CN110136958B - 一种高压电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压电容器，包括外壳和心子，心子包括圆柱芯棒和多层缠绕体，缠绕体包括第一复合体、第二复合体、第三复合体和第四复合体，第一复合体包括第一层绝缘介质和第一电极层，第二复合体包括第二层绝缘介质和第二电极层，第三复合体包括第三层绝缘介质和第三电极层，第四复合体包括第四层绝缘介质和第四电极层，第二电极层与第一层绝缘介质设置有第一错位，第三电极层与第一层绝缘介质设置有第二错位，第三电极层与第一层绝缘介质设置有第一错位，第一错位、第二错位和第一错位的间距依次减小。本发明结构简单，充分利用了绝缘介质和电极的空间，绝缘可靠性高，比电容可提高约一倍。
Description
技术领域
本发明属于电气设备技术领域，尤其是涉及一种高压电容器。
背景技术
在电力系统配网一二次融合设备的电容式电压传感器中，要求高压电容器的外形尺寸小、电容量稳定且足够大，特别是高压电容器的绝缘可靠、参数性能稳定尤为重要。电容式电压传感器为确保绝缘可靠和准确度，主要取决于高压电容器的技术性能，传统的高压电容器要么尺寸较大，不宜安装配套，要么尺寸合适，电容量又不足够大，使电压传感器准确度易受杂散电容和邻近效应的影响，而不能满足在配网一二次融合设备中应用。因此需要一种结构简单、设计合理且外形尺寸小的高压电容器，电极层设置错位，且电极层存在重叠区域，充分利用了绝缘介质和电极所占用的空间，提高比电容和电容量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高压电容器，其结构简单、设计合理且外形尺寸小，易安装，电极层设置错位，且电极层存在重叠区域，充分利用了绝缘介质和电极所占用的空间，比电容可提高约一倍，从而能够有效地提高电容量，且其绝缘可靠性高，实用性强。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高压电容器，其特征在于：包括外壳和设置在外壳内且与外壳呈同轴布设的心子，所述心子包括圆柱芯棒和多层缠绕在圆柱芯棒上的缠绕体，所述缠绕体包括第一复合体、第二复合体、第三复合体和第四复合体，所述第一复合体包括第一层绝缘介质和设置在第一层绝缘介质上的第一电极层，所述第二复合体包括第二层绝缘介质和设置在第二层绝缘介质上的第二电极层，所述第三复合体包括第三层绝缘介质和设置在第三层绝缘介质上的第三电极层，所述第四复合体包括第四层绝缘介质和设置在第四层绝缘介质上的第四电极层；
所述第二电极层的一个长度边缘与第一层绝缘介质的一个长度边缘设置有第一错位，所述第三电极层的一个长度边缘与第一层绝缘介质的一个长度边缘设置有第二错位，所述第四电极层的一个长度边缘与第一层绝缘介质的一个长度边缘设置有第三错位，所述第一错位、第二错位和第三错位的间距依次减小，所述第二电极层与所述第一电极层存在重叠区域，所述第三电极层与所述第二电极层存在重叠区域，所述第四电极层与所述第三电极层存在重叠区域。
上述的一种高压电容器，其特征在于：所述心子的一端与外壳的一端的连接处设置有螺母，所述螺母套装在心子的一端，且所述螺母的一侧面与外壳的一端的端面相齐平，所述心子的另一端与外壳的另一端的连接处设置有螺栓，所述螺栓伸出外壳。
上述的一种高压电容器，其特征在于：所述第二层绝缘介质的一个长度边缘、第三层绝缘介质的一个长度边缘和第四层绝缘介质的一个长度边缘分别与第一层绝缘介质的一个长度边缘之间设置有第一绝缘介质错位，所述第一层绝缘介质的另一个长度边缘、第三层绝缘介质的另一个长度边缘和第四层绝缘介质的另一个长度边缘分别与第二层绝缘介质的另一个长度边缘之间均设置有第二绝缘介质错位，所述第一绝缘介质错位和第二绝缘介质错位的间距相同。
上述的一种高压电容器，其特征在于：所述第一绝缘介质错位和第二绝缘介质错位的距离取值范围为1mm～1.5mm。
上述的一种高压电容器，其特征在于：所述第一电极层包括多条设置在第一层绝缘介质上且沿第一层绝缘介质宽度方向布设的第一电极，所述第二电极层包括多条设置在第二层绝缘介质上且沿第二层绝缘介质宽度方向布设的第二电极，所述第三电极层包括多条设置在第三层绝缘介质上且沿第三层绝缘介质长度方向布设的第三电极，所述第四电极层包括多条设置在第四层绝缘介质上且沿第四层绝缘介质宽度方向布设的第四电极，所述第一电极、第二电极、第三电极和第四电极的数量均相同，并记作电极数量N；
所述第一电极的一个长度边缘设置有第一附加电极层，所述第一附加电极与第一层绝缘介质的一个长度边缘重合，所述第二电极的一个长度边缘设置第二附加电极层，所述第二附加电极与第二层绝缘介质的另一个长度边缘重合，所述第一层绝缘介质的一个长度边缘和第二层绝缘介质的另一个长度边缘分别位于圆柱芯棒的两端。
上述的一种高压电容器，其特征在于：相邻两个第一电极的间距、相邻两个第二电极的间距、相邻两个第三电极的间距以及相邻两个第四电极的间距均相同，并记作电极间距L1；
所述第一电极的宽度、第二电极的宽度、第三电极的宽度和第四电极的宽度均相同，并记作电极宽度a；
根据公式得到电极间距L1；其中，E表示电容器的轴向场强，且E的取值范围为40V/mm～300V/mm，UN表示电容器的工作电压，且UN的取值范围为1kV～15kV，N为正整数，且N≥3；
根据公式L2＝a+b+2c，得到第一错位的间距；其中，a表示电极宽度，且a的取值范围为3mm＜a＜50mm，b表示第四层电极与第一层电极的重叠宽度，且b的取值范围为0.5mm＜b＜20mm，c表示第三层电极距离靠近第一电极的一端的间距，且c的取值范围为0＜c＜5mm；
根据公式L3＝a+c，得到第二错位的间距；
根据公式L4＝a-b，得到第三错位的间距。
上述的一种高压电容器，其特征在于：所述外壳的内侧面与心子的外侧面接触，所述外壳为绝缘外壳。
上述的一种高压电容器，其特征在于：所述心子的两端设置有引出电极。
上述的一种高压电容器，其特征在于：所述第一层绝缘介质、第二层绝缘介质、第三层绝缘介质和第四层绝缘介质均为聚丙烯薄膜绝缘介质或聚酯薄膜绝缘介质。
上述的一种高压电容器，其特征在于：所述第一附加电极层的宽度和第二附加电极层的宽度相同，且第一附加电极层和第二附加电极层的宽度取值范围为1mm～1.5mm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、所采用的高压电容器，结构简单、设计合理且外形尺寸小，重量轻。
2、本发明所采用的缠绕体包括四层复合体，每层复合体均包括绝缘介质和设置在绝缘介质上的电极层，是为了缠绕过程中，缠绕形成两个电极之间设置绝缘介质，从而形成多个并串联的电容，以得到高压电容器，以使比电容提高约一倍，从而能够有效地提高电容量，且其绝缘可靠性高。
3、本发明所采用的第二电极层的一个长度边缘与第一层绝缘介质的一个长度边缘设置有第一错位，第三电极层的一个长度边缘与第一层绝缘介质的一个长度边缘设置有第二错位，第四电极层的一个长度边缘与第一层绝缘介质的一个长度边缘设置有第三错位，第一错位、第二错位和第三错位的间距依次减小，第二电极层与第一电极层存在重叠区域，第三电极层与第二电极层存在重叠区域，第四电极层与第三电极层存在重叠区域，一方面，是为了缠绕形成多个电容并联之后再进行串联，提高电容量；另一方面，是为了能有效地利用绝缘介质和电极的空间，提高比电容，使得其绝缘可靠性高。
综上所述，本发明结构简单、设计合理且外形尺寸小，易安装；电极层设置错位，且电极层存在重叠区域，充分利用了绝缘介质和电极所占用的空间，比电容可提高约一倍，从而能够有效地提高电容量，且其绝缘可靠性高，实用性强。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明复合体的结构示意图。
图3为本发明复合体中第一错位、第二错位、第三错位、第一附加电极层、第二附加电极层、第一绝缘介质错位和第二绝缘介质错位的位置示意图。
附图标记说明:
1—外壳； 2—螺栓； 3—心子；
4—圆柱芯棒； 5—螺母； 6—第一层绝缘介质；
7—第二层绝缘介质； 8—第三层绝缘介质； 9—第四层绝缘介质；
10—第一电极； 11—第二电极； 12—第三电极；
13—第四电极； 14—第三错位； 15—第二错位；
16—第一错位； 17—第一绝缘介质错位； 18—第二绝缘介质错位；
19—第一附加电极层；20—第二附加电极层。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明包括外壳1和设置在外壳1内且与外壳1呈同轴布设的心子3，所述心子3包括圆柱芯棒4和多层缠绕在圆柱芯棒4上的缠绕体，所述缠绕体包括第一复合体、第二复合体、第三复合体和第四复合体，所述第一复合体包括第一层绝缘介质6和设置在第一层绝缘介质6上的第一电极层，所述第二复合体包括第二层绝缘介质7和设置在第二层绝缘介质7上的第二电极层，所述第三复合体包括第三层绝缘介质8和设置在第三层绝缘介质8上的第三电极层，所述第四复合体包括第四层绝缘介质9和设置在第四层绝缘介质9上的第四电极层；
所述第二电极层的一个长度边缘与第一层绝缘介质6的一个长度边缘设置有第一错位16，所述第三电极层的一个长度边缘与第一层绝缘介质6的一个长度边缘设置有第二错位15，所述第四电极层的一个长度边缘与第一层绝缘介质6的一个长度边缘设置有第三错位14，所述第一错位16、第二错位15和第三错位14的间距依次减小，所述第二电极层与所述第一电极层存在重叠区域，所述第三电极层与所述第二电极层存在重叠区域，所述第四电极层与所述第三电极层存在重叠区域。
本实施例中，所述心子3的一端与外壳1的一端的连接处设置有螺母5，所述螺母5套装在心子3的一端，且所述螺母5的一侧面与外壳1的一端的端面相齐平，所述心子3的另一端与外壳1的另一端的连接处设置有螺栓2，所述螺栓2伸出外壳1。
本实施例中，所述第二层绝缘介质7的一个长度边缘、第三层绝缘介质8的一个长度边缘和第四层绝缘介质9的一个长度边缘分别与第一层绝缘介质6的一个长度边缘之间设置有第一绝缘介质错位17，所述第一层绝缘介质6的另一个长度边缘、第三层绝缘介质8的另一个长度边缘和第四层绝缘介质9的另一个长度边缘分别与第二层绝缘介质7的另一个长度边缘之间均设置有第二绝缘介质错位18，所述第一绝缘介质错位17和第二绝缘介质错位18的间距相同。
本实施例中，所述第一绝缘介质错位17和第二绝缘介质错位18的距离取值范围为1mm～1.5mm。
如图3所示，本实施例中，所述第一电极层包括多条设置在第一层绝缘介质6上且沿第一层绝缘介质6宽度方向布设的第一电极10，所述第二电极层包括多条设置在第二层绝缘介质7上且沿第二层绝缘介质7宽度方向布设的第二电极11，所述第三电极层包括多条设置在第三层绝缘介质8上且沿第三层绝缘介质8长度方向布设的第三电极12，所述第四电极层包括多条设置在第四层绝缘介质9上且沿第四层绝缘介质9宽度方向布设的第四电极13，所述第一电极10、第二电极11、第三电极12和第四电极13的数量均相同，并记作电极数量N；
所述第一电极10的一个长度边缘设置有第一附加电极层19，所述第一附加电极19与第一层绝缘介质6的一个长度边缘重合，所述第二电极11的一个长度边缘设置第二附加电极层20，所述第二附加电极20与第二层绝缘介质7的另一个长度边缘重合，所述第一层绝缘介质6的一个长度边缘和第二层绝缘介质7的另一个长度边缘分别位于圆柱芯棒4的两端。
本实施例中，需要说明的是，每条所述第一电极10、第二电极11、第三电极12和第四电极13分别沿第一层绝缘介质6、第二层绝缘介质7、第三层绝缘介质8和第四层绝缘介质9的长度方向布设。
如图3所示，本实施例中，相邻两个第一电极10的间距、相邻两个第二电极11的间距、相邻两个第三电极12的间距以及相邻两个第四电极13的间距均相同，并记作电极间距L1；
所述第一电极10的宽度、第二电极11的宽度、第三电极12的宽度和第四电极13的宽度均相同，并记作电极宽度a；
根据公式得到电极间距L1；其中，E表示电容器的轴向场强，且E的取值范围为40V/mm～300V/mm，UN表示电容器的工作电压，且UN的取值范围为1kV～15kV；N为正整数，且N≥3；
根据公式L2＝a+b+2c，得到第一错位16的间距；其中，a表示电极宽度，且a的取值范围为3mm＜a＜50mm，b表示第四层电极与第一层电极的重叠宽度，且b的取值范围为0.5mm＜b＜20mm，c表示第三层电极距离靠近第一电极10的一端的间距，且c的取值范围为0＜c＜5mm，
根据公式L3＝a+c，得到第二错位15的间距；
根据公式L4＝a-b，得到第三错位14的间距。
本实施例中，所述第一错位16为靠近第一层绝缘介质6的一个长度边缘的第二电极11与第一层绝缘介质6的一个长度边缘之间的错位，第二错位15为靠近第一层绝缘介质6的一个长度边缘的第三电极12与第一层绝缘介质6的一个长度边缘之间的错位，第三错位14为靠近第一层绝缘介质6的一个长度边缘的第四电极13与第一层绝缘介质6的一个长度边缘之间的错位。
本实施例中，所述外壳1的内侧面与心子3的外侧面接触，所述外壳1为绝缘外壳。
本实施例中，所述心子3的两端设置有引出电极。
本实施例中，所述第一层绝缘介质6、第二层绝缘介质7、第三层绝缘介质8和第四层绝缘介质9均为聚丙烯薄膜绝缘介质或聚酯薄膜绝缘介质。
本实施例中，需要说明的是，第一层绝缘介质6、第二层绝缘介质7、第三层绝缘介质8和第四层绝缘介质9还可采用其他实现电压器功能的绝缘介质。
本实施例中，所述第一附加电极层19的宽度和第二附加电极层20的宽度相同，且第一附加电极层19和第二附加电极层20的宽度取值范围为1mm～1.5mm。
本实施例中，需要说明的是，所述比电容是指单位体积内的电容量。
本实施例中，电极层设置错位且电极层存在重叠区域，一方面，是为了缠绕形成多个电容并联之后再进行串联，提高电容量；另一方面，是为了能有效地利用绝缘介质和电极所占用的空间，提高比电容，使得其绝缘可靠性高。
本实施例中，设置螺母5和螺栓2，是为了高压电容器串联过程中，通过一个高压电容器上的螺母5和另一个高压电容器上的螺栓2进行螺纹快速连接，连接便捷，拆卸方便；另外，当需要单个高压电容器使用时，即可将引出电极焊接在螺母5和螺栓2引出。
本实施例中，所述第一电极层通过第一附加电极层19与第一层绝缘介质6的一个长度边缘重合，所述第二电极层通过第二附加电极层20与第二层绝缘介质7远离第一层绝缘介质6的一个长度边缘的另一个长度边缘重合，是为了缠绕形成缠绕体后，在缠绕体的两端形成有供引出电极焊接连通的区域。
本实施例中，设置电极宽度a为3mm＜a＜50mm，0.5mm＜b＜20mm和0＜c＜5mm，且b＜a，是为了确保绝缘可靠和比电容足够大，从而有效地利用绝缘介质和电极之间的空间。
本实施例中，设置第一附加电极层19和第二附加电极层20的宽度取值范围为1mm～1.5mm，是为了配合第一绝缘介质错位17和第二绝缘介质错位18，从而便于缠绕之后能使第一附加电极层19和第二附加电极层20裸露，便于引出电极。
本实施例中，具体实施时，所述第一错位16的间距大于第二错位15的错位间距，第二错位15的错位间距大于第三错位14的间距，是为了第一电极10经过三层绝缘介质和第四电极13形成一个电容，缠绕一圈之后第四电极13经过一层绝缘介质和第一电极10形成另一个电容，这样一个电容和另一个电容并联，这样依次缠绕多层则形成多个第一组电容的并联；
在第一电极10经过三层绝缘介质和第四电极13形成一个电容的同时，第三电极12经过一层绝缘介质和第四电极13形成第三个电容，缠绕一圈之后，第三电极12经过五层绝缘介质和第四电极13形成第四个电容，这样第三个电容和第四个电容并联，这样依次缠绕多层则形成多个第二组电容的并联；且因为电极的连接，从而将第一组电容和第二组电容串联，则形成多个并串联的电容，实现高压电容器的比电容的提高。
本实施例中，需要说明的是，具体实施时，第一复合体、第二复合体、第三复合体和第四复合体的位置可以调节，从而改变电容器的电容量和和改善电容器的绝缘性能。
本实施例中，需要说明的是，具体实施时，通过调节第一错位16、第二错位15和第三错位14的间距而改变并串联电容器的电容值，从而改变电容器的电容量。
本实施例中，需要说明的是，具体实施时，外壳1的内侧面与心子3的外侧面接触，以使外壳1与心子3间没有任何间隙，是为了确保所述高压电容器的绝缘性能和局部放电性能良好。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种高压电容器，其特征在于：包括外壳(1)和设置在外壳(1)内且与外壳(1)呈同轴布设的心子(3)，所述心子(3)包括圆柱芯棒(4)和多层缠绕在圆柱芯棒(4)上的缠绕体，所述缠绕体包括第一复合体、第二复合体、第三复合体和第四复合体，所述第一复合体包括第一层绝缘介质(6)和设置在第一层绝缘介质(6)上的第一电极层，所述第二复合体包括第二层绝缘介质(7)和设置在第二层绝缘介质(7)上的第二电极层，所述第三复合体包括第三层绝缘介质(8)和设置在第三层绝缘介质(8)上的第三电极层，所述第四复合体包括第四层绝缘介质(9)和设置在第四层绝缘介质(9)上的第四电极层；
所述第二电极层的一个长度边缘与第一层绝缘介质(6)的一个长度边缘设置有第一错位(16)，所述第三电极层的一个长度边缘与第一层绝缘介质(6)的一个长度边缘设置有第二错位(15)，所述第四电极层的一个长度边缘与第一层绝缘介质(6)的一个长度边缘设置有第三错位(14)，所述第一错位(16)、第二错位(15)和第三错位(14)的间距依次减小，所述第二电极层与所述第一电极层存在重叠区域，所述第三电极层与所述第二电极层存在重叠区域，所述第四电极层与所述第三电极层存在重叠区域；
所述心子(3)的一端与外壳(1)的一端的连接处设置有螺母(5)，所述螺母(5)套装在心子(3)的一端，且所述螺母(5)的一侧面与外壳(1)的一端的端面相齐平，所述心子(3)的另一端与外壳(1)的另一端的连接处设置有螺栓(2)，所述螺栓(2)伸出外壳(1)；
所述第二层绝缘介质(7)的一个长度边缘、第三层绝缘介质(8)的一个长度边缘和第四层绝缘介质(9)的一个长度边缘分别与第一层绝缘介质(6)的一个长度边缘之间设置有第一绝缘介质错位(17)，所述第一层绝缘介质(6)的另一个长度边缘、第三层绝缘介质(8)的另一个长度边缘和第四层绝缘介质(9)的另一个长度边缘分别与第二层绝缘介质(7)的另一个长度边缘之间均设置有第二绝缘介质错位(18)，所述第一绝缘介质错位(17)和第二绝缘介质错位(18)的间距相同。
2.按照权利要求1所述的一种高压电容器，其特征在于：所述第一绝缘介质错位(17)和第二绝缘介质错位(18)的距离取值范围为1mm～1.5mm。
3.按照权利要求1所述的一种高压电容器，其特征在于：所述第一电极层包括多条设置在第一层绝缘介质(6)上且沿第一层绝缘介质(6)宽度方向布设的第一电极(10)，所述第二电极层包括多条设置在第二层绝缘介质(7)上且沿第二层绝缘介质(7)宽度方向布设的第二电极(11)，所述第三电极层包括多条设置在第三层绝缘介质(8)上且沿第三层绝缘介质(8)长度方向布设的第三电极(12)，所述第四电极层包括多条设置在第四层绝缘介质(9)上且沿第四层绝缘介质(9)宽度方向布设的第四电极(13)，所述第一电极(10)、第二电极(11)、第三电极(12)和第四电极(13)的数量均相同，并记作电极数量N；
所述第一电极(10)的一个长度边缘设置有第一附加电极层(19)，所述第一附加电极(19)与第一层绝缘介质(6)的一个长度边缘重合，所述第二电极(11)的一个长度边缘设置第二附加电极层(20)，所述第二附加电极(20)与第二层绝缘介质(7)的另一个长度边缘重合，所述第一层绝缘介质(6)的一个长度边缘和第二层绝缘介质(7)的另一个长度边缘分别位于圆柱芯棒(4)的两端。
4.按照权利要求3所述的一种高压电容器，其特征在于：相邻两个第一电极(10)的间距、相邻两个第二电极(11)的间距、相邻两个第三电极(12)的间距以及相邻两个第四电极(13)的间距均相同，并记作电极间距L1；
所述第一电极(10)的宽度、第二电极(11)的宽度、第三电极(12)的宽度和第四电极(13)的宽度均相同，并记作电极宽度a；
根据公式得到电极间距L1；其中，E表示电容器的轴向场强，且E的取值范围为40V/mm～300V/mm，UN表示电容器的工作电压，且UN的取值范围为1kV～15kV；N为正整数，且N≥3；
根据公式L2＝a+b+2c，得到第一错位(16)的间距；其中，a表示电极宽度，且a的取值范围为3mm＜a＜50mm，b表示第四层电极与第一层电极的重叠宽度，且b的取值范围为0.5mm＜b＜20mm，且a＞b，c表示第三层电极距离靠近第一电极(10)的一端的间距，且c的取值范围为0＜c＜5mm；
根据公式L3＝a+c，得到第二错位(15)的间距；
根据公式L4＝a-b，得到第三错位(14)的间距。
5.按照权利要求1所述的一种高压电容器，其特征在于：所述外壳(1)的内侧面与心子(3)的外侧面接触，所述外壳(1)为绝缘外壳。
6.按照权利要求1所述的一种高压电容器，其特征在于：所述心子(3)的两端设置有引出电极。
7.按照权利要求1所述的一种高压电容器，其特征在于：所述第一层绝缘介质(6)、第二层绝缘介质(7)、第三层绝缘介质(8)和第四层绝缘介质(9)均为聚丙烯薄膜绝缘介质或聚酯薄膜绝缘介质。
8.按照权利要求3所述的一种高压电容器，其特征在于：所述第一附加电极层(19)的宽度和第二附加电极层(20)的宽度相同，且第一附加电极层(19)和第二附加电极层(20)的宽度取值范围为1mm～1.5mm。
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