JP2696246B2 - 液浸コンデンサ - Google Patents

液浸コンデンサ

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JP2696246B2 JP1078941A JP7894189A JP2696246B2 JP 2696246 B2 JP2696246 B2 JP 2696246B2 JP 1078941 A JP1078941 A JP 1078941A JP 7894189 A JP7894189 A JP 7894189A JP 2696246 B2 JP2696246 B2 JP 2696246B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は液浸コンデンサ、特にその含浸液の改良に関
する。
[従来の技術] 現在、コンデンサは電力用、機器用、電子機器用等、
各種の用途に利用されている。
例えば電力用コンデンサは、一般に複数枚の薄葉誘電
体をアルミ箔電極とともに巻き込み、リード線を引出し
たコンデンサ素子からなっている。
そして、複数個のコンデンサ素子を集合して、定格電
圧・容量に応じて直・並列に接続したコンデンサ素子を
容器に収納し、真空加熱等によって薄葉誘電体を十分に
乾燥させた後、あらかじめ精製・脱気・脱湿処理を施し
た絶縁油を真空含浸して密封する。
ところで、前記薄葉誘電体は、厚さが広い範囲にわた
って均一であり、適当な強度及び伸びを有すること、誘
電率が高くその温度変化が小さいこと、電解質などの不
純物が少なく、誘電正接が低く、絶縁抵抗が高いこと、
誘電性微粒子などの耐電圧弱点部を含まず、耐絶縁性が
高いこと、耐熱性に優れ、長期安定性が優れていること
などの性能が要求される。
このような要求を満足するものとして以前はクラフト
絶縁紙が用いられていたが、近年では誘電正接が低く、
耐絶縁性が高いポリプロピレンフィルムが広く用いられ
ている。
一方、絶縁油は、耐絶縁性、誘電率及び冷却性能の向
上等を目的として用いられ、さらに、流動点、粘度が低
く、引火点が高いこと、人畜に無害で不燃性であるこ
と、熱的、化学的に安定でありフィルム等の共存材料と
の共存性があること、誘電率が高く誘電正接が低いこ
と、耐絶縁性が高く部分放電によって発生するガスの吸
収能力があること、等の性能が望まれる。
これらをほぼ満足するものとして、かつては鉱油がも
っぱら用いられていたが、誘電率が低く可燃性の欠点が
あり、しかも高温になるとポリプロピレンフィルムを膨
潤させるためにコンデンサとしての寿命を短くしてしま
う欠点がある。
そこで、リン酸エステル、或いは植物油等も一部用い
られている。これらはポリプロピレンを膨潤させないと
いう利点を有するが、熱安定性に劣るため高温使用に不
向きである。
さらに、誘電体にメタライズドポリプロピレンフィル
ムを用い、充填剤としてワックス、エポキシ硬化樹脂を
用いたコンデンサもある。
これらの充填剤は、固体であるためポリプロピレンを
膨潤させず、しかも熱安定性にも比較的優れている。
[発明が解決しようとする課題] ところが、前述したワックス、エポキシ硬化樹脂は、
固体のために充填過程において収縮、減圧の発生が起き
易く、コロナ発生電圧が低いという課題がある。
また、エポキシ充填硬化したコンデンサは冷熱サイク
ルで樹脂とメタリコン部が接着すること、及びポリプロ
ピレンとの収縮度合いが異なるためにメタリコン部が脆
弱化・剥離するという課題がある。
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであ
り、その目的は熱安定性に優れ、しかもポリプロピレン
フィルムを膨潤させない液状の含浸剤を備えた液浸コン
デンサを提供することにある。
[課題を解決するための手段] 前記目的を達成するために本発明にかかる液浸コンデ
ンサは、薄葉誘電体としてポリプロピレンフィルムを有
し、また含浸液は液状エポキシ樹脂よりなり、液状エポ
キシ樹脂を流動可能に満たしたケースを備え、該ケース
内の液状エポキシ樹脂にコンデンサ素子を浸漬してなる
ことを特徴とする。
[作用] 本発明は前述したように薄葉誘電体としてポリプロピ
レンフィルムを用いるので、容量−温度特性及び誘電体
損失−温度特性が良好となる。
一方、含浸液として用いるエポキシ樹脂は、熱安定性
が良好であると共に、ポリプロピレンフィルムを膨潤さ
せず、しかも過電圧における耐コロナ性がよい。
また、液状であるため、耐コロナ特性及び放熱性の向
上、メタリコン部の脆弱化を防ぐことができる。
[実施例] 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明す
る。
第1図には本発明の一実施例にかかる液浸コンデンサ
の構成図が示されている。
同図において、液浸コンデンサ10は、ケース12内に配
置されたコンデンサ素子14と、該コンデンサ素子14を含
浸する含浸液16と、を含む。
そして、コンデンサ素子14はリード線18a,18bを介し
て端子20a,20bに接続されている。
ここで、コンデンサ素子14は第2図及び第3図に詳細
に示すように構成されている。
第2図には通常蒸着電極型コンデンサ素子が示されて
おり、薄葉状のポリプロピレンフィルム20に通常蒸着電
極22a,22bが蒸着されメタライズドポリプロピレンフィ
ルムが構成される。
そして、電極22及びフィルム20が交互に二層に積層さ
れた状態で巻取られ、その両端に亜鉛又はハンダ等が吹
きつけられてメタリコン部24が設けられ、各メタリコン
部24a,24bにリード線18a,18bが接続されている。
ここで、メタライズドポリプロピレンフィルムは第3
図に示すように3〜6Ωの通常蒸着電極22を設けたもの
となる。尚、同図(A)は側面図、(B)は正面図であ
る。
前記電極22aは第2図中右側に非蒸着部26aを有し、前
記メタリコン部24aにのみ電気的に接続される。
一方、電極22bは図中左側に非蒸着部26bを有し、前記
メタリコン部24bにのみ電気的に接続される。
従って、電極22a,22bが誘電体であるポリプロピレン
フィルム20をはさんで対面し、静電結合することとな
る。
以上のように構成された液浸コンデンサに各種含浸剤
を適用して加速耐久性試験を行ない、その耐久性を比較
した。
なお、耐久性はコンデンサの短絡,断線、容量の大幅
な減少、tanδの大幅な変化、コンデンサの破壊などを
指標として判定したが、この内でも特にコンデンサの短
絡、断線が大半を占めた。
耐久性試験の結果を次の表−1に示す。
なお、加速耐久性試験に用いた試験品の定格仕様及び
加速条件は以下の通りである。
コンデンサ:45μF−530WV許容壁面温度=85℃ 試験周囲温度:97℃ 試験印加電圧:850V(1.6VN) これをJISの寿命算定式Iら算入すると表−2のよう
な寿命が算出される。
尚、寿命算定式Iは次の通りである。
Ln=定格寿命(JISは4×104時間) Lt=温度Tt(℃)、印加電圧Vt(V)における耐久時間 Vn=コンデンサの定格電圧 Tn=コンデンサの許容壁面温度 α=17.5(JIS、通常17.5で実際とよく合致する) 前記表−1及び表−2の電圧,温度と耐久性の関係を
図に示すと、第4図に示すようになる。
前記表−1及び表−2及び第4図から明らかなよう
に、含浸剤として液状エポキシ樹脂を用いることによ
り、ワックス、リン酸系オイル、アルキルベンゼン系オ
イル、植物油を用いた場合に比べて5〜20倍の耐久性が
得られ、含浸剤としての液状エポキシ樹脂がコンデンサ
の耐久性を向上させる上で極めて優れていることが理解
される。
更に、例えば530V−97℃というような高温下での使用
では、従来のワックス、リン酸エステル系オイル、アル
キルベンゼン系オイル、植物油などはいずれもJISの定
める定格寿命4×104時間を満たさず、液状エポキシ樹
脂を用いた場合にのみ19.5×104時間とJISの定める定格
寿命を十分に満たしている。無論、このような高温下で
は液状エポキシ樹脂の粘度は低下し、対流による放熱性
の向上も図られる。
従って、特に高温域での使用に対して優れた耐久性を
示すことが示唆される。
一方、−15℃前後などの低温下では液状エポキシ樹脂
も固化するが、この場合には固化前より若干膨張するた
め、むしろメタリコン部などを押えつけるようになり、
当初より硬化エポキシ樹脂を用いた場合などと比較し耐
久性が向上する。
また、この低温状態で使用を開始しても、コンデンサ
素子の温度が上昇するためその周囲のエポキシ樹脂が液
化し、やはりメタリコン部などに過大な負荷をかけるこ
とがない。
このように、本実施例にかかる液浸コンデンサによれ
ば耐低温性、及び急激な温度変化に対しても十分な耐久
性を得ることができる。
第5図には誘電正接tanδ−電圧特性が示されてお
り、同図より含浸剤としての液状エポキシ樹脂(○)
が、硬化エポキシ樹脂(□)、ワックス(△)に比較
し、いずれの電圧域においても誘電正接(電力損失)が
低く、優れた電圧特性を示すことが理解される。
第6図には本実施例にかかる液浸コンデンサの容量−
温度特性が示されており、高温域で若干容量が低下する
ものの、全体としては温度による容量変化は極めて少な
く、安定した容量−温度特性を示すことが示唆される。
第7図には本実施例にかかる液浸コンデンサのtanδ
−温度特性(500V印加時)が示されており、特に40〜80
℃の高温域でtanδが低下することが理解される。例え
ば液浸コンデンサを点灯用に用いた場合、コンデンサの
周囲は80℃前後となることが多く、このような高温域で
tanδが低下し電力損失が減少することは実用上極めて
優れた特性ということができる。
第8図には本実施例にかかる液浸コンデンサのtanδ
−温度特性(600V印加時)が示されており、前記500V印
加時と同様実用上優れた温度特性を示す。
第9図及び第10図には本実施例にかかる液浸コンデン
サの電圧−tanδ−温度特性が示されており、25℃以下
の低温域で特に高電圧を印加した場合にtanδが上昇す
るが、実用上問題となる35℃以上ではいずれの温度、電
圧でも低いtanδを示し、優れた温度特性を示す。
第11図には本実施例にかかる液浸コンデンサの温度−
CR値特性が示されており、温度が上昇すればCR値が低下
するものの、広い温度範囲において実用上十分な絶縁抵
抗を有することが示唆される。
以上のように、本実施例にかかる液浸コンデンサによ
れば、メタライズドポリプロピレンフィルムを用いてい
るので、容量−温度特性、及び誘電体損失−温度特性等
が特に高温域で良好となる。
また、本実施例にかかる液浸コンデンサでは紙を用い
ていないため、紙中に含浸液を十分浸透させる必要がな
くなり、ポリプロピレンフィルムを固く巻いてコンデン
サ素子を形成することができる。従って生フィルム及び
紙を誘電体としたコンデンサの約1/2の容積とすること
ができ、小型・軽量化が図られる。
一方、従来の含浸剤では高温下で、メタライズドポリ
プロピレンフィルムを膨潤させ「しわ」を生じるが、液
状エポキシ樹脂では、高温下でもメタライズドポリプロ
ピレンフィルムをあまり膨潤させず、しかも電気特性、
熱安定性、過電圧における耐コロナ性も良好である。
なお、このように液状エポキシ樹脂がポリプロピレン
フィルムを膨潤させない理由については必ずしも明らか
ではないが、エポキシ樹脂は網状の架橋を有するためフ
ィルムに存在するポアに浸入し難いためと考えられる。
また、本発明のエポキシ樹脂は液状であるので、コロ
ナ特性及び放熱性が向上し、メタリコン部の脆弱化も防
ぐことができる。
更に、真空乾燥、含浸処理の時間が短縮できるため、
コンデンサ完成に至る期間を大幅に短縮することができ
る。
すなわち、高温域での使用を前提とするコンデンサで
も誘電体或いは電極に紙を用いる必要がなく、ポリプロ
ピレンフィルム単体で構成することが可能となる。
従って、従来であると紙の水分を完全に除去するため
長時間にわたる真空乾燥および含浸剤への含浸が必要で
あり1〜2週間の製造期間を要した。しかしながら、本
実施例にかかる液浸コンデンサではポリプロピレンフィ
ルム単体で構成することができるため、もともと水分は
殆ど含まず、含浸処理が脱泡程度で十分となり、1〜2
日程度で製造が可能となる。
尚、含浸剤としての液状エポキシ樹脂に可塑剤(D.O.
P或いはD.P.P)を配合することも好適である。この結
果、含浸剤の粘度を低下させることができる。
逆に、含浸剤の粘度を高めるためにはフィラーを配合
することが好適である。
また、本発明は誘電体としてメタライズドペーパー及
びポリプロピレン生フィルムを用いたものにも適用可能
である。
一方、本発明にかかる液浸コンデンサは、第12図に示
すように6〜10Ωの高抵抗部30及び3〜5Ωの低抵抗部
32を有する高膜抵抗蒸着電極を設けたものであっても適
用可能である。尚、同図(A)は側面図、(B)は正面
図である。
このように高膜抵抗蒸着電極を設けたものでは、前記
表−1と同様の条件下に加速耐久性試験を行なうことに
より、次の表−3に示すような結果が得られた。
前記表−3から明らかなように、含浸剤として液状エ
ポキシ樹脂を用いることにより、ワックス、リン酸系オ
イル、アルキルベンゼン系オイル、植物油を用いた場合
に比べて10〜50倍の耐久性が得られる。
この結果、含浸剤としての液状エポキシ樹脂が高膜抵
抗蒸着電極を用いたコンデンサの耐久性を大幅に向上さ
せる上で極めて優れていることが理解される。
なお、高膜抵抗蒸着電極を用いたコンデンサが前記通
常蒸着電極を用いたコンデンサに比較し約2倍の耐久性
を有するのは、高膜抵抗蒸着電極の方が電極が薄いた
め、部分的に短絡を生じた場合にもその部分の電極金属
が消滅し自己回復を行なうこと、及び蒸着金属がポリプ
ロピレンフィルムの凹部にくい込まないため短絡自体も
生じにくいことによる。
[発明の効果] 以上説明したように本発明にかかる液浸コンデンサに
よれば、薄葉誘電体にポリプロピレンフィルムを有し、
含浸液に液状エポキシ樹脂をを用い、液状エポキシ樹脂
を流動可能に満たしたケースを備え、該ケース内の液状
エポキシ樹脂にコンデンサ素子を浸漬することにより、
耐久性を良好とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にかかる液浸コンデンサの縦断面図、 第2図は第1図に示したコンデンサのコンデンサ素子の
説明図、 第3図は通常蒸着電極を設けたメタライズドポリプロピ
レンフィルムの説明図、 第4図は温度及び電圧と耐久性の関係を示す説明図、 第5図は本発明にかかる液浸コンデンサと従来品との電
圧−tanδ特性の説明図、 第6図は本発明にかかる液浸コンデンサの容量−温度特
性図、 第7図及び第8図は本発明にかかる液浸コンデンサのta
nδ−温度特性図、 第9図及び第10図は本発明にかかる液浸コンデンサの電
圧−tanδ−温度特性図、 第11図は本発明にかかる液浸コンデンサの温度−CR値の
特性図、 第12図は高膜抵抗蒸着電極を設けたメタライズドポリプ
ロピレンフィルムの説明図である。 10…液浸コンデンサ 14…コンデンサ素子 16…含浸液 20…ポリプロピレンフィルム 22…電極
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−163815(JP,A) 実願 昭50−19497号(実開 昭51− 101541号)の願書に添付した明細書及び 図面の内容を撮影したマイクロフィルム (JP,U) 実願 昭54−975号(実開 昭55− 101036号)の願書に添付した明細書及び 図面の内容を撮影したマイクロフィルム (JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】薄葉誘電体及び該薄葉誘電体に対面配置さ
    れる箔状電極を有するコンデンサ素子と、 前記コンデンサ素子を含浸する含浸液と、 を含む液浸コンデンサにおいて、 前記薄葉誘電体はポリプロピレンフィルムを有し、 前記含浸液は液状エポキシ樹脂よりなり、 前記液状エポキシ樹脂を流動可能に満たしたケースを備
    え、 前記ケース内の液状エポキシ樹脂にコンデンサ素子を浸
    漬してなることを特徴とする液浸コンデンサ。
JP1078941A 1989-03-29 1989-03-29 液浸コンデンサ Expired - Lifetime JP2696246B2 (ja)

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JPS55101036U (ja) * 1979-01-08 1980-07-14
JPH0232770B2 (ja) * 1983-03-08 1990-07-23 Marukon Denshi Kk Kinzokukahoripuropirenfuirumukondensanoseizohoho

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