一种环型电容电压传感器结构的制作方法

1.本发明涉及电子元器件领域，尤其涉及高压陶瓷电容芯片的并联结构。


背景技术：

2.陶瓷电容芯片一般为片状、圆柱状结构，以陶瓷材料为介质进行成型烧结，然后在两端涂覆导电层，再在导电层上设置电极，然后通过绝缘树脂进行封装。电极作为陶瓷电容芯片的引出端与外部电路连接。高压陶瓷电容芯片一般使用在电力行业，可起到计量、测量、分压、储能等作用。目前在高压智能电网中使用的一种高压陶瓷电容芯片，包括陶瓷电容芯片，陶瓷电容芯片的两端涂覆有导电层，导电层一般通过涂覆银浆然后烧结而成，在导电层的中心部位设置有电极，电极结构一般包括与导电层接触的圆形基座，然后在陶瓷电容芯片与电极外部浇注有绝缘树脂层，浇注后仅电极连接部一端露出在绝缘树脂层外，以方便与外部电路连接。该类陶瓷电容芯片使用在高压智能电网上，可作为零序电容、相序电容、取电电容等功能使用。目前陶瓷电容芯片作为零序电容使用时，电容一端分别并联安装在三相高压母线上，另一端安装于配电开关监控终端(以下简称“ftu”)的零序测量端，正常供电时电容没有电压输出，当某一项母线接地短路时，输出电压信号给后端的ftu终端，在电脑屏幕上显示故障位置点同时断电保护；陶瓷电容芯片作为相序电容使用时，电容一端分别并联安装在三相高压母线上，另一端安装于ftu终端的相序测量端，正常供电时电容低压端输出1.732v左右的电压给ftu终端，终端通过检测到的极低的电压值，经过额定变比运算，可以精确的测量出高压母线的电压值；陶瓷电容芯片作为取电电容使用时，电容一端分别并联安装在三相高压母线上，另一端与高压侧电子设备连接从而实现为其提供电源取电。相序、零序电容或取电电容，并联时增大电容容值，串联时增加抗电强度。陶瓷电容芯片作为上述用途使用时电气性能稳定，工作可靠，但是还存在一些缺陷。在实际使用过程中，由于该类陶瓷电容芯片的电场分布不均，从而对智能电网的传输信号的干扰较大，会造成传输信号失真，满足不了智能电网对传输信号的精度要求，电源输出端的信号和功率不稳定；同时，由于智能电网所用陶瓷电容芯片本身电容量很小，而ftu终端的线缆以及其他测量器件产生的杂散电容比较大而极不稳定，故而这些杂散电容对陶瓷电容芯片产生严重干扰，导致陶瓷电容芯片特性不稳定。因此，如何使陶瓷电容芯片在使用过程中产生的电场均匀分布从而减少对所传输信号的干扰，并且减少连接线缆以及其他测量器件产生的杂散电容对陶瓷电容芯片的干扰影响成为急需解决的技术难题。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是使陶瓷电容芯片在高压智能电网中使用时产生分布均匀的电场从而减少对所传输信号的干扰，并且减少与陶瓷电容芯片所连接的线缆以及其他测量器件产生的杂散电容对陶瓷电容芯片的干扰影响。
4.为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是一种环型电容电压传感器结构，包括至少两个陶瓷电容芯片，陶瓷电容芯片的一端电极进行导电固定连接，连接处为高压
输入端；另一端电极与外部金属连接件导电固定连接，外部金属连接件为低压输出端；陶瓷电容芯片形成并联连接且均匀分布于外部金属连接件内部，外部金属连接件对陶瓷电容芯片进行屏蔽。
5.外部金属连接件为中空管状结构或中空环网状结构。
6.该环型电容电压传感器结构也可以设置有中心金属连接件，高压输入端为中心金属连接件，陶瓷电容芯片与中心金属连接件导电固定连接，陶瓷电容芯片均匀分布于中心金属连接件与外部金属连接件之间。
7.优选的，所述外部金属连接件的高度大于陶瓷电容芯片的直径4mm～20mm。
8.中心金属连接件为高度大于陶瓷电容芯片直径的中空管状或中空环网状结构，中空管状或中空环网状结构与外部金属连接件使陶瓷电容芯片的电场均匀分布。优选的，所述中空管状或中空环网状结构的高度大于陶瓷电容芯片的直径4mm～20mm。
9.中心金属连接件也可以为棒状结构，棒状结构至少在一端的中心部位沿其长度方向开设有螺纹内孔。优选的，所述棒状结构的高度大于陶瓷电容芯片的直径4mm～20mm。
10.中心金属连接件也可以为圈状结构，圈状结构通过金属连接线与金属螺帽固定连接。
11.在外部金属连接件的外壁固定连接有引出部件，引出部件可为金属连接线、金属连接片或者二者的组合
12.优选的，外部金属连接件和中心金属连接件为圆形。
13.本发明的有益效果如下：
14.本结构采用外部金属连接件对与陶瓷电容芯片相连的配电开关监控终端的线缆以及其他测量器件产生的杂散电容进行屏蔽，弥补了陶瓷电容芯片因电容值小电压信号弱易受杂波干扰的不足。
15.当本结构的中心金属连接件为中空管状或中空环网状结构时，中空管状或中空环网状结构的内孔作为整个传感器结构的安装支架，高压母线从内孔穿过并与中心金属连接件接触导通，中心连接件成为本结构的高压输入端，该中空管状或中空环网状结构的内孔有效屏蔽高压母线对陶瓷电容芯片产生的电磁干扰。
16.同时中空管状或中空环网状结构的中心金属连接件和外部金属连接件将陶瓷电容芯片包裹，不仅对陶瓷电容芯片起到屏蔽作用，降低局部放电值；而且起到了均压作用，使陶瓷电容芯片两端的电极正对面积为完整的导电层面积，避免了单纯使用陶瓷电容芯片时两端电极可能会因为错位导致的电场不均匀现象导致电场干扰，保证了电压信号稳定，提高了整体的安全性能。
17.该结构在使用时不需改变原有智能电网的安装设计，可以直接安装于现有的智能电网中。
附图说明：
18.图1为本发明的立体示意图；
19.图2为本发明的组装结构示意图；
20.图3为中空管状结构的结构示意图；
21.图4为中空环网状结构的结构示意图；
22.图5为棒状结构的结构示意图；
23.图6为圈状结构的结构示意图；
24.图7为实施例四未设置中心金属连接件的结构示意图。
具体实施方式：
25.针对上述技术方案，现举较佳实施例并结合图示对其进行具体说明，
26.实施例一：
27.参看图1～图4。
28.本实施例中，环型电容电压传感器结构包括三个陶瓷电容芯片2，其均匀分布连接于中空管状的中心金属连接件1的外周，陶瓷电容芯片2的第一电极21与中心金属连接件1导电固定连接，第二电极22与中空环网状的外部金属连接件3导电固定连接；陶瓷电容芯片2通过中心金属连接件1和外部金属连接件3形成并联连接；陶瓷电容芯片2均匀分布于中心金属连接件1和外部金属连接件3之间。外部金属连接件3对陶瓷电容芯片2进行屏蔽。中心金属连接件1为本结构的高压输入端，外部金属连接件3为本结构的低压输出端。
29.本实施例中陶瓷电容芯片2数量为三个，为圆型片状结构，采用电子陶瓷材料成型烧结而成。在陶瓷电容芯片2的两侧圆形端面上均匀涂覆有一定厚度的导电层20，导电层20的材质一般为银。在导电层20的中心部位分别通过锡焊焊接电极，包括第一电极21和第二电极22。第一电极21为金属嵌件；第二电极22为与第一电极21相同的金属嵌件221和金属连接线222通过焊接连接的组合件。第一电极21也可以为单独的金属连接线222或者金属嵌件221和金属连接线222通过焊接连接的组合件，第二电极22也可以单独为金属嵌件221或者金属连接线222。本实施例中金属嵌件优选纵切面为梯形结构的嵌件，该梯形结构嵌件外径较大的一端焊接于导电层20的中心部位，从而使电极与导电层20的焊接接触面积增大，使其固定牢固。
30.中心金属连接件1也可以为中空环网状结构。中空管状结构和中空环网状结构的中心金属连接件1最好为圆形结构，圆形结构可以起到更好的电场屏蔽和均匀电场作用。中心金属连接件1的高度高于陶瓷电容芯片2的直径6mm。
31.陶瓷电容芯片2的金属嵌件外径较小的一端导电固定连接于中心金属连接件1的外壁高度的中心部位；如果电极为金属连接线或者金属连接线和金属嵌件的组合，那么金属连接线的一端焊接于中心金属连接件1的外壁高度的中心部位。三个陶瓷电容芯片2均匀环绕于中心金属连接件1的外周，与中心金属连接件1形成轴对称结构；陶瓷电容芯片2也可以为两个或者三个以上数量，所有陶瓷电容芯片均匀环绕于中心金属连接件1外周并与中心金属连接件1形成轴对称结构。
32.外部金属连接件3也可以为中空管状结构；中空管状结构和中空环网状结构的外部金属连接件3最好为圆形结构，圆形结构可以起到更好的电场屏蔽作用。该外部金属连接件3的高度高于陶瓷电容芯片2直径6mm。第二电极22中金属连接线222的另一端导电固定连接于外部金属连接件3的内壁高度中心部位；如果第二电极22为金属嵌件，那么金属嵌件外径较小的一端焊接于外部金属连接件3的内壁高度中心部位。从而三个陶瓷电容芯片2均匀分布于中心金属连接件1与外部金属连接件3之间，并与与中心金属连接件1及外部金属连接件3形成同心圆环和轴对称结构，所有陶瓷电容芯片2彼此之间为并联结构。
33.在外部金属连接件3的外壁上导电固定连接有引出部件4，引出部件4由金属连接线41和金属连接片42焊接组合而成。金属连接片42为铜镀锡片状结构且设置有安装通孔，使用时将低压电线与金属连接片42上的安装通孔导电固定连接。根据使用时的安装需求，引出部件4也可以只为金属连接线41，使用时将低压电线与金属连接线41直接导电固定连接。
34.在使用时，中空管状或中空环网状中心金属连接件1的内孔作为整个传感器结构的安装支架，中空管状或中空环网状中心金属连接件1的内孔作为整个传感器结构的安装支架，高压母线从内孔穿过并与中心金属连接件1接触导通，实现本结构与外部电网的连接。中空管状或中空环网状中心金属连接件1作为高压电极，外部金属连接件3作为低压电极。当引出部件4与ftu的配套测量端口的零序测量端相连导通，实现零序测量；当引出部件4与ftu的配套测量端口的相序测量端相连导通，实现相序测量；当引出部件4与高压侧电子设备连接从而实现为其提供电源取电。中空管状或中空环网状中心金属连接件1的内孔有效屏蔽了高压母线对陶瓷电容芯片2产生的电磁干扰；外部金属连接件3对与本结构相连的配电开关监控终端的线缆以及其他测量器件产生的杂散电容进行屏蔽，弥补了陶瓷电容芯片2因电容值小电压信号弱易受杂波干扰的不足。并且中心金属连接件1和外部金属连接件3将陶瓷电容芯片2包裹，不仅对陶瓷电容芯片2起到屏蔽作用，降低局部放电值；而且起到了均压作用，使陶瓷电容芯片2两端的电极正对面积为完整的导电层面积，避免了单纯使用陶瓷电容芯片2时两端电极可能会因为错位导致的电场不均匀现象导致电场干扰，保证了电压信号稳定，提高了整体的安全性能。
35.在使用时，陶瓷电容芯片2的数量依据在高压智能电网使用过程中对电容量与耐电压的大小要求而确定，可以为两个或者三个以上。
36.实施例二：
37.参看图5。
38.本实施例是在实施例一的基础上，将中空管状或中空环网状中心金属连接件替换为棒状结构。
39.本实施例中，环型电容电压传感器结构包括三个陶瓷电容芯片2，棒状中心金属连接件1的两端中心部位沿其长度方向开设有螺纹内孔11，根据用户使用需求，也可以只在棒状中心金属连接件1的一端的中心部位沿其长度方向开设螺纹内孔11。该棒状中心金属连接件1的高度高于陶瓷电容芯片2的直径10mm。将陶瓷电容芯片2的第一电极21焊接固定于棒状中心金属连接件1高度的中心部位，三个陶瓷电容芯片2均匀分布连接于棒状中心金属连接件1的外周。
40.在使用时，将外部智能电网的高压母线中间部位切断，在两个断头处各自连接有一个螺杆，这两个螺杆分别与棒状中心金属连接件1两端的两个螺纹内孔11配合连接；或者智能电网高压母线的最端头连接有螺杆，该螺杆与棒状中心金属连接件1单端的螺纹内孔11配合连接；从而高压电通过棒状中心金属连接件1输入本结构，实现本结构与外部电网的连接。外部金属连接件3对与本结构相连的配电开关监控终端的线缆以及其他测量器件产生的杂散电容进行屏蔽，弥补了陶瓷电容芯片2因电容值小电压信号弱易受杂波干扰的不足；并且中心金属连接件1和外部金属连接件3将陶瓷电容芯片2包裹，不仅对陶瓷电容芯片2起到屏蔽作用，降低局部放电值；而且起到了均压作用，使陶瓷电容芯片2两端的电极正对
面积为完整的导电层面积，避免了单纯使用陶瓷电容芯片2时两端电极可能会因为错位导致的电场不均匀现象导致电场干扰，保证了电压信号稳定，提高了整体的安全性能。
41.实施例三：
42.参看图6。
43.本实施例是在实施例一的基础上，将中空管状或中空环网状中心金属连接件替换为圈状结构。
44.本实施例中，包括两个陶瓷电容芯片2，中心金属连接件1为由金属连接线绕成的金属圈12，金属圈12的外部焊接有金属连接线13，金属连接线13的另一端焊接有金属螺帽14。将陶瓷电容芯片2的第一电极21与金属圈12焊接固定，使两个陶瓷电容芯片2对称分布连接于金属圈12的外周。将本结构用绝缘材料进行浇注，该绝缘材料为环氧树脂，仅将金属螺帽14的螺纹口与金属连接片42的安装通孔露出来，以便实现与外部电网的安装连接。
45.在使用时，外部智能电网高压母线的最端头连接有螺杆，该螺杆与金属螺帽14配合连接；从而高压电通过圈状中心金属连接件1输入本结构，实现本结构与外部电网的连接。外部金属连接件3对与本结构相连的配电开关监控终端的线缆以及其他测量器件产生的杂散电容进行屏蔽，弥补了陶瓷电容芯片2因电容值小电压信号弱易受杂波干扰的不足。
46.实施例四：
47.参看图7
48.本实施例是在实施例一的基础上，未设置中心金属连接件1。陶瓷电容芯片2的第一电极21直接进行导电固定连接，该连接处15为高压输入端；第二电极22与外部金属连接件3焊接固定，外部金属连接件3为低压输出端；陶瓷电容芯片2形成并联连接且均匀分布于外部金属连接件3内部，外部金属连接件3对陶瓷电容芯片2进行屏蔽；在外部金属连接件3的外部导电固定连接有引出部件4，该引出部件4为金属连接线41。
49.在使用时，外部智能电网的高压母线与连接处15直接导电固定连接，从而高压电通过该连接处15输入本结构，实现本结构与外部电网的连接。
50.在本实施例中，外部金属连接件3对与本结构相连的配电开关监控终端的线缆以及其他测量器件产生的杂散电容进行屏蔽，弥补了陶瓷电容芯片2因电容值小电压信号弱易受杂波干扰的不足，保证了电压信号稳定，提高了整体的安全性能。
51.在上述所有实施例中所提及的导电固定连接，优选采用焊接固定方式，也可以为铰接、铆接等连接固定方式。
52.本结构作为一体化传感器结构根据用户需求作为零序电容或者相序电容或者取电电容进行使用。在使用时，陶瓷电容芯片2的数量依据在高压智能电网使用过程中对电容量与耐电压的大小要求而确定，也可以为三个以上。