一种高工作场强直流支撑电容器用金属化安全膜的制作方法

1.本实用新型属于金属化薄膜技术领域，具体涉及一种高工作场强直流支撑电容器用金属化安全膜。


背景技术：

2.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。
3.这些直流支撑电容器均采用金属化膜，这些电容器也逐渐采用干式结构并且尺寸越来减小，金属化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。
4.另外，随着电力电子领域产品小型化的趋势，市场上迫切需求干式、尺寸小的直流支撑电容器，需求电容器工作场强也能达到240v/
µ
m以上。
5.目前，元件的金属化安全膜形式有 t型、 菱形网状等结构形式。其特点：熔丝长度1mm以下，蒸镀方阻可7~15
ω
/
□
，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/
µ
m，电容器的尺寸偏大。
6.文献cn112366083a和cn213691783u中公开了一种直流支撑电容器用安全型金属化薄膜, 能够电容器工作场强也能达到233v/
µ
m。由于其第一保险丝宽度为1.5mm，其长度为2.5mm，蒸镀的金属层方阻值为2（1~3）
ω
/
□
，限制其工作场强增大的可行性。
7.因此，需要新的安全膜技术，提高电容器的工作场强、安全性、可靠性。


技术实现要素：

8.为了克服现有直流支撑电容器的金属化安全膜技术缺点，本实用新型提出一种高工作场强直流支撑电容器用金属化安全膜。
9.本实用新型所采用的技术方案如下。
10.本实用新型提供一种高工作场强直流支撑电容器用金属化安全膜，金属化安全膜主要由第一层金属化安全膜、第二层金属化安全膜构成。第一层金属化安全膜由第一基膜、第一蒸镀层构成。第二层金属化安全膜由第二基膜、第二蒸镀层构成。
11.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、中间屏带构成。边缘加厚区依次与第一绝缘间隙条、第三绝缘间隙条垂直连接，第一绝缘间隙条的上边与边缘加厚区的上边之间距离为1mm，第三绝缘间隙条的上边与边缘加厚区的下边重合，两个第一绝缘间隙条之间有第二绝缘间隙条和两个第一保险丝，两个第一绝缘间隙条分别与两个第一保险丝
水平连接，第二绝缘间隙条在两个第一保险丝之间，第四绝缘间隙条在两个第二保险丝之间，两个第二保险丝分别与第三绝缘间隙条、第五绝缘间隙条水平连接，第五绝缘间隙条与中间屏带垂直连接。中间屏带把第一蒸镀层分成结构对称的上、下两部分。
12.第二蒸镀层由第六绝缘间隙条、第三保险丝、第七绝缘间隙条、第八绝缘间隙条、第四保险丝、第九绝缘间隙条、第十绝缘间隙条、边缘屏带、中间加厚区构成。中间加厚区的上边与第六绝缘间隙条、第八绝缘间隙条的下边均重合并且垂直连接。两个第六绝缘间隙条之间有第七绝缘间隙条和两个第三保险丝，两个第六绝缘间隙条分别与两个第三保险丝水平连接，第七绝缘间隙条在两个第三保险丝之间，第九绝缘间隙条在两个第四保险丝之间，两个第四保险丝依次分别与第八绝缘间隙条、第十绝缘间隙条水平连接，第十绝缘间隙条与边缘屏带垂直连接。中间加厚区把第二蒸镀层分成结构对称的上、下两部分。
13.当第一层金属化安全膜和第二层金属化安全膜叠合后，中间屏带与中间加厚区重合，中间屏带与第六绝缘间隙条和第八绝缘间隙条的边重合，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六绝缘间隙条、第三保险丝、第七绝缘间隙条构成小电容；第六绝缘间隙条、第三保险丝、第七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；第三绝缘间隙条、第二保险丝、第四绝缘间隙条、第五绝缘间隙条与第八绝缘间隙条、第四保险丝、第九绝缘间隙条、第十绝缘间隙条构成小电容；第八绝缘间隙条、第四保险丝、第九绝缘间隙条、第十绝缘间隙条与第一绝缘间隙条、第一保险丝、第二绝缘间隙条构成小电容。
14.第一基膜为耐高温电工用聚丙烯薄膜，宽度为100~150mm，工作温度最高110℃。
15.第二基膜为耐高温电工用聚丙烯薄膜，宽度为98~148mm，工作温度最高110℃。
16.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。
17.第一绝缘间隙条宽度为0.5mm，其长度为8~12mm，其两端为圆弧形。
18.第一保险丝宽度为0.5mm，其长度为0.5~1mm，其材料为锌铝合金。
19.第二绝缘间隙条宽度为0.5mm，其长度为16~24mm，其两端为圆弧形。
20.第三绝缘间隙条宽度为0.5mm，其长度为17~25.5mm，其两端为圆弧形。
21.第二保险丝宽度为0.5mm，其长度为0.5~1.5mm，其材料为锌铝合金。
22.第四绝缘间隙条宽度为0.5mm，其长度为18~27mm，其两端为圆弧形。
23.第五绝缘间隙条宽度为0.5mm，其长度为8.5~14mm。
24.第六绝缘间隙条宽度为0.5mm，其长度为8~12mm，其两端为圆弧形。
25.第三保险丝宽度为0.5mm，其长度为0.5~1mm，其材料为锌铝合金。
26.第七绝缘间隙条宽度为0.5mm，其长度为16~24mm，其两端为圆弧形。
27.第八绝缘间隙条宽度为0.5mm，其长度为17~25mm，其两端为圆弧形。
28.第四保险丝宽度为0.5mm，其长度为0.5~1.5mm，其材料为锌铝合金。
29.第九绝缘间隙条宽度为0.5mm，其长度为18~27mm，其两端为圆弧形。
30.第十绝缘间隙条宽度为0.5mm，其长度为7.5~13mm。
31.边缘屏带宽度为2.5~3mm。
32.中间加厚区宽度为5mm，蒸镀的金属层方阻值为2（1~3）
ω
/
□
，其材料为锌铝合金。
33.进一步的，第一蒸镀层有2个边缘加厚区。
34.进一步的，除边缘加厚区外，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。
35.进一步的，第二蒸镀层有2个边缘屏带，除中间加厚区外，其蒸镀的金属层方阻值为35（35~50）
ω
/
□
，其厚度小于100nm，其材料为锌铝合金。
36.进一步的，第一蒸镀层的第一绝缘间隙条与第三绝缘间隙条平行间距为5mm。
37.进一步的，第二蒸镀层的第六绝缘间隙条与第八绝缘间隙条平行间距为5mm。
38.进一步的，第一绝缘间隙条的上边与边缘加厚区的上边之间距离选取为1mm，其主要原因为直流支撑电容器的元件喷金厚度为0.7~1 mm。
39.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。
40.进一步的，以中间屏带的一半把第一蒸镀层被分成的上部分可扩展应用为单串结构的金属化安全膜。
41.进一步的，以中间加厚区的一半把第二蒸镀层被分成的下部分可扩展应用为单串结构的金属化安全膜。
42.本实用新型的有益效果是：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240v/
µ
m，缩小电容器的尺寸，容量能够下降到原始值的10%以下。
43.本实用新型结构简单，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
44.图1为本实用新型的示意图；
45.图2为第一层金属化安全膜俯视图；
46.图3为第一层金属化安全膜侧视图；
47.图4为第二层金属化安全膜俯视图；
48.图5为第二层金属化安全膜侧视图；
49.图6为本实用新型应用的示意图；
50.图7为本实用新型应用的等效电路图；
51.图8为第一层金属化安全膜扩展应用；
52.图9为第二层金属化安全膜扩展应用；
53.图中，1
‑
第一层金属化安全膜；2
‑
第二层金属化安全膜；
54.11
‑
第一基膜；12
‑
第一蒸镀层；
55.21
‑
第二基膜；22
‑
第二蒸镀层；
56.121
‑
边缘加厚区；122
‑
第一绝缘间隙条；123
‑
第一保险丝；124
‑
第二绝缘间隙条；125
‑
第三绝缘间隙条；126
‑
第二保险丝；127
‑
第四绝缘间隙条；128
‑
第四绝缘间隙条；129
‑
中间屏带；
57.221
‑
第六绝缘间隙条；222
‑
第三保险丝；223
‑
第七绝缘间隙条；224
‑
第八绝缘间隙条；225
‑
第四保险丝；226
‑
第九绝缘间隙条；227
‑
第十绝缘间隙条；228
‑
边缘屏带；229
‑
中间加厚区。
具体实施方式
58.以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。
59.在图1中可见：高工作场强直流支撑电容器用金属化安全膜主要由由第一层金属化安全膜(1)、第二层金属化安全膜(2)构成。
60.由图2和3可见：第一层金属化安全膜(1)由第一基膜(11)、第一蒸镀层(12)构成；第一蒸镀层(12)由边缘加厚区(121)、第一绝缘间隙条(122)、第一保险丝(123)、第二绝缘间隙条(124)、第三绝缘间隙条(125)、第二保险丝(126)、第四绝缘间隙条(127)、第五绝缘间隙条(128)、中间屏(129)带构成；边缘加厚区(121)依次与第一绝缘间隙条(122)、第三绝缘间隙条(125)垂直连接，第一绝缘间隙条(122)的上边与边缘加厚区(121)的上边之间距离为1mm，边缘加厚区(121)的下边与第三绝缘间隙条(125)的上边重合，两个第一绝缘间隙条(122)之间有第二绝缘间隙条(124)和两个第一保险丝(123)，两个第一绝缘间隙条(122)分别与两个第一保险丝(123)水平连接，第二绝缘间隙条(124)在两个第一保险丝(123)之间，第四绝缘间隙条(127)在两个第二保险丝(126)之间，两个第二保险丝(126)分别与第三绝缘间隙条(125)、第五绝缘间隙条(128)水平连接，第五绝缘间隙条(128)与中间屏带(129)垂直连接；中间屏带(129)把第一蒸镀层(12)分成结构对称的上、下两部分。
61.由图4和5可见：第二层金属化安全膜(2)由第二基膜(21)、第二蒸镀层(22)构成；第二蒸镀层(22)由第六绝缘间隙条(221)、第三保险丝(222)、第七绝缘间隙条(223)、第八绝缘间隙条(224)、第四保险丝(225)、第九绝缘间隙条(226)、第十绝缘间隙条(227)、边缘屏带(228)、中间加厚区(229)构成；中间加厚区(229)的上边与第六绝缘间隙条(221)、第八绝缘间隙条(224)的下边均重合并且垂直连接；两个第六绝缘间隙条(221)之间有第七绝缘间隙条(223)和两个第三保险丝(222)，两个第六绝缘间隙条(221)分别与两个第三保险丝(222)水平连接，第七绝缘间隙条(223)在两个第三保险丝(222)之间，第九绝缘间隙条(226)在两个第四保险丝(225)之间，两个第四保险丝(225)依次分别与第八绝缘间隙条(224)、第十绝缘间隙条(224)水平连接，第十绝缘间隙条(227)与边缘屏带(228)垂直连接；中间加厚区(229)把第二蒸镀层(22)分成结构对称的上、下两部分。
62.由图6和7可见：第一层金属化安全膜(1)比第二层金属化安全膜(2)宽度长2mm；当第一层金属化安全膜(1)和第二层金属化安全膜(2)叠合后，中间屏带(129)与中间加厚区(229)重合，中间屏带(129)与第六绝缘间隙条(221)和第八绝缘间隙条(224)的边重合，将第一蒸镀层(12)、第二蒸镀层(22)进行二次分隔，并且等效成2串结构；
63.每串有若干个小电容并联；第一绝缘间隙条(122)、第一保险丝(123)、第二绝缘间隙条(124)与第六绝缘间隙条(221)、第三保险丝(222)、第七绝缘间隙条(223)间构成小电容；第六绝缘间隙条(221)、第三保险丝(222)、第七绝缘间隙条(223)与第三绝缘间隙条(125)、第二保险丝(126)、第四绝缘间隙条(127)、第五绝缘间隙条(128) 构成小电容；第三绝缘间隙条(125)、第二保险丝(126)、第四绝缘间隙条(127)、第五绝缘间隙条(128)与第八绝缘间隙条(224)、第四保险丝(225)、第九绝缘间隙条(226)、第十绝缘间隙条(227)构成小电容；第八绝缘间隙条(224)、第四保险丝(225)、第九绝缘间隙条(226)、第十绝缘间隙条(227)与第一绝缘间隙条(122)、第一保险丝(123)、第二绝缘间隙条(124)构成小电容；电流的方向依次1串的边缘加厚区(121)、中间加厚区(229)、另外1串的边缘加厚区(121)；
64.自愈点出现在图中a、b、c相应位置时，电容值变小，如果当自愈点a出现在第三绝
缘间隙条(125)时，此部分电容变为0，同样，所有的第三绝缘间隙条(125附近都有自愈点，此时整个电容器电容接近于0。
65.由图8可见：以中间屏带(129)的一半把第一蒸镀层(12)被分成的上部分可扩展应用为单串结构的金属化安全膜。
66.由图9可见：以中间加厚区(229)的一半把第二蒸镀层(22)被分成的下部分可扩展应用为单串结构的金属化安全膜。
67.第二蒸镀层(22)被分成下部分和的1/2部分可应用为单串结构的金属化安全膜。
68.第一基膜(11)为耐高温电工用聚丙烯薄膜，宽度为100~150mm，工作温度最高110℃。
69.第二基膜(21)为耐高温电工用聚丙烯薄膜，宽度为98~148mm，工作温度最高110℃。
70.边缘加厚区(121)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。
71.第一绝缘间隙条(122)宽度为0.5mm，其长度为8~12mm，其两端为圆弧形。
72.第一保险丝(123)宽度为0.5mm，其长度为0.5~1mm，其材料为锌铝合金。
73.第二绝缘间隙条(124)宽度为0.5mm，其长度为16~24mm，其两端为圆弧形。
74.第三绝缘间隙条(125)宽度为0.5mm，其长度为17~25.5mm，其两端为圆弧形。
75.第二保险丝(126)宽度为0.5mm，其长度为0.5~1.5mm，其材料为锌铝合金。
76.第四绝缘间隙条(127)宽度为0.5mm，其长度为18~27mm，其两端为圆弧形。
77.第五绝缘间隙条(128)宽度为0.5mm，其长度为8.5~14mm。
78.中间屏带(129)宽度为5mm。
79.第六绝缘间隙条(221)宽度为0.5mm，其长度为8~12mm，其两端为圆弧形。
80.第三保险丝(222)宽度为0.5mm，其长度为0.5~1mm，其材料为锌铝合金。
81.第七绝缘间隙条(223)宽度为0.5mm，其长度为16~24mm，其两端为圆弧形。
82.第八绝缘间隙条(224)宽度为0.5mm，其长度为17~25mm，其两端为圆弧形。
83.第四保险丝(225)宽度为0.5mm，其长度为0.5~1.5mm，其材料为锌铝合金。
84.第九绝缘间隙条(226)宽度为0.5mm，其长度为18~27mm，其两端为圆弧形。
85.第十绝缘间隙条(227)宽度为0.5mm，其长度为7.5~13mm。
86.边缘屏带(228)宽度为2.5~3mm。
87.中间加厚区(229)宽度为5mm，蒸镀的金属层方阻值为2（1~3）
ω
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□
，其材料为锌铝合金。
88.进一步的，第一蒸镀层(12)有2个边缘加厚区(121)。
89.进一步的，除边缘加厚区(121)外，第一蒸镀层(12)蒸镀的金属层方阻值为35（30~50）
ω
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，其厚度小于100nm，其材料为锌铝合金。
90.进一步的，第二蒸镀层(22)有2个边缘屏带(228)，除中间加厚区(229)外，其蒸镀的金属层方阻值为35（35~50）
ω
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，其厚度小于100nm，其材料为锌铝合金。
91.进一步的，第一蒸镀层(12)的第一绝缘间隙条(122)与第三绝缘间隙条(125)平行间距为5mm。
92.进一步的，第二蒸镀层(22)的第六绝缘间隙条(221)与第八绝缘间隙条(224)平行
间距为5mm。
93.进一步的，第一绝缘间隙条(122)的上边与边缘加厚区(121)的上边之间距离选取为1mm，其主要原因为直流支撑电容器的元件喷金厚度为0.7~1 mm。
94.进一步的，第一基膜(11)比第二基膜(12)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。
95.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。