿被有效自愈而不蔓延。單個微型小電容器的電極面積非常小,使工作時流過導(dǎo)電橋的工頻電流值也非常小,其產(chǎn)生的附加發(fā)熱在本技術(shù)方案中可以忽略不計。本技術(shù)方案結(jié)構(gòu)的每個基本電子構(gòu)件中,由于兩個微型小電容器在兩層膜之一的縱向連續(xù)鍍層區(qū)為無隔離連接,使整個縱向列內(nèi)的所有基本電子構(gòu)件的電極成并聯(lián)連接,使縱向列內(nèi)的所有基本電子構(gòu)件的電容量相加形成較大的容量,并在同一的電壓下工作;整個縱向列內(nèi)的所有基本電子構(gòu)件與橫向外側(cè)別的基本電子構(gòu)件相鄰處,在一層膜上由連續(xù)鍍層區(qū)相連,另一層膜上由內(nèi)留空白條相互隔離,使相鄰縱向列的基本電子構(gòu)件在橫向上構(gòu)成串聯(lián)連接,他們的工作電壓可相加而使卷繞后的電力電容器元件獲得多倍的工作高電壓。這種集合式電極結(jié)構(gòu)在制作電力電容器元件時,把單個微型小電容器的電極面積與現(xiàn)有技術(shù)相比設(shè)計得非常小,縱向?qū)捲O(shè)計為5 IOmm,橫向?qū)捲O(shè)計為7 12mm,不但使每個基本電子構(gòu)件的電容量只占整個電容器元件容量的十幾萬分之一,減小了每次自愈的容量損失;而且使工頻交流工作的橫向電極寬度與普通金屬化電力電容器元件的50 150mm相比,減小到3 6倍,工作電流密度也成正比減小,這就大大減小了工作溫升,有利于在對制作電力電容器元件的熱設(shè)計時,以同等比例增大元件直徑,最大直徑限值從目前的60 80mm致少增大3倍,達(dá)200mm以上,使每個元件的容量達(dá)數(shù)百千乏的數(shù)量級。這種集合式電極結(jié)構(gòu)在制作電力電容器元件時,薄膜的寬度只由所需工作高壓的電壓值和串聯(lián)級數(shù)來決定,而不像普通金屬化電力電容器元件那樣受工頻交流工作的橫向電極寬度和最大工作電流密度的限制,因而可以把與膜寬對應(yīng)的干式電力電容器元件的最大長度從目前普通的150mm提高到與油浸式電力電容器元件280mm 500mm的相似長度,只由卷繞制作機械的寬度能力和精度等級的要求來決定。由于元件最大長度的提高,又進一步提高了單個電力電容器元件的容量,可達(dá)千千乏的數(shù)量級。元件長度是由串聯(lián)級數(shù)來決定的,所以隨著干式電力電容器元件的長度增加,可使它的單個元件工作電壓從千伏以下,提高到萬伏以上。本實用新型所采用的技術(shù)方案,在設(shè)計中對以下問題采取了創(chuàng)新的改進措施,還具有以下良好效果:1、為了使串聯(lián)中的各基本電子構(gòu)件有均衡的工作電壓,各基本電子構(gòu)件在橫向上所占的膜寬大致相等。但由于在高壓電力電容器元件在軸向的兩個端部容易發(fā)生局部放電,所以本技術(shù)方案對橫向最左端和最右端這兩列基本電子構(gòu)件,其電極橫向?qū)挾?包括有隔離的小方塊電極和相對的連續(xù)鍍層電極的寬度)設(shè)計成比中間其他基本電子構(gòu)件的電極寬度大15% 25%,可在一定的局部放電起始電壓下,使干式高壓電力電容器兀件的總的工作電壓相對提高。2、由于內(nèi)留空白條所需隔離的電壓是兩個基本電子構(gòu)件的串聯(lián)電壓值,應(yīng)是單個基本電子構(gòu)件工作電壓的兩倍,而留邊所需隔離的只是本基本電子構(gòu)件兩層膜間的工作電壓,所以內(nèi)留空白條寬度設(shè)計成留邊寬度的1.5 2倍。3、為了進一步對加厚邊和噴金電極之間的連接被可能出現(xiàn)的過電流損壞實行保護控制,不使這種損壞在薄膜縱向上蔓延,故對與加厚邊相連的基本電子構(gòu)件作特殊設(shè)計:在復(fù)合膜上與加厚邊相連的電極鍍層,用方塊電極的橫向隔離空隙條向加厚邊的延伸小段作縱向分隔,把這種加厚邊和噴金電極之間的連接損壞限制在本基本電子構(gòu)件的兩段附加延伸出的空隙條之間。4、本電極結(jié)構(gòu)設(shè)計,使基本電子構(gòu)件的兩個微小型電容器中,與每個有隔離的小方塊電極相對的是無隔離的連續(xù)鍍層電極,使空隙條的數(shù)目減少一半,增加了薄膜利用率,但仍能實現(xiàn)安全保護。5、為了確保微型熔斷器在保護電弱點擊穿熔斷時的能量不會使介質(zhì)受傷,電弱點擊穿被有效自愈而不蔓延,達(dá)到保護靈敏度和安全自愈的可靠性要求,在電極結(jié)構(gòu)設(shè)計中從根本上作了有效改進:即最小基本電子構(gòu)件的兩個微型小電容器各有一個獨用的微型熔斷器,該熔斷器上只流過屬于該微型小電容器的電流,不受其他任何電流的干擾,因而可以通過設(shè)計該熔斷器的限流值,確保微型熔斷器達(dá)到保護靈敏度和安全自愈的可靠性要求;也使電力電容器元件的薄膜介質(zhì)中電弱點對提高介質(zhì)工作場強的限制問題獲得重大改善,從而可改進電容器比容特性、縮小產(chǎn)品體積,大量節(jié)約原材料;這種結(jié)構(gòu)的安全保護是在基本電子構(gòu)件的分工作電壓下進行的,分?jǐn)嚯妷翰桓摺⒎謹(jǐn)嚯娏鳂O小,不會產(chǎn)生飛弧重燃和短路現(xiàn)象,相比于被替代掉的傳統(tǒng)技術(shù)中的各電力電容器元件和單元的外接斷路器,更安全可靠、連接安裝簡單、經(jīng)濟成本更低。6、為了降低每次自愈的電容量損失,不致影響集合式結(jié)構(gòu)的高壓電力電容器元件的平衡工作,整個膜面剛好完全被千千萬萬個這種最小基本電子構(gòu)件占滿,單個微型小電容器的電極面積設(shè)計得非常小,使電力電容器工作時流過它的導(dǎo)電橋的工頻電流值也被減得非常小,每次自愈的電容量損失只占整個電容器元件容量的十幾萬分之一,其產(chǎn)生的附加發(fā)熱可以忽略不計,因而本技術(shù)方案有效改善了傳統(tǒng)金屬化安全膜電容器元件的溫升副作用現(xiàn)象。

圖1為本實用新型實施例1金屬化安全膜電極結(jié)構(gòu)圖。圖2為圖1所示金屬化安全膜兩層層疊示意圖。圖3為沿圖2中的A-A所做的剖面圖。圖4為圖2所示兩層層疊的金屬化安全膜的等效電路圖。圖5為本實用新型實施例2的串聯(lián)基本電子構(gòu)件數(shù)為偶數(shù)時的兩層疊卷金屬化安全膜展開示意圖。圖6為沿圖5中的C-C所做的剖面圖。附圖標(biāo)記說明:鍍層加厚邊1.1,連續(xù)鍍層區(qū)1.11,半連續(xù)電極塊1.12,小方塊電極1.21,最側(cè)邊的小方塊電極1.22,導(dǎo)電橋1.23,留邊2.1,內(nèi)留空白條2.2,短空隙窄條2.21,延伸空隙條2.22,上層膜S,下層膜X,基本電子構(gòu)件E,微型小電容器C,導(dǎo)電橋構(gòu)成的等效微型熔斷器R,介質(zhì)基膜J,噴金P。
具體實施方式
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以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步的說明。實施例1:如圖1-圖3所示一種金屬化安全膜干式高壓電力電容器元件的電極結(jié)構(gòu),為在聚丙烯介質(zhì)基膜上鍍覆鋅/鋁金屬電極鍍層構(gòu)成復(fù)合膜,該復(fù)合膜由若干縱向的內(nèi)留空白條2.2在橫向上分成若干個縱向單元區(qū)塊,每個單元區(qū)塊內(nèi)的連續(xù)鍍層區(qū)的兩側(cè)均為網(wǎng)格區(qū),每個網(wǎng)格區(qū),也即在內(nèi)留空白條2.2的兩側(cè)和留邊2.1內(nèi)偵彳,由短空隙窄條2.21把鍍層割隔離形成一列縱向排列的小方塊電極1.21,每個小方塊電極的一側(cè)與內(nèi)留空白條2.2鄰接,相對的另一側(cè)由設(shè)置在每一小方電極塊的縱向短空隙窄條的中部的獨用導(dǎo)電橋1.23與連續(xù)鍍層區(qū)連通;在復(fù)合膜的兩側(cè)邊分別制有縱向上連續(xù)的功能帶,該功能帶為在復(fù)合膜的一側(cè)邊為無鍍層的留邊2.1,另一側(cè)邊為鍍層加厚邊1.1 ;留邊與其最近的內(nèi)留空白條之間距尚與各內(nèi)留空白條間距相比,大致上大10% ;加厚邊與其最近的內(nèi)留空白條之間距離與各內(nèi)留空白條間距的1/2相比,大致上大15% 25%。內(nèi)留空白條2.2寬度約為留邊
2.1寬度的1.5 2倍;所有小方電極塊的縱向?qū)挾却笾孪嗟?,約為5 10mm,各列小方電極塊的橫向?qū)挾纫泊笾孪嗟?,約為內(nèi)留空白條間距或內(nèi)留空白條和留邊之間距離的1/4。按圖不方向,只有位于最左邊內(nèi)留空白條的左側(cè)和位于留邊2.1左側(cè)這兩列小方電極塊1.22的橫向?qū)挾缺绕渌麅?nèi)部各列的小方電極塊1.21的橫向?qū)挾戎荡?5% 25% ;任兩條縱向內(nèi)留空白條2.2之間或最右內(nèi)留空白條2.2和留邊2.1之間,除了兩列有隔尚的小方塊電極鍍層之外的中間其余部分是在縱向上沒有分隔的連續(xù)電極鍍層區(qū)1.11,各條連續(xù)鍍層區(qū)1.11的橫向?qū)挾却笾孪嗤?,約為兩列小方電極塊1.21寬度及一內(nèi)留空白條2.2寬度三者之和;加厚邊1.1內(nèi)側(cè)與小方塊電極列1.22之間也為連續(xù)電極鍍層區(qū),但是它只在橫向上與加厚邊1.1連續(xù)相連,在縱向上卻被隔離空隙條向加厚邊延伸部分的延伸空隙條2.22分隔,形成了只在橫向上與加厚邊連接的半連續(xù)電極塊1.12,且通過獨用導(dǎo)電橋1.23與小方塊電極列1.22連通,該半連續(xù)電極塊的橫向?qū)挾燃s比中間連續(xù)鍍層區(qū)1.11的1/2寬度值大 15% 25%。在卷制電容器時,將兩層上述金屬化安全膜對稱層疊,如圖2及其剖面圖3所示,上層膜S和下層膜X在橫向上錯開距離0.8 1.5mm,使上下膜的留邊2.1和鍍層加厚邊1.1相互交錯對應(yīng),疊層的兩側(cè)加厚邊1.1都位于突出的位置,便于加厚邊和外部噴金P相連。上下層的連續(xù)鍍層區(qū)1.11分別與網(wǎng)格區(qū)的有隔離的小方電極塊1.21相互對應(yīng),使S膜上的有隔離的小方電極塊1.21與鄰層X膜上相對的連續(xù)鍍層電極1.11及它們之間的介質(zhì)構(gòu)成一個微型小電容器C;同時S膜上的連續(xù)鍍層區(qū)1.11構(gòu)成的電極與鄰層X膜上相對網(wǎng)格區(qū)的有隔離的小方電極塊1.21及它們之間的介質(zhì)也構(gòu)成一個微型小電容器C,上述這兩個微型小電容器位于本層內(nèi)留空白條2.2與鄰層內(nèi)留空白條2.2之間,兩個微型小電容器C各有一獨用的起熔斷器作用的導(dǎo)電橋1.23把本身小方電極塊1.21與另一個微型小電容器C的連續(xù)鍍層電極相連,使這兩個微型小電容器的電極間相互并聯(lián),構(gòu)成本實用新型的干式高壓電力電容器元件的最小基本電子構(gòu)件E。如圖4等效電路所示,每列各基本電子構(gòu)件的上層小方塊電極、導(dǎo)電橋、連續(xù)鍍層電極等通過上層的連續(xù)鍍層區(qū)1.11連在一起,在相同極性的電壓下工作。每列各基本電子構(gòu)件的下層小方塊電極、導(dǎo)電橋、連續(xù)鍍層電極通過下層的連續(xù)鍍層區(qū)1.11連在一起,在相反極性的電壓下工作。因為每列各基本電子構(gòu)件的正極全部相連,負(fù)極也全部相連,所以在縱向上它們?nèi)坎⒙?lián),在同一電壓下工作,電容量為所有并聯(lián)構(gòu)件的電容量之和,但對最外側(cè)各基本電子構(gòu)件的縱向相鄰的外側(cè)半連續(xù)電極塊1.12之間作連接的是噴金P。同時,由于在全膜寬范圍內(nèi)的每個橫向行的基本電子構(gòu)件E的兩個微型小電容器C被連續(xù)鍍層區(qū)1.11構(gòu)成的電極分別在兩層膜上與左右側(cè)相鄰的基本電子構(gòu)件連接形成串聯(lián),每個基本電子構(gòu)件的分工作電壓和橫向串聯(lián)總數(shù)η決定了干式高壓電力電容器單元的總工作電壓。上層連接處與下層內(nèi)留空白條2.2處相對,上層內(nèi)留空白條處2.2與下層連接處相對,上下重合;最外側(cè)基本電子構(gòu)件的外側(cè)半連續(xù)電極塊1.12與噴金P相連。兩個相鄰基本電子構(gòu)件的連續(xù)鍍層區(qū)1.11構(gòu)成的電極之間的連接處位于連續(xù)鍍層區(qū)寬度的中央,在另一層膜上與其相對的正是內(nèi)留空白條2.2,使上下層的內(nèi)留空白條的中心線與連續(xù)鍍層區(qū)的中心線基本上相互重合,內(nèi)留空白條2.2為此兩相串聯(lián)的基本電子構(gòu)件的首尾兩個不同電位電極之間起到了絕緣隔離的作用;兩相串聯(lián)的基本電子構(gòu)件的首尾間電壓應(yīng)是單個基本電子構(gòu)件E的工作電壓的兩倍,故取內(nèi)留空白條2.2的寬度為留邊2.1寬度的1.5 2倍。圖4所標(biāo)R'處的那個微型保險絲對圖上所標(biāo)C'處的那個微小電容器保護,該R,位于上層膜上C'的方塊電極和半連續(xù)電極塊1.12之間,若R'斷了,該所標(biāo)的C'與周圍全無通路而被隔離。從圖1-圖3還可以看出,在兩層膜的最外側(cè),由鍍層加厚邊1.1內(nèi)側(cè)的每個半連續(xù)電極塊1.12、有隔離的小方塊電極1.22分別與鄰層膜上的留邊2.1內(nèi)側(cè)的有隔離的小方塊電極1.21、無隔離連續(xù)鍍層1.11構(gòu)成的電極相互對應(yīng),構(gòu)成最外側(cè)縱向列的最小基本電子構(gòu)件E。此最外側(cè)基本電子構(gòu)件的橫向?qū)挾群碗娙萘勘葍?nèi)部基本電子構(gòu)件大15% 25%。因為通常的金屬化安全膜干式高壓電力電容器元件最容易在兩端部的兩正負(fù)電極邊緣間發(fā)生局部放電而損壞。所謂局部放電,是由于端部噴金電極P和方塊電極1.22之間具有電位差,大小為該基本電子構(gòu)件的正負(fù)極間工作電壓,當(dāng)電壓升高到一定值后,它們之間會產(chǎn)生放電。本來噴金電極P和方塊電極1.22之間是有留邊作隔離的,但在留邊的表面處膜層間有殘留氣體及潮氣存在,氣體在高于局部放電起始電壓特征值的極間工作電壓下會被電離,形成正負(fù)離子,在留邊的隔離距離內(nèi)產(chǎn)生電暈放電,產(chǎn)生熱量,端部介質(zhì)受熱劣化,耐壓逐漸降低,最后擊穿損壞。這種局部放電起始電壓特征值的高低由殘留氣體的壓力、濕度、潔凈度和極間距離、環(huán)境溫度等條件決定,若電容器的設(shè)計和制造工藝技術(shù)好,可以提高此值,使它比額定工作電壓的峰值高,電容器工作可靠性好,使用壽命長。但通常由于端部留邊處的殘留氣體比內(nèi)部多得多,故局部放電先從端部開始。根據(jù)電容器交流工作電壓公式V = 1/2 JIfC,增大電容量C,可適當(dāng)降低最外側(cè)基本電子構(gòu)件工作電壓V,使其更加低于局部放電起始電壓,提高電容器的工作可靠性延長使用壽命,或相對提高內(nèi)部各串聯(lián)級電子構(gòu)件的工作電壓和總工作電壓。在留邊內(nèi)側(cè)膜層上的連續(xù)鍍層區(qū)1.11構(gòu)成的電極與橫向上內(nèi)側(cè)的相鄰基本電子構(gòu)件的連續(xù)鍍層區(qū)1.11構(gòu)成的電極相串聯(lián);同時與縱向相鄰基本電子構(gòu)件的連續(xù)鍍層區(qū)1.11構(gòu)成的電極相并聯(lián);而另一層膜上鍍層加厚邊1.1內(nèi)側(cè)半連續(xù)電極塊1.12與縱向相鄰基本電子構(gòu)件間有隔離,電流不能直接縱向竄流,只能通過本身范圍內(nèi)的鍍層加厚邊和噴金外電極才能與相鄰基本電子構(gòu)件間并聯(lián),一旦鍍層加厚邊1.1和噴金外電極損壞斷路,該基本電子構(gòu)件與相鄰基本電子構(gòu)件間無法構(gòu)成兩極通路而被斷流隔離,鍍層加厚邊
1.1和噴金外電極損壞就被空隙條2.22隔離在一個基本電子構(gòu)件的縱向?qū)挾确秶畠?nèi),克服了現(xiàn)有技術(shù)一旦某處鍍層加厚邊1.1和噴金外電極損壞即在縱向上向外迅速蔓延,元件發(fā)熱損壞的缺陷。由于層疊的兩層膜上的連續(xù)鍍層區(qū)1.11同時起到了使基本電子構(gòu)件E橫向串聯(lián)和縱向并聯(lián)的連接作用,使基本電子構(gòu)件E實現(xiàn)縱向和橫向二維的集合;在卷繞電容器后,通過疊層,各卷繞圈的膜層緊貼產(chǎn)生電磁感應(yīng)作用,使基本電子構(gòu)件E的并聯(lián)數(shù)目又增加一倍。通過數(shù)十萬個基本電子構(gòu)件橫向串聯(lián)、縱向并聯(lián)和各卷繞層的上下迭加,實現(xiàn)了在三維空間內(nèi)的集合,可制成適合于超高壓電力設(shè)施的干式電力電容器元件。利用本實施例所述電極結(jié)構(gòu)卷繞干式高壓電力電容器元件,聚丙烯介質(zhì)基膜J、鋅/鋁復(fù)合金屬化安全膜主要尺寸如選典型值為:金屬化安全膜的寬度選擇為150_,串聯(lián)級數(shù)η為7。金屬化安全膜的厚度為常用的7 μ m,電容器元件3的直徑d為Φ60πιπι,在Φ9.ι塑料芯棒上卷繞1821圈。[0049]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)卷制成的干式高壓電力電容器元件,以目前一般的工作場強水平70Vac/ μ m計算,單個基本電子構(gòu)件的分工作電壓為490Vac,兩端的基本電子構(gòu)件的分工作電壓約為408Vac,單元的總工作電壓可達(dá)3266Vac,容量達(dá)IOKVar左右,可直接用于
11.3KVac三相高壓電網(wǎng),達(dá)到安全可靠長壽命工作。本實用新型不限于上述實施例,在實施中還可作其他的改進變異和延伸設(shè)計,例如實施例2: 如圖5和圖6所示,一種金屬化安全膜干式高壓電力電容器元件的電極結(jié)構(gòu),兩層聚丙烯介質(zhì)鍍覆鋅/鋁金屬電極鍍層的復(fù)合膜由若干縱向的內(nèi)留空白條2.2在橫向上分成若干個縱向單元區(qū)塊,每個單元區(qū)塊內(nèi)的連續(xù)鍍層區(qū)1.11的兩側(cè)均為網(wǎng)格區(qū),每個網(wǎng)格區(qū)由短空隙窄條2.21把鍍層割隔離形成一列縱向排列的小方塊電極1.21構(gòu)成,每個小方塊電極1.21的一側(cè)與內(nèi)留空白條2.2鄰接,相對的另一側(cè)由設(shè)置在縱向的短空隙窄條2.21中部的獨用導(dǎo)電橋1.23與連續(xù)鍍層區(qū)1.11連通。與上述實施例1的差別在于:其中一層復(fù)合膜兩個側(cè)邊都為無鍍層的留邊2.1,另一層復(fù)合膜的兩個側(cè)邊都為鍍層加厚邊1.1,但具有留邊2.1的那層膜上的內(nèi)留空白條條數(shù)比另一層具有鍍層加厚邊1.1的那層膜上的內(nèi)留空白條條數(shù)少I條,有鍍層加厚邊的那層膜比有留邊的那層膜的橫向?qū)挾却?.5 3mm,當(dāng)上下層膜中線對準(zhǔn)疊層時,兩側(cè)鍍層加厚邊1.1都位于突出的位置,便于和外部噴金P相連。其余方面的結(jié)構(gòu)特征都與上述實施例1相同:如上下層的小方塊電極1.21分別與相對的鄰層連續(xù)鍍層區(qū)1.11構(gòu)成的電極及電極間的介質(zhì)構(gòu)成微型小電容器C;每個有隔離的小方塊電極與本層膜上的相鄰連續(xù)鍍層區(qū)1.11構(gòu)成的電極之間的導(dǎo)電橋1.23成為此小電容C的微型熔斷器R ;由上下層膜上相互對應(yīng)著的兩個導(dǎo)電橋1.23相連的兩個微型小電容器C并聯(lián)構(gòu)成最小基本電子構(gòu)件E,各基本電子構(gòu)件E通過其上下層的連續(xù)鍍層區(qū)1.11在縱向上與相鄰基本電子構(gòu)件并聯(lián)連接,同時在橫向與相鄰基本電子構(gòu)件串聯(lián)連接,并由內(nèi)留空白條2.22對橫向相鄰基本電子構(gòu)件間不同電位電極作絕緣隔離。鍍層加厚邊內(nèi)側(cè)的基本電子構(gòu)件與鍍層加厚邊1.1相連的連續(xù)鍍層電極被附加延伸的隔離空隙條2.22作縱向隔離構(gòu)成防護用的半連續(xù)電極塊1.12 ;各內(nèi)部基本電子構(gòu)件的橫向?qū)挾燃半姌O面積分別都基本相等,內(nèi)留空白條寬度大致上為留邊寬度的1.5 2倍;留邊和內(nèi)留空白條之間距離與內(nèi)留空白條間距相比,大致上大10% ;加厚邊與內(nèi)留空白條之間距離與內(nèi)留空白條間距的1/2相比,大致上大15% 25% ;所有小方塊電極1.21的縱向?qū)挾却笾孪嗟?,大致? 10mm,橫向?qū)挾纫泊笾孪嗟?,大致為?nèi)留空白條間距或內(nèi)留空白條和留邊之間距離的1/4 ;對于橫向最左端和最右端這兩個基本電子構(gòu)件,其包括外留邊2.1內(nèi)側(cè)的有隔離的小方塊電極1.22、鍍層加厚邊1.1內(nèi)側(cè)的連續(xù)鍍層電極1.12和它們相對的電極組成電極的橫向?qū)挾龋戎虚g其他各內(nèi)部基本電子構(gòu)件的橫向?qū)挾却?5 % 20 %。相同的鍍層加厚邊
1.1、留邊2.1與內(nèi)留空白條2.2相互之間的距離關(guān)系、寬度關(guān)系,相同的有隔離的小方塊電極1.21或1.22、無隔離的連續(xù)鍍層電極1.11或1.12、導(dǎo)電橋1.23等的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、位置、相互連接或隔離關(guān)系、以及疊層卷繞后的對應(yīng)關(guān)系。本實施例2橫向串聯(lián)的基本電子構(gòu)件數(shù)η為偶數(shù),即兩加厚邊1.1之間內(nèi)留空白條的條數(shù)的兩倍。上述實施例僅為本實用新型的具體例子,凡依據(jù)本實用新型申請范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾,都應(yīng)為本實用新型技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種金屬化安全膜干式高壓電力電容器元件的電極結(jié)構(gòu),為在聚丙烯介質(zhì)基膜(J)上鍍覆鋅/鋁金屬電極鍍層構(gòu)成復(fù)合膜,其特征在于該復(fù)合膜由若干縱向的內(nèi)留空白條(2.2)在橫向上分成若干個縱向單元區(qū)塊,每個單元區(qū)塊內(nèi)的連續(xù)鍍層區(qū)(1.11)的兩側(cè)均為網(wǎng)格區(qū),每個網(wǎng)格區(qū)由短空隙窄條(2.21)把鍍層分割隔離形成一列縱向排列的小方塊電極(1.21)構(gòu)成,每個小方塊電極(1.21)的一側(cè)與內(nèi)留空白條(2.2)鄰接,相對的另一側(cè)由設(shè)置在短空隙窄條(2.21)中部的獨用導(dǎo)電橋(1.23)與連續(xù)鍍層區(qū)(1.11)連通;在復(fù)合膜的兩側(cè)邊分別制有縱向上連續(xù)的功能帶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬化安全膜干式高壓電力電容器元件的電極結(jié)構(gòu),其特征在于所述的功能帶為無鍍層的留邊(2.1)或鍍層加厚邊(1.1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬化安全膜干式高壓電力電容器元件的電極結(jié)構(gòu),其特征在于所述復(fù)合膜一側(cè)邊的功能帶為無鍍層的留邊(2.1),另一側(cè)邊的功能帶為鍍層加厚邊(1.1),所述的連續(xù)鍍層區(qū)(1.11)的寬度基本上等于兩列有隔離的小方塊電極(1.21)及內(nèi)留空白條(2.2)三者寬度之和;各內(nèi)留空白條兩側(cè)的小方塊電極之間沒有直接的導(dǎo)電通路,各連續(xù)鍍層區(qū)(1.11)兩側(cè)的小方塊電極(1.21)通過導(dǎo)電橋(1.23)經(jīng)連續(xù)鍍層區(qū)(1.11)相互連通;以兩層這種金屬化安全膜左右對稱并在橫向上錯開一距離層疊,上下層的留邊(2.1)和鍍層加厚邊(1.1)相互交錯對應(yīng),使疊層的兩側(cè)鍍層加厚邊都位于突出的位置;同時上下層的內(nèi)留空白條的中心線與連續(xù)鍍層區(qū)的中心線基本上相互重合,上下層的網(wǎng)格區(qū)與連續(xù)鍍層區(qū)相互上下對應(yīng),使每個小方塊電極(1.21)分別與相對的鄰層連續(xù)鍍層區(qū)(1.11)構(gòu)成的電極及電極間的介質(zhì)構(gòu)成微型小電容器C ;每個有隔離的小方塊電極與本層膜上的相鄰連續(xù)鍍層區(qū)(1.11)之間的導(dǎo)電橋(1.23)成為此小電容C的微型熔斷器R ;由上下層膜上相互對應(yīng)著的兩個導(dǎo)電橋(1.23)相連的兩個微型小電容器C并聯(lián)構(gòu)成最小基本電子構(gòu)件E。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬化安全膜干式高壓電力電容器元件的電極結(jié)構(gòu),其特征在于各內(nèi)部連續(xù)鍍層區(qū)(1.11)在縱向上全連通,使各基本電子構(gòu)件E通過其上下層的連續(xù)鍍層電極區(qū)(1.11)在縱向上與相鄰基本電子構(gòu)件并聯(lián)連接,同時在橫向與相鄰基本電子構(gòu)件串聯(lián)連接,并由內(nèi)留空白條(2.2)對橫向相鄰基本電子構(gòu)件間不同電位電極作絕緣隔離。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬化安全膜干式高壓電力電容器元件的電極結(jié)構(gòu),其特征在于鍍層加厚邊內(nèi)側(cè)的基本電子構(gòu)件與鍍層加厚邊(1.D相連的連續(xù)鍍層電極被附加延伸的隔離空隙條(2.22)作縱向隔離構(gòu)成半連續(xù)電極塊(1.12)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬化安全膜干式高壓電力電容器元件的電極結(jié)構(gòu),其特征在于各內(nèi)部基本電子構(gòu)件的橫向?qū)挾燃半姌O面積分別都基本相等,內(nèi)留空白條寬度大致上為留邊寬度的1.5 2倍;留邊與其最近的內(nèi)留空白條之間距離與各內(nèi)留空白條間距相比,大致上大10% ;鍛層加厚邊與其最近的內(nèi)留空白條之間距尚與各內(nèi)留空白條間距的1/2相比,大致上大15% 25%;所有小方塊電極(1.21)的縱向?qū)挾却笾孪嗟?,大致? 10mm,橫向?qū)挾纫泊笾孪嗟龋笾聻閮?nèi)留空白條間距或內(nèi)留空白條和留邊之間距離的1/4。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬化安全膜干式高壓電力電容器元件的電極結(jié)構(gòu),其特征在于復(fù)合膜的兩側(cè)邊均為無鍍層的留邊(2.1),或者復(fù)合膜的兩側(cè)邊均為鍍層加厚邊(1.1)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬化安全膜干式高壓電力電容器元件的電極結(jié)構(gòu),其特征在于有鍍層加厚邊的那層膜比有留邊的那層膜的橫向?qū)挾却?.5 3_,以這兩種金屬化安全膜上下中心線對準(zhǔn)疊層,兩側(cè)加厚邊(1.1)都位于突出的位置,便于加厚邊和外部噴金P相連;所述的連續(xù)鍍層區(qū)(1.11)的寬度基本上等于兩列有隔離的小方塊電極(1.21)及內(nèi)留空白條(2.2)三者寬度之和;各連續(xù)鍍層區(qū)(1.11)兩側(cè)的小方塊電極(1.21)之間沒有直接的導(dǎo)電通路,只通過導(dǎo)電橋(1.23)經(jīng)連續(xù)鍍層區(qū)(1.11)相互連通;上下層的內(nèi)留空白條的中心線與連續(xù)鍍層區(qū)的中心線基本上相互重合,上下層的小方塊電極(1.21)與連續(xù)鍍層區(qū)(1.1)相互上下對應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬化安全膜干式高壓電力電容器元件的電極結(jié)構(gòu),其特征在于上下層的小方塊電極(1.21)分別與相對的鄰層連續(xù)鍍層區(qū)(1.11)及電極間的介質(zhì)構(gòu)成微型小電容器C ;每個有隔離的小方塊電極與本層膜上的相鄰連續(xù)鍍層區(qū)(1.11)之間的導(dǎo)電橋(1.23)成為此小電容C的微型熔斷器R ;由上下層膜上相互對應(yīng)著的兩個導(dǎo)電橋(1.23)相連的兩個微型小電容器C并聯(lián)構(gòu)成最小基本電子構(gòu)件E,各基本電子構(gòu)件E通過其上下層的連續(xù)鍍層區(qū)(1.11)在縱向上與相鄰基本電子構(gòu)件并聯(lián)連接,同時在橫向與相鄰基本電子構(gòu)件串聯(lián)連接,并由內(nèi)留空白條(2.2)對橫向相鄰基本電子構(gòu)件間不同電位電極作絕緣隔離。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬化安全膜干式高壓電力電容器元件的電極結(jié)構(gòu),其特征在于鍍層加厚邊內(nèi)側(cè)的基本電子構(gòu)件與鍍層加厚邊(1.1)相連的連續(xù)鍍層電極被附加延伸的隔離空隙條(2.22)作縱向隔離構(gòu)成半連續(xù)電極塊(1.12);各內(nèi)部基本電子構(gòu)件的橫向?qū)挾燃半姌O面積分別都基本相等,內(nèi)留空白條寬度大致上為留邊寬度的1.5 2倍;留邊與其最近的內(nèi)留空白條之間距離與各內(nèi)留空白條間距相比,大致上大10% ;鍍層加厚邊與其最近的內(nèi)留空白條之間距離與各內(nèi)留空白條間距的1/2相比,大致上大15% 25% ;所有小方塊電極(1.21)的縱向?qū)挾却笾孪嗟?,大致為5 10mm,橫向?qū)挾纫泊笾孪嗟?,大致為?nèi)留空白條間距或內(nèi)留空白條和留邊之間距離的1/4。
專利摘要本實用新型涉及一種金屬化安全膜干式高壓電力電容器元件的電極結(jié)構(gòu),為在聚丙烯介質(zhì)基膜上鍍覆鋅/鋁金屬電極鍍層構(gòu)成復(fù)合膜,該復(fù)合膜由若干縱向的內(nèi)留空白條在橫向上分成若干個縱向單元區(qū)塊,每個單元區(qū)塊內(nèi)的連續(xù)鍍層區(qū)的兩側(cè)均為網(wǎng)格區(qū),每個網(wǎng)格區(qū)由短空隙窄條把鍍層割隔離形成一列縱向排列的小方塊電極構(gòu)成,每個小方塊電極的一側(cè)與內(nèi)留空白條鄰接,相對的另一側(cè)由設(shè)置在短空隙窄條中部的獨用導(dǎo)電橋與連續(xù)鍍層區(qū)連通;在復(fù)合膜的兩側(cè)邊分別制有縱向上連續(xù)的功能帶。本實用新型可提高電容器元件總的工作電壓,改進電容器比容特性,可減小溫升、縮小產(chǎn)品體積,節(jié)約原材料。
文檔編號H01G4/015GK203013523SQ20132002906
公開日2013年6月19日 申請日期2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月8日
發(fā)明者吳衛(wèi)東 申請人:吳衛(wèi)東
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