专利名称：一种高绝缘、高精度、环保型电容分压器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电气技术领域，特别是关于一种高绝缘、高精度、环保型电容分压器。
背景技术：
电容式电压互感器是由串联电容器抽取中压，再经变压器变压作为表计、继电保 护等的电压源的电压互感器，电容式电压互感器还可以将载波频率耦合到输电线用于长途 通信、远方测量、选择性的线路高频保护、�？亍⒌绱蜃值�。但是它和常规的电磁式电压互 感器一样，既有电磁兼容问题，也有电磁谐振风险。在目前电容式电压互感器中所使用的电容分压器，大多数采用铝箔电极、油浸或 六氟化硫(SF6)气体绝缘等结构。上述现有技术中的电容分压器的不足在于，(1)由于电 容器排列方式为平行排列，造成了电容器之间容易局部放电，影响电容分压器的稳定性，并 且造成电容分压器的重量过大安装、运输不方便；(2)油浸式易燃烧，不利于安全控制且维 护复杂；(3) SF6温室效应很大，是CO2的23900倍，在大气中的寿命长达3200年，且在高压 下电离会产生有毒和腐蚀性分解物；(4)铝箔电极电容器在耐电压方面没有自愈特性，目 前运行中仍有5%。左右击穿现象发生。
实用新型内容本实用新型实施例提供一种高绝缘、高精度、环保型电容分压器，用于解决现有技 术中高压电容分压器精度差，绝缘性低，重量大，对环境污染大等问题。本实用新型实施例提供一种高压电容分压器，包括，复数个自愈式内串结构高压电容器，外壳；其中所述复数个自愈式内串结构高压电容器置于所述外壳内，其中所述复数个自 愈式内串结构高压电容器之间的串联途径是以余弦曲线规律排列于所述外壳内。根据本实用新型实施例的一个进一步的方面，还包括，与所述复数个自愈式的内 串结构高压电容器串联的自愈式中压电容器。根据本实用新型实施例的再一个进一步的方面，所述自愈式内串结构高压电容器 由复数个自愈式内串结构的高压电容器组成的高压电容器组组成。根据本实用新型实施例的另一个进一步的方面，所述自愈式内串结构高压电容器 为内7串或者内9串的自愈式高压电容器。根据本实用新型实施例的另一个进一步的方面，所述复数个自愈式内串结构高压 电容器之间的串联途径是以余弦曲线规律排列于所述外壳内包括，相邻两排自愈式内串结构高压电容器中电压差最大的两个自愈式内串结构高压电容器之间的距离为，预定值χ 串联相邻累计自愈式内串结构高压电容器台数；或，预定值X串联相邻累计自愈式内串结构高压电容器台数+电压不平衡余量。根据本实用新型实施例的另一个进一步的方面，相邻两排自愈式内串结构高压电 容器间电压差最小的两个自愈式内串结构高压电容器之间的距离为所述预定值。根据本实用新型实施例的另一个进一步的方面，一排中复数个自愈式内串结构高 压电容器的圆心位于一条直线。根据本实用新型实施例的另一个进一步的方面，所述复数个自愈式内串结构高压 电容器的圆心位于一条直线还包括，所述一排中的自愈式内串结构高压电容器的圆心在一 预定范围内沿所述直线排列。根据本实用新型实施例的另一个进一步的方面，所述复数个自愈式内串结构高压 电容器安装于所述外壳内部的绝缘支架板上，在所述绝缘支架板上具有透气孔。根据本实用新型实施例的另一个进一步的方面，还包括复数个绝缘屏蔽壳，其中 每个所述绝缘屏蔽壳将相邻的距离最近的两个自愈式内串结构高压电容器一端的电极及 连接导线与外界屏蔽。根据本实用新型实施例的另一个进一步的方面，所述外壳为密封外壳，在所述外 壳中填充氮气或惰性气体。通过本实用新型实施例中将电容器或者电容器组按余弦曲线规律的排列，可以减 少电容器之间的局部放电，并且减小电容分压器的体积。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。图1所示为本实用新型实施例一种高压电容分压器的机构示意图；图2A、图2B分别为内7串的自愈式电容器和内9串的自愈式电容器所用金属化薄 膜结构示意图；图3A所示为本实用新型实施例一种IlOkv电容分压器的截面结构图；图3B所示为图3A电容分压器的俯视图；图3C所示为图3A中电容器排列示意图；图4A所示为本实用新型实施例一种IOOOkv电容分压器的截面结构图；图4B所示为图4A中的中压电容器组的电路结构图；图4C所示为图4A中的高压电容器组的电路原理图；图4D所示为图4A中的高压电容器组的截面图；图4E所示为图4D中的高压电容器组的俯视图；图4F所示为大于或者等于500kv电容分压器中的中压电容器组电路原理图；图4G所示的现有技术中二次分压的中压电容器电路图；图4H所示为图4A中电容分压器的俯视图；[0035]图41所示为图4A中单节电容器组排列示意图；图5所示为本实用新型实施例另一种IOOOkv电容分压器的截面结构图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。如图1所示为本实用新型实施例一种高绝缘、高精度、环保型电容分压器的机构 示意图。包括复数个自愈式内串结构高压电容器101，外壳102。所述复数个自愈式内串结构高压电容器101置于所述外壳102内，其中所述复数 个自愈式内串结构高压电容器101之间的串联途径是以类似余弦曲线规律排列于所述外 壳102内。采用了自愈式内串结构高压电容器可以解决现有技术中电容量温度特性不一致， 容量漂移大，致使分压比离散无规律、精度差的问题。并且，采用上述的电容器排列方式可 以使得电容器之间绝缘性更好，并且可以使得高压电容分压器的整个体积、重量更小。其中所述自愈式内串结构高压电容器101可以例如为1000V以上的高压电容器。本实施例中的高压电容分压器还可以包括大容量自愈式中压电容器，具有大比率 电容量，从而达到中压输出5V，例如500V至1000V的中压电容器，通过中压电容器可以输 出稳定的5V中压，现有技术中的高压电容分压器由于采用铝箔电极、油浸或六氟化硫等 结构，所以中压太高(10KV以上)，无法满足电子式电压互感器(ETV)、光电式电压互感器 (OVT)和智能电网控制低电压输入要求，在本实施例中提供的中压电容器可以输出5V左右 的中压，满足电子式电压互感器(ETV)、光电式电压互感器(OVT)和智能电网控制低电压输 入要求。其中，高压电容器和中压电容器可以采用相同介质(通常为聚丙烯薄膜)；相同介 质厚度(通常为8μπι ΙΟμπι)；相同电极(通常为锌铝复合电极)；相同电极厚度(通常 方阻为6左右)；本体及芯组直径基本相同。从而使高压、中压电容器实时温度特性基本相寸。高压电容器、中压电容器所用金属化聚丙烯膜采用边缘加厚、波浪分切和加长极 板结构，设计额定电流为工作电流的15-25倍(设计额定线电流密度为0. 05A/m 0. 08A/ m)，设计额定电压为工作电压的3-4倍，并能使高压电容器、中压电容器在运行中温升很小 (一般1°C左右，电容量变化彡0. 03%)。所述自愈式内串结构高压电容器101还可以包括复数个高压电容器并联组成的 高压电容器组，例如两个高压电容器串联，然后与其它3对串联的高压电容器之间并联，如 图2A、图2B所示。所述高压电容器包括内7串或者内9串的自愈式高压电容器，或者其它 数目的内串高压电容器，在本实施例中为了达到最佳效果，可以采用内7串的自愈式电容 器如图2A所示，也可以采用内9串的自愈式电容器如2B所示，所述自愈式内串结构高压电 容器中增加一个加厚区并采用波浪分切，以提高电容器的过电流能力。[0047]在所述高压电容分压器中还可以包括复数个中压电容器并联组成的中压电容器 组。在图1中的电容器1、电容器2、电容器3均为中压电容器。所述复数个自愈式内串结构电容器101以余弦曲线规律排列于所述外壳102内是 指，如图1所示，对每个电容器编号，其中电容器1与电容器2之间的距离为IOmm ；电容器2 与电容器3之间的距离例如为IOmm ；电容器3与电容器4之间的距离为IOmm ；电容器4与 电容器5之间的距离为IOmm ；电容器5与电容器6之间的距离为IOmm ；电容器1与电容器6 之间的距离为预定值(在本例中取5) X串联相邻累计电容器台数=5X6 = 30mm，最优选 的实施例，电容器1与电容器6之间的距离为5X串联相邻累计电容器台数+电压不平衡 余量(在本例中取5mm) = 5X6+5 = 35mm，其中，式中5为平均每两个电容器之间的距离， 当然在其它实施例中还可以取其它值，例如6mm或者4mm，电压不平衡余量可以预先设定， 还可以为其它值；电容器2与电容器6之间的距离为5X5 = 25mm，最佳实施例中电容器2 与电容器6之间的距离为5X5+5 = 30mm ；上述电容器与电容器之间的距离以电容器实体 的边界与另一个电容器实体的边界最近点之间的距离。通过上述的排列，电压差越大的电 容器之间的距离越远，减少了电容器之间局部放电现象发生的可能。本实用新型的电容分压器为密封结构，在外壳102内填充防止氧化和低温凝露的 气体，例如采用氮气或惰性气体，因此可以解决现有技术中采用油或者SF6有害气体的不 足，亦或者还可以填充环氧树脂等固体填充物，本领域技术人员可以理解的是填充物可以 为防氧化作用也可以包括绝缘作用的物质。在利用绝缘屏蔽壳将所述串联的两两电容器或电容器组固定于所述外壳102内 的绝缘支架板上，如图3B所示。在图3A所示为本实用新型实施例一种IlOkv (0.005 μ F)电容分压器的截面结构图。在图中具有75只自愈式内串结构高压电容器和3只大容量自愈式中压电容器。 其中，电容器1-电容器3为中压电容器，电容器4-电容器78为高压电容器，所述3只中压 电容器可以采用23 μ F的中压电容器，通过所述中压电容器可以实现输出5V左右中压的目 的，高压电容器可以采用0. 375 μ F的高压电容器；具体包括，高压端子301，绝缘外壳302， 绝缘支架板303，绝缘屏蔽壳304，底箱305，中压端子绝缘柱和中压端子306，内接地端子 307，外接地端子308，充气阀门和气压表、气压报警器309。在所述绝缘外壳302内腔填充 氮气，氮气的纯度最好为99. 999%,气压0. 48MPa (环境温度30°C )，所述报警器309实时监 控电容分压器内部的气压，如果出现气压降低等特殊情况，该报警器I会输出报警信号。图3B所示为图3A电容分压器的俯视图，如图中所示，绝缘屏蔽壳304罩在相邻距 离最近的两个电容器5和电容器6的一端，另一个绝缘屏蔽壳304’罩在另外相邻距离最近 的两个电容器5和电容器4的另一端，所述绝缘屏蔽壳304和绝缘屏蔽壳304’可以为2mm 3mm厚聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)高绝缘外壳屏蔽电容器两端电极和连接导线310，其中 连接导线相连的电极电压差为0，从而可以进一步防止相邻的两个电容器的局部放电，增强 绝缘性能，并且可以通过该绝缘屏蔽壳将两个电容器固定在绝缘支架板303上，起到了固 定电容器的作用。在本实施例中，由于中压电容器1-中压电容器3之间的电压差相等，并 且中低压电容器1、中压电容器2和中低压电容器3之间是并联关系，所以可以利用一个绝 缘屏蔽壳罩在3个中压电容器的一端，使得这些中低压电容器与外界绝缘。如图3C所示为
6图3A中电容器排列示意图。在图中，H= hl+NO+13Xh5+12Xh3+h2 = 1586mm，其中，hi =法兰厚度 + 接地
端爬距(彡220KV时一般取15mm) = 20+15 = 35mm, N =电容器排列层数=(75+3) +3 =
26 (层)，在本实施例中一排由3支电容器组成，Φ =安装孔直径，在本实施例中Φ为36mm，
h2 =法兰厚度+高压端爬距(彡220KV时一般取20mm) = 20+20 = 40mm, b2 = h3 =预定
值(在本例中取5) X串联相邻累计电容器只数=5X2 = 10，h5=预定值X串联相邻累
/,3 + h5
计电容器只数+电压不平衡余量(一般取5mm) = 5X6+5 = 35讓，h4=~y~ =22. 5mm,
其中h4的长度可以在一预定范围内调节，例如h4为21mm或者为23mm。如图4A所示为本实用新型实施例一种IOOOkv (0. 005 μ F)电容分压器的截面结构图。在本例中为大于500KV电容分压器的实施例，在图中具有256个电容器组，其中电 容器组1-电容器组2为中压电容器组，电容器组3-电容器组256为高压电容器组，共分成 4节，最下面一节是62台高压电容器组，2台中压电容器组，其余3节均为64台高压电容器 组。具体包括，高压端子401，均压环402，绝缘外壳403，绝缘支架板404，气孔405，绝缘屏 蔽壳406，中压绝缘柱和中压端子407，底箱408，内接地端子409，外接地端子410，底箱阀门 和气压表、气压报警器411。其中所述均压环402用于防止高压端子401对地的尖端放电。其中，所述气孔405用于4节同时充氮气，使得4节之间相互通气，使得4节之间 的热传导更加容易。在本例中每一排具有4个电容器组，电容器组1和电容器组2为中压电容器组，其 中电容器组1和电容器组2的具体电路图如图4Β所示，其中C2是中压电容器，中压电容器 12只，单只容量50 μ F，并联后组成中压电容器组2台，一台容量为400 μ F，另一台容量为 200 μ F，总容量为600 μ F，额定分压比120000 1，额定中压输出4. 81V。高压电容器组的电路原理图如图4C所示，其中每一个Cl都是高压电容器，高压电 容器组的截面图如图4D所示，高压电容器组的俯视图如图4Ε所示，其中包括电容器外壳1， 高压电容器2，并联铜片3，通过这样设计的高压电容器组具有便于组装，降低成套产品高 度，高压电容器之间空隙以及高压电容器与电容器外壳1之间的空隙使得电容器芯组散热 更加便捷。以上实施例是以IOOOkv电容分压器为例进行的说明，其中的中压电容器组电路 原理图可以如图4F所示，其中Cl为高压电容器，C2为中压电容器，由于使用了自愈式金属 化聚丙烯电容器作为中压电容器所以可以使得Cl和C2的直径相等，这样可以提高分压精 度，并且满足电子式、光电式电压互感器低电压输入要求，还可以与图4G所示的现有技术 中二次分压的中压电容器相比较，获得更大比率的电容量，在图4G中C1、C2和C3电容器的 厚度或直径都不相等，因此分压精度不高。如图4H所示为图4A中电容分压器的俯视图，如图中所示，其中包括绝缘支架板 404，绝缘屏蔽壳406，其中绝缘屏蔽壳406将相邻距离最近的两个电容器1和电容器2的一 端与外界屏蔽，另一个绝缘屏蔽壳406’将电容器2和电容器3的另一端与外界屏蔽，第三 个绝缘屏蔽壳406”将电容器3和电容器4的另一端与外界屏蔽，从而使得电容器1、电容器 2、电容器3和电容器4之间绝缘性增加，也就是绝缘屏蔽壳罩住电容器两端电极和连接导线412，使得电容器与外界绝缘。如图41所示为图4A中单节电容器组排列示意图。在图中，H= hl+NO+8X90+7X25+h2 = 3311mm ；hi =法兰厚度 + 接地端 爬距(彡330KV时一般取40mm) = 40+40 = 80mm ；N =中央电容器组排列层数= (254+2)+ (4X4) = 16(层)；Φ =安装孔直径141mm ;h2 =法兰厚度+高压端爬距 (彡330KV时一般取40) = 40+40 = 80mm ；b2 = h3 =预定值(在本例中取10) X串联相邻 累计电容器组台数=10X2 = 20mm ；h6 = 5X串联相邻累计电容器组台数+电压不平衡余 量(一般取IOmm) = 5X16+10 = 90mm ；h4、h5由圆心ol和o2连线画圆后确定，其中h4、 h5的长度可以在上述圆心连线上进行预设范围的偏移。如图5所示为本实用新型实施例另一种IOOOkv电容分压器的截面结构图。如图中所示，电容器组1和电容器组2为并联的中压电容器组，电容器组3-电容 器组64为高压电容器组。具体包括，绝缘支架板501，透气孔502，其中所述透气孔502位 于所述绝缘支架板501上，用于解决多个电容器组散热不均的问题，通过这些透气孔502可 以提高高压电容分压器的散热效果。并且，在所述高压电容分压器中充入氮气的过程还可以为多次抽真空过程，为了 进一步提高本实用新型实施例高压电容分压器的可靠性，采用循环抽气充气新工艺，即一 次抽真空(真空度彡0. IPa)，充入高纯氮气(纯度99. 999% )0. 12MPa，二次抽真空(真空 度彡0. IPa)，充入高纯氮气0. 48MPa(环境温度30°C )，然后关闭阀门。在实际运行中，当气 压彡0. 2MPa时气压报警器动作，应补充氮气到0. 48MPa(环境温度30°C )。采用本实用新型实施例的装置中对自愈式内串结构高压电容器或电容器组进行 特定的排列，可以应用于35KV-1000KV电子式电压互感器(EVT)、光电式电压互感器(OVT)、 电容式电压互感器(CVT)提供分压之用，可以使得本实用新型实施例中的高压电容分压器 体积更�。⑶也蝗菀壮鱿志植糠诺缦窒螅影踩榷ǎ涣硗猓ü诟哐沟缛莘盅蛊髦� 填充氮气，可以避免现有技术中使用油或者SF6等材料对环境和电气安全上的危险，增强 防氧化性能，提高产品的使用寿命；并且通过中压电容器或者中压电容器组的设计，可以使 得高压电容分压器输出5V左右的中压，满足电子式、光电式等电压互感器低电压输入的要 求。以上所述的具体实施方式
，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进 一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式
而已，并不用于 限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替 换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种高绝缘、高精度、环保型电容分压器，其特征在于包括，复数个自愈式内串结构高压电容器，外壳；其中所述复数个自愈式内串结构高压电容器置于所述外壳内，其中所述复数个自愈式 内串结构高压电容器之间的串联途径是以余弦曲线规律排列于所述外壳内。
2.根据权利要求1所述的高绝缘、高精度、环保型电容分压器，其特征在于，还包括，与 所述复数个自愈式的内串结构高压电容器串联的自愈式中压电容器。
3.根据权利要求1所述的高绝缘、高精度、环保型电容分压器，其特征在于，所述自愈 式内串结构高压电容器由复数个自愈式内串结构的高压电容器组成的高压电容器组组成。
4.根据权利要求3所述的高绝缘、高精度、环保型电容分压器，其特征在于，所述自愈 式内串结构高压电容器为内7串或者内9串的自愈式高压电容器。
5.根据权利要求1所述的高绝缘、高精度、环保型电容分压器，其特征在于，所述复数 个自愈式内串结构高压电容器之间的串联途径是以余弦曲线规律排列于所述外壳内包括， 相邻两排自愈式内串结构高压电容器中电压差最大的两个自愈式内串结构高压电容器之 间的距离为，预定值X串联相邻累计自愈式内串结构高压电容器台数；或，预定值X串联相邻累计自愈式内串结构高压电容器台数+电压不平衡余量。
6.根据权利要求5所述的高绝缘、高精度、环保型电容分压器，其特征在于，相邻两排 自愈式内串结构高压电容器间电压差最小的两个自愈式内串结构高压电容器之间的距离 为所述预定值。
7.根据权利要求6所述的高绝缘、高精度、环保型电容分压器，其特征在于，一排中复 数个自愈式内串结构高压电容器的圆心位于一条直线。
8.根据权利要求7所述的高绝缘、高精度、环保型电容分压器，其特征在于，所述复数 个自愈式内串结构高压电容器的圆心位于一条直线还包括，所述一排中的自愈式内串结构 高压电容器的圆心在一预定范围内沿所述直线排列。
9.根据权利要求1所述的高绝缘、高精度、环保型电容分压器，其特征在于，所述复数 个自愈式内串结构高压电容器安装于所述外壳内部的绝缘支架板上，在所述绝缘支架板上 具有透气孔。
10.根据权利要求1所述的高绝缘、高精度、环保型电容分压器，其特征在于，还包括复 数个绝缘屏蔽壳，其中每个所述绝缘屏蔽壳将相邻的距离最近的两个自愈式内串结构高压 电容器一端的电极及连接导线与外界屏蔽。
11.根据权利要求1所述的高绝缘、高精度、环保型电容分压器，其特征在于，所述外壳 为密封外壳，在所述外壳中填充氮气或惰性气体。
专利摘要本实用新型涉及电气技术领域，特别是关于一种高绝缘、高精度、环保型电容分压器，本实用新型实施例提供复数个自愈式内串结构高压电容器，外壳；其中所述复数个自愈式内串结构高压电容器置于所述外壳内，所述外壳内填充氮气，其中所述复数个自愈式内串结构高压电容器之间的串联途径是以余弦曲线规律排列于所述外壳内。通过本实用新型实施例，可以减少电容器之间的局部放电，并且减小高压电容分压器的体积。
文档编号G01R15/06GK201780879SQ20102028282
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月5日 优先权日2009年12月15日
发明者郭毅, 陈琳 申请人:陈琳;郭毅
专业数控铣床产品供应商
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