一種基于玻璃陶瓷介質的高壓大容量固態耦合電容器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于電力電容器技術領域，尤其是涉及一種基于玻璃陶瓷介質的高壓 大容量固態親合電容器。
【背景技術】
[0002] 耦合電容器被廣泛應用于電力系統的高頻載波通信及測量、高頻保護領域，具有 重要的作用。目前市場上常規耦合電容都是用聚丙烯薄膜與電容器紙復合浸漬有機合成物 作為介質，這種浸漬式絕緣材料導致器件的預期壽命不長（尤其是戶外高壓環境下），而且 油類介質的存在增加了互感器著火和爆炸的風險；相比而言，陶瓷類高壓電容器由于具有 尺寸小、穩定性高、壽命長等優勢，如果能采用全固態高壓陶瓷電容器取代油浸薄膜或膜紙 電容器，將是高壓耦合電容器的一次改進和升級，符合電力系統無油化、高可靠性的發展需 求。然而，目前傳統高壓燒結陶瓷電容器存在電容量小（通常只有幾個nF)、溫度穩定性較 差、局部放電量大的缺點，很難滿足電網用高壓耦合電容器的性能要求。目前傳統的燒結陶 瓷電容器從性能上還存在一些不足之處，難以達到高壓耦合電容器的使用要求：（1)高壓 陶瓷電容器容量小，介電陶瓷雖然具有遠高于薄膜的介電常數（高達幾千），但是受限于大 尺寸陶瓷的制備技術和并聯技術，很難實現大容量，特別是在高電壓等級下。通常高壓陶瓷 電容器的容量在幾百PF到幾個nF ; (2)溫度穩定性差，作為電網用的高壓耦合電容器大部 分應用于戶外，溫差變化比較大，而在運行環境溫度范圍內，要求電容器的容量變化率小。 目前燒結陶瓷電容器在-30°C到+85°C的使用溫度范圍內，變化率通常在20% -30 %之間， 滿足不了應用要求；（3)局部放電量大，作為電力系統用高壓偶合電容器，要求電容器在工 作電壓下具有低局放，通常小于10pC。目前，燒結陶瓷電容器由于采用高溫燒結工藝制備， 很難完全消除孔隙，使得燒結陶瓷電容器實現零局放，難度很大。本實用新型提出了一種基 于玻璃陶瓷介質的高壓大容量固態耦合電容器，實現了耦合電容器的無油化、小型化、低局 放。 【實用新型內容】
[0003] 為了解決目前傳統高壓燒結陶瓷電容器電容量小、溫度穩定性較差、局部放電量 大的不足，本實用新型提出了一種基于玻璃陶瓷介質的高壓大容量固態耦合電容器，其特 征在于，該耦合電容器包括玻璃陶瓷介質片1、銀電極2、金屬引線3、電極端子4、環氧樹脂 包封層5、金屬嵌件6 ;其中，玻璃陶瓷介質片1呈圓盤狀，銀電極2燒制在玻璃陶瓷介質片 1的上下表面；多片玻璃陶瓷介質片1通過金屬引線3焊接連接，玻璃陶瓷介質片1上表面 電極通過金屬引線3連接在一起并焊接到電極端子4的上端子，玻璃陶瓷介質片1下表面 電極通過金屬引線3連接在一起并焊接到電極端子4的下端子，形成對稱的并聯結構；對整 個并聯結構采用環氧樹脂包封層5進行固態封裝；金屬嵌件6安裝于玻璃陶瓷介質片1的 上表面。
[0004] 所述玻璃陶瓷介質片1為鈮酸鹽體系玻璃陶瓷，鈮酸鹽體系玻璃陶瓷是一種全致 密的復相介電材料，包含高介電常數的陶瓷相和高擊穿場強的玻璃相，陶瓷相為NaNbOjP (卩13,8&，51')吣206，玻璃相為5102。
[0005] 本實用新型的有益效果在于，提出一種基于玻璃陶瓷介質的高壓大容量固態耦合 電容器，采用玻璃陶瓷介質作為耦合電容器介質，通過并聯結構實現了大容量，同時采用環 氧樹脂封裝，實現了固態化，達到了耦合電容器的低局放、免維護和無油化的目標。
【附圖說明】
[0006] 圖1為基于玻璃陶瓷介質的高壓大容量固態耦合電容器的截面圖；
[0007] 圖中標號：
[0008] 1-玻璃陶瓷介質片、2-銀電極、3-金屬引線、4-電極端子、5-環氧樹脂包封層、 6_金屬嵌件。
[0009] 圖2為本實用新型的玻璃陶瓷介質的電容溫度特性示意圖。
【具體實施方式】
[0010] 本實用新型提出一種基于玻璃陶瓷介質的高壓大容量固態耦合電容器，下面結合 附圖和具體實施例對本實用新型作詳細說明。
[0011]圖1所示為基于玻璃陶瓷介質的高壓大容量固態耦合電容器的截面圖，該耦合電 容器包括玻璃陶瓷介質片1、銀電極2、金屬引線3、電極端子4、環氧樹脂包封層5、金屬嵌件 6 ;其中，玻璃陶瓷介質片1呈圓盤狀，銀電極2燒制在玻璃陶瓷介質片1的上下表面；多片 玻璃陶瓷介質片1通過金屬引線3焊接連接，玻璃陶瓷介質片1上表面電極通過金屬引線 3連接在一起并焊接到電極端子4的上端子，玻璃陶瓷介質片1下表面電極通過金屬引線 3連接在一起并焊接到電極端子4的下端子，形成對稱的并聯結構；對整個并聯結構采用環 氧樹脂包封層5進行固態封裝；金屬嵌件6安裝于玻璃陶瓷介質片1的上表面。
[0012] 其中，玻璃陶瓷介質片1為鈮酸鹽體系玻璃陶瓷，鈮酸鹽體系玻璃陶瓷為一種全 致密的復相介電材料，包含高介電常數陶瓷相和高擊穿場強的玻璃相，陶瓷相為NaNbOdP (Pb，Ba，Sr) Nb2O6，玻璃相為SiO2。玻璃陶瓷介質片1采用熔融-快冷-結晶熱處理工藝制 備，首先將原料按照一定的比例混合均勻，在1350°C~1400°C熔融2-4小時，快速倒入預 熱的金屬模具里，形成玻璃介質；隨后在900°C~1000°C進行結晶熱處理，析出陶瓷相，制 備出玻璃陶瓷介質片；對介質片進行打磨、拋光，得到圓盤狀玻璃陶瓷介質片1。圖2所示 為本實用新型的玻璃陶瓷介質的電容溫度特性示意圖，反映了玻璃陶瓷的基本介電性能， 在-20°C~85°C溫度范圍內電容值變化率小于±4%。
[0013] 其中，銀電極2為玻璃陶瓷介質片上下表面涂敷銀漿料，在600°C燒結40分鐘形成 的結合力強的致密銀電極，銀電極2邊緣保持光滑。
[0014] 其中，金屬引線3由銅制成，將多片玻璃陶瓷介質片1利用金屬引線3進行焊接連 接，介質片上表面電極通過金屬引線3連接在一起，焊接到電極端子4的上端子，介質片下 表面電極通過金屬引線3連接在一起，焊接到電極端子4的下端子，形成對稱的并聯結構。 采用該并聯結構制備的IOkV電壓等級的耦合電容器，交流耐壓經過50kV保壓Imin不擊 穿，75kV雷電沖擊±15次未發生沿面閃絡或擊穿。表1為IOkV等級的不同容量的耦合電 容器在不同加載電壓下的局放量。
[0015] 表1
[0016]
【主權項】
1. 一種基于玻璃陶瓷介質的高壓大容量固態耦合電容器，其特征在于，該耦合電容器 包括玻璃陶瓷介質片（1)、銀電極（2)、金屬引線（3)、電極端子（4)、環氧樹脂包封層（5)、 金屬嵌件（6);其中，玻璃陶瓷介質片（1)呈圓盤狀，銀電極（2)燒制在玻璃陶瓷介質片（1) 的上下表面；多片玻璃陶瓷介質片（1)通過金屬引線（3)焊接連接，玻璃陶瓷介質片（1)上 表面電極通過金屬引線（3)連接在一起并焊接到電極端子（4)的上端子，玻璃陶瓷介質片 (1)下表面電極通過金屬引線（3)連接在一起并焊接到電極端子（4)的下端子，形成對稱的 并聯結構；對整個并聯結構采用環氧樹脂包封層（5)進行固態封裝；金屬嵌件（6)安裝于 玻璃陶瓷介質片（1)的上表面。
【專利摘要】本實用新型公開了屬于電力電容器技術領域的一種基于玻璃陶瓷介質的高壓大容量固態耦合電容器。該耦合電容器包括玻璃陶瓷介質片、銀電極、金屬引線、電極端子、環氧樹脂包封層和金屬嵌件；其中，玻璃陶瓷介質片采用具有高介電常數和高擊穿場強的玻璃陶瓷制備，上下表面燒制銀電極且均經過打磨、拋光；玻璃陶瓷介質片通過金屬引線實現并聯連接，整體采用環氧樹脂進行包封，上邊表面為金屬嵌件和電極端子。能夠應用于電力系統的高頻載波通信、保護及電力設備測量控制、電能抽取裝置、局放測量等方面，具有小型化、固態化、低局放的特點。
【IPC分類】H01G4-12, H01G4-224, H01G4-38
【公開號】CN204497063
【申請號】CN201420869974
【發明人】張慶猛, 唐群, 杜軍, 楊志民
【申請人】北京有色金屬研究總院
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2014年12月31日