CN108122671A - 一种可供液体绝缘介质浸渍的电容元件及电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电容器领域，具体地说，涉及一种可供液体绝缘介质浸渍的电容元件及电容器，包括两电极材料层和设置于两电极材料层之间的聚酯薄膜和聚丙烯膜,所述聚丙烯膜具有粗糙表面，所述粗糙表面与所述聚酯薄膜相贴合设置，所述聚丙烯膜的粗糙表面吸附液体绝缘介质形成液体绝缘介质层，通过聚丙烯膜上设置粗糙表面，粗糙表面吸附作用使液体绝缘介质将聚酯薄膜与聚丙烯膜之间的间隙中的气体排出，吸附的液体绝缘介质形成了一层液体绝缘介质层，提高了电容元件的抗击穿能力和可浸渍性。
Description
技术领域
本发明属于电容器领域，具体地说，涉及一种可供液体绝缘介质浸渍的电容元件及电容器。
背景技术
聚酯薄膜介电常数大，绝缘性能良好，在电容器领域广泛应用，但因其表面光滑，使用聚酯薄膜和金属箔直接卷绕的电容器无法被液体绝缘介质浸渍，而不能直接用于全膜电容器。聚丙烯薄膜绝缘性能和浸渍性能良好，但因其介电常数较小，用聚丙烯膜设计的全膜电容器储能密度低。可以采用聚酯薄膜和电容器纸复合介质结构改善了聚酯薄膜不易浸渍的特点，但电容器纸的击穿场强低，限制了产品场强选取，不能充分发挥聚酯薄膜的优势。
聚丙烯介电常数为负温度系数，单独用聚丙烯薄膜设计的电容器有较大温度漂移。聚酯薄膜和电容器纸介电常数为正温度系数，单独用聚酯薄膜或聚酯薄膜与纸复合结构的电容器电容量有较大的温度漂移。为了解决电容器电容量温度漂移问题，专利200520143569.X公告了一种聚酯薄膜和聚丙烯薄膜复合结构电容器，但它以聚酯薄膜或聚丙烯薄膜表面金属层作为电极，解决了温度漂移的问题，但是该复合结构的电容器不具有可浸渍性，无法用于制造油浸全膜电容器。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种可浸渍、低电容温度系数、高储能密度的电容。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种可供液体绝缘介质浸渍的电容元件,包括两电极材料层和设置于两电极材料层之间的聚酯薄膜和聚丙烯膜,所述聚丙烯膜具有粗糙表面，所述粗糙表面与所述聚酯薄膜相贴合设置，所述聚丙烯膜的粗糙表面吸附液体绝缘介质形成液体绝缘介质层。
通过在聚丙烯膜上设置粗糙表面，利用粗糙表面的吸附作用，使液体绝缘介质将聚酯薄膜与聚丙烯膜之间的间隙中的气体排出，吸附的液体绝缘介质形成了一层液体绝缘介质层，提高了电容元件的抗击穿能力；聚丙烯膜具有良好的绝缘性能，与电容器纸相比击穿场强高，能够应用于较高场强下，适用范围更广；该结构解决了聚酯薄膜不易浸渍的缺陷，使其应用在全膜电容器中，提高了全膜电容器储能密度。
所述两电极材料层之间设置一层聚酯薄膜，所述聚酯薄膜与所述任意一电极材料层之间设置聚丙烯膜，或者所述聚酯薄膜与两电极材料层之间分别设置聚丙烯膜，所述聚丙烯膜上与所述聚酯薄膜相贴合的一面为粗糙表面。
通过在电极之间设置一层聚酯薄膜，并在聚酯薄膜与电极材料之间设置聚丙烯膜，通过聚丙烯膜上的粗糙表面提高聚酯薄膜制得的全膜电容器的可浸渍性，使其能够应用于全膜电容器，提高了全膜电容器储能密度。
所述两电极材料层之间至少设置两层聚酯薄膜，相邻两层聚酯薄膜之间设有聚丙烯膜，所述聚丙烯膜的两侧面均为粗糙表面。
根据不同的电压需求，在两电极材料层之间至少设置两层聚酯薄膜，通过在任意相邻两层聚酯薄膜之间设有聚丙烯膜，使相邻两层聚酯薄膜不直接贴合，减少气体无法排除的可能，使由聚酯薄膜设计的全膜电容器符合要求。
所述聚酯薄膜与所述电极材料层之间设置聚丙烯膜，所述聚丙烯膜上至少与所述聚酯薄膜相贴合的一面为粗糙表面。
所述聚丙烯膜上与所述电极材料层相贴合的一面为粗糙表面。
通过在聚丙烯膜上与所述电极材料层相贴合的一面为粗糙表面，充分发挥聚丙烯膜的可浸渍性和绝缘性能。
所述聚丙烯膜的粗糙表面为由聚丙烯膜内部不同密度的晶型转换获得或电晕处理获得。
通过聚丙烯膜表面的粗糙表面，实现了聚丙烯膜对液体绝缘介质较强的吸附作用，使液体绝缘介质进入聚丙烯膜与聚酯薄膜之间，将其间的气体排出，提高了聚酯薄膜的浸渍性，从而提高了元件的电压耐受能力，实现了聚酯薄膜在油浸式全膜电容器中的应用。
所述粗糙表面的平均粗糙度不小于0.2μm。
聚丙烯膜的粗糙表面的平均粗糙度不小于0.2μm，能够实现较好的吸附，满足全膜电容器的设计要求。
所述聚酯薄膜和所述聚丙烯膜平行叠放于所述两电极材料层之间，所述聚酯薄膜和所述聚丙烯膜间隔设置。
将聚酯薄膜和所述聚丙烯膜间隔设置，聚丙烯介电常数为负温度系数，聚酯薄膜介电常数为正温度系数，两种材料复合后介电常数的温度效应相互抵消，电容温度系数减小，电容的温度漂移小。
所述电极材料层为金属箔。
一种具有上述电容元件的电容器，所述电容器包括电容器壳体、液体绝缘介质和所述的电容元件，所述电容元件设置于所述液体绝缘介质内，所述液体绝缘介质与所述电容元件密封设置于所述电容器壳体内。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：通过聚丙烯膜上设置粗糙表面，粗糙表面的吸附作用，使液体绝缘介质将聚酯薄膜与聚丙烯膜之间的间隙中的气体被置换出来，吸附的液体绝缘介质形成了一层液体绝缘介质层，提高了电容元件的抗击穿能力和可浸渍性；与电容器纸相比，聚丙烯膜具有绝缘性能，击穿场强高，能够应用于较高场强下，适用范围更广；该结构解决了聚酯薄膜不易浸渍的缺陷，能够提高其在全膜电容器中的应用，进而提高了油浸全膜电容器的储能密度。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
图1是本发明一层聚酯薄膜+一层聚丙烯粗化膜形成的两层介质排布结构示意图；
图2是本发明两层聚酯薄膜+一层聚丙烯粗化膜形成的三层介质排布结构示意图；
图3是本发明一层聚酯薄膜+两层聚丙烯粗化膜形成的三层介质排布结构示意图；
图4是本发明两层聚酯薄膜+两层聚丙烯粗化膜形成的四层介质排布结构示意图；
图5是本发明三层聚酯薄膜+两层聚丙烯粗化膜形成的五层介质排布结构示意图；
图6是本发明两层聚酯薄膜+三层聚丙烯粗化膜形成的五层介质排布结构示意图。
图中：1、金属箔 2、聚酯薄膜 3、聚丙烯粗化膜。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一
一种可供液体绝缘介质浸渍的电容元件,包括两电极材料层和设置于两电极材料层之间的聚酯薄膜2和聚丙烯膜,所述聚丙烯膜具有粗糙表面，所述粗糙表面与所述聚酯薄膜2相贴合设置，所述聚丙烯膜的粗糙表面吸附液体绝缘介质形成液体绝缘介质层。
聚酯薄膜2和聚丙烯膜平行叠放于两电极材料层之间，聚酯薄膜2、聚丙烯膜为串联的方式，增加电容器两极板之间的电压，聚酯薄膜2、聚丙烯膜和电极材料层卷绕形成电容元件。电容元件根据需要通过串联和/或并联的方式连接形成电容芯子，电容芯子设置于液体绝缘介质内，液体绝缘介质与电容芯子密封设置于电容器壳体内，形成全膜电容器，该结构尤其适合油浸全膜电容器的制造。
进一步地，聚酯薄膜2和聚丙烯膜间隔设置，聚丙烯介电常数为负温度系数，聚酯薄膜2介电常数为正温度系数，两种材料复合后介电常数的温度效应相互抵消，电容温度系数减小，电容的温度漂移小。
进一步地，所述聚丙烯膜的粗糙表面为由聚丙烯膜内部不同密度的晶型转换获得聚丙烯粗化膜或电晕处理获得。聚丙烯粗化膜具有粗糙表面，粗糙表面吸附液体绝缘将聚酯薄膜2和聚丙烯膜之间的气体置换。
聚丙烯粗化膜的粗糙表面的平均粗糙度不小于0.2μm，使聚丙烯膜与聚酯薄膜2之间形成一定的间隙，液体绝缘介质在吸附作用下进入二者之间的间隙，排出其间的气体。
虽然聚酯薄膜2电气性能优异，介电常数大，但其表面粗糙度低，表面粗糙度仅约0.1μm，表面相对光滑，由多层聚酯薄膜2直接卷制的元件因层间间隙小，无法使用液体绝缘介质浸渍，浸渍性能差。聚丙烯粗化膜3表面可达一定的粗糙度，有良好的浸渍性能，但介电常数小，储能密度低，限制了其应用。
聚丙烯粗化膜3的粗糙表面吸附液体绝缘介质，将聚酯薄膜2与聚丙烯粗化膜3之间的间隙中的气体排出。由于气体的抗击穿能力差，通过聚丙烯粗化膜3吸附的液体绝缘介质将气体排出后形成了一层液体绝缘介质层，提高了电容元件的可浸渍性，进而提高了电容元件抗击穿能力；聚丙烯粗化膜3具有良好的绝缘性能，击穿场强高，应用聚酯薄膜2和聚丙烯粗化膜3能够应用于较高场强下，适用范围更广；聚丙烯粗化膜3和聚酯薄膜2间隔叠放于两电极材料层之间，克服了聚酯薄膜2不易浸渍的缺陷，使其应用在全膜电容器中，提高了全膜电容器储能密度，同时聚丙烯粗化膜3和聚酯薄膜2都具有高击穿场强，两种材料复合后形成更高击穿场强。
进一步地，电极材料层为金属箔1，金属箔作为极板，液体绝缘介质为绝缘介质油、苄基甲苯。
在卷绕时，金属箔有6种结构形式，任意一种结构形式均可实现本发明的功能：折边、凸箔结构；折边、隐箔结构；不折边、凸箔结构；不折边、隐箔结构；激光分切、凸箔结构；激光分切、隐箔结构。
实施例二
如图1所示，本实施例为对实施例一的进一步解释，两层金属箔1之间设置一层聚酯薄膜2，聚酯薄膜2与任意一层金属箔之间设置聚丙烯粗化膜3，在两层金属箔1之间形成了两层介质，聚丙烯粗化膜3上与聚酯薄膜2相贴合的一面为粗糙表面。
聚丙烯粗化膜3为双面聚丙烯粗化膜3也可以为单面聚丙烯粗化膜3，聚丙烯粗化膜3上与聚酯薄膜2相贴合的一面为粗糙表面，粗糙表面具有吸附作用，聚丙烯粗化膜3的粗糙表面与聚酯薄膜2相贴合时，会在吸附作用下将液体绝缘介质吸附至聚丙烯粗化膜3与聚酯薄膜2之间，将其间的气体排出，提高电气元件的浸渍性。
金属箔为折边、凸箔结构形式。
实施例三：
如图2所示，两层金属箔之间设置一层聚酯薄膜2，在聚酯薄膜2与两层金属箔之间分别设置聚丙烯粗化膜3，使两层金属箔1之间形成三层介质，使聚酯薄膜2的两侧均与聚丙烯粗化膜3接触，使其两侧均能够浸渍在液体绝缘介质中，减少其不可浸渍性对电容元件的影响，充分发挥聚酯薄膜2的优良性能。
聚酯薄膜2与距离其最近的金属箔1之间设置的聚丙烯粗化膜3为双面聚丙烯粗化膜3或者单面聚丙烯粗化膜3，当设置为单面聚丙烯粗化膜3时，粗糙表面设置在聚酯薄膜2上与聚丙烯粗化膜3相邻的一侧。
金属箔为不折边、隐箔结构形式。
如图3所示，两层金属箔1之间设置两层聚酯薄膜2，两层聚酯薄膜2之间设有聚丙烯粗化膜3，使两层金属箔1之间形成三层介质，所述聚丙烯粗化膜3的两侧面均为粗糙表面，即设置在两层聚酯薄膜2之间的聚丙烯粗化膜3为双面聚丙烯粗化膜3。
金属箔为折边、隐箔结构形式。
实施例四：
如图4所示，两层金属箔1之间设置两层聚酯薄膜2，两层聚酯薄膜2之间设有聚丙烯粗化膜3，其中一层聚酯薄膜2与距离其最近的金属箔1之间设置聚丙烯粗化膜3，使两层金属箔1之间形成四层介质，两层聚酯薄膜2之间设置的聚丙烯粗化膜3为双面聚丙烯粗化膜3，聚酯薄膜2与距离其最近的金属箔1之间设置的聚丙烯粗化膜3为双面聚丙烯粗化膜3或者单面聚丙烯粗化膜3，当设置为单面聚丙烯粗化膜3时，粗糙表面设置在聚酯薄膜2上与聚丙烯粗化膜3相邻的一侧。
金属箔为不折边、凸箔结构形式。
实施例五：
如图5所示，两电极材料层之间设置两层聚酯薄膜2，两层聚酯薄膜2之间设有聚丙烯粗化膜3，任意一层聚酯薄膜2与金属箔1之间也设置聚丙烯粗化膜3，使两层金属箔1之间形成五层介质，两层聚酯薄膜2之间设置的聚丙烯粗化膜3为双面聚丙烯粗化膜3，聚酯薄膜2与距离其最近的金属箔1之间设置的聚丙烯粗化膜3为双面聚丙烯粗化膜3或者单面聚丙烯粗化膜3，当设置为单面聚丙烯粗化膜3时，粗糙表面设置在聚酯薄膜2上与聚丙烯粗化膜3相邻的一侧。
金属箔为激光分切、隐箔结构形式。
如图6所示，两层金属箔之间设置三层聚酯薄膜2，任意两层聚酯薄膜2之间设有聚丙烯粗化膜3，使两层金属箔1电极之间形成五层介质，任意两层聚酯薄膜2之间设置的聚丙烯粗化膜3为双面聚丙烯粗化膜3，位于一侧边位的聚酯薄膜2与该侧的金属箔1电极之间贴合。
金属箔为激光分切、隐箔结构形式。
实施例六
产品要求：额定电压为100kVdc，额定电容为2μF，用于冲击电压发生器的脉冲电容器，电容器允许短路放电，出厂试验耐受电压为130kVdc。
产品设计：外部采用4并15串结构，电极材料层间介质由2层11.5μm聚酯薄膜和1层12.7μm聚丙烯双面粗化膜组成，极间介质排列顺序为1层11.5μm聚酯薄膜+1层12.7μm聚丙烯薄膜+1层11.5μm聚酯薄膜，极板采用凸箔、折边设计，金属箔厚度为4.5μm，液体绝缘介质为苄基甲苯。产品箱壳尺寸为343mm×178mm×1000mm，能量密度为164J/L。
对比例1
型号为MWF100-2的脉冲电容器，额定电压、额定电容相同，用于冲击电压发生器，采用膜纸复合结构，液体绝缘介质为十二烷基苯，箱壳尺寸为374mm×178mm×1228mm，能量密度为123J/L。
结论：通过上述的实验可以看出，实施例六的储能密度比对比例1的储能密度提高33％。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (10)
1.一种可供液体绝缘介质浸渍的电容元件,其特征在于:包括两电极材料层和设置于两电极材料层之间的聚酯薄膜和聚丙烯膜,所述聚丙烯膜具有粗糙表面，所述粗糙表面与所述聚酯薄膜相贴合设置，所述聚丙烯膜的粗糙表面吸附液体绝缘介质形成液体绝缘介质层。
2.根据权利要求1所述的一种可供液体绝缘介质浸渍的电容元件，其特征在于：所述两电极材料层之间设置一层聚酯薄膜，所述聚酯薄膜与所述任意一电极材料层之间设置聚丙烯膜，或者所述聚酯薄膜与两电极材料层之间分别设置聚丙烯膜，所述聚丙烯膜上与所述聚酯薄膜相贴合的一面为粗糙表面。
3.根据权利要求1所述的一种可供液体绝缘介质浸渍的电容元件，其特征在于：所述两电极材料层之间至少设置两层聚酯薄膜，相邻两层聚酯薄膜之间设有聚丙烯膜，所述聚丙烯膜的两侧面均为粗糙表面。
4.根据权利要求3所述的一种可供液体绝缘介质浸渍的电容元件，其特征在于：所述聚酯薄膜与所述电极材料层之间设置聚丙烯膜，所述聚丙烯膜上至少与所述聚酯薄膜相贴合的一面为粗糙表面。
5.根据权利要求2或4所述的一种可供液体绝缘介质浸渍的电容元件，其特征在于，所述聚丙烯膜上与所述电极材料层相贴合的一面为粗糙表面。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种可供液体绝缘介质浸渍的电容元件，其特征在于：所述聚丙烯膜的粗糙表面为由聚丙烯膜内部不同密度的晶型转换获得或者电晕处理获得。
7.根据权利要求6所述的一种可供液体绝缘介质浸渍的电容元件，其特征在于：所述粗糙表面的平均粗糙度不小于0.2μm。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种可供液体绝缘介质浸渍的电容元件，其特征在于：所述聚酯薄膜和所述聚丙烯膜平行叠放于所述两电极材料层之间，所述聚酯薄膜和所述聚丙烯膜间隔设置。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种可供液体绝缘介质浸渍的电容元件，其特征在于：所述电极材料层为金属箔。
10.一种具有如权利要求1-9所述的电容元件的电容器，其特征在于，所述电容器包括电容器壳体、液体绝缘介质和所述的电容元件，所述电容元件设置于所述液体绝缘介质内，所述液体绝缘介质与所述电容元件密封设置于所述电容器壳体内。
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| CN201611077090.XA CN108122671A (zh) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | 一种可供液体绝缘介质浸渍的电容元件及电容器 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611077090.XA CN108122671A (zh) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | 一种可供液体绝缘介质浸渍的电容元件及电容器 |
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Family
ID=62227012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201611077090.XA Pending CN108122671A (zh) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | 一种可供液体绝缘介质浸渍的电容元件及电容器 |
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| Country | Link |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109786109A (zh) * | 2019-02-03 | 2019-05-21 | 佛山市欣源电子股份有限公司 | 一种新型高q值电容器 |
| WO2021234573A1 (en) * | 2020-05-18 | 2021-11-25 | Inductive Power Projection Ltd | A hybrid metal dielectric resonator |
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-
2016
- 2016-11-30 CN CN201611077090.XA patent/CN108122671A/zh active Pending
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| WO2021234573A1 (en) * | 2020-05-18 | 2021-11-25 | Inductive Power Projection Ltd | A hybrid metal dielectric resonator |
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