一種基于玻璃陶瓷介質(zhì)的高壓大容量固態(tài)耦合電容器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于電力電容器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于玻璃陶瓷介質(zhì)的高壓 大容量固態(tài)親合電容器。
【背景技術(shù)】
[0002] 耦合電容器被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的高頻載波通信及測(cè)量、高頻保護(hù)領(lǐng)域，具有 重要的作用。目前市場(chǎng)上常規(guī)耦合電容都是用聚丙烯薄膜與電容器紙復(fù)合浸漬有機(jī)合成物 作為介質(zhì)，這種浸漬式絕緣材料導(dǎo)致器件的預(yù)期壽命不長(zhǎng)（尤其是戶外高壓環(huán)境下），而且 油類介質(zhì)的存在增加了互感器著火和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)；相比而言，陶瓷類高壓電容器由于具有 尺寸小、穩(wěn)定性高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，如果能采用全固態(tài)高壓陶瓷電容器取代油浸薄膜或膜紙 電容器，將是高壓耦合電容器的一次改進(jìn)和升級(jí)，符合電力系統(tǒng)無(wú)油化、高可靠性的發(fā)展需 求。然而，目前傳統(tǒng)高壓燒結(jié)陶瓷電容器存在電容量?。ㄍǔＶ挥袔讉€(gè)nF)、溫度穩(wěn)定性較 差、局部放電量大的缺點(diǎn)，很難滿足電網(wǎng)用高壓耦合電容器的性能要求。目前傳統(tǒng)的燒結(jié)陶 瓷電容器從性能上還存在一些不足之處，難以達(dá)到高壓耦合電容器的使用要求：（1)高壓 陶瓷電容器容量小，介電陶瓷雖然具有遠(yuǎn)高于薄膜的介電常數(shù)（高達(dá)幾千），但是受限于大 尺寸陶瓷的制備技術(shù)和并聯(lián)技術(shù)，很難實(shí)現(xiàn)大容量，特別是在高電壓等級(jí)下。通常高壓陶瓷 電容器的容量在幾百PF到幾個(gè)nF ; (2)溫度穩(wěn)定性差，作為電網(wǎng)用的高壓耦合電容器大部 分應(yīng)用于戶外，溫差變化比較大，而在運(yùn)行環(huán)境溫度范圍內(nèi)，要求電容器的容量變化率小。 目前燒結(jié)陶瓷電容器在-30°C到+85°C的使用溫度范圍內(nèi)，變化率通常在20% -30 %之間， 滿足不了應(yīng)用要求；（3)局部放電量大，作為電力系統(tǒng)用高壓偶合電容器，要求電容器在工 作電壓下具有低局放，通常小于10pC。目前，燒結(jié)陶瓷電容器由于采用高溫?zé)Y(jié)工藝制備， 很難完全消除孔隙，使得燒結(jié)陶瓷電容器實(shí)現(xiàn)零局放，難度很大。本實(shí)用新型提出了一種基 于玻璃陶瓷介質(zhì)的高壓大容量固態(tài)耦合電容器，實(shí)現(xiàn)了耦合電容器的無(wú)油化、小型化、低局 放。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 為了解決目前傳統(tǒng)高壓燒結(jié)陶瓷電容器電容量小、溫度穩(wěn)定性較差、局部放電量 大的不足，本實(shí)用新型提出了一種基于玻璃陶瓷介質(zhì)的高壓大容量固態(tài)耦合電容器，其特 征在于，該耦合電容器包括玻璃陶瓷介質(zhì)片1、銀電極2、金屬引線3、電極端子4、環(huán)氧樹(shù)脂 包封層5、金屬嵌件6 ;其中，玻璃陶瓷介質(zhì)片1呈圓盤狀，銀電極2燒制在玻璃陶瓷介質(zhì)片 1的上下表面；多片玻璃陶瓷介質(zhì)片1通過(guò)金屬引線3焊接連接，玻璃陶瓷介質(zhì)片1上表面 電極通過(guò)金屬引線3連接在一起并焊接到電極端子4的上端子，玻璃陶瓷介質(zhì)片1下表面 電極通過(guò)金屬引線3連接在一起并焊接到電極端子4的下端子，形成對(duì)稱的并聯(lián)結(jié)構(gòu)；對(duì)整 個(gè)并聯(lián)結(jié)構(gòu)采用環(huán)氧樹(shù)脂包封層5進(jìn)行固態(tài)封裝；金屬嵌件6安裝于玻璃陶瓷介質(zhì)片1的 上表面。
[0004] 所述玻璃陶瓷介質(zhì)片1為鈮酸鹽體系玻璃陶瓷，鈮酸鹽體系玻璃陶瓷是一種全致 密的復(fù)相介電材料，包含高介電常數(shù)的陶瓷相和高擊穿場(chǎng)強(qiáng)的玻璃相，陶瓷相為NaNbOjP (卩13,8&，51')吣206，玻璃相為5102。
[0005] 本實(shí)用新型的有益效果在于，提出一種基于玻璃陶瓷介質(zhì)的高壓大容量固態(tài)耦合 電容器，采用玻璃陶瓷介質(zhì)作為耦合電容器介質(zhì)，通過(guò)并聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了大容量，同時(shí)采用環(huán) 氧樹(shù)脂封裝，實(shí)現(xiàn)了固態(tài)化，達(dá)到了耦合電容器的低局放、免維護(hù)和無(wú)油化的目標(biāo)。
【附圖說(shuō)明】
[0006] 圖1為基于玻璃陶瓷介質(zhì)的高壓大容量固態(tài)耦合電容器的截面圖；
[0007] 圖中標(biāo)號(hào)：
[0008] 1-玻璃陶瓷介質(zhì)片、2-銀電極、3-金屬引線、4-電極端子、5-環(huán)氧樹(shù)脂包封層、 6_金屬嵌件。
[0009] 圖2為本實(shí)用新型的玻璃陶瓷介質(zhì)的電容溫度特性示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 本實(shí)用新型提出一種基于玻璃陶瓷介質(zhì)的高壓大容量固態(tài)耦合電容器，下面結(jié)合 附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說(shuō)明。
[0011]圖1所示為基于玻璃陶瓷介質(zhì)的高壓大容量固態(tài)耦合電容器的截面圖，該耦合電 容器包括玻璃陶瓷介質(zhì)片1、銀電極2、金屬引線3、電極端子4、環(huán)氧樹(shù)脂包封層5、金屬嵌件 6 ;其中，玻璃陶瓷介質(zhì)片1呈圓盤狀，銀電極2燒制在玻璃陶瓷介質(zhì)片1的上下表面；多片 玻璃陶瓷介質(zhì)片1通過(guò)金屬引線3焊接連接，玻璃陶瓷介質(zhì)片1上表面電極通過(guò)金屬引線 3連接在一起并焊接到電極端子4的上端子，玻璃陶瓷介質(zhì)片1下表面電極通過(guò)金屬引線 3連接在一起并焊接到電極端子4的下端子，形成對(duì)稱的并聯(lián)結(jié)構(gòu)；對(duì)整個(gè)并聯(lián)結(jié)構(gòu)采用環(huán) 氧樹(shù)脂包封層5進(jìn)行固態(tài)封裝；金屬嵌件6安裝于玻璃陶瓷介質(zhì)片1的上表面。
[0012] 其中，玻璃陶瓷介質(zhì)片1為鈮酸鹽體系玻璃陶瓷，鈮酸鹽體系玻璃陶瓷為一種全 致密的復(fù)相介電材料，包含高介電常數(shù)陶瓷相和高擊穿場(chǎng)強(qiáng)的玻璃相，陶瓷相為NaNbOdP (Pb，Ba，Sr) Nb2O6，玻璃相為SiO2。玻璃陶瓷介質(zhì)片1采用熔融-快冷-結(jié)晶熱處理工藝制 備，首先將原料按照一定的比例混合均勻，在1350°C~1400°C熔融2-4小時(shí)，快速倒入預(yù) 熱的金屬模具里，形成玻璃介質(zhì)；隨后在900°C~1000°C進(jìn)行結(jié)晶熱處理，析出陶瓷相，制 備出玻璃陶瓷介質(zhì)片；對(duì)介質(zhì)片進(jìn)行打磨、拋光，得到圓盤狀玻璃陶瓷介質(zhì)片1。圖2所示 為本實(shí)用新型的玻璃陶瓷介質(zhì)的電容溫度特性示意圖，反映了玻璃陶瓷的基本介電性能， 在-20°C~85°C溫度范圍內(nèi)電容值變化率小于±4%。
[0013] 其中，銀電極2為玻璃陶瓷介質(zhì)片上下表面涂敷銀漿料，在600°C燒結(jié)40分鐘形成 的結(jié)合力強(qiáng)的致密銀電極，銀電極2邊緣保持光滑。
[0014] 其中，金屬引線3由銅制成，將多片玻璃陶瓷介質(zhì)片1利用金屬引線3進(jìn)行焊接連 接，介質(zhì)片上表面電極通過(guò)金屬引線3連接在一起，焊接到電極端子4的上端子，介質(zhì)片下 表面電極通過(guò)金屬引線3連接在一起，焊接到電極端子4的下端子，形成對(duì)稱的并聯(lián)結(jié)構(gòu)。 采用該并聯(lián)結(jié)構(gòu)制備的IOkV電壓等級(jí)的耦合電容器，交流耐壓經(jīng)過(guò)50kV保壓Imin不擊 穿，75kV雷電沖擊±15次未發(fā)生沿面閃絡(luò)或擊穿。表1為IOkV等級(jí)的不同容量的耦合電 容器在不同加載電壓下的局放量。
[0015] 表1
[0016]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于玻璃陶瓷介質(zhì)的高壓大容量固態(tài)耦合電容器，其特征在于，該耦合電容器 包括玻璃陶瓷介質(zhì)片（1)、銀電極（2)、金屬引線（3)、電極端子（4)、環(huán)氧樹(shù)脂包封層（5)、 金屬嵌件（6);其中，玻璃陶瓷介質(zhì)片（1)呈圓盤狀，銀電極（2)燒制在玻璃陶瓷介質(zhì)片（1) 的上下表面；多片玻璃陶瓷介質(zhì)片（1)通過(guò)金屬引線（3)焊接連接，玻璃陶瓷介質(zhì)片（1)上 表面電極通過(guò)金屬引線（3)連接在一起并焊接到電極端子（4)的上端子，玻璃陶瓷介質(zhì)片 (1)下表面電極通過(guò)金屬引線（3)連接在一起并焊接到電極端子（4)的下端子，形成對(duì)稱的 并聯(lián)結(jié)構(gòu)；對(duì)整個(gè)并聯(lián)結(jié)構(gòu)采用環(huán)氧樹(shù)脂包封層（5)進(jìn)行固態(tài)封裝；金屬嵌件（6)安裝于 玻璃陶瓷介質(zhì)片（1)的上表面。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了屬于電力電容器技術(shù)領(lǐng)域的一種基于玻璃陶瓷介質(zhì)的高壓大容量固態(tài)耦合電容器。該耦合電容器包括玻璃陶瓷介質(zhì)片、銀電極、金屬引線、電極端子、環(huán)氧樹(shù)脂包封層和金屬嵌件；其中，玻璃陶瓷介質(zhì)片采用具有高介電常數(shù)和高擊穿場(chǎng)強(qiáng)的玻璃陶瓷制備，上下表面燒制銀電極且均經(jīng)過(guò)打磨、拋光；玻璃陶瓷介質(zhì)片通過(guò)金屬引線實(shí)現(xiàn)并聯(lián)連接，整體采用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行包封，上邊表面為金屬嵌件和電極端子。能夠應(yīng)用于電力系統(tǒng)的高頻載波通信、保護(hù)及電力設(shè)備測(cè)量控制、電能抽取裝置、局放測(cè)量等方面，具有小型化、固態(tài)化、低局放的特點(diǎn)。
【IPC分類】H01G4-12, H01G4-224, H01G4-38
【公開(kāi)號(hào)】CN204497063
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420869974
【發(fā)明人】張慶猛, 唐群, 杜軍, 楊志民
【申請(qǐng)人】北京有色金屬研究總院
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月31日