专利名称：一种金属化安全膜干式高压电力电容器元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力电容器，特别是涉及一种金属化安全膜干式高压电力电容器元件。
背景技术：
在干式高压电力电容器领域，由于传统结构的金属化干式高压电力器兀件内部局部电晕放电和温升散热问题，每个元件的工作电压不能太高，容量不能太大，因而需要由几十或上百个容量较小、电压较低的独立的金属化电力电容器元件进行串联和并联，组成电力电容器单元，再由多台单元串并联组成电压较高的大容量的高压电力电容器组入网或称高压电力电容器装备接入电网。由于元件多，导致可靠性差、体积大，造成材料浪费和结构复杂化。各元件和单元都还要外接保险熔断装置，以弥补制作这种电力电容器单元的金属化膜“自愈”可靠性差的问题。且由于金属化膜外接的导电镀层极薄，跟喷金层的连接脆弱，造成现有技术的干式高压电力电容器工作和寿命还不如传统的油浸式电力电容器。利用金属化安全膜技术提高电弱点自愈的有效性已被熟知。它把蒸镀在薄膜介质上的金属化电极镀层，用很窄的空隙网格图案分隔成许许多多的小块电极单元，每个小块与四周相邻小块之间都有起熔断器作用的微小镀层窄条，在这种结构的膜上如有电弱点击穿时，击穿放电电流会把该点所在的小电极块外连的镀层窄条烧断，击穿电流得到熄灭，使具有击穿点的小单元电容器与整体电容器隔断，达到自愈，而整体电容器虽损失了被隔离小单元的微小电容量，却能保持继续正常工作，从而使电容器提高工作电压和使用寿命但现有技术的网格型金属化安全膜存在一些重大缺陷:由于它的每个小块与四周相邻小块之间起熔断器作用的微小镀层窄条，具有一定的电阻，在交流工作电流经过时会发热；而且极大部分小块不能直接与加厚边相邻，它们的电流需要经过多重其他的小块和镀层窄条后才能到达加厚边，汇总到外电极。由于各小块的镀层窄条距加厚边的位置不同，其流过的迭加电流不同，最靠近加厚边起熔断器作用的微小镀层窄条上流过较大的迭加电流，这种迭加的电流产生较大的附加发热损耗，使该处的介质耐压降低，甚至造成电压击穿。所以，原有的网格型金属化安全膜的各小块由于没有独立的起熔断器作用的微小的镀层窄条，小块间电流串通、迭加，常会产生连带性击穿，安全保护的可靠性较差，以它制成的产品不但仍需外接安全保护装置，甚至反而降低产品寿命。对此问题，近几年也有一些改进设计，如中国专利ZL201010183371.X述及的纵向分区式金属化网格型安全膜电极结构，使安全膜的各小电极块之间没有直接相连；但其极大部分电极小块的工作电流仍需汇总迭加到相邻区域后再流向加厚边，从而增大了相邻区域的电流密度和近一倍的总发热量。当制作大容量的高压电力电容器单元需用宽度较大的金属化安全膜时，其附加发热的问题更加严重和不能容许。综之，现有技术的金属化网格型安全膜目前难以适应制作大容量的高压电力电容器。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种集合式的金属化安全膜干式高压电力电容器元件，使干式高压电力电容器元件的工作电压成倍提高，而且各元件和单元都不需要外接保险熔断装置，安全可靠，简化结构，提高比容特性。本发明所采用的技术方案是:一种金属化安全膜干式高压电力电容器元件，主要由壳体、芯体、电极端子组成，芯体为由两层聚丙烯介质基膜J上镀覆锌/铝金属电极镀层构成的复合膜层叠卷绕在芯棒、两端喷金所形成的圆柱体，壳体和芯体之间由绝缘树脂灌封，其特征在于该复合膜由若干纵向的内留空白条在横向上分成若干个纵向单元区块，每个单元区块内的连续镀层区的两侧均为网格区，每个网格区由短空隙窄条把镀层割隔离形成一列纵向排列的小方块电极构成，每个小方块电极的一侧与内留空白条邻接，相对的另一侧由设置在短空隙窄条中部的独用导电桥与连续镀层区连通；在复合膜的两侧边分别制有纵向上连续的功能带。所述的功能带为无镀层的留边或有镀层的加厚边。所述的壳体、芯棒均由塑料制成，所述的壳体和芯体之间由环氧树脂灌封。所述的芯棒为塑料管，从壳体的底盖和顶盖的中心圆孔中穿出。所述的复合膜可以是，其一侧边的功能带为无镀层的留边，另一侧边的功能带为镀层加厚边，所述的连续镀层区的宽度基本上等于两列有隔离的小方块电极及内留空白条三者宽度之和；各内留空白条两侧的小方块电极之间没有直接的导电通路，各连续镀层构成的电极两侧的小方块电极通过导电桥经连续镀层相互连通；以两层这种金属化安全膜左右对称并在横向上错开一距离后层叠，上下层的留边和镀层加厚边相互交错对应，使叠层的两侧加厚边都位于突出的位置，便于加厚边和外部喷金相连再与引出电极端子连接；同时上下层的内留空白条的中心线与连续镀层区的中心线基本上相互重合，上下层的网格区与连续镀层区相互上下对应，使每个小方块电极分别与相对的邻层连续镀层构成的电极及电极间的介质构成微型小电容器C ;每个有隔离的小方块电极与本层膜上的相邻连续镀层电极之间的导电桥成为此小电容C的微型熔断器R ;由上下层膜上相互对应着的两个导电桥相连的两个微型小电容器C并联构成最小基本电子构件E。由于各内部连续镀层在纵向上全连通，使各基本电子构件E通过其上下层的连续镀层构成的电极在纵向上与相邻基本电子构件并联连接，同时在横向与相邻基本电子构件串联连接，并由内留空白条对横向相邻基本电子构件间不同电位电极作绝缘隔离，横向串联的总基本电子构件数η为复合膜上内留空白条数量的2倍加1，η为奇数。上述的镀层加厚边内侧的基本电子构件与镀层加厚边相连的连续镀层电极被附加延伸的隔离空隙条作纵向隔离构成半连续电极块。各内部基本电子构件的横向宽度及电极面积分别都大致相等，内留空白条宽度大致上为留边宽度的1.5 2倍；留边和内留空白条之间距离与内留空白条间距相比，大致上大10 % ;加厚边与与其最近的内留空白条之间距尚与各内留空白条间距的1/2相比,大致上大15% 25% ;所有小方块电极的纵向宽度大致相等，约为5 10mm，各列小方块电极的横向宽度也大致相等，约为内留空白条间距或内留空白条和留边之间距离的1/4;对于横向最左端和最右端这两个基本电子构件，其包括外留边内侧的有隔离的小方块电极、力口厚边内侧的半连续电极块和它们相连的电极组成的横向宽度，比中间其他各内部基本电子构件的横向宽度大15% 25%。所述的复合膜也可以是，其两侧边均为无镀层的留边，或者其两侧边均为镀层加厚边，有镀层加厚边的那层膜比有留边的那层膜的横向宽度大1.5 3_。当以这两种金属化安全膜上下中心线对准叠层时，两侧镀层加厚边都位于突出的位置，便于加厚边和外部喷金相连再与电极端子连接；所述的连续镀层区的宽度基本上等于两列有隔离的小方块电极及内留空白条三者宽度之和；各内留空白条两侧的小方块电极之间没有直接的导电通路，各连续镀层区两侧的小方块电极通过导电桥经连续镀层区相互连通；上下层的内留空白条的中心线与连续镀层区的中心线基本上相互重合，上下层的小方块电极与连续镀层区相互上下对应。上下层的小方块电极分别与相对的邻层连续镀层电极及电极间的介质构成微型小电容器C ;每个有隔离的小方块电极与本层膜上的相邻连续镀层电极之间的导电桥成为此小电容C的微型熔断器R ;由上下层膜上相互对应着的两个导电桥相连的两个微型小电容器C并联构成最小基本电子构件E，各基本电子构件E通过其上下层的连续镀层电极在纵向上与相邻基本电子构件并联连接，同时在横向与相邻基本电子构件串联连接，并由内留空白条对横向相邻基本电子构件间不同电位电极作绝缘隔离。这种结构的横向串联的总基本电子构件数η为复合膜上内留空白条数量的2倍，η为偶数。所述的镀层加厚边内侧的基本电子构件与镀层加厚边相连的连续镀层电极被附加延伸的隔离空隙条作纵向隔离构成半连续电极块；各内部基本电子构件的横向宽度及电极面积分别都基本相等，内留空白条宽度大致上为留边宽度的1.5 2倍；留边与其最近的内留空白条之间距离与各内留空白条间距相比，大致上大10% ;镀层加厚边与与其最近的内留空白条之间距离与各内留空白条间距的1/2相比，大致上大15% 25% ;所有小方块电极的纵向宽度大致相等，大致为5 10mm，横向宽度也大致相等，大致为内留空白条间距或内留空白条和留边之间距尚的1/4 ;对于横向最左端和最右端这两个基本电子构件，其包括留边内侧的有隔离的小方块电极，及镀层加厚边内侧的半连续电极块和它们相连的电极组成电极的横向宽度，比中间其他各内部基本电子构件的横向宽度大15% 25%。本发明每个基本电子构件中，两个微型小电容器的有隔离的小方块电极具有各自的导电桥，负责对微型小电容器的介质区域可能存在的电弱点被过高电压击穿时的保护。导电桥起到限流熔断器的作用，击穿电流会立即把导电桥熔断，使该微型小电容器的有隔离的小方块电极连同击穿点被完全彻底地与电容器元件整体电极隔断，整体电容器只减小了极微小的电容量而不影响其工作，实现安全自愈。把防止击穿短路的保护分配到千千万万个微型小电容器作独立的分布式保护，每个微型小电容器各自的一个独用导电桥构成的微型熔断器，该熔断器上只流过属于该微型小电容器的电流，不受其他任何电流的干扰，因而可以通过设计该熔断器的限流值，确保微型熔断器达到保护灵敏度和安全自愈的可靠性要求，保证熔断时发生的能量不会使介质受伤，电弱点击穿被有效自愈而不蔓延。单个微型小电容器的电极面积非常小，使工作时流过导电桥的工频电流值也非常小，其产生的附加发热在本技术方案中可以忽略不计。本技术方案电极结构的每个基本电子构件中，由于两个微型小电容器在两层膜之一的纵向连续镀层区为无隔离连接，使整个纵向列内的所有基本电子构件的电极成并联连接，使纵向列内的所有基本电子构件的电容量相加形成较大的容量，并在同一的电压下工作；整个纵向列内的所有基本电子构件与横向外侧别的基本电子构件相邻处，在一层膜上由连续镀层区相连，另一层膜上由内留空白条相互隔离，使相邻纵向列的基本电子构件在横向上构成串联连接，他们的工作电压可相加而使卷绕后的电力电容器元件获得多倍的工作高电压。本发明所采用的技术方案，在设计中对以下问题采取了创新的改进措施，并具有良好的技术效果:1、为了使串联中的各基本电子构件有均衡的工作电压，各基本电子构件在横向上所占的膜宽大致相等。但由于在高压电力电容器元件在轴向的两个端部容易发生局部放电，所以本技术方案对横向最左端和最右端这两列基本电子构件，其电极横向宽度(包括有隔离的小方块电极和相对的连续镀层电极的宽度)设计成比中间其他基本电子构件的电极宽度大15% 25%,可在一定的局部放电起始电压下,使干式高压电力电容器兀件的总的工作电压相对提高。2、由于内留空白条所需隔离的电压是两个基本电子构件的串联电压值，应是单个基本电子构件工作电压的两倍，而留边所需隔离的只是本基本电子构件两层膜间的工作电压，所以内留空白条宽度设计成留边宽度的1.5 2倍。3、为了进一步对加厚边和喷金电极之间的连接被可能出现的过电流损坏实行保护控制，不使这种损坏在薄膜纵向上蔓延，故对与加厚边相连的基本电子构件作特殊设计:在复合膜上与镀层加厚边相连的电极镀层，用方块电极的横向隔离空隙条向加厚边的延伸小段作纵向分隔，把这种镀层加厚边和喷金电极之间的连接损坏限制在本基本电子构件的两段附加延伸出的空隙条之间。4、本设计使基本电子构件的两个微小型电容器中，与每个有隔离的小方块电极相对的是无隔离的连续镀层电极，使空隙条的数目减少一半，增加了薄膜利用率，但仍能实现安全保护。5、为了确保微型熔断器在保护电弱点击穿熔断时的能量不会使介质受伤，电弱点击穿被有效自愈而不蔓延，达到保护灵敏度和安全自愈的可靠性要求，在电极结构设计中从根本上作了有效改进:即最小基本电子构件的两个微型小电容器各有一个独用的微型熔断器，该熔断器上只流过属于该微型小电容器的电流，不受其他任何电流的干扰，因而可以通过设计该熔断器的限流值，确保微型熔断器达到保护灵敏度和安全自愈的可靠性要求；也使电力电容器元件的薄膜介质中电弱点对提高介质工作场强的限制问题获得重大改善，从而可改进电容器比容特性、缩小产品体积，大量节约原材料；这种结构的安全保护是在基本电子构件的分工作电压下进行的，分断电压不高、分断电流极小，不会产生飞弧重燃和短路现象，相比于被替代掉的传统技术中的各元件和单元的外接断路器，更安全可靠、连接安装简单、经济成本更低。6、为了适用于高压或超高压电力领域，本电容器元件的壳体由塑料制成，可提高绝缘性能；芯棒采用中空结构，进一步改善了电容器元件的散热效果。7、圆柱形干式高压电力电容器元件需用二层上述结构的复合膜卷绕数千圈而制成，在把上述集合式电极结构的两层复合膜卷绕时，前一圈的下层膜必然和后一圈的上层膜紧密贴靠在一起，通过层间相互电磁感应，又组成了新的双层膜的层叠关系，所以每增加卷绕一圈，不但在膜的纵向增加了并联的基本电子构件，又通过叠层间电磁感应作用，使元件获得了增加双倍的并联基本电子构件和双倍的电容量。所以从总体上来说，本方案的这种结构，千千万万个最小基本电子构件在电力电容器元件的三维空间内，通过互相之间的纵向并联、横向串联、上下叠层间电磁感应迭加，集合构成一个工频交流工作电压可达几千到上万伏、容量可达几十到几百千乏的干式高压电力电容器元件。其总容量由卷绕膜的宽度、总长度和卷绕总圈数决定，其总工作电压的高压值由薄膜宽度范围内横向串联的基本电子构件的个数、每个构件的介质所能承受的分工作电压和局部放电的起始电压的大小决定。横向串联的总基本电子构件数η为复合膜上内留边数的2倍加1，η为奇数，按这种构方式做某种变异设计后也可获得串联总数为偶数。本发明干式高压电力电容器元件产品，具有容量大、耐压高、干式结构、比容特性好、小型化、长寿命等优点，可以直接安装在基层用电变压器的初级高压侧，替代掉寿命差的变压器次级的低压电力电容器，或替代掉成本高、有污染的油浸式高压电力电容器，都有十分重大的经济价值。本技术也可用于改进机车电力电容器和其他电力电子电容器的比容特性。
图1为本发明实施例1金属化安全膜电极结构图。图2为图1所示实施例1金属化安全膜两层层叠示意图。图3为沿图2中的A-A所做的剖面图。图4为图2所示两层层叠的金属化安全膜的等效电路图。图5为本发明实施例2串联基本电子构件数为偶数时的两层叠卷金属化安全膜展开示意图。图6为沿图5中的C-C所做的剖面图。图7为图2实施例1所示两层金属化安全膜卷绕成的圆柱形元件及外层薄膜展示图，其中Φ表示圆柱形元件的径向方向，Z表示圆柱形元件的轴向方向，也即膜的横向方向。图8为沿图7中的B-B所做的径向最外4层卷绕圈的剖面图。图9为图8所示4层卷绕圈的金属化安全膜的等效电路图。图10为本发明干式高压电力电容器元件结构示意图。图11为本发明元件以星形法接入三相四线制高压电网的连接组装图。附图标记说明:镀层加厚边1.1，连续镀层区1.11，半连续电极块1.12，小方块电极1.21，最侧边的小方块电极1.22，导电桥1.23，留边2.1，内留空白条2.2，短空隙窄条
2.21,延伸空隙条2.22,上层膜S,下层膜X,基本电子构件Ε,微型小电容器C,导电桥构成的等效微型熔断器R，介质基膜J，喷金P，顶盖1，芯棒2，电极端子3，壳体4，绝缘树脂5，芯体
6,底盖7,抱箍8。
具体实施方式
:以下结合附图及实施例对本发明型作进一步的说明。实施例1:如图10所不一种金属化安全膜干式高压电力电容器兀件,主要由壳体4、芯体6、引出电极端子3组成，芯体为由两层聚丙烯介质基膜J上镀覆锌/铝金属电极镀层构成的复合膜层叠卷绕在芯棒2、两端喷金P所形成的圆柱体，壳体4具有顶盖I和底盖7，芯棒2为塑料中空管，壳体和芯体之间由绝缘树脂5灌封，绝缘树脂通常采用环氧树脂。如图1-图3所示，构成芯体的复合膜由若干纵向内留空白条2.2在横向上分成若干个纵向单元区块，每个单元区块内的连续镀层区的两侧均为网格区，每个网格区，也即在内留空白条2.2的两侧和留边2.1内侧，由短空隙窄条2.21把镀层分割隔离形成一列纵向排列的小方块电极1.21，每个小方块电极的一侧与内留空白条2.2邻接，相对的另一侧由设置在每一小方电极块的纵向短空隙窄条的中部的独用导电桥1.23与连续镀层区连通；在复合膜的两侧边分别制有纵向上连续的功能带，该功能带为在复合膜的一侧边为无镀层的留边2.1，另一侧边为镀层加厚边1.1 ;留边与其最近的内留空白条之间距离与各内留空白条间距相比，大致上大10% ;加厚边与其最近的内留空白条之间距尚与各内留空白条间距的1/2相比，大致上大15% 25%。内留空白条2.2宽度约为留边2.1宽度的1.5 2倍；所有小方块电极的纵向宽度大致相等，约为5 10mm，各列小方块电极的横向宽度也大致相等，约为内留空白条间距或内留空白条和留边之间距离的1/4。按图示方向，只有位于最左边内留空白条的左侧和位于留边2.1左侧这两列小方块电极1.22的横向宽度比其他内部各列的小方块电极1.21的横向宽度值大15% 25% ;任两条纵向内留空白条2.2之间或最右内留空白条2.2和留边2.1之间，除了两列有隔离的小方块电极镀层之外的中间其余部分是在纵向上没有分隔的连续电极镀层区1.11，各条连续镀层区1.11的横向宽度大致相同，约为两列小方电极块1.21宽度及一内留空白条2.2宽度三者之和；镀层加厚边1.1内侧与小方块电极列1.22之间也为连续电极镀层区，但是它只在横向上与镀层加厚边1.1连续相连，在纵向上却被隔离空隙条向加厚边延伸的延伸空隙条2.22分隔，形成了只在横向上与镀层加厚边连接的半连续电极块1.12，且通过独用导电桥1.23与小方块电极列1.22连通，该半连续电极块的横向宽度约比中间连续镀层区1.11的1/2宽度值大15% 25%。在卷制电容器元件时，将两层上述金属化安全膜对称层叠，如图2及其剖面图3所示，上层膜S和下层膜X在横向上错开距离0.8 1.5mm,使上下膜的留边2.1和镀层加厚边1.1相互交错对应，叠层的两侧镀层加厚边1.1都位于突出的位置，便于镀层加厚边和外部喷金P相连。上下层的连续镀层区1.11分别与网格区的有隔离的小方块电极1.21相互对应，使S膜上的有隔离的小方电极块1.21与邻层X膜上相对的连续镀层电极1.11及它们之间的介质构成一个微型小电容器C ;同时S膜上的连续镀层区1.11构成的电极与邻层X膜上相对网格区的有隔离的小方电极块1.21及它们之间的介质也构成一个微型小电容器C，上述这两个微型小电容器位于本层内留空白条2.2与邻层内留空白条2.2之间，两个微型小电容器C各有一独用的起熔断器作用的导电桥1.23把本身小方块电极1.21与另一个微型小电容器C的连续镀层电极相连，使这两个微型小电容器的电极间相互并联，构成本发明的干式高压电力电容器元件的最小基本电子构件E。由于最小基本电子构件E的两个微型小电容器C的连续镀层区1.11构成的电极分别在两层膜上的纵向范围内无隔离全连通，故每个纵向列的基本电子构件在复合膜的纵向全长范围内是全部并联连接的，同一列的基本电子构件并联后在同一电压下工作，电容量为所有并联构件的电容量之和。最小基本电子构件E的两个微型小电容器C的无隔离连续镀层区1.11构成的电极分别在两层膜上与左右侧相邻纵向列的基本电子构件的无隔离连续镀层区1.11构成的电极连接，使在全膜宽的各相邻列基本电子构件之间都有一个电极相互串联连接，如图4等效电路所示；每个基本电子构件的分工作电压和横向串联总数η决定了干式高压电力电容器单元的总工作电压。两个相邻基本电子构件的连续镀层区1.11构成的电极之间的连接处位于连续镀层区宽度的中央，在另一层膜上与其相对的正是内留空白条2.2，使上下层的内留空白条的中心线与连续镀层区的中心线基本上相互重合，内留空白条2.2为此两相串联的基本电子构件的首尾两个不同电位电极之间起到了绝缘隔离的作用；两相串联的基本电子构件的首尾间电压应是单个基本电子构件E的工作电压的两倍，故取内留空白条2.2的宽度为留边2.1宽度的1.5 2倍。在两层膜的最外侧，则由镀层加厚边1.1内侧的每个半连续电极块1.12、有隔离的小方块电极1.22分别与邻层膜上的留边2.1内侧的有隔离的小方块电极1.21、无隔离连续镀层1.11构成的电极相互对应，构成最外侧纵向列的最小基本电子构件Ε。此最外侧基本电子构件的横向宽度和电容量比内部基本电子构件大15% 25%，这是因为通常的金属化安全膜干式高压电力电容器元件最容易在两端部的两正负电极边缘间发生局部尖端放电而损坏。根据电容器电压公式V = I/2JIfC，增大电容量C，可适当降低最外侧基本电子构件工作电压V，使其更加低于局部放电起始电压，提高电容器的工作可靠性延长使用寿命，或相对提高内部各串联级电子构件的工作电压和总工作电压。在留边内侧膜层上的连续镀层区1.11构成的电极与横向上内侧的相邻基本电子构件的连续镀层区1.11构成的电极相串联；同时与纵向相邻基本电子构件的连续镀层区
1.11构成的电极相并联；而另一层膜上镀层加厚边1.1内侧半连续电极块1.12与纵向相邻基本电子构件间有隔离，电流不能直接窜流，只能通过本身范围内的镀层加厚边和喷金外电极才能与相邻基本电子构件间并联，一旦镀层加厚边1.1和喷金外电极损坏断路，该基本电子构件与相邻基本电子构件间无法构成两极通路而被断流隔离，镀层加厚边1.1和喷金外电极损坏就被空隙条2.22隔离在一个基本电子构件的纵向宽度范围之内，克服了现有技术一旦某处加厚边1.1和喷金外电极损坏即在纵向上向外迅速蔓延，元件发热损坏的缺陷。利用本实施例所述电极结构卷绕可形成干式高压电力电容器元件的芯体。从图4可以看到，由于层叠的两层膜上的连续镀层区1.11同时起到了使基本电子构件E横向串联和纵向并联的连接作用，使基本电子构件E实现纵向和横向二维的集合；再从图9可以看到，(图9是图7、图8所示在卷制完成的元件上沿径向截取四圈，每圈两层膜共计8层膜的在径向和横向二维内的等效电路)，在径向上因为层间的电磁感应都能形成基本电子构件，故在该电路图上可以看出径向8层构成了7行层叠的基本电子构件。各卷绕圈的膜层紧贴产生电磁感应作用，使基本电子构件E的并联数目又几乎增加一倍，在径向上实现了集合。通过数十万个基本电子构件横向串联、纵向并联和各卷绕层的上下迭加，实现了在三维空间内的集合，构成干式高压电力电容器元件。利用本实施例所述电极结构卷绕干式高压电力电容器元件，聚丙烯介质基膜J、锌/铝复合金属化安全膜主要尺寸如选典型值为:金属化安全膜的宽度选择为150_，串联级数η为7。金属化安全膜的厚度为常用的7 μ m，电容器元件的直径d为Φ60πιπι，在Φ9πιπι塑料芯棒上卷绕1821圈。本实施例干式高压电力电容器元件，以目前一般的工作场强水平70Vac/ μ m计算，单个基本电子构件的分工作电压为490Vac，两端的基本电子构件的分工作电压约为408Vac，单元的总工作电压可达3266Vac，容量达IOKVar左右。按图11所示两个串联成的圆柱体电容器元件的星形连接法，可直接用于11.3KVac三相高压电网，达到安全可靠长寿命工作。如果工作场强改进提高到UOVac/ym，则可改用4.5 μ m厚度的聚丙烯介质、锌/铝复合金属化安全膜，卷制成外形尺寸以上述相同的干式高压电力电容器元件，单个基本电子构件的分工作电压为540Vac，两端的基本电子构件的分工作电压约为450Vac，元件的总工作电压也可达4140Vac，容量达30KVar左右。以两个如图10所示元件串联成的圆柱体、按如图11所示的星形连接法，可直接用于14.3KVac三相高压电网，达到安全可靠长寿命工作，储能密度约为工作场强改进提高、材料薄膜减薄前的3倍。本发明不限于上述实施例，在实施中还可作其他的改进变异和延伸设计，例如实施例2:如图10所不一种金属化安全膜干式高压电力电容器兀件,主要由壳体4、芯体6、引出电极端子3组成，芯体为由两层聚丙烯介质基膜J上镀覆锌/铝金属电极镀层构成的复合膜层叠卷绕在芯棒2、两端喷金P所形成的圆柱体，壳体4具有顶盖I和底盖7，芯棒2为塑料中空管，壳体和芯体之间由绝缘树脂5灌封。构成芯体6的聚丙烯介质镀覆锌/铝金属电极镀层层叠的两层复合膜由若干纵向的内留空白条2.2在横向上分成若干个纵向单元区块，每个单元区块内的连续镀层区1.11的两侧均为网格区，每个网格区由短空隙窄条2.21把镀层割隔离形成一列纵向排列的小方块电极1.21构成，每个小方块电极1.21的一侧与内留空白条2.2邻接，相对的另一侧由设置在纵向的短空隙窄条2.21中部的独用导电桥1.23与连续镀层区1.11连通。与上述实施例1的差别在于:其中一层复合膜两个侧边都为无镀层的留边2.1，另一层复合膜的两个侧边都为镀层加厚边1.1，但具有留边2.1的那层膜上的内留空白条条数比另一层具有加厚边2.1的那层膜上的内留空白条条数少I条，有加厚边的那层膜比有留边的那层膜的横向宽度大1.5 3mm，当上下层膜中线对准叠层时，两侧加厚边1.1都位于突出的位置，便于加厚边和外部喷金P相连。其余方面的结构特征都与上述实施例1相同:如上下层的小方块电极1.21分别与相对的邻层连续镀层区1.11构成的电极及电极间的介质构成微型小电容器C;每个有隔离的小方块电极与本层膜上的相邻连续镀层区1.11构成的电极之间的导电桥1.23成为此小电容C的微型熔断器R ；由上下层膜上相互对应着的两个导电桥1.23相连的两个微型小电容器C并联构成最小基本电子构件E，各基本电子构件E通过其上下层的连续镀层区1.11在纵向上与相邻基本电子构件并联连接，同时在横向与相邻基本电子构件串联连接，并由内留空白条2.22对横向相邻基本电子构件间不同电位电极作绝缘隔离。镀层加厚边内侧的基本电子构件与镀层加厚边1.1相连的连续镀层电极被附加延伸的隔离空隙条2.22作纵向隔离构成具有防护功能的半连续电极块1.12 ;各内部基本电子构件的横向宽度及电极面积分别都基本相等，内留空白条宽度大致上为留边宽度的1.5 2倍；留边和内留空白条之间距离与内留空白条间距相比，大致上大10% ;加厚边与内留空白条之间距离与内留空白条间距的1/2相比，大致上大15% 25%;所有小方块电极1.21的纵向宽度大致相等，大致为5 10mm，横向宽度也大致相等，大致为内留空白条间距或内留空白条和留边之间距离的1/4 ;对于横向最左端和最右端这两个基本电子构件，其包括外留边2.1内侧的有隔离的小方块电极1.22、镀层加厚边1.1内侧的半连续电极块1.12和它们相对的电极组成电极的横向宽度，比中间其他各内部基本电子构件的横向宽度大15% 20%。相同的镀层加厚边1.1、留边2.1与内留空白条2.2相互之间的距尚关系、宽度关系，相同的有隔尚的小方块电极1.21或1.22、无隔离的连续镀层区1.11或半连续电极块1.12、导电桥1.23等的结构形状、尺寸、位置、相互连接或隔离关系、以及叠层卷绕后的对应关系。本实施例2横向串联的基本电子构件数η为偶数，即为两镀层加厚边1.1之间内留空白条的条数的两倍。本实施例2中干式高压电力电容器元件的聚丙烯介质、锌/铝复合金属化安全膜主要尺寸如选如下典型值为例:金属化安全膜的宽度选择为150_，串联级数η为8。金属化安全膜的厚度为常用的7 μ m，电容器元件的直径为Φ60mm，在Φ9mm塑料芯棒上卷绕1821圈。根据上述结构卷制成的干式高压电力电容器元件，以目前一般的工作场强水平70Vac/μ m计算，单个基本电子构件的分工作电压为490Vac，两端的基本电子构件的分工作电压约为408Vac，单元的总工作电压可达3756Vac (高于实施例1)，容量达IOKVar左右。本技术方案包括上述两个实施例的电极结构在制作电力电容器元件时，把单个微型小电容器的电极面积与现有技术相比设计得非常小，纵向宽设计为5 10mm，横向宽设计为7 12mm，不但使每个基本电子构件的电容量只占整个电容器元件容量的十几万分之一，减小了每次自愈的容量损失；而且使工频交流工作的横向电极宽度与普通金属化电力电容器元件的50 150mm相比，减小到3 6倍，工作电流密度也成正比减小，这就大大减小了工作温升，有利于在对制作电力电容器元件的热设计时，以同等比例增大元件直径，最大直径限值从目前的60 80mm致少增大3倍，达200mm以上，使每个元件的容量达数百千乏的数量级。这种集合式电极结构制作的电力电容器元件，薄膜的宽度只由所需工作高压的电压值和串联级数来决定，而不像普通金属化电力电容器元件那样受工频交流工作的横向电极宽度和最大工作电流密度的限制，因而可以把与膜宽对应的干式电力电容器元件的最大长度从目前普通的150mm提高到与油浸式电力电容器元件280mm 500mm的相似长度，只由卷绕制作机械的宽度能力和精度等级的要求来决定。由于元件最大长度的提高，又进一步提高了单个电力电容器元件的容量，可达千千乏的数量级。元件长度是由串联级数来决定的，所以随着干式电力电容器元件的长度增加，可使它的单个元件工作电压从千伏以下，提闻到万伏以上。如图10、图11所示，电容器元件整体设计上，可使用塑料外壳，环氧树脂灌封，不用金属外壳，外表本身是绝缘的；并从轴向两端引出与喷金P连接的电极端子3，便于元件间头尾相连，并用宽约40_左右的塑料抱箍8或其他绝缘连接器件，可把两个串联元件体的外壳连接固定在一起，成为一个塑料圆柱整体，直接作入网连接，占地空间小，连接简单。这种集合式电极结构在制作电力电容器元件时，可以不把薄膜像普通金属化电力电容器元件那样卷在外径为9 15_的实心圆芯棒之上、喷金后把整体装入外壳环氧树脂灌封，而是将芯棒改为直径增大约3倍左右的塑料中空管，长度大于膜宽IOmm左右、并能从外壳的底盖7和顶盖I的中心圆孔中穿出，使元件芯体6在外壳4中固定并灌封环氧树脂后使芯棒和外壳密封连接为一个整体；由于芯棒的中空部分使电力电容器兀件的中心能通风散热，从而改变了电力电容器元件在通电工作而发热时的内部温升的径向分布。传统结构在元件最内部分(即靠近芯棒处)温升最高，向外接近外壳处最低，改进后，由于元件中心处的散热作用，使原来的最高温升大大下降了，从而提高电力电容器元件的安全可靠性和使用寿命，也有利于在热设计时容许增大电力电容器元件的直径。上述实施例仅为本发明的具体例子，凡依据本发明申请范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.一种金属化安全膜干式高压电力电容器元件，主要由壳体、芯体、电极端子组成,芯体为由两层聚丙烯介质基膜(J)上镀覆锌/铝金属电极镀层构成的复合膜层叠卷绕在芯棒两端喷金所形成的圆柱体，壳体和芯体之间由绝缘树脂灌封，其特征在于所述的复合膜由若干纵向的内留空白条(2.2)在横向上分成若干个纵向单元区块，每个单元区块内的连续镀层区的两侧均为网格区，每个网格区由短空隙窄条(2.21)把镀层分割隔离形成一列纵向排列的小方块电极(1.21)构成，每个小方块电极(1.21)的一侧与内留空白条(2.2)邻接，相对的另一侧由设置在短空隙窄条(2.21)中部的独用导电桥(1.23)与连续镀层区(1.11)连通；在复合膜的两侧边分别制有纵向上连续的功能带。
2.根据权利要求1所述的金属化安全膜干式高压电力电容器元件，其特征在于所述的功能带为无镀层的留边(2.1)或镀层加厚边(1.1)。
3.根据权利要求1或2所述的金属化安全膜干式高压电力电容器元件，其特征在于所述复合膜一侧边的功能带为无镀层的留边(2.1)，另一侧边的功能带为镀层加厚边(1.1),所述的连续镀层区(1.11)的宽度基本上等于两列有隔离的小方块电极(1.21)及内留空白条(2.2)三者宽度之和；各内留空白条两侧的小方块电极之间没有直接的导电通路，各连续镀层区(1.11)两侧的小方块电极(1.21)通过导电桥(1.23)经连续镀层区(1.11)相互连通；以两层这种金属化安全膜左右对称并在横向上错开一距离层叠，上下层的留边(2.1)和镀层加厚边(1.1)相互交错对应，使叠层的两侧镀层加厚边都位于突出的位置，便于镀层加厚边和外部喷金相连再与电极端子连接；同时上下层的内留空白条的中心线与连续镀层区的中心线基本上相互重合，上下层的网格区与连续镀层区相互上下对应，使每个小方块电极(1.21)分别与相对的邻层连续镀层(1.11)构成的电极及电极间的介质构成微型小电容器(C);每个有隔离的小方块电极与本层膜上的相邻连续镀层区(1.11)之间的导电桥(1.23)成为此小电容C的微型熔断器R;由上下层膜上相互对应着的两个导电桥(1.23)相连的两个微型小电容器(C)并联构成最小基本电子构件(E);各内部连续镀层区(1.11)在纵向上全连通，使各基本电子构件E通过其上下层的连续镀层电极(1.11)在纵向上与相邻基本电子构件并联连接，同时在横向与相邻基本电子构件串联连接，并由内留空白条(2.2)对横向相邻基本电子构件间不同电位电极作绝缘隔离。
4.根据权利要求3所述的金属化安全膜干式高压电力电容器元件，其特征在于镀层加厚边内侧的基本电子构件与镀层加厚边(1.D相连的连续镀层电极被附加延伸的隔离空隙条(2.22)作纵向隔离构成半连续电极块(1.12)。
5.根据权利要求3所述的金属化安全膜干式高压电力电容器元件，其特征在于各内部基本电子构件的横向宽度及电极面积分别都基本相等，内留空白条宽度大致上为留边宽度的1.5 2倍；留边与其最近的内留空白条之间距离与各内留空白条间距相比，大致上大10%;镀层加厚边与其最近的内留空白条之间距离与各内留空白条间距的1/2相比，大致上大15% 25% ;所有小方块电极(1.21)的纵向宽度大致相等，大致为5 10mm，横向宽度也大致相等，大致为内留空白条间距或内留空白条和留边之间距离的1/4。
6.根据权利要求1或2所述的金属化安全膜干式高压电力电容器元件，其特征在于复合膜的两侧边的功能带 均为无镀层的留边(2.1)，或者均为镀层加厚边(1.1)，有镀层加厚边的那层膜比有留边的那层膜的横向宽度大1.5 3mm ;以这两种金属化安全膜上下中心线对准叠层，两侧镀层加厚边(1.1)都位于突出的位置，便于镀层加厚边和外部喷金相连再与电极端子连接；所述的连续镀层区(1.11)的宽度基本上等于两列有隔离的小方块电极(1.21)及内留空白条(2.2)三者宽度之和；各连续镀层区(1.11)两侧的小方块电极(1.21)之间没有直接的导电通路，只通过导电桥(1.23)经连续镀层区(1.11)相互连通；上下层的内留空白条的中心线与连续镀层区的中心线基本上相互重合，上下层的小方块电极(1.21)与连续镀层区(1.1)相互上下对应。
7.根据权利要求6所述的金属化安全膜干式高压电力电容器元件，其特征在于上下层的小方块电极(1.21)分别与相对的邻层连续镀层区(1.11)及电极间的介质构成微型小电容器(C);每个有隔离的小方块电极与本层膜上的相邻连续镀层区(1.11)之间的导电桥(1.23)成为此小电容(C)的微型熔断器(R);由上下层膜上相互对应着的两个导电桥(1.23)相连的两个微型小电容器(C)并联构成最小基本电子构件(E)，各基本电子构件(E)通过其上下层的连续镀层区(1.11)在纵向上与相邻基本电子构件并联连接，同时在横向与相邻基本电子构件串联连接，并由内留空白条(2.2)对横向相邻基本电子构件间不同电位电极作绝缘隔离。
8.根据权利要求6所述的金属化安全膜干式高压电力电容器元件，其特征在于镀层加厚边内侧的基本电子构件与镀层加厚边(1.D相连的连续镀层电极被附加延伸的隔离空隙条(2.22)作纵向隔离构成半连续电极块(1.12);各内部基本电子构件的横向宽度及电极面积分别都基本相等，内留空白条宽度大致上为留边宽度的1.5 2倍；留边与其最近的内留空白条之间距离与各内留空白条间距相比，大致上大10% ;镀层加厚边与其最近的内留空白条之间距离与各内留空白条间距的1/2相比，大致上大15% 25% ;所有小方块电极(1.21)的纵向宽度大致相等，大致为5 10mm，横向宽度也大致相等，大致为内留空白条间距或内留空白条和留边之间距离的1/4。
9.根据权利要求1所述的金属化安全膜干式高压电力电容器元件，其特征在于所述的壳体⑷、芯棒(2)均由塑料制成，壳体和芯体(6)之间由环氧树脂灌封。
10.根据权利要求9所述的金属化安全膜干式高压电力电容器元件，其特征在于所述的芯棒(2)为塑料中空管。`
全文摘要
本发明涉及金属化安全膜干式高压电力电容器元件，主要由壳体、芯体、引出电极端子组成，芯体为由两层介质基膜上镀覆金属电极镀层构成的复合膜层叠卷绕在芯棒上两端喷金，复合膜由若干纵向内留空白条在横向上分成若干个纵向单元区块，每个单元区块内的连续镀层区的两侧均为网格区，每个网格区由短空隙窄条把镀层分割隔离形成纵向排列的小方块电极构成，每个小方块电极的一侧与内留空白条邻接，相对的另一侧由设置在短空隙窄条中部的独用导电桥与连续镀层区连通；在复合膜的两侧边分别制有纵向上连续的功能带。本发明提供的干式高压电力电容器元件，可提高电容器元件总的工作电压和容量，可改进电容器比容特性，节约原材料，减小温升。
文档编号H01G4/002GK103177870SQ20131001999
公开日2013年6月26日 申请日期2013年1月8日 优先权日2013年1月8日
发明者吴卫东 申请人:吴卫东