JP4965785B2 - 電力コンデンサおよびそれに関連する使用および方法 - Google Patents
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Description
(技術分野)
本発明は、請求項1の前文記載のタイプの電力コンデンサに関する。本発明の電力コンデンサは、主として、1kV以上、例えば、5kV、好適には、少なくとも10kVの定格電圧用の電力コンデンサである。
【0002】
電力コンデンサは、電力を送電したり、分配したりするためのシステムの重要な構成部品である。電力コンデンサ装置は、主として、静的バール・システムにより電圧を安定させる目的で、並列および直列補償により送電能力を増大するために使用され、また高調波を除去するためのフィルタとしても使用される。
第2および第3の態様によれば、本発明は、請求項21記載のタイプの使用、および請求項23記載のタイプの方法に関する。
【0003】
コンデンサは、90度に近い位相角を持ち、そのため無効電力を発生する。無効電力を消費する構成部品の近くにコンデンサを接続することにより、その場所に必要な無効電力を発生することができる。それにより、有効電力を送電するために、ケーブルを最大限に活用することができる。負荷による無効電力の消費は変動するので、消費に見合うある量の無効電力を絶えず発生することが望ましい。この目的のために、コンデンサ・バンク内に直列接続および/または並列接続により複数のコンデンサが接続される。消費される無効電力に対応して、必要な数のコンデンサを接続することができる。上記方法によりコンデンサを使用して、消費電力を補償する方法は位相補償と呼ばれる。分路バッテリーの形のコンデンサ・バンクは、この目的のために、無効電力を消費する構成部品の近くに配置される。このような分路バッテリーは、一緒に接続された複数のコンデンサからなる。各コンデンサは、複数のコンデンサ素子を備える。このような従来のコンデンサの構造については以下に説明する。
【0004】
分路バッテリーは、通常、複数の直列接続のコンデンサの多数のチェーンを含む。チェーンの数は、位相の数により決まるが、位相の数は通常は3つである。それ故、チェーン内の第1のコンデンサは、電力消費構成部品に電力を送電するためのケーブルに接続している。電力を送電するための上記ケーブルは、地面またはアース電位を持つ周囲のいくつかの場所からある距離だけ離して配置される。この距離は、ケーブルの電圧により異なる。それ故、コンデンサは、ケーブルに接続している下向きの第1のコンデンサから直列に接続している。直列接続のコンデンサのチェーンの対向端部のところに配置されている第2のコンデンサは、アース電位または(例えば、アースしていない三相システムのような)ゼロ電位の電気システムの一点に接続している。コンデンサの数およびその設計は、直列接続コンデンサの許容電圧(定格電圧)が、ケーブルの電圧に対応するように行われる。それ故、複数のコンデンサは直列に接続され、アース電位から絶縁されているスタンド内、またはプラットフォーム上に配置される。それ故、このようなコンデンサ・バンクは、複数の異なる構成部品を含み、比較的多くの材料を必要とする。コンデンサ・バンクは、また、スタンド/プラットフォームが、風とか地震等のような外部の影響に耐えることができるように、比較的頑丈な構造を持っていなければならない。それ故、このようなコンデンサ・バンクを建設するには、かなりの作業が必要になる。コンデンサ・バンクが多数のコンデンサを含んでいる場合には、この問題は特に重要な問題になる。コンデンサ・バンクは、また比較的広い敷地面積を必要とする。
【0005】
交流電圧用の長いケーブルは、誘導性であり無効電力を消費する。それ故、直列補償用のコンデンサ・バンクは、必要な無効電力を発生するために、上記ケーブルに沿って一定の間隔を置いて配置される。誘導電圧降下を補償するために、複数のコンデンサが直列に接続される。分路バッテリーに対向する直列補償用のコンデンサ・バンクの場合には、コンデンサの直列接続は、通常、ケーブル内の電圧の一部を消費するだけである。直列補償用のコンデンサ・バンク内に含まれる、直列接続コンデンサのチェーンも補償対象のケーブルに対して直列に配置される。
【0006】
従来のコンデンサ・バンクは、複数のコンデンサを含む。上記コンデンサは、コンデンサ・ロールの形の複数のコンデンサ素子を含む。コンデンサ・ロールは、平らな形をしていて相互に積み重ねられて、例えば、1mの高さのスタックを形成する。間に中間金属層を持つ非常に多数の誘電性フィルムが、スタックの垂直方向に平行に配置される。スタックに掛かる電圧が増大すると、金属層の間に働くクーロン力により、スタックは垂直方向に幾分圧縮される。同じ理由で、電圧が低くなると、スタックは垂直方向に幾分大きくなる。形成されたスタックは、比較的低い特定の機械的共振周波数、すなわち、固有周波数を持つ。スタックの機械的共振周波数は、電流の特定の周波数により増幅され、大きなノイズを発生する場合がある。主要な周波数は、このような周波数である。しかし、機械的共振周波数の増幅は、電流の高調波によっても発生する場合がある。
【0007】
米国特許第5,475,272号が、この周知のタイプの電力コンデンサを開示している。本明細書においては、相互に積み重ねられ、共通のコンテナ内に設置された複数のコンデンサ素子からなる、高電圧コンデンサについて説明する。上記コンテナは従来の方法による金属製のものである。電気的なリードスルーは、陶器またはポリマからできている。上記米国特許は、また、コンデンサ素子を直列または並列に接続するための種々の別の結合装置も開示している。
【0008】
(発明の説明)
このタイプの周知のコンデンサの場合には、コンデンサ素子はオイルを含んでいる。オイルは、また、コンデンサ素子を囲むように配置されていて、そのためコンデンサ素子とコンテナの壁との間の空間を満たしている。絶縁という面では、オイルは満足できるものであるが、多くの欠点も含んでいる。コンテナが破損したり、密封が不完全である場合には、オイルの漏洩が起こり、それによりコンデンサの機能が失われたり、環境を汚染したりする。
このような背景があるので、本発明の1つの目的は、この種のタイプの電力コンデンサからのオイルの漏洩の問題を解決することである。
【0009】
第1の態様によれば、本発明のこの目的は、特許請求の範囲の特徴を記載してある部分に定義した特徴のある機能を持つ、請求項1記載の前文記載のタイプの電力コンデンサにより達成される。例えば、オイルのような電気流体の形をしている絶縁媒体はゲル化成分を含む。誘電流体は、ゲル化成分がすでに添加されている電気絶縁オイルであってもよい。これに関連して、上記成分としては、部分成分の混合物を使用できることを理解されたい。それ故、コンデンサ素子を囲んでいるゲルの代わりに、この目的のために通常使用されるオイルを使用することができる。それ故、コンテナが損傷を受けても、オイルの漏洩は起こらない。何故なら、液状のオイルを使用していないからである。誘電性流体は一定の形状を保持しているので、滴状にならないために漏洩は起こらない。コンテナは、ポリマ材料でできていて、ある程度撓み、ほとんど割れ目を生じることがないので、封入されているゲルと共に重要な特性を持つ。この材料は優れた絶縁性と、強度、管理性およびコストのような他の必要な機能も併せ持つ。本発明の設計により、高電圧用の電力コンデンサの場合に特に問題になる、コンデンサ巻線の縁部の周囲の熱伝導および絶縁の問題をうまく解決することができる。
【0010】
電気装置で使用するためのゲルおよびオイルは周知のものである。例えば、PCT/SE98/02314は、多孔性のファイバをベースとする構造体、または積層構造体を含む、導体および絶縁システムを備える電気装置の配置を開示している。上記構造体は、固体化してゲルになる誘電性流体を含む。上記特許は、とりわけ、金属およびプラスチック・フォイルで巻かれたコンデンサ・バンクを浸漬するための用途を開示している。しかし、この方法で浸漬したコンデンサ素子は、コンテナ内でコンデンサ素子を囲んでいるオイルの漏洩の問題を解決していない。何故なら、上記装置は、オイルが熱により可逆反応を起こす、すなわち、高温で流体になるゲル・システムだからである。また、上記特許は、このタイプの問題を解決していない。
【0011】
JP716 12 68およびJP103 26 721は、他の例を開示している。しかし、これらの特許は、両方とも、高電圧用の電力コンデンサに関するものではない。JP103 26 721は、ゲルが機械的振動を抑制するために使用されているコンデンサに関する。それ故、この特許の目的は、絶縁流体がコンテナを通して漏洩するのを防止するのに重点を置いている本発明の目的とは完全に異なるものである。JP103 26 721は、一方の側壁がウレタン樹脂からなるコンデンサに関する。この特許の目的は、コンデンサが破損した場合、ゲルの形をしているもっと柔軟な材料を追加して、材料に割れ目ができるのを防止することにより、導電性の材料を通しての漏洩を防止することである。この特許の場合も、ゲルは機械的な抑制を行うために使用されている。
【0012】
本発明の電力コンデンサの好適な実施形態の場合には、誘電性流体のゲルの状態は、コンデンサが動作中に発生する全温度範囲内で熱的に安定している。比較的高い温度でも、ゲル状態が維持されるように、ゲル化成分を選択することによりオイルの漏洩の発生をさらに抑制することができる。好適な実施形態の場合には、誘電性流体は、シリコンをベースとする流体であり、このことは、特に、ゲル化シリコン成分に適する。それ故、例えば、環境面から見て非常に有利なコンデンサを得ることができる。代わりに、ポリウレタンおよび/またはイソシアネートのような成分を含むゲル・システムは、このような環境上の利点を持っていない。これらのものは、火災の際に有毒ガスを発生するので、製造中に環境に悪影響を与え、廃棄物を安全に管理し、安全に処理しなければならない。有毒ガスは、上記PCT/SE98/02314によるオイルを含むコンデンサが、燃えた場合に発生する。さらに、このような成分を含むゲル・システムは、大きく膨張し、金属化フィルムに悪影響を与えるという欠点がある。金属化フィルム、すなわち、金属でコーティングしたフィルムを含む実施形態は有利であるので、これはかなり重大な欠点である。試験により、上記フィルムが破壊する場合もあることが分かった。シリコンをベースとするゲル・システムを使用すれば、この欠点は解決する。それ故、この実施形態は、非常に重要な実施形態である。
【0013】
本発明は、プラスチックおよび金属のロール状のフィルム、または金属でコーティングしたフィルムの形をしているコンデンサ素子から周知の方法で作られる電力コンデンサで使用した場合特に有利である。この場合、ゲルは部分的な放電を避けるために、できればその端部のところで、巻いたコンデンサ素子を浸漬するように配置される。それ故、これは、本発明の電力コンデンサの好適な実施形態である。別な方法としては、上記巻線を乾式にすることもできる。
【0014】
上記電力コンデンサの他の実施形態の場合には、第2の電気流体が、巻線の間の空間内にしみ込む。上記第2の電気流体は液状である。すなわち、ゲル化していない。
【0015】
コンテナ内でコンデンサ素子を囲んでいるゲルは、いくつかの要件を満たさなければならない。それ故、ゲルは、ゲル状態で高いせん断強さを持っていなければならないし、優れた熱伝導性を持っていなければならないし、高い電気的強度を持っていなければならないし、動作中に発生する温度範囲内で十分な電気的絶縁特性をもっていなければならないし、熱的に安定していなければならない。
【0016】
好適な実施形態の場合には、電気流体は電気絶縁性のオイルを含む。それ故、上記流体は、高温において、上記要件を満たすことができるものでなければならない。この点から、シリコン・オイルを添加することは、上記オイルに特に適している。
【0017】
本発明の好適な実施形態の場合には、ゲル化成分は、シリコンを含むが、このシリコンは、好適には、少なくともいくつかのビニール置換基、すなわち、ビニール・サイド・グループを含むポリジメチルシロキサンであることが好ましい。
【0018】
もう1つの好適な実施形態の場合には、ゲル化成分は、シラン官能架橋剤を含む。他の好適な実施形態の場合には、この架橋剤はシリコンを含むが、このシリコンは、できれば少なくともいくつかのシラン置換基を含むポリジメチルシロキサンであることが好ましい。
【0019】
シラン官能架橋剤の量は、好適には、1〜80重量%であることが好ましい。
好適なゲル化成分、好適なその代替物、および好適な量を使用すれば、上記の要件に関して、電気流体は都合のよい特性を持つことができる。
特に好適な実施形態の場合には、電気流体は、また、金属錯体を含み、この金属錯体は、さらに、上記要件を満足するために貢献する。この場合も、混入する金属錯体の量は、2〜4000ppmであり、好適には、10〜2000ppmであり、この量が適当な量であることが分かっている。
【0020】
さらに他の好適な実施形態の場合には、誘電性流体は、低分子量のシリコン液を含むが、このシリコン液は、好適には、ポリジメチルシロキサン液であることが好ましい。この場合も、ゲル状で得られる流体は、上記のいくつかの要件を十分に満足させる。
【0021】
本発明の他の実施形態の場合には、誘電性流体は、ゲル化を遅延させる薬剤を含む。そのため、制御をうまく行うことができ、ゲル化プロセスが長くなり、それにより、製造が容易になり、優れた品質のゲル機能の達成に貢献する。
【0022】
ゲル化遅延成分の適当な量は、0.001〜4重量%である。他の好適な実施形態の場合には、誘電性流体の組成は、1〜80重量%、好適には、20〜50重量%のシラン官能架橋剤、2〜4000ppm、好適には、10〜2000ppmの金属錯体、0〜60重量%、好適には、10〜50重量%の低分子量のポリジメチルシロキサン、0〜4重量%のゲル化遅延剤からなり、残りはビニール置換基を含むポリジメチルシロキサンである。
このような組成の場合、流体は、絶縁媒体として非常によく適した特性を持つことになり、必要な要件を満足させる。
【0023】
他の好適な実施形態の場合には、誘電性流体は、植物油を含むが、この植物油は、できればシリコン・オイルと混合しているものであることが好ましい
もう1つの好適な実施形態の場合には、ゲル化成分は、植物油を含む。
さらに本発明のもう1つの実施形態の場合には、通常の動作温度において、ゲル内の圧力は、少なくとも大気圧に等しくなる。
【0024】
ある好適な実施形態の場合には、各コンデンサ素子は、ほぼ円形で、シリンダー状の形をしていて、コンテナの内部も対応する円形で、シリンダー状の形のをしているので、コンテナは、各コンデンサ素子を密着状態で囲み、各コンデンサ素子の軸方向は、コンテナの軸方向と一致する。
【0025】
コンテナの内部が、コンデンサ素子のシリンダー状の形に対応する、円形で、シリンダー状の形をしているので、コンテナは、コンデンサ素子を密着状態で囲み、製造上の見地から見て、非常にコンパクトで、有利で電気的に良好な形の素子に適しているコンデンサが得られる。
【0026】
他の実施形態の場合には、コンテナは、導電性の材料から作られる。それ故、コンデンサ素子とコンテナとの間の絶縁体は、もっと簡単になり、コンデンサ素子とコンテナとの間の放電の危険もなくなる。さらに、コンデンサの電気的接続が非常に簡単になり、両者の間に必要な表面漏れ距離をコンテナ自身により形成することができる。絶縁が簡単になり、リードスルーが不必要になるので、コンデンサも比較的コンパクトになり、それにより、コンパクトなコンデンサ・バンクを形成することができる。
【0027】
本発明の第2の特徴は、コンテナ内に配置されているコンデンサ素子を絶縁するための、ゲル化した誘電性流体の使用に関する。好適な実施形態の場合には、ゲルは、本発明の電力コンデンサに対する上記の組成に対応する組成を持つ。本発明の使用により、本発明の電力コンデンサに関する上記の利点に類似の利点が得られる。
【0028】
第3の特徴により、本発明の目的が、請求項23記載の方法により達成される。本発明の電力コンデンサは、この方法により実用的な方法で得られる。
本発明の方法の好適な実施形態の場合には、コンテナ内に導入する前に、誘電性流体のガス抜きが行われる。そうすることにより、コンデンサの機能の信頼性が向上する。何故なら、表面を光らせる恐れがあるゲル内の気泡が防止されるからである。このように表面が光ると、長い間に侵食を起こす恐れがある。
【0029】
上記およびその他の本発明の電力コンデンサの好適な実施形態、本発明の使用および本発明の方法は、各請求項1、請求項21および請求項23のサブ請求項に記載してある。
【0030】
(発明の有利な実施形態)
図1は、本発明のコンデンサの設計の略図である。本発明のコンデンサは、この例の場合には、4つのコンデンサ素子(2a−2d)を囲んでいるポリエチレン製の外部コンテナ1からなる。コンテナ1は、コンデンサ素子2a−2dのように、円形で、シリンダー状の形をしている。コンデンサ素子2a−2dは、直列に接続している。接続端子3、4は、コンデンサの各端部に配置されている。各端子は、コンテナの材料内に装着されていて、コンテナを貫通している導電フォイルからなる。ゲル10は、コンデンサ素子2a−2dとコンテナとの間に配置されている。ゲルは、電気絶縁体および熱導体としての働きをする。
【0031】
図2は、ロールにしっかりと巻き付けられている、金属でコーティングされたポリマ・フィルムを含む個々のコンデンサ素子を示す。コンデンサ素子2は、コンデンサ素子を冷却するために使用することができる、中央を貫通している軸方向に延びる孔部6を持つ。コンデンサ素子の通常の大きさは、直径100〜300mm、孔部の直径20〜90mm、好適には、30mm、高さ50〜800mmである。このようなコンデンサ素子は、約1〜15kV用に使用される。例えば、直径200mm、孔部の直径60mm、高さ150mmのコンデンサ素子は、約4〜10kV用に使用される。それ故、図1に示すように、これらコンデンサ素子を直列に4個接続すれば、最高40kVの電圧に使用することができ、8個のコンデンサ素子を接続すれば、80kVの電圧に使用することができる。
【0032】
コンデンサ素子2では熱損失が発生し、素子の内部が加熱される。最高温度は電気的寸法にとって非常に重要なものである。温度が上昇すると応力が低下し、単位容積当りの出力が低下する。すなわち、温度は材料の消費およびコストにかなりの影響を持つ。熱の発生が均等なシリンダー状の容積の場合で、中央部に開口部がない場合には、半径方向の温度プロファイルは、図3に破線の曲線で示すように、漸近曲線のような外観を示す。コンデンサ素子が、中央部に半径Riの開口部6を持っている場合には、温度プロファイルは図3の実線の曲線のようになる。必要な場合には、強制冷却を行うこともできる。その場合、得られる温度プロファイルは、図3に点線で示すようになる。
【0033】
図4は、図2のコンデンサ素子を通る半径方向の部分拡大断面図である。部分断面図は、金属でコーティングしたフィルムの、2つの隣接しているシリンダー状の巻部分を示す。フィルム8aおよび8bの厚さは、それぞれ、10μmであり、材料はポリプロピレンである。金属層9a、9bの厚さは約10nmであり、アルミニウムまたは亜鉛またはその混合物からなり、ロール状に巻く前にポリプロピレンフィルム上に蒸着済みである。このような金属化されたフィルムを使用すれば、250V/μm程度の電気的応力Eを達成することができる。このようなコンデンサ素子の製造技術は周知のものであるので、これ以上の説明は省略する。別な方法としては、フィルム・フォイル技術を使用してコンデンサ素子を作ることもできる。この場合、プロピレン・フィルムおよびアルミニウム・フォイルは、一緒にロール状に巻かれる。しかし、金属化フィルムを使用すれば、自己修復という利点が得られるし、フィルム・フォイル技術と比較した場合、電気的応力が高くなり、エネルギー密度が高くなるという利点も得られる。
【0034】
金属層は、プラスチック・フィルムを、一方の側面の縁部から、他方の側面の縁部から少し離れたところまでをカバーする。それ故、フィルム8aのランダムな領域16aは金属によりコーティングされていない。同様に、フィルム8bのランダムな領域16bも、金属コーティングされていない。しかし、フィルム8bの露出しているランダムな領域16bは、フィルム8a上の露出しているランダムな領域からの対向端縁部のところに位置する。層9aの電気的接続は、図に示すように、コンデンサ素子の上端部および層9bの下端部のところで行われ、その結果、一方の方向にプラスの電極ができ、もう一方の方向にマイナスの電極ができる。確実に効率的な電気的接触を行うために、端部に亜鉛をスプレーすることができる。
【0035】
図4aの変形例の場合には、コンデンサ素子は、内部直列接続を持つ。この場合、各プラスチック・フィルム8a、8b上の金属層9a、9bは、それぞれ、コーティングされていない部分17a、17bにより分離されている2つの部分9a’、9a”および9b’、9b”にそれぞれ分割される。金属層を2つ以上の部分に分割することもできる。金属層部分の各組、例えば、9a’および9b’は、直列に接続している部分コンデンサ素子を形成する。
【0036】
図4bは、修正実施形態のもう1つの例を示す。この場合、一方のプラスチック・フィルム8a上の金属層9aは、コーティングされていない部分17aにより分離されている、2つの部分9a’、9a”に分割され、一方、他のプラスチック・フィルム8b上の金属層9aは、分割されていない。各部分9a’および9a”は、右へフィルム8bの縁部まで延びていて、そのため、この場合、同じフィルム8bとの電気的接続が行われる。もう一方のプラスチック・フィルム上の金属層9bは、フィルムの縁部から少し離れた両方の側面16a、16b上で終わっているので、どの方向にも電気的接続が行われない。
【0037】
コンデンサ素子(2a−2d)とコンテナとの間のゲルは、Silgel(登録商標)612という商品名で、Wacher−Chemie GmbH社が市販している成分からなり、ゲル形成成分を含む。この成分に粘性の低いシリコン・オイルが混入される。ゲル化遅延剤である、「Inhibitor PT 88」という商品名で、Wacher−Chemie GmbH社が市販している成分を他の実施形態に混入する。適当なシリコン・オイルとしては、「Dow Corning(登録商標)Silicone Transformer Liquid」という商品名で、ダウ・コーニング社が市販しているオイルがある。
【0038】
ゲルを形成する液体混合物の組成は、約60〜70%のゲル化成分、Si1gel(登録商標)612Aからなる半分、およびSi1gel(登録商標)612Bからなる半分であるが、これは単に例示としてのものに過ぎない。基本的な成分、すなわち、シリコン・オイルは、約30〜40%であるが、インヒビターを使用する場合には、その割合をもっと少なくすることができる。残り、すなわち、数パーセントは、ゲル化遅延剤である。
【0039】
実験により、23℃の温度で処理した場合、ゲル化遅延成分を含んでいない場合には、約1時間で固体化することが分かった。0.5重量%の「Inhibitor PT 88」の混合物の場合には、固体化に要した時間は10時間以上に延びた。1重量%の混合物の場合には、固体化に要した時間は約100時間であり、2重量%を超える混合物の場合には、150時間以上掛かった。約1%のゲル化遅延成分の混入が、恐らく適していて、60℃の処理温度で固体化に要する時間が十分長くなった。
【0040】
液体混合物は、フィルム層の間に浸透することができ、その結果、コンデンサ素子の少なくとも側面の縁部が浸漬された。種々の成分を含む液体がガス抜きされ、混合物に添加された。混合物は、例えば、ポンプまたは真空により、入り口を通してコンテナ内に導入された。
【0041】
図2は、種々のタイプのコンデンサ素子のための、本発明の電力コンデンサの組立方法を示す。すべての場合、コンデンサ素子12は、コンテナ1内で、ゲル化成分を含む誘電性流体10により囲まれていて、コンテナ内ではゲル状になっている。
【0042】
原則的に、コンデンサ素子2は、素子内に誘電性流体を含んだ状態で、3つの異なる方法で組み立てることができる。第1の方法の場合には、コンデンサ素子2は、乾式のものであってもよい。すなわち、その巻線内に誘電性流体が全然存在しなくてもよい。第2の方法の場合には、コンデンサ素子は、コンデンサ素子を囲んでいるゲル10と同じ方法でゲル化している誘電性流体を含む。このゲルは、端部領域Aと特に関連している。第3の方法の場合には、コンデンサ素子2は、ゲル化しないオイルのような誘電性流体により浸漬される。この場合も、端部領域Aだけが浸漬されるのが問題になる場合がある。
【0043】
第1の方法は、主として、特に金属でコーティングしたプラスチック・フィルムを含むタイプの、固く巻いたコンデンサ素子に関連する。他の2つの方法は、主として、特に、巻線内で、別々のプラスチック・フィルムおよび金属フォイルを使用しているタイプの、緩く巻いたコンデンサ素子に関連する。
【0044】
図5は、本発明のコンデンサ素子2’の他の実施形態の縦断面図である。コンデンサ素子は、Aで示す共通の軸に対して同心の3つのサブ素子201、202、203に分割されている。一番外側のサブ素子201は、ほぼチューブ状をしていて、内側204は、狭い間隔を置いて中間サブ素子202を囲んでいる。中間サブ素子は、同様に、一番内側のサブ素子203を狭い間隔を置いて囲んでいる内面205を持つ。一番内側のサブ素子203は、貫通中央チャネル206を含む。3つのサブ素子は、異なる半径方向の厚さを持ち、一番外側のサブ素子の厚さが一番薄い。それ故、サブ素子はほぼ同じ容量を持つ。絶縁体207は、サブ素子の間に配置されている。
【0045】
サブ素子は直列に接続している。2つの半径方向に隣接しているサブ素子は、同じ端部にその結合点の中の一方を持つ。それ故、一番外側のサブ素子201は、結合部材210により、コンデンサ素子2’の一方の端部のところで、中間サブ素子202に接続していて、中間サブ素子202は、結合部材211により、コンデンサ素子2’の他方の端部のところで、一番内側のサブ素子203に接続している。このことは、コンデンサ素子2’の接続部分212、213が、その対向端部に位置することを意味する。
サブ素子の数が、例えば、5または7のように3より多い場合には、サブ素子の端部における結合点の接続は、同じ方法で交互に行われる。
【0046】
図6は、図5のタイプの複数のコンデンサ素子を直列に接続する方法を示す。この図は、2つの上記コンデンサ素子2’a、2bを示す。内部サブ素子203の上端部のところの下のコンデンサ素子2’bの接続部212は、一番外側のサブ素子201の下端部のところの上のコンデンサ素子2’aの接続部213に接続している。絶縁体214は、このタイプのコンデンサ素子内で発生する電位差を処理するために、コンデンサ素子の間に配置されている。
【0047】
図7は、本発明の電力コンデンサのもう1つの例である。この例の場合、コンテナ301およびコンデンサ素子302の設計は、従来のタイプのものである。それ故、コンデンサ用コンテナ301は、ボックス型で、コンデンサ素子302は、重ねられた平らなユニットに巻かれる。電気接続端子303、304は、同じ方法で設置される。ゲル310は、上記実施形態と同じ方法で、コンデンサ素子302とコンテナ301との間の空間に配置される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態によるコンデンサの簡単な斜視図である。
【図2】 図1の詳細図である。
【図3】 図2のコンデンサ素子の熱の発生を示すグラフである。
【図4】 図2の詳細図の半径方向の一部の拡大図である。
【図4a】 図4に対応する部分であるが、他の実施形態のものである。
【図4b】 図4に対応する部分であるが、もう1つの他の実施形態のものである。
【図5】 他の実施形態のコンデンサ素子の縦断面図である。
【図6】 一緒に接続している、図5の2つのコンデンサ素子である。
【図7】 本発明のもう1つの実施形態のコンデンサの斜視図である。
Claims (12)
- 各コンデンサ素子(2a−2d)とコンテナ(1)との間に、空間が形成されるようにコンテナ(1)内で囲まれている少なくとも1つのコンデンサ素子(2a−2d)を備える1kV以上の電力コンデンサであって、前記コンデンサが、また、ゲル化成分を含む誘電性流体(10)として前記コンテナ(1)内に配置されている絶縁媒体を含み、前記絶縁媒体が、前記空間を満たしていることと、前記コンテナ(1)が、ポリマ材料でできており、
前記ゲル化成分はビニール置換基を有するシリコンを含み、更に前記ゲル化成分はシラン官能架橋剤を含み、前記シラン官能架橋剤は少なくとも1つのシラン置換基を有するポリジメチルシロキサンを含み、
前記誘電性流体(10)のゲル状態が、前記コンデンサが作動中に生じる全温度範囲にわたって熱的に安定であり、
前記各コンデンサ素子(2a−2d)が、ロールを形成するために数回巻かれたフィルムを含み、前記フィルムが、プラスチックの複数の層(8)、および金属または金属でコーティングしたプラスチック・フィルムの層(9)を含み、前記誘電性流体又は第2の誘電性流体が、前記ロールの端部の少なくとも領域内の前記巻線の間の空間内に配置されていて、前記第2の誘電性流体が液状である、
ことを特徴とする電力コンデンサ。 - 請求項1記載の電力コンデンサにおいて、前記誘電性流体が電気的に絶縁性のオイルであることを特徴とする電力コンデンサ。
- 請求項1記載の電力コンデンサにおいて、シラン官能架橋剤の量が、1〜80重量%であることを特徴とする電力コンデンサ。
- 請求項1−請求項3の何れか1項記載の電力コンデンサにおいて、前記誘電性流体(10)も、金属錯体を含むことを特徴とする電力コンデンサ。
- 請求項4記載の電力コンデンサにおいて、金属錯体の量が、2〜4000ppm、又は10〜2000ppmであることを特徴とする電力コンデンサ。
- 請求項1−請求項5の何れか1項記載の電力コンデンサにおいて、前記誘電性流体(10)が、低分子量のシリコン液であるポリジメチルシロキサン液を含むことを特徴とする電力コンデンサ。
- 請求項1−請求項6の何れか1項記載の電力コンデンサにおいて、前記誘電性流体(10)が、ゲル化を遅延させる薬剤を含むことを特徴とする電力コンデンサ。
- 請求項1−請求項7の何れか1項記載の電力コンデンサにおいて、前記誘電性流体(10)の組成が、1〜80重量%のシラン官能架橋剤、2〜4000ppm、又は、10〜2000ppmの金属錯体、0〜60重量%、又は、10〜50重量%の低分子量のポリジメチルシロキサン、0〜4重量%のゲル化遅延剤からなり、残りはビニール置換基を含むポリジメチルシロキサンであることを特徴とする電力コンデンサ。
- 請求項2記載の電力コンデンサにおいて、前記誘電性流体(10)が、植物油を含むことを特徴とする電力コンデンサ。
- 請求項1−請求項9の何れか1項記載の電力コンデンサにおいて、前記誘電性流体(10)が,少なくとも大気圧に等しい圧力を受けていることを特徴とする電力コンデンサ。
- 請求項1−請求項10の何れか1項記載の電力コンデンサにおいて、各コンデンサ素子が、ほぼ円形で、シリンダー状の形をしていて、前記コンテナ(1)の内部も対応する円形で、シリンダー状の形をしているので、前記コンテナが、各コンデンサ素子を密着状態で囲み、各コンデンサ素子の軸方向が、前記コンテナの軸方向と一致することを特徴とする電力コンデンサ。
- 請求項1−請求項11の何れか1項記載の電力コンデンサにおいて、
前記コンテナ(1)が、直列に接続している複数のコンデンサ素子(2a−2d)を囲んでいることと、電気接続端子(3、4)が、前記コンテナ(1)の各端部のところに配置されていて、前記コンテナ(1)自身が、前記接続端部間で絶縁体としての働きをしていることとを特徴とする電力コンデンサ。
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