CN112366082A - 一种直流支撑电容器用元件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流支撑电容器用元件，元件主要由芯棒、第一层高方阻安全膜、第二层高方阻安全膜、外包膜和喷金层构成，芯棒上卷绕第一层高方阻安全膜和第二层高方阻安全膜，外包膜在元件最外面，喷金层与第一层高方阻安全膜连接在一起，第一层高方阻安全膜由第一基膜、第一蒸镀层构成，第一蒸镀层由边缘加厚区、第一绝缘间隙条、第一保险丝、第二绝缘间隙条、第二保险丝、中间屏带构成，第二层高方阻安全膜由第二基膜、第二蒸镀层构成，第二蒸镀层由第三绝缘间隙条、第三保险丝、第四绝缘间隙条、边缘屏带构成。本发明结构简单，制作方面，可以满足直流支撑电容器高长期安全可靠性运行。
Description
技术领域
本发明属于电容器元件设计技术领域，具体涉及一种直流支撑电容器用元件。
背景技术
直流支撑电容器是变流器的关键器件，在变流器中的直流侧起到稳定电压、滤波等作用。目前，在大功率变流器如几十兆瓦级的高压变频器、高速动车变流器、大功率STATCOM、柔性直流输电工程用直流电容器等设备中，均需使用高电压大容量的直流支撑电容器。
这些直流支撑电容器为金属化聚丙烯薄膜。另外，这类电容器也逐渐采用干式结构并且尺寸越来减小, 金属化聚丙烯薄膜的工作场强逐步提高。这类电容器的共性是电压高、容量大、体重大，直流支撑电容器心子最多有300只元件组成。如果出现1只元件故障,就会影响整台电容器的可靠性。因而，这类电容器安全可靠性要求越来越高。
目前,这类电容器内部元件的结构有2种形式：2只元件外部串联连接；1只元件内部2串联。
目前，元件的金属化薄膜形式有：(1) 金属层高方阻结构 ；(2) 金属层安全型网格结构。第1种金属化薄膜的特点：蒸镀方阻可15~60Ω/□，其工作场强可以提高到250V/µm以上，使电容器尺寸变小很多；最终故障实效时下降百分之几，电容器出现“短路状态”，不能满足IEC 61071-2017、GB/T 17702-2013中有关破坏性试验要求“试品电容器最终容量下降到原始值的90%”。第2种金属化薄膜的特点：熔丝长度1mm以下，蒸镀方阻可7~15Ω/□，最终故障实效时下降百分之几，电容器出现“开路状态”，满足IEC 61071-2017、GB/T 17702-2013中有关破坏性试验要求；其工作场强最高到210V/µm，电容器的尺寸偏大。
因此，需要新的元件技术，提高电容器的工作场强、安全性、可靠性。
发明内容
为了克服现有直流支撑电容器的元件技术缺点，本发明提出一种直流支撑电容器用元件。
本发明所采用的技术方案如下。
本发明提供一种直流支撑电容器用元件，元件主要由芯棒、第一层高方阻安全膜、第二层高方阻安全膜、外包膜和喷金层构成。芯棒上卷绕第一层高方阻安全膜和第二层高方阻安全膜。第一层高方阻安全膜和第二层高方阻安全膜错开一段距离后叠在一起。外包膜插入在第一层高方阻安全膜和第二层高方阻安全膜之间并卷绕在一起，在元件最外面。喷金层与第一层高方阻安全膜连接在一起。
第一层高方阻安全膜由第一基膜、第一蒸镀层构成。第一蒸镀层由边缘加厚区、第一绝缘间隙条、第一保险丝、第二绝缘间隙条、第二保险丝、中间屏带构成。边缘加厚区和第一绝缘间隙条、第一保险丝水平连接，第一保险丝在第一绝缘间隙条之间，第二绝缘间隙条与第一绝缘间隙条、中间屏带连接，第二绝缘间隙条之间有第二保险丝，中间屏带把第一蒸镀层分成上下两部分。
第二层高方阻安全膜由第二基膜、第二蒸镀层构成。第二蒸镀层由第三绝缘间隙条、第三保险丝、第四绝缘间隙条、边缘屏带构成。第三绝缘间隙条之间有第三保险丝，第四绝缘间隙条与第三绝缘间隙条、边缘屏带连接。
当第一层高方阻安全膜和第二层高方阻安全膜重叠后，中间屏带和第三绝缘间隙条边缘重合，将第一蒸镀层、第二蒸镀层进行二次分隔, 原来1个大小平行四边形镀层被分成1大、1小的平行四边形镀层，中间屏带使形元件成1个2内串结构。
芯棒材料为聚碳酸氨脂材料，直径9mm，圆柱体结构，内部有6角型通孔，耐受120℃高温。
第一基膜为耐高温电工用聚丙烯薄膜，工作温度最高105℃。
第二基膜为耐高温电工用聚丙烯薄膜，工作温度最高105℃。
外包膜材料为包装用聚丙烯薄膜，通常10~15圈。
喷金层材料为锌。
边缘加厚区宽度为2.5mm，蒸镀的金属层方阻值为2（1~3）Ω/□，其材料为锌铝合金。
第一绝缘间隙条宽度为2.5mm，其长度为6mm，其两端为圆弧形。
第一保险丝宽度为2.5mm，其长度为2.5mm，蒸镀的金属层方阻值为2（1~3）Ω/□，其材料为锌铝合金。
第二绝缘间隙条宽度为1mm。
第二保险丝宽度为1mm, 其长度为1mm。
中间屏带宽度为5mm。
第三绝缘间隙条宽度为1.5mm，其长度为 11mm。
第三保险丝宽度为1.5mm，其长度为 11mm。
第四绝缘间隙条宽度为1mm。
边缘屏带宽度为2.5~3mm。
进一步的，元件的直径通常在60~80mm，取决于第一、二层高方阻安全膜的厚度和需要生产的电容量。
进一步的，第一蒸镀层有2个边缘加厚区。
进一步的，除边缘加厚区和第一保险丝外，第一蒸镀层蒸镀的金属层方阻值为30（25~50）Ω/□，其厚度小于100nm，其材料为锌铝合金。
进一步的，第一绝缘间隙条和中间屏带平行，第二绝缘间隙条与两者之间有倾斜角，其值为75~80度。
进一步的，第二蒸镀层有2个边缘屏带，其蒸镀的金属层方阻值为30（25~50）Ω/□，其厚度小于100nm，其材料为锌铝合金。
进一步的， 第三绝缘间隙条和边缘屏带平行，第四绝缘间隙条与两者之间有倾斜角，其值为75~80度。
进一步的，第二蒸镀层的第三绝缘间隙条平行间距为5mm。
进一步的，第一基膜比第二基膜宽度长2mm，两者厚度、材料均相同，特殊运行条件下两者也可以不同厚度。
进一步的，第三保险丝和第一保险丝长度比较大，第三保险丝更长。
本发明的有益效果是：结合高方阻金属化薄膜和传统安全膜的优点，新型元件能够达到电容器工作场强达到230V/µm , 缩小电容器的尺寸，容量能够下降到原始值的10%以下。
本发明结构简单，制作方面，可以满足直流支撑电容器高长期安全可靠性运行。
附图说明
图1为本发明的示意图；
图2为第一层高方阻安全膜俯视图；
图3为第一层高方阻安全膜侧视图；
图4为第二层高方阻安全膜俯视图；
图5为第二层高方阻安全膜侧视图；
图6为第一层高方阻安全膜和第二层高方阻安全膜叠合示意图；
图中，1-芯棒；2-第一层高方阻安全膜；3-第二层高方阻安全膜；4-外包膜；5-喷金层；
21-第一基膜；22-第一蒸镀层；
31-第二基膜；32-第二蒸镀层；
221-边缘加厚区；222-第一绝缘间隙条；223-第一保险丝；224-第二绝缘间隙条；
225-第二保险丝；226-中间屏带；
321-第三绝缘间隙条；322-第三保险丝；323-第四绝缘间隙条；324-边缘屏带。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
在图1中可见:直流支撑电容器用元件主要由芯棒(1)、第一层高方阻安全膜(2)、第二层高方阻安全膜(3)、外包膜(4)和喷金层(5)构成；芯棒(1)上卷绕第一层高方阻安全膜(2)和第二层高方阻安全膜(3)；第一层高方阻安全膜(2)和第二层高方阻安全膜(3)错开一段距离后叠在一起；外包膜(4)插入在第一层高方阻安全膜(2)和第二层高方阻安全膜(3)之间并卷绕在一起，在元件最外面；喷金层(5)与第一层高方阻安全膜(2)连接在一起。
由图2和3可见：第一层高方阻安全膜(2)由第一基膜(21)、第一蒸镀层(22)构成；第一蒸镀层(22)由边缘加厚区(221)、第一绝缘间隙条(222)、第一保险丝(223)、第二绝缘间隙条(224)、第二保险丝(225)、中间屏带(226)构成；第一蒸镀层(22)有2个边缘加厚区(221)；边缘加厚区(221)和第一绝缘间隙条(222)、第一保险丝(223)水平连接，第一保险丝(223)在第一绝缘间隙条(222)之间，第二绝缘间隙条(224)与第一绝缘间隙条(222)、中间屏带(226)连接，第二绝缘间隙条(224)之间有第二保险丝(225)，中间屏带(226)把第一蒸镀层(22)分成上下两部分；第一绝缘间隙条(222)和中间屏带(226)平行，第二绝缘间隙条(224)与两者之间有倾斜角，其值为75~80度。
由图4和5可见：第二层高方阻安全膜(3)由第二基膜(31)、第二蒸镀层(32)构成；第二蒸镀层(32)由第三绝缘间隙条(321)、第三保险丝(322)、第四绝缘间隙条(323)、边缘屏带(324)构成；第二蒸镀层(32)有2个边缘屏带(324)；第三绝缘间隙条之间(321)有第三保险丝(322)，第四绝缘间隙条(323)与第三绝缘间隙(321)条、边缘屏带(324)连接；第三绝缘间隙条(321)和边缘屏带(324)平行，第四绝缘间隙条(323)与两者之间的角度有倾斜角，其值为75~80度；第三绝缘间隙条(321)平行间距为5mm。
由图6可见：第一层高方阻安全膜(2)比第二层高方阻安全膜(3)宽度长2mm；第一层高方阻安全膜(2)和第二层高方阻安全膜(3)叠合后，中间屏带(226)和第三绝缘间隙条(321)边缘重合，将第一蒸镀层(22)、第二蒸镀层(32)进行二次分隔，原来1个大小平行四边形镀层被分成1大、1小的平行四边形镀层，中间屏带(226)使形成1个2内串结构；第三保险丝(323)和第一保险丝(223)长度都比较长，第三保险丝(323)更长。
边缘加厚区(221)宽度为2.5mm，蒸镀的金属层方阻值为2（1~3）Ω/□。
第一绝缘间隙条(222)宽度为2.5mm，其长度为6mm，其两端为圆弧形。
第一保险丝(223)宽度为2.5mm，其长度为2.5mm，蒸镀的金属层方阻值为2（1~3）Ω/□。
第二绝缘间隙条(224)宽度为1mm。
第二保险丝(225)宽度为1mm, 其长度为1mm。
中间屏带(226)宽度为5mm。
第三绝缘间隙条(321)宽度为1.5mm，其长度为 11mm。
第三保险丝(322)宽度为1.5mm，其长度为 11mm。
第四绝缘间隙条(323)宽度为1mm。
边缘屏带(324)宽度为2.5~3mm。
除边缘加厚区(221)和第一保险丝(223)外，第一蒸镀层(22)蒸镀的金属层方阻值为30（25~50）Ω/□，其厚度小于100nm，其材料为锌铝合金。
第二蒸镀层(32)蒸镀的金属层方阻值为30（25~50）Ω/□，其厚度小于100nm，其材料为锌铝合金。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种直流支撑电容器用元件，其特征是：元件主要由芯棒、第一层高方阻安全膜、第二层高方阻安全膜、外包膜和喷金层构成，所述芯棒上卷绕第一层高方阻安全膜和第二层高方阻安全膜，所述第一层高方阻安全膜和第二层高方阻安全膜错开一段距离后叠合在一起，所述外包膜在元件最外面，所述喷金层与第一层高方阻安全膜连接在一起，所述第一层高方阻安全膜由第一基膜、第一蒸镀层构成，所述第一蒸镀层由边缘加厚区、第一绝缘间隙条、第一保险丝、第二绝缘间隙条、第二保险丝、中间屏带构成，所述边缘加厚区和第一绝缘间隙条、第一保险丝水平连接，所述第一保险丝在两个第一绝缘间隙条之间，所述第二绝缘间隙条与第一绝缘间隙条、中间屏带连接，所述第二保险丝在两个第二绝缘间隙条之间，所述中间屏带把第一蒸镀层分成上下两部分，所述第二层高方阻安全膜由第二基膜、第二蒸镀层构成，所述第二蒸镀层由第三绝缘间隙条、第三保险丝、第四绝缘间隙条、边缘屏带构成，所述第三保险丝在两个第三绝缘间隙条之间，所述第四绝缘间隙条与第三绝缘间隙条、边缘屏带连接。
2.根据权利要求1所述的直流支撑电容器用元件，其特征在于：所述第一绝缘间隙条宽度为2.5mm，其长度为6mm，其两端为圆弧形。
3.根据权利要求1所述的直流支撑电容器用元件，其特征在于：所述第一保险丝宽度为2.5mm，其长度为2.5mm，蒸镀的金属层方阻值为2（1~3）Ω/□，其材料为锌铝合金。
4.根据权利要求1所述的直流支撑电容器用元件，其特征在于：所述第一蒸镀层蒸镀的金属层方阻值为30（25~50）Ω/□，其材料为锌铝合金，边缘加厚区和第一保险丝除外。
5.根据权利要求1所述的直流支撑电容器用元件，其特征在于：所述第三绝缘间隙条宽度为1.5mm，其长度为 11mm。
6.根据权利要求1所述的直流支撑电容器用元件，其特征在于：所述第三保险丝宽度为1.5mm，其长度为 11mm。
7.根据权利要求1所述的直流支撑电容器用元件，其特征在于：所述第二蒸镀层有两个边缘屏带，其蒸镀的金属层方阻值为30（25~50）Ω/□，其材料为锌铝合金。
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