JP2660302B2 - Gas-filled film capacitors - Google Patents

Gas-filled film capacitors

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JP2660302B2 JP1183944A JP18394489A JP2660302B2 JP 2660302 B2 JP2660302 B2 JP 2660302B2 JP 1183944 A JP1183944 A JP 1183944A JP 18394489 A JP18394489 A JP 18394489A JP 2660302 B2 JP2660302 B2 JP 2660302B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はガス充填フィルムコンデンサに係り、特に
その絶縁構造に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gas-filled film capacitor, and more particularly to an insulating structure thereof.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第2図は従来のフィルムコンデンサの内部構造を簡略
化して示す構成図である。図において、(1)は金属板
を適宜整形してなるケース、(2)はケース(1)内に
収容され相互に直列に接続されたフィルムコンデンサ素
子(以下単に素子と略称する)で、その誘電体材料とし
ては、ポリオレフィン系のポリプロピレンフィルムやポ
リエステル系のポリエチレンテレフタレートフィルム等
が使用される。(3)は引出端子、(4)はケース
(1)内に充填された絶縁媒体で、絶縁油を使用する場
合と絶縁ガスを使用する場合とがある。(5)は各素子
(2)とケース(1)との間の耐電気絶縁性能を担う主
絶縁層で、第3図の斜視図に示すように、組立てられた
複数個の素子(2)を一括して、シート状の絶縁物で包
み込んでいる。この絶縁シートとしては、耐電気絶縁性
能が高く、また素子(2)にも採用されている経済性、
加工性の良いポリプロピレンフィルム等が通常使用され
る。なお、第3図では、素子(2)間の結線の図示は省
略している。
FIG. 2 is a simplified diagram showing the internal structure of a conventional film capacitor. In the figure, (1) is a case obtained by appropriately shaping a metal plate, and (2) is a film capacitor element (hereinafter simply referred to as an element) housed in a case (1) and connected in series with each other. As the dielectric material, a polyolefin-based polypropylene film, a polyester-based polyethylene terephthalate film, or the like is used. (3) is an extraction terminal, and (4) is an insulating medium filled in the case (1). There are cases where insulating oil is used and cases where insulating gas is used. (5) is a main insulating layer for providing electric insulation between each element (2) and the case (1). As shown in the perspective view of FIG. 3, a plurality of assembled elements (2). Are wrapped together in a sheet-like insulator. This insulating sheet has a high electric insulation performance and is economically employed for the element (2).
A polypropylene film or the like having good workability is usually used. In FIG. 3, the connection between the elements (2) is not shown.

以上のように、素子(2)自体および素子(2)と素
子(2)との間の絶縁はその誘電体材料で、そして素子
(2)とケース(1)との間の絶縁は主絶縁層(5)で
行う絶縁設計が採用されている。
As described above, the insulation between the element (2) itself and the element (2) and the element (2) is the dielectric material, and the insulation between the element (2) and the case (1) is the main insulation. An insulation design performed in layer (5) is employed.

次に、コンデンサの絶縁破壊故障を想定することによ
り、上記主絶縁層(5)の役割について説明する。今、
特定の素子(2)に、例えば材料欠陥が存在しており、
コンデンサの運転中にこの素子(2)が絶縁破壊した場
合を想定する。この故障素子(2)の破壊部分は次第に
拡大されていくことになるが、所定時間後、図示しない
外部の故障検出装置がこのコンデンサの内部故障の発生
を検出すると、直ちに電源側の回路遮断器を開放して故
障コンデンサを回路から切り離す。なお、この故障検出
の方式としては、絶縁媒体(4)および故障素子(2)
の熱的分解に基づくケース(1)の膨らみを機械的に検
出して行う方式や、素子短絡に基づく回路の電流または
電圧の変化を電気的に検出して行う方式等がある。
Next, the role of the main insulating layer (5) will be described by assuming a dielectric breakdown failure of the capacitor. now,
For example, a material defect exists in the specific element (2),
It is assumed that the element (2) breaks down during the operation of the capacitor. The destruction portion of the faulty element (2) is gradually enlarged. However, after a predetermined time, when an external fault detection device (not shown) detects the occurrence of an internal fault of the capacitor, the circuit breaker on the power supply side is immediately turned on. To disconnect the faulty capacitor from the circuit. In addition, as a method of this failure detection, an insulating medium (4) and a failure element (2)
There is a method of mechanically detecting the bulge of the case (1) based on thermal decomposition, and a method of electrically detecting a change in current or voltage of a circuit due to element short-circuit.

しかし、この故障検出時点までに、素子(2)の破壊
個所を拡大してケース(1)に達すると、地絡事故に発
展して回路に及ぼす影響が大幅に拡大することになる。
However, if the destruction of the element (2) is expanded to reach the case (1) by the time of detection of the failure, the fault will develop into a ground fault and the effect on the circuit will be greatly expanded.

従って、主絶縁層(5)としては、故障素子(2)か
らの類焼を食い止め、少なくとも、故障検出までの時間
内はその絶縁性能を維持するという保護協調を達成する
必要がある訳である。
Therefore, as the main insulating layer (5), it is necessary to prevent the spread of fire from the faulty element (2) and to achieve protection coordination of maintaining the insulating performance at least within the time until the fault detection.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

従来のフィルムコンデンサは以上のように構成されて
いるので、特に絶縁媒体(4)として絶縁ガスを使用し
た場合、上記保護協調の達成が困難になるという問題点
があった。
Since the conventional film capacitor is configured as described above, there is a problem that it is difficult to achieve the above protection coordination, particularly when an insulating gas is used as the insulating medium (4).

即ち、絶縁媒体(4)として絶縁油を使用した場合に
は、素子(2)の破壊部分の発熱で絶縁油が気化し、そ
の体積が大幅に増大するので、ケース(1)が急速に変
形し、故障検出が比較的迅速かつ確実に行われる。ま
た、絶縁油の気化潜熱は破壊部分の発熱を抑制する方向
で働くので、結果として、上記した保護協調の実現が比
較的容易となる。
That is, when the insulating oil is used as the insulating medium (4), the insulating oil is vaporized by the heat generated at the destruction portion of the element (2), and the volume thereof is greatly increased, so that the case (1) is rapidly deformed. However, failure detection is performed relatively quickly and reliably. Further, since the latent heat of vaporization of the insulating oil acts in a direction to suppress the heat generation at the destruction part, the above-described protection coordination is relatively easily realized.

しかし、絶縁ガスを使用したガス充填フィルムコンデ
ンサの場合、比熱の大きい油が存在しないので、素子
(2)の破壊部分の温度は急激に上昇する一方、その故
障検出時間も長くなる傾向にある。この結果、融点が16
0〜260℃程度の素子用フィルムは上記温度で溶融し、流
動化して主絶縁層(5)に接触する。このため、主絶縁
層(5)の一部が溶融して貫通孔が発生し、短時間で地
絡事故に至り目標とする保護協調が達成できなくなる可
能性が高くなる訳である。
However, in the case of a gas-filled film capacitor using an insulating gas, since oil having a large specific heat does not exist, the temperature of the destruction portion of the element (2) rapidly increases, and the failure detection time tends to be long. As a result, the melting point is 16
The element film at about 0 to 260 ° C. is melted at the above temperature, fluidized, and comes into contact with the main insulating layer (5). For this reason, a part of the main insulating layer (5) is melted, a through hole is generated, and a ground fault is likely to occur in a short time, so that there is a high possibility that the target protection coordination cannot be achieved.

この発明は以上のような問題点を解消するためになさ
れたもので、故障検出装置との保護協調を達成し、地絡
事故への発展を防止することができるガス充填フィルム
コンデンサを得ることを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to obtain a gas-filled film capacitor that achieves protection coordination with a failure detection device and can prevent the occurrence of a ground fault. Aim.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

この発明に係るガス充填フィルムコンデンサは、その
主絶縁層を、フィルムコンデンサ素子に使用するフィル
ムと同等の耐熱性能を有し耐電気絶縁性能を担う第1の
フィルム層と、この第1のフィルム層の内側に配置され
上記フィルムコンデンサ素子の溶融温度より高い温度の
耐熱性能を有する第2のフィルム層とで構成したもので
ある。
In the gas-filled film capacitor according to the present invention, the main insulating layer includes a first film layer having heat resistance equivalent to that of the film used for the film capacitor element and having electric insulation resistance, and the first film layer. And a second film layer having a heat resistance at a temperature higher than the melting temperature of the film capacitor element.

更に具体化したものでは、第2のフィルム層をポリイ
ミドフィルムまたはアラミドフィルムで構成している。
In a further embodiment, the second film layer is made of a polyimide film or an aramid film.

〔作用〕[Action]

一部のフィルムコンデンサ素子に絶縁破壊が発生する
と、その破壊部分の発熱で素子のフィルムが溶融して流
動し主絶縁層に至り得る。しかし、主絶縁層はその内側
が耐熱性の高い第2のフィルム層(更に具体化したもの
ではポリイミドフィルムまたはアラミドフィルム)で構
成されているので、この第2のフィルム層が第1のフィ
ルム層の損傷を防止し、主絶縁層としての本来の耐電気
絶縁性能が維持される。
When dielectric breakdown occurs in some of the film capacitor elements, the film of the element melts and flows due to the heat generated at the broken portion, and may reach the main insulating layer. However, since the inside of the main insulating layer is formed of a second film layer having high heat resistance (more specifically, a polyimide film or an aramid film), the second film layer is formed of the first film layer. Of the main insulating layer, and the original electrical insulation resistance as the main insulating layer is maintained.

〔実 施 例〕〔Example〕

第1図はこの発明の一実施例によるガス充填フィルム
コンデンサの要部を示す斜視図で、従来の第3図に相当
するものである。図において、従来と異なるのは主絶縁
層(5)を、第1のフィルム層としてのポリプロピレン
フィルムからなる絶縁シート(5a)と第2のフィルム層
としてのポリイミドフィルムからなる絶縁シート(5b)
との2重構造としている点である。そして、絶縁シート
(5b)を内側に配置している。この場合、一括した素子
(2)を先ず絶縁シート(5b)で包み込み、次に、その
上から絶縁シート(5a)で包み込むようにしてもよい
が、予め両シート(5a)(5b)を重ねておき絶縁シート
(5b)を内側にして素子(2)を包み込むようにしても
よい。
FIG. 1 is a perspective view showing a main part of a gas-filled film capacitor according to an embodiment of the present invention, and corresponds to the conventional FIG. In the figure, the main insulating layer (5) is different from the conventional one in that an insulating sheet (5a) made of a polypropylene film as a first film layer and an insulating sheet (5b) made of a polyimide film as a second film layer
Is a double structure. And the insulating sheet (5b) is arranged inside. In this case, the packaged element (2) may be wrapped with an insulating sheet (5b) first, and then wrapped with an insulating sheet (5a) from above, but the two sheets (5a) and (5b) may be overlapped in advance. Alternatively, the element (2) may be wrapped with the insulating sheet (5b) inside.

ここで、ポリイミドフィルムとしてはカプトン(米国
デュポン社製のポリイミドフィルムの商品名)が有名
で、このカプトンは400℃以上での使用が可能となる耐
熱性能を有している。従って、通常、素子(2)に使用
しているポリプロピレンフィルム等の溶融温度より十分
高い耐熱性能を有しており、たとえ、素子(2)の絶縁
破壊によりそのフィルムの溶融物が流れてきても、この
絶縁シート(5b)は全く損傷を受けない。この結果、絶
縁シート(5a)がその耐電気絶縁性能を維持し、故障検
出時点までの素子(2)とケース(1)との間の絶縁が
確保され上述した保護協調が達成される。
Here, as a polyimide film, Kapton (a trade name of a polyimide film manufactured by DuPont, USA) is famous, and this Kapton has a heat-resistant performance that allows use at 400 ° C. or higher. Therefore, it usually has a heat resistance sufficiently higher than the melting temperature of the polypropylene film or the like used for the element (2), and even if the melt of the film flows due to the dielectric breakdown of the element (2). The insulating sheet (5b) is not damaged at all. As a result, the insulation sheet (5a) maintains its electric insulation performance, insulation between the element (2) and the case (1) until the time of failure detection is ensured, and the above-described protection coordination is achieved.

もっとも、耐熱性能のみの観点からすれば、主絶縁層
(5)をすべてポリイミドフィルムで構成することも考
えられる。しかし、ポリイミドフィルムは、ポリプロピ
レンフィルム等に比較して、その耐電気絶縁性能、特に
耐コロナ放電寿命が劣り、かつ価格が極めて高い。従っ
て、上記したシート(5a)および(5b)による2重構造
とすることにより、価格の上昇を最小限に抑え、かつ保
護協調が確実に達成できる経済的で信頼性の高いガス充
填フィルムコンデンサを実現することができる訳であ
る。
However, from the viewpoint of heat resistance alone, it is conceivable that the main insulating layer (5) is entirely made of a polyimide film. However, a polyimide film is inferior in electrical insulation performance, particularly in corona discharge life, and extremely expensive, as compared with a polypropylene film or the like. Therefore, by adopting the double structure of the above-mentioned sheets (5a) and (5b), an economical and highly reliable gas-filled film capacitor capable of minimizing the increase in price and reliably achieving protection coordination can be obtained. It can be realized.

なお、上記実施例では、素子(2)の誘電体材料とし
てポリプロピレンやポリエチレンテレフタレートを使用
した場合について説明したが、例えばポリフェニレンサ
ルファイド等であってもよい。従って、第1のフィルム
層についても同様である。
In the above embodiment, the case where polypropylene or polyethylene terephthalate is used as the dielectric material of the element (2) has been described. However, for example, polyphenylene sulfide or the like may be used. Therefore, the same applies to the first film layer.

また、第2のフィルム層としてはポリイミドフィルム
に限らず、例えばアラミドフィルム等であってもよい。
Further, the second film layer is not limited to a polyimide film, and may be, for example, an aramid film.

即ち、このアラミドフィルム(芳香族ポリアミドフィ
ルム)も上述のポリイミドフィルムに近い高い耐熱性能
を有し、例えば260℃2分間の半田浴に晒しても全く変
化しない。
That is, this aramid film (aromatic polyamide film) also has high heat resistance close to that of the above-described polyimide film, and does not change at all even when exposed to a solder bath at 260 ° C. for 2 minutes.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上のように、この発明では、その主絶縁層を、所定
の第1のフィルム層と第2のフィルム層とで構成したの
で、内部故障時、故障検出装置との保護協調が確実に達
成でき経済的で信頼性の高いガス充填フィルムコンデン
サを実現することができる。
As described above, in the present invention, the main insulating layer is constituted by the predetermined first film layer and the second film layer, so that at the time of an internal failure, protection coordination with the failure detection device can be reliably achieved. An economical and highly reliable gas-filled film capacitor can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明の一実施例によるガス充填フィルムコ
ンデンサの要部を示す斜視図、第2図は従来のフィルム
コンデンサの内部構造を簡略化して示す構成図、第3図
は第2図のものの要部を示す斜視図である。 図において、(1)はケース、(2)はフィルムコンデ
ンサ素子、(4)は絶縁ガス、(5)は主絶縁層、(5
a)および(5b)はそれぞれ第1および第2のフィルム
層としての絶縁シートである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
FIG. 1 is a perspective view showing a main part of a gas-filled film capacitor according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a structural view showing a simplified internal structure of a conventional film capacitor, and FIG. It is a perspective view which shows the principal part of a thing. In the figure, (1) is a case, (2) is a film capacitor element, (4) is an insulating gas, (5) is a main insulating layer, (5)
a) and (5b) are insulating sheets as first and second film layers, respectively. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ケース、このケース内に絶縁ガスとともに
収容されたフィルムコンデンサ素子、およびこのフィル
ムコンデンサ素子を包み込み上記フィルムコンデンサ素
子とケースとの間の耐電気絶縁性能を担う主絶縁層を備
えたものにおいて、 上記主絶縁層を、上記フィルムコンデンサ素子に使用す
るフィルムと同等の耐熱性能を有し上記耐電気絶縁性能
を担う第1のフィルム層と、この第1のフィルム層の内
側に配置され上記フィルムコンデンサ素子の溶融温度よ
り高い温度の耐熱性能を有する第2のフィルム層とで構
成したことを特徴とするガス充填フィルムコンデンサ。
A case, a film capacitor element housed in the case together with an insulating gas, and a main insulating layer enclosing the film capacitor element and providing electric insulation between the film capacitor element and the case. In the above, the main insulating layer has a heat resistance equivalent to that of the film used for the film capacitor element and has a first film layer which bears the electric insulation resistance, and is disposed inside the first film layer. A gas-filled film capacitor, comprising: a second film layer having a heat resistance higher than a melting temperature of the film capacitor element.
【請求項2】第2のフィルム層をポリイミドフィルムま
たはアラミドフィルムとしたことを特徴とする請求項1
記載のガス充填フィルムコンデンサ。
2. The method according to claim 1, wherein the second film layer is a polyimide film or an aramid film.
A gas-filled film capacitor as described.
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