一种直流支撑电容器电极结构
阅读说明：本技术 一种直流支撑电容器电极结构 (Electrode structure of direct-current supporting capacitor ) 是由 孙晓武 李印达 孙明 于 2021-08-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种直流支撑电容器电极结构,电极结构主要由芯棒、第一层T型高方阻安全膜、第二层网状安全膜、第一喷金层、第二喷金层和外包膜构成,第一层T型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、中间屏带构成,第二层网状安全膜由第二基膜、第二蒸镀层构成。第二蒸镀层由边缘屏带、第三绝缘间隙条、第二保险丝、第四绝缘间隙条、第五绝缘间隙条、中间加厚区构成。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。(The invention discloses an electrode structure of a direct-current support capacitor, which mainly comprises a core rod, a first T-shaped high square resistance safety film, a second reticular safety film, a first gold spraying layer, a second gold spraying layer and an outer coating film, wherein the first T-shaped high square resistance safety film comprises a first base film and a first evaporation coating layer, the first evaporation coating layer comprises an edge thickened area, a first insulating gap strip, a first fuse, a second insulating gap strip and a middle screen band, and the second reticular safety film comprises a second base film and a second evaporation coating layer. The second evaporation layer is composed of an edge screen band, a third insulation gap strip, a second fuse, a fourth insulation gap strip, a fifth insulation gap strip and a middle thickened area. The invention has simple structure and convenient manufacture, and can meet the requirement of high-long-term safe and reliable operation of the direct current support capacitor.)
技术领域
本发明属于电容器设计
技术领域
，具体涉及一种直流支撑电容器电极结构。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电容器，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,这类电容器内部电极结构有2种形式：外部串联连接；内部串联。
目前，电极结构形式有：(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；最终故障失效时容量下降到百分之几，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/□，最终故障失效时容量下降到百分之几，电容器出现“开路状态”，满足IEC 61071-2017、GB/T17702-2013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，需要新的电极技术，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电极结构技术缺点，本发明提出一种直流支撑电容器电极结构。
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电极结构，电极结构主要由芯棒、第一层T型高方阻安全膜、第二层网状安全膜、第一喷金层、第二喷金层和外包膜构成。芯棒上卷绕第一层T型高方阻安全膜和第二层网状安全膜。第一层T型高方阻安全膜和第二层网状安全膜错开一段距离后叠在一起。第一喷金层、第二喷金层与第一层T型高方阻安全膜的两端分别连接并分别作为正、负两极。外包膜插入在第一层高方阻安全膜和第二层网状安全膜之间并卷绕在一起且在最外面。
第一层T型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、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，第一绝缘间隙条的上边与边缘加厚区的下边重合，第一保险丝在两个第一绝缘间隙条之间，第二绝缘间隙条依次与第一绝缘间隙条、中间屏带连接并构成若干个小平行四边形区域，中间屏带把第一蒸镀层分成结构对称的上、下两部分。
第二层网状安全膜由第二基膜、第二蒸镀层构成。第二蒸镀层由边缘屏带、第三绝缘间隙条、第二保险丝、第四绝缘间隙条、第五绝缘间隙条、中间加厚区构成。边缘屏带与若干第三绝缘间隙条水平连接，第三绝缘间隙条、第二保险丝、第四绝缘间隙条依次连接并构成网状，第四绝缘间隙条与第二保险丝、第五绝缘间隙条依次连接，第五绝缘间隙条与中间加厚区垂直连接。中间加厚区把第二蒸镀层分成结构对称的上、下两部分。
当第一层T型高方阻安全膜和第二层网状安全膜叠合后，中间屏带与中间加厚区重合，将第一蒸镀层、第二蒸镀层进行二次分隔，并且等效成2串结构。每串有若干个小电容并联；第一绝缘间隙条、第一保险丝、第二绝缘间隙条与第三绝缘间隙条、第二保险丝、第四绝缘间隙条、第五绝缘间隙条构成小电容。
进一步的，第一喷金层、第二喷金层也可作为直流支撑电容器的负、正两极。
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110℃。
第二基膜为耐高温电工用聚丙烯薄膜，工作温度最高110℃。
外包膜材料为包装用聚丙烯薄膜，通常12~15圈。
第一喷金层、第二喷金层的材料为锌或复合材料。
边缘加厚区宽度为3mm，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8mm，其两端为圆弧形。
第一保险丝宽度为2.5mm，其长度为3mm，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。
中间屏带宽度为5mm。
边缘屏带宽度为2.5~3mm。
第三绝缘间隙条宽度为0.5mm，V形。
第二保险丝宽度为0.5mm，其长度为 0.5mm。
第四绝缘间隙条宽度为0.5mm，X形。
第五绝缘间隙条宽度为0.5mm，双Y形。
中间加厚区宽度为5mm，蒸镀的金属层方阻值为3（2~4）Ω/□，其材料为锌铝合金。
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35（30~50）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，除中间边缘屏带和中间加厚区外，其蒸镀的金属层方阻值为10（8~12）Ω/□，其厚度小于100nm，其材料为锌铝合金。
进一步的，第一基膜比第二基膜宽度长2mm，两者材料相同，第一基膜比第二基膜厚度薄0.5~1.5µm。
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，电极结构能够提高电容器工作场强达到, 缩小电容器的尺寸，容量能够下降到原始值的5%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T型高方阻安全膜俯视图；
图3为第一层T型高方阻安全膜侧视图；
图4为第二层网状安全膜俯视图；
图5为第二层网状安全膜侧视图；
图6为第一层T型高方阻安全膜和第二层网状安全膜叠合示意图；
图7为本发明应用的等效电路图；
图中，1-芯棒；2-第一层T型高方阻安全膜；3-第二层网状安全膜；4-第一喷金层；5-第二喷金层；6-外包膜
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-中间屏带；
321-边缘屏带；322-第三绝缘间隙条；323-第二保险丝；324-第四绝缘间隙条；325-第五绝缘间隙条；326-中间加厚区。
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：直流支撑电容器电极结构主要由芯棒(1)、第一层T型高方阻安全膜(2)、第二层网状安全膜(3)、第一喷金层(4)、第二喷金层(5)和外包膜(6)构成；芯棒(1)上卷绕第一层T型高方阻安全膜(2)和第二层网状安全膜(3)；第一层T型高方阻安全膜(2)和第二层网状安全膜(3)错开一段距离后叠在一起；第一喷金层(4)、第二喷金层(5)与第一层T型高方阻安全膜(2)的两端分别连接并分别作为正、负两极；外包膜(6)插入在第一层高方阻安全膜(2)和第二层网状安全膜(3)之间并卷绕在一起且在最外面。
由图2和3可见：第一层T型高方阻安全膜(2)由第一基膜(21)、第一蒸镀层构成(22)；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)、中间屏带(225)构成；边缘加厚区(221)和第一绝缘间隙条(222)、第一保险丝水平(223)连接，第一绝缘间隙条(222)的上边与边缘加厚区(221)的下边重合，第一保险丝(223)在两个第一绝缘间隙条(221)之间，第二绝缘间隙条(224)依次与第一绝缘间隙条(222)、中间屏带(225)连接并构成若干个小平行四边形区域，中间屏带(225)把第一蒸镀层(22)分成结构对称的上、下两部分。
由图4和5可见：第二层网状安全膜(3)由第二基膜(31)、第二蒸镀层(32)构成；第二蒸镀层(32)由边缘屏带(321)、第三绝缘间隙条(322)、第二保险丝(323)、第四绝缘间隙条(324)、第五绝缘间隙条(325)、中间加厚区(326)构成；边缘屏带(321)与若干第三绝缘间隙条(322)水平连接，第三绝缘间隙条(322)、第二保险丝(323)、第四绝缘间隙条(324)依次连接并构成网状，第四绝缘间隙条(324)与第二保险丝(323)、第五绝缘间隙条(325)依次连接，第五绝缘间隙条(325)与中间加厚区(326)垂直连接；中间加厚区(326)把第二蒸镀层(32)分成结构对称的上、下两部分。
由图6可见：当第一层T型高方阻安全膜(2)和第二层网状安全膜(3)叠合后，中间屏带(225)与中间加厚区(326)重合，将第一蒸镀层(22)、第二蒸镀层(32)进行二次分隔，并且等效成2串结构；每串有若干个小电容并联；第一绝缘间隙条(222)、第一保险丝(223)、第二绝缘间隙条(224)与第三绝缘间隙条(322)、第二保险丝(323)、第四绝缘间隙条(324)、第五绝缘间隙条(325)构成小电容。
由图7可见：第一喷金层(4)、第二喷金层(5)可作为直流支撑电容器的正、负两极；第一喷金层(4)、第二喷金层(5)也可作为直流支撑电容器的负、正两极。
芯棒(1)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(21)为耐高温电工用聚丙烯薄膜，工作温度最高110℃。
第二基膜(22)为耐高温电工用聚丙烯薄膜，工作温度最高110℃。
外包膜(6)材料为包装用聚丙烯薄膜，通常12~15圈。
第一喷金层(4)、第二喷金层(5)的材料为锌或复合材料。
边缘加厚区(321)宽度为3mm，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(222)宽度为2.5mm，其长度为8mm，其两端为圆弧形。
第一保险丝(223)宽度为2.5mm，其长度为3mm，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(224)宽度为1mm。
中间屏带(225)宽度为5mm。
边缘屏带(321)宽度为2.5~3mm。
第三绝缘间隙条(322)宽度为0.5mm，V形。
第二保险丝(323)宽度为0.5mm，其长度为 0.5mm。
第四绝缘间隙条(324)宽度为0.5mm，X形。
第五绝缘间隙条(325)宽度为0.5mm，双Y形。
中间加厚区(326)宽度为5mm，蒸镀的金属层方阻值为3（2~4）Ω/□，其材料为锌铝合金。
进一步的，第一蒸镀层(22)有2个边缘加厚区(221)。
进一步的，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35（30~50）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(222)和中间屏带(225)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。
进一步的，第二蒸镀层(32)有2个边缘屏带(321)，除中间边缘屏带(321)和中间加厚区(326)外，其蒸镀的金属层方阻值为10（8~12）Ω/□，其厚度小于100nm，其材料为锌铝合金。
进一步的，第一基膜(21)比第二基膜(31)宽度长2mm，两者材料相同，第一基膜(21)比第二基膜(31)厚度薄0.5~1.5µm。
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。
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