一種基于玻璃陶瓷電容器的小型化全固態(tài)電容式分壓器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于玻璃陶瓷電容器的小型化全固態(tài)電容式分壓器，屬于電測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電容式分壓器是電力系統(tǒng)中重要的測(cè)量單元，其內(nèi)部分別采用高壓小容量和低壓大容量電容器串聯(lián)構(gòu)成分壓器的高壓臂和低壓臂。國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)的分壓器用電容大部分采用聚丙烯薄膜與電容器紙復(fù)合浸潰疊層作為介質(zhì)，這種浸潰式絕緣材料導(dǎo)致分壓器的預(yù)期壽命不長(zhǎng)(尤其是戶外高壓環(huán)境下)，而且油類介質(zhì)的存在增加了分壓器著火和爆炸風(fēng)險(xiǎn)。相比而言，高壓陶瓷電容器具有尺寸小、穩(wěn)定性高、壽命長(zhǎng)、以及安全可靠性高等優(yōu)勢(shì)，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。如果采用高壓陶瓷電容器取代油浸式薄膜電容器，將是電壓分壓器的一次重大改進(jìn)和升級(jí)。但是，傳統(tǒng)的燒結(jié)陶瓷電容器作為分壓器用電容器在性能上還存在一些不足之處，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(I)溫度穩(wěn)定性差，這是燒結(jié)陶瓷電容器面臨的最大技術(shù)瓶頸。目前廣泛使用的N4700成分的燒結(jié)陶瓷電容器在-30°c到+85°C的溫度范圍內(nèi)，電容變化率通常在20%?30%之間；(2)局部放電量大。高精度分壓器一般要求電容器在工作電壓下具有極低的局部放電，甚至是零局放。燒結(jié)陶瓷電容器由于采用高溫?zé)Y(jié)工藝制備，很難完全消除孔隙，使得燒結(jié)陶瓷電容器實(shí)現(xiàn)零局放的難度很大。
[0003]玻璃陶瓷作為一種新型的介電材料，它采用完全不同于燒結(jié)陶瓷的制備工藝，通過(guò)熔融-快速冷卻-可控結(jié)晶技術(shù)制備出無(wú)孔隙的玻璃陶瓷復(fù)合介電材料。在該類復(fù)合材料中，既保持了玻璃相的高擊穿場(chǎng)強(qiáng)，又保留了陶瓷相的高介電常數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了高的儲(chǔ)能密度，作為高壓電容器介質(zhì)展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。常見(jiàn)的玻璃陶瓷儲(chǔ)能材料體系主要有兩類:鈦酸鹽體系和鈮酸鹽體系。其中，鈮酸鹽體系玻璃陶瓷由于其優(yōu)異的介電性能近些年被廣泛的研究。除了具有高的介電常數(shù)和擊穿場(chǎng)強(qiáng)以外，還具有高的介電常數(shù)溫度穩(wěn)定性和電場(chǎng)穩(wěn)定性，以及零局放特性。綜上考慮，基于鈮酸鹽體系玻璃陶瓷制備的高壓電容器非常適合作為電容式分壓器電容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于玻璃陶瓷電容器的小型化全固態(tài)電容式分壓器。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種基于玻璃陶瓷電容器的小型化全固態(tài)電容式分壓器，該分壓器包括依次串聯(lián)在高壓端子和接地端子之間的高壓臂玻璃陶瓷電容器和低壓臂玻璃陶瓷電容器，低壓臂玻璃陶瓷電容器上設(shè)有信號(hào)采集單元，該分壓器整體或高壓臂玻璃陶瓷電容器封裝在帶傘裙的絕緣子中。
[0007]其中，所述高壓臂玻璃陶瓷電容器采用單層玻璃陶瓷介質(zhì)片，或采用多層玻璃陶瓷介質(zhì)片串聯(lián)而成，其工作電壓大于lkV，容量小于5nF。
[0008]其中，所述低壓臂玻璃陶瓷電容器采用單層玻璃陶瓷介質(zhì)片，或采用多層玻璃陶瓷介質(zhì)片并聯(lián)而成，其工作電壓小于500V，容量大于0.1 μ F。
[0009]優(yōu)選地，所述高壓臂玻璃陶瓷電容器與低壓臂玻璃陶瓷電容器均采用同一種具有零局放、高溫度穩(wěn)定性的新型介電材料-玻璃陶瓷。
[0010]所述玻璃陶瓷由陶瓷相和玻璃相組成。所述陶瓷相為鈮酸鹽陶瓷相，所述玻璃相為S12、B2O3或二者的混合相。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0012]本發(fā)明采用玻璃陶瓷電容器作為高、低壓臂電容器，是一種耐壓高、溫度穩(wěn)定性好、局部放電少的分壓器。本發(fā)明不僅實(shí)現(xiàn)了分壓器的小型化、固態(tài)化，同時(shí)由于高、低壓臂玻璃陶瓷電容器采用同種介質(zhì)材料，使得分壓器在工作溫度范圍內(nèi)具有高的測(cè)量精度(0.2級(jí))，滿足其在電測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用需求。因此，本發(fā)明非常適合在電測(cè)量領(lǐng)域中應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明小型化全固態(tài)電容式分壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明小型化全固態(tài)電容式分壓器的高壓臂電容示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明小型化全固態(tài)電容式分壓器的低壓臂電容示意圖。
[0016]圖4為鈮酸鹽體系玻璃陶瓷電容器的電容溫度曲線。
[0017]圖5為鈮酸鹽體系玻璃陶瓷電容器的偏壓特性。
[0018]圖6為10倍變比和50倍變比本發(fā)明電容式分壓器的精度隨溫度變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明的電容式分壓器包括依次串聯(lián)在高壓端子A和接地端子B之間的高壓臂玻璃陶瓷電容器Cl和低壓臂玻璃陶瓷電容器C2，低壓臂玻璃陶瓷電容器C2上設(shè)有信號(hào)采集單元D，該電容式分壓器整體或僅高壓臂玻璃陶瓷電容器Cl封裝在帶傘裙的絕緣子中。
[0021]高壓臂玻璃陶瓷電容器可以采用單層玻璃陶瓷介質(zhì)片，也可以采用多層玻璃陶瓷介質(zhì)片串聯(lián)而成。如圖2所示，高壓臂玻璃陶瓷電容器采用多層玻璃陶瓷介質(zhì)片I串聯(lián)而成，單層厚度在I?1mm之間。每片玻璃陶瓷介質(zhì)片I的兩表面均具備串聯(lián)電極2，位于兩端的玻璃陶瓷介質(zhì)片I的串聯(lián)電極上設(shè)有串聯(lián)端電極3，玻璃陶瓷介質(zhì)片I及其表面的串聯(lián)電極被包封在包封層4內(nèi)構(gòu)成高壓臂玻璃陶瓷電容器。高壓臂玻璃陶瓷電容器為高電壓低容量:工作電壓大于lkV，容量小于5nF。
[0022]低壓臂玻璃陶瓷電容器可以采用單層玻璃陶瓷介質(zhì)片，也可以采用多層玻璃陶瓷介質(zhì)片并聯(lián)而成。如圖3所示，低壓臂玻璃陶瓷電容器采用多層玻璃陶瓷介質(zhì)片5并聯(lián)而成，單層厚度在10?500 μ m。每片玻璃陶瓷介質(zhì)片5的兩表面均具備并聯(lián)電極6，并聯(lián)端電極7分別與各玻璃陶瓷介質(zhì)片上相應(yīng)的并聯(lián)電極6連接，相互并聯(lián)的玻璃陶瓷介質(zhì)片5及其表面的并聯(lián)電極6被包封在包封層8內(nèi)構(gòu)成低壓臂玻璃陶瓷電容器。低壓臂玻璃陶瓷電容器為低電壓大容量:工作電壓小于500V，容量大于0.1 μ F。
[0023]在本發(fā)明的電容式分壓器中，高壓臂玻璃陶瓷電容器與低壓臂玻璃陶瓷電容器均采用同一種具有零局放、高溫度穩(wěn)定性的新型介電材料-玻璃陶瓷。玻璃陶瓷由陶瓷相和玻璃相組成，其中，陶瓷相為鈮酸鹽陶瓷相，玻璃相可以為Si02、B2O3或二者的混合相。如圖4和圖5所示，分別為基于鈮酸鹽-二氧化硅玻璃陶瓷介質(zhì)的高、低壓臂玻璃陶瓷電容器的電容溫度曲線和偏壓特性，其中陶瓷相為(Pb，Sr)Nb2O6和NaNO3相，玻璃相為S12相。在-30°C到+85°C溫度范圍內(nèi)，電容器的電容改變率小于5 %。在工作電壓下，電容改變量相對(duì)零偏壓下小于1%。
[0024]如圖6所示，為10倍變比和50倍變比的本發(fā)明基于玻璃陶瓷電容器的小型化全固態(tài)電容式分壓器在-20 0C到+80 0C溫度范圍內(nèi)的比差變化曲線，在該溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了0.2級(jí)的測(cè)量精度，適合作為新一代電子式電壓互感器的傳感單元。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于玻璃陶瓷電容器的小型化全固態(tài)電容式分壓器，其特征在于，該分壓器包括依次串聯(lián)在高壓端子和接地端子之間的高壓臂玻璃陶瓷電容器和低壓臂玻璃陶瓷電容器，低壓臂玻璃陶瓷電容器上設(shè)有信號(hào)采集單元，該分壓器整體或高壓臂玻璃陶瓷電容器封裝在帶傘裙的絕緣子中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于玻璃陶瓷電容器的小型化全固態(tài)電容式分壓器，其特征在于，所述高壓臂玻璃陶瓷電容器采用單層玻璃陶瓷介質(zhì)片，或采用多層玻璃陶瓷介質(zhì)片串聯(lián)而成，其工作電壓大于lkV，容量小于5nF。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于玻璃陶瓷電容器的電容式分壓器，其特征在于，所述低壓臂玻璃陶瓷電容器采用單層玻璃陶瓷介質(zhì)片，或采用多層玻璃陶瓷介質(zhì)片并聯(lián)而成，其工作電壓小于500V，容量大于0.1 μ F。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的基于玻璃陶瓷電容器的小型化全固態(tài)電容式分壓器，其特征在于，所述高壓臂玻璃陶瓷電容器與低壓臂玻璃陶瓷電容器均采用同一種玻璃陶瓷。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于玻璃陶瓷電容器的小型化全固態(tài)電容式分壓器，其特征在于，所述玻璃陶瓷由陶瓷相和玻璃相組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于玻璃陶瓷電容器的小型化全固態(tài)電容式分壓器，其特征在于，所述陶瓷相為鈮酸鹽陶瓷相，所述玻璃相為Si02、B203或二者的混合相。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于玻璃陶瓷電容器的小型化全固態(tài)電容式分壓器，該分壓器包括依次串聯(lián)在高壓端子和接地端子之間的高壓臂玻璃陶瓷電容器和低壓臂玻璃陶瓷電容器，低壓臂玻璃陶瓷電容器上設(shè)有信號(hào)采集單元，該分壓器整體或僅高壓臂玻璃陶瓷電容器封裝在帶傘裙的絕緣子中。本發(fā)明采用玻璃陶瓷電容器作為高、低壓臂電容器，是一種耐壓高、溫度穩(wěn)定性好、局部放電少的分壓器。本發(fā)明不僅實(shí)現(xiàn)了分壓器的小型化、固態(tài)化，同時(shí)由于高、低壓臂玻璃陶瓷電容器采用同種介質(zhì)材料，使得分壓器在工作溫度范圍內(nèi)具有高的測(cè)量精度(0.2級(jí))，滿足其在電測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用需求。因此，本發(fā)明非常適合在電測(cè)量領(lǐng)域中應(yīng)用。
【IPC分類】G01R15-06
【公開(kāi)號(hào)】CN104678146
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310626238
【發(fā)明人】張慶猛, 杜軍, 唐群
【申請(qǐng)人】北京有色金屬研究總院
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2013年11月28日