[发明专利]用于功率电容器的电容器元件和金属化膜以及包含该元件的功率电容器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于功率电容器的电容器元件，其中，此电容器元件包括至少一个拉长的介电材料膜层以及布置在所述膜层的每个平面上的金属材料电极层，其中，两个电极层划分成至少三个相互隔开的金属化区域，以便形成用于传导负荷电流的内部串联连接。所述三个区域在所述膜层的纵向上延伸，并且，所述至少三个区域中的至少一个区域划分成被非金属化部分分隔开的段以及至少一个设置得把两个所述段电连接在一起的桥。

本发明还涉及一种包含此种电容器元件的功率电容器以及一种用于此种功率电容器的金属化带。

在本文中，功率电容器指在电压超过1kV、优选至少5kV的交流或直流应用中的电容器。

背景技术

在功率电容器中，已知使用包含金属化带的卷形电容器元件，其中，金属化带由介电材料夹层膜和金属材料电极层形成。还知道把电极层划分成在所述膜纵向上延伸并且电隔离和平行的金属化区域，以便在卷的端面之间实现串联的分电容器，称作“内部串联”。还进一步知道，把一个或多个金属化区域划分成被非金属化部分隔开的段以及设置得把所述段电连接在一起的桥。分段增加金属化区域的等效表面电阻率，已经发现这有利于电容器元件的所谓“自愈合”能力。这意味着当膜层中发生电击穿时，由于强烈但短暂的放电电流试图通过短路，因此最靠近故障点的电极材料被汽化。当最靠近故障点的电极材料已经汽化时，在此区域的耐电强度得到恢复，并且，电容器元件因而自愈合。由于损失电极区域，因此每个自愈合过程都使电容器元件的电容产生轻微减小。如果自愈合过程发生在段内，所述桥保证能从相邻的元件传递足够的能量以使故障点周围的电极材料能有效汽化。如果发生严重故障，例如，如果击穿几个膜层，那么连接到故障段的桥就发生强烈的电涌。如果电涌足够强烈，所述桥本身也会被汽化，在这种情况下，故障段被隔离。在此情况下电容的损失比自愈合过程中的大。

例如，在结合图4的文献GB 2 298 962A中，描述以上类型的用于电容器元件的分段金属化带。所述带包括其上布置有两个分段的金属化区域的膜。每个段通过桥连接到它的两个相邻段。在此情况下，金属膜用于具有一个内部串联的电容器元件。

在操作过程中，卷形电容器元件在其两个端面电连接，并且，以下称作负荷电流的电流连续地在这些表面之间流动并且在电容器元件中产生焦耳损失。负荷电流沿着端面之间的最小电阻通路流动。在交流情况下，交流电流本身就造成相当大比例的焦耳损失；而在直流情况下，波纹电流导致大部分的焦耳损失。包含上述类型的已知金属化带的电容器元件的一个问题是，在正常操作过程中在所述桥中产生焦耳损失。在涉及高电流的应用中这个问题尤其严重。在具有上述类型的金属化带的已知电容器元件中，所产生的热是如此巨大，以致于它决定元件设计的尺寸。

发明内容

本发明的一个目的是解决上述问题并提供一种包含分段金属化区域的电容器元件，这里，两个相邻段通过桥进行电连接，所述桥采用新的原理。

根据本发明的电容器元件和功率电容器的特征在于：所述桥如此布置，以便在分成段的区域内，负荷电流首先出现在所述段中。

根据本发明的金属化带的特征在于：至少一个桥布置在非金属化部分的区段内，所述非金属化部分与介电膜的长边正交或基本正交。

根据本发明，所述桥的布置使得在电容器元件中出现的负荷电流很大部分不通过所述桥。然而，所述桥如此布置，使得例如在自愈合过程中或为了补偿电势之间的小差别，在相邻段之间允许一定的电流交换。与负荷电流相反，在这些电流交换中的电流是如此小或如此短暂，以致于它们不造成任何大的焦耳损失。

根据本发明的一个实施例，所述桥布置在与电容器元件的连接表面正交或基本正交的非金属化部分的区段内。由于负荷电流尽可能地流经“直”的电流通路，即尽量流经与电容器元件的连接表面正交的电路，其中此电路形成连接表面之间的最短通路，因此，连接两个与此电路正交的段的桥将不包括在负荷电流的电路中。本发明的此实施例还有助于与负荷电流方向正交的高电阻，这是有利的。

根据本发明的另一实施例，通过所述桥连接在一起的所述段是一致的。