[科普中国]-电容分压器

电容分压器因为相对普通电阻式分压器的耐压强度大，不易击穿，一般用来测量交流高压。但由于其频响效应的响应时间值比电阻分压器大，所以在冲击电压的测量中比电阻分压器用的少，对于特高冲击电压的测量经常用阻容分压器。用于测量冲击电压。在进行高压交流耐压试验时会用到串联谐振，那么串联谐振中就会用到电容分压器，它与电抗器产生谐振后会产生高压。可对高压设备进行高压交流耐压试验。

简介CVT中的电容分压器、耦合电容器、高压测量用电容分压器、高压串联谐振试验设备中的谐振电容器、断路器均压电容器等，从结构上都有一个共同的特点，就是它们的电容器心子是由数十个到数百个电容元件串联而成，而电容器心子元件的串联方式和卷绕结构又关系着产品的电气性能，所以选择一种良好的元件电气连接结构尤为重要。为便于讨论，把这些类型的电容器统称为电容分压器。多年以来，随着电容分压器产品技术的发展，其元件电气连接结构也随之不断变化，电容器制造厂也将根据各自不同的工艺条件选择不同的结构形式1。

早期电容分压器元件连接结构1.电容器内部串联方式

早期的电容分压器是由多个电容器单元串联而成，分为高压臂和低压臂2个部分，高压臂由多个电容器串联而成，这些电容器都有独立的外壳和引出端子，它们串联连接并封装在分压器绝缘外壳中，一端连接高压引线，另一端与低压臂相连接；低压臂通常由1台电容器构成，一端与高压臂下端相连接，另一端接地；低压臂两端引出线连接到低压测量装置。被测电压按照容抗进行分配，于是有U2=U1C1 /（C1+C2）。习惯上分别将3个接线端子称作高压端子、中压端子和接地端子。

随着电力电容器制造技术的发展，把多个电容器串联起来的这种方法已经很少使用。大多数情况下是直接把电容器元件叠装起来并串联连接，封装在同一外壳中，并在适当的串联节点上引出高压端子、中压端子和接地端子。

2.电容器元件引线片连接方式

电容分压器元件引线的典型结构和连接方式，称作隐箔式结构，是把绝缘介质和铝箔按交替重叠配置后卷绕、压扁而成。铝箔比介质缩进一定尺寸。引线片是由厚度约0.1mm左右的铜箔加工而成，在元件卷制过程中依次将2个引线片的一端插入元件中，分别紧贴2层铝箔电极，另一端露出在元件外面，引线片之间用绝缘衬垫隔离。然后将一组元件叠放压紧，再将引线片按照元件串联的方式焊接在一起，就构成了电容分压器的心子。这种结构的极板利用率高，加工简单，曾在很长一段时期被广泛采用。但由于分压电容器通常元件数量较多，心子焊接工作量较大，生产效率低，引线片边沿的毛刺也有可能对绝缘介质造成损伤，于是催生了一系列新型元件连接结构。

铝箔引线片压接式串联结构我国电容器行业从20世纪末开始采用铝箔引线片，是将比元件宽度稍窄一些的铝箔代替铜箔引线片，铝箔引线片的厚度约0.05~0.10mm左右。在元件卷绕过程中将引线片预先放置在元件中，元件卷绕采用隐箔式结构。引出端可以从元件两端引出，也可以从元件一端引出，考虑卷制工艺的便捷性，通常采用从元件一端引出的方式。引线片之间用绝缘衬垫隔离，压装前将2个铝箔的引出端从元件端部一上一下翻折到元件上下2个大面上，再与相邻元件的铝箔引线片引出端相贴压紧在一起，实现元件之间的串联。

这种结构的元件和心子加工工艺简单，连接可靠。该结构避免了铜箔引线片手工焊接可能造成的质量缺陷， 提高了电容分压器的运行可靠性，同时有效提高了生产效率，近年在电容器行业被广泛采用。铝箔引线片替代铜箔引线片，降低了材料和加工成本，但没有从根本上改变引线片边缘尖角毛刺可能对介质的损伤2。

无引线片铝箔凸出串联焊接结构随着铝箔凸出焊接技术在高压并联电容器制造中的成功应用，引线片不再是必不可少的，无引线片串联锡焊结构采用铝箔凸出焊接技术，直接将相邻的元件凸出的铝箔电极左右交替用锡焊焊接在一起。这种结构避免了有引线片连接结构容易引起极板对介质的损伤以及边沿效应、压紧效应的影响，是一次电容分压器元件连接结构上的跨跃式进步。采用这种结构以后电容分压器的平均电场强度可以适当提高。而且这种结构的电容分压器可借助并联电容器先进的自动化生产工艺，提高生产效率，简化生产流程。

需要注意的是这种连接结构在极板串联焊接的过程中容易形成虚焊、损伤等质量缺陷，尤其当分压电容器元件电容很小，元件较薄的情况下，会给串联焊接带来困难。相信随着电容器产品心子焊接工艺的进步，无引线片铝箔凸出焊接结构将会有很大的应用空间。

无引线片压接串联结构国外一些高压电容器产品中采用了一种无引线结构的元件串联方式，给人耳目一新的感觉。极板采用隐箔式结构，在元件卷绕后，2个铝箔极板末端分别暴露在元件上下2个大面上，相邻的元件相互贴紧压接即可实现元件的串联。在先进的自动化生产线上一次实现卷绕、试验、堆叠、压紧、打包等工作，有的通过铝箔点焊，增强串联连接点的可靠性。

这种结构大大简化了生产工序，思路简洁，很适合自动化生产，元件和心子生产效率高，减少了心子生产各个工序操作的分散性，有效提升了产品质量。国内已有厂家在尝试研制全自动生产线，就是基于这种无引线结构电容分压器展开的。国内采用这种新结构的产品已经有3年以上的成功运行经验。

这种连接结构应用于CVT电容分压器或者耦合电容器会造成高频等值串联电阻和高频电容偏大的现象，但仍符合相关标准的要求。当然通信技术已经发生了根本性的变化，电力载波正在被光缆通信技术取代，高频电阻和电容不再是一项有意义的参数。长期来看，随着电容分压器工艺技术的进步，这种无引线片压接串联结构最终将会成为电容分压器元件引线结构的发展方向。

总结无引线片压接串联结构的连接方式使得电容分压器自动化生产成为可能，将大大提高生产效率。有些电容分压器要求其固有电感要小，这种情况下采用铝箔凸出焊接的元件电气连接方式会起到更好的效果。当然，每一种连接方式各有它的特点，各个厂家在各自采用的连接结构上总结了很多经验，也有其独到之处，所以可根据其工艺特点选用适当的结构3。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所