JPH0142630B2

JPH0142630B2 -

Info

Publication number: JPH0142630B2
Application number: JP58041792A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Wada; Hironori Yoshino; Kohei Shioda
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1983-03-14
Filing date: 1983-03-14
Publication date: 1989-09-13
Also published as: JPS59167913A

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野本発明は、プラスチツクフイルムまたは絶縁紙
またはこの両者を誘電体として含むコンデンサ素
子に、非ハロゲン化絶縁油を含浸した高電位傾度
設計可能な油浸コンデンサに関するものである。従来例の構成とその問題点プラスチツクフイルムや絶縁紙を誘電体として
含む油浸コンデンサにあつては、長期間にわたつ
て使用される時に問題となる熱的あるいは電気的
エネルギーによる絶縁油の劣化や、その劣化生成
物による連鎖反応を抑止する目的で、絶縁油に酸
化防止剤や劣化防止剤などの安定剤を混入するこ
とについては、特公昭52−24239号公報、特開昭
53−35999号公報、特開昭54−15158号公報等で、
エポキシ系安定剤やフエノール系安定剤、あるい
はホスフアイト系安定剤等の提案が従来より数多
くなされている。これらは塩素や水分あるいは分
解生成物を捕獲することにより、長期寿命時や実
使用時での絶縁油や誘電体の劣化促進を抑制して
長時間使用での信頼性を向上させる大きな効果が
得られるものであるが、油浸コンデンサの誘電損
失値（tanδ値）そのものを著しく改良するもので
はなく、むしろ、これら安定剤は、絶縁油の劣化
生成物を捕獲する目的で各種の反応性の官能基を
有しており、混入量を増加した絶縁油による油浸
コンデンサでは、長時間使用における劣化生成物
の捕獲確率は高まり信頼性が向上する反面、逆に
油浸コンデンサのtanδはむしろ、悪くなる欠点を
有していた。従つて安定剤はそれぞれの絶縁油に
適した量の範囲内で混入されているのが現状であ
るが、油浸コンデンサのtanδ値改良にはいたら
ず、高温高電圧域での油浸コンデンサのtanδ値
は、やはり悪くなる欠点を有していた。従つて高
温高電圧下でのtanδロスによる油浸コンデンサの
発熱を抑え、高電位傾度設計のコンデンサとする
ことは極めて困難であつた。また特開昭47−
26698号公報、特開昭47−27397号公報、特開昭47
−27398号公報において、ハロゲン化化合物への
環状シラン化合物やβ−（３，４−エポキシ、シ
クロヘキシール）−エチルトリメトオキシシラン
の添加混入効果についての提案もなされている
が、これは、特にハロゲン化化合物において、塩
素等の熱分解生成物を、特殊なシラン化合物によ
り捕獲でき、劣化の促進を抑えることにより、寿
命の安定性を得るものであり、やはり高電圧下で
の油浸コンデンサのtanδ値そのものを著しく改良
するにはいたつていない。油浸コンデンサを、より高電位傾度設計可能な
ものとするための大きな問題点としては、油浸コ
ンデンサのtanδロスによる発熱要因が大きな問題
点であり、特に高温高電圧下ではtanδ値が大とな
り、大きなエネルギーロスを発生し、コンデンサ
の発熱を起し、熱的破壊を起すものであつた。発明の目的本発明は、前記欠点に鑑み、各種安定剤混入絶
縁油含浸よりなる油浸コンデンサの高温高電圧下
でのtanδ値そのものの特性向上を図り、高電圧課
電時の熱的破壊を抑止することにより、より高電
位傾度設計を可能とする油浸コンデンサを得るこ
とを目的とするものである。さらに各種安定剤の混入しない絶縁油含浸より
なる油浸コンデンサにおいて、高温高電圧下での
tanδ値そのものの特性向上を図り、高電位傾度設
計可能な油浸コンデンサを得ることも本発明の目
的とするところである。発明の構成そのための構成として、本発明はプラスチツク
フイルムまたは絶縁紙、またはこの両者の誘電体
として含むコンデンサ素子に、シランカツプリン
グ剤を混入した非ハロゲン化絶縁油を含浸したも
のである。このような構成とすることにより、非
ハロゲン化絶縁油中に、エポキシ系安定剤やフエ
ノール系安定剤、あるいはホスフアイト系安定剤
等々の各種の安定剤を含む場合においても、従来
困難であつた油浸コンデンサの高温高電圧下での
tanδ値そのものが著しく良好となり、tanδ値と相
関しているエネルギーロスからの油浸コンデンサ
の発熱が激減して、熱破壊を抑え、高電位傾度設
計が可能な油浸コンデンサを得ることができるも
のである。もちろん、各種安定剤を含まない非ハ
ロゲン化絶縁油の場合も、本発明の構成により高
温高電圧下での油浸コンデンサのtanδ値は著しく
改良され、高電位傾度可能な油浸コンデンサを得
るものである。なお、非ハロゲン化絶縁油に混入されるシランカツプ
リング剤は次のようなものがある。すなわち、一般式（式中、R₁は水素または炭素数１〜４のアルキ
ル、R₂は炭素数１〜８のアルキレン、R₃は炭素
数１〜８のアルキルまたは炭素数１〜８のアルコ
キシ、R₄およびR₅は炭素数１〜８のアルコキシ）
からなるもの、一般式（式中、R₁は炭素数１〜４のアルキレン、R₂は
炭素数１〜８のアルキレン、R₃は炭素数１〜８
のアルキルまたは炭素数１〜８のアルコキシ、
R₄およびR₅は炭素数１〜８のアルコキシ）から
なるもの、一般式（式中、R₁は水素または炭素数１〜４のアミノ
アルキル、R₂は炭素数１〜８のアルキレン、R₃
は炭素数１〜８のアルキルまたは炭素数１〜８の
アルコキシ、R₄およびR₅は炭素数１〜８のアル
コキシ）からなるもの、一般式（式中、R₁は炭素数１〜８のアルキルまたは炭
素数１〜８のアルコキシ、R₂およびR₃は炭素数
１〜８のアルコキシ）からなるもの、一般式（式中、R₁は炭素数１〜８のアルキレン、R₂は
炭素数１〜８のアルキルまたは炭素数１〜８のア
ルコキシ、R₃およびR₄は炭素数１〜８のアルコ
キシ、ＸはHSまたはCl）からなるもの、などで表わされる有機シラン化合物で、例をあげ
ると、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス
（β−メトキシエトキシ）シラン、γ−メタアク
リロキシプロピルトリメトキシシラン、、Ｎ−β
（アミノエチル）γアミノプロピルトリメトキシ
シラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロ
ピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプ
ロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピル
トリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエ
トキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメ
トキシシラン等がある。このシランカツプリング剤の混入量は、コンデ
ンサの使用用途や使用温度、定格などにより異る
が、一般的には0.02重量％以上であることが必要
で、好ましくは0.1重量％以上が良い。これは
0.02〜0.1重量％の混入の効果に比較し0.1重量％
以上の混入の効果は更に大きく、前述の高温高圧
下でのtanδ値特性の向上が顕著である。また一方
では、シランカツプリング剤の混入量を10重量％
以上にしても若干油の固有抵抗値が低下するのみ
で格別の問題はないが、経済性を考えると出来る
限り少量であることが望まれる。本発明の油浸コンデンサを実用化してゆく場合
には、少量の混入で効果の大なるシランカツプリ
ング剤を用いることが経済的である。特に良好な結果を得るシランカツプリング剤と
して、例えばγ−メタアクリロキシプロピルトリ
メトキシシランがある。これらシランカツプリング剤を混入する非ハロ
ゲン化絶縁油には、フタル酸エステル、脂肪酸エ
ステル、マレイン酸エステル、フマル酸エステル
等のエステル絶縁油や、アルキルベンゼン、ジア
リルエタン、トリアリルジエタン、ジベンジルト
ルエン、ジアルキルジフエニル、アルキルナフタ
レン、鉱物油、植物油、流動パラフイン、ポリブ
デン等の非ハロゲン化炭化水素化合物絶縁油があ
る。実施例の説明以下、本発明の実施例について図面に沿つて説
明する。実施例１一般に広く用いられている例えば亜鉛の両面金
属蒸着紙を電極とし、5μｍ厚のポリプロピレン
フイルムを誘電体としたコンデンサ素子を用い、
エポキシ系安定剤を含むジオクチルフタレート絶
縁油に、シランカツプリング剤を混入して含浸油
として含浸し、油浸コンデンサを静電容量10μF
で製作した。シランカツプリング剤がγ−メタア
クリロキシプロピルトリメトキシシランの場合のコンデンサを、γ−グリシドキシプロ
ピルトリメトキシシランの場合のコンデンサを、Ｎ−β（アミノエチル）
γ−アミノプロピルトリメトキシシラン（H₂NC₂H₄NHC₃H₆Si（OCH₃）₃）の場合のコン
デンサを、ビニルトリエトキシシラン（CH₂＝CHSi（OC₂H₅）₃）の場合のコンデンサを
、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン（ClC₃H₆Si（OCH₃）₃）の場合のコンデンサを、
γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン
（HSC₃H₆Si（OCH₃）₃）の場合のコンデンサを
として混入量は各々0.5重量％混入して含浸した。なお、シランカツプリング剤を混入しないで含
浸した場合の油浸コンデンサをとした。これら７種類の油浸コンデンサ〜の100℃
におけるtanδ値の電圧依存特性を測定した結果を
第１図に示す。第１図より、シランカツプリング
剤を混入しないで、エポキシ系安定剤を含むジオ
クチルフタレート絶縁油を含浸した従来の油浸コ
ンデンサでは、100℃におけるtanδ値が高電圧
になると急激に悪くなつていることがわかる。こ
のtanδ値の電圧依存性により高電位傾度設計にす
ると、課電時tanδロスからの大きな発熱が起り、
熱的破壊が生じ、より経済的な高電位傾度設計が
困難であつた。一方、本発明の油浸コンデンサ
、、、、、の高電圧域でのtanδ値
は、従来の油浸コンデンサに比し著しく小さく
なることが認められた。このことより本発明によ
る油浸コンデンサ、、、、、は、よ
り高電圧使用に耐えることができ、従来の油浸コ
ンデンサに比し高電位傾度設計が可能となるこ
とがわかる。中でも、シランカツプリング剤がγ
−メタアクリロキシプロピルトリメトキシシラン
の油浸コンデンサの場合が最も大きな効果を得
ている。なお、次の第１表には、前記油浸コンデ
ンサ、、、、、、を、80℃中でス
テツプ昇圧耐圧試験を行つた結果を示す。

【表】ステツプ昇圧耐圧試験としては、電圧400Vか
ら油浸コンデンサに課電し始め、１時間課電の毎
に50V昇圧し、油浸コンデンサが破壊した電圧を
ステツプ耐圧とした。そして第１表の結果より、
前記高電圧域のtanδ値に全く相関した結果となつ
ており、本発明による油浸コンデンサ、、
、、、は全て従来の油浸コンデンサよ
りも高耐圧油浸コンデンサとなつている。特にγ−メタアクリロキシプロピルトリメトキ
シシランを混入した油浸コンデンサが最も高耐
圧油浸コンデンサを提供することが認められた。実施例２一般に広く用いられている、例えば亜鉛、アル
ミニウムの両面金属化紙電極と、5μｍ厚のポリ
プロピレンフイルムを捲回したコンデンサ素子に
特別の安定剤を含まないジオクチルフタレートを
絶縁油として、これに実施例１と同様のシランカ
ツプリング剤を混入して含浸油とし、含浸した油
浸コンデンサを静電容量10μFで製作した。これら油浸コンデンサ100℃におけるtanδ値の
電圧依存特性を測定した結果を第２図に示す。第２図中、シランカツプリング剤がγ−メタア
クリロキシプロピルトリメトキシシランの場合の
コンデンサを′、γ−グリシドキシプロピルト
リメトキシシランの場合のコンデンサを′、Ｎ
−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメ
トキシシランの場合のコンデンサを′、ビニル
トリエトキシシランの場合のコンデンサを′、
γ−クロロプロピルトリメトキシシランの場合の
コンデンサを′、γ−メルカプトプロピルトリ
メトキシシランの場合のコンデンサを′として
いる。またシランカツプリング剤を混入しない場合の
コンデンサを′とした。この結果からも、本発
明の油浸コンデンサ′、′、′、′、′、
′の高電圧域でのtanδ値は、従来の油浸コンデ
ンサ′に比し著しく小さくなることが認められ
た。実施例３両面金属化紙電極と、6μｍ厚のポロプロピレ
ンフイルムを捲回したコンデンサ素子にエポキシ
系安定剤を含むアルキルベンゼンを含浸した油浸
コンデンサを、エポキシ系安定剤を含むアルキ
ルベンゼンに、γ−メタアクリロキシプロピルト
リメトキシシランを１重量％混入した含浸油を含
浸した油浸コンデンサをとして製作し、100℃
におけるtanδ値の電圧依存特性を測定した。その
結果を第３図に示す。この結果からも本発明の油
浸コンデンサの高電圧域でのtanδ値が従来の油
浸コンデンサに比し著しく小さくなることが認
められた。さらに、これら油浸コンデンサ、について
実施例１で記載したと同様のステツプ昇圧耐圧試
験を行つた。結果は第２表に示す。

【表】この結果より、本発明の油浸コンデンサは従
来の油浸コンデンサに比し高耐圧となることが
認められた。実施例４金属箔電極を用い、18μｍ厚のポリプロピレン
フイルムを３枚重ねて誘電体とした積層捲回コン
デンサ素子にエポキシ系安定剤を含むジアリルエ
タンを含浸した油浸コンデンサとエポキシ系安
定剤を含むジアリルエタンにγ−メタアクリロキ
シプロピルトリメトキシシランを２重量％混入し
た含浸油を含浸した油浸コンデンサを製作し、
70℃におけるＶ−ｔ特性を測定した。その結果を
第４図に示す。第４図の縦軸は課電電圧、横軸は
課電により破壊するまでの破壊時間を表わしてい
る。この結果からも本発明による油浸コンデンサ
は、従来の油浸コンデンサに比し高電圧使用
に耐え、高電位傾度設計可能な油浸コンデンサと
なることが認められる。そのほか絶縁油として、他のエステル系絶縁
油、およびこのエステルと他の絶縁油の混合油、
トリアリルエタン等の他の非ハロゲン化炭化水素
化合物油についても同様に、本発明の油浸コンデ
ンサは、高電位傾度設計が可能であり、誘電体材
料としてポリエチレンフイルム、ポリカーボネイ
トフイルム、ポリスルホンフイルム等の他のプラ
スチツクフイルムや絶縁紙、および、これらの混
合を用いた油浸コンデンサについても、シランカ
ツプリング剤を混入した非ハロゲン化絶縁油を含
浸する本発明により、高耐圧で高電位傾度設計の
油浸コンデンサを達成した。また、他のシランカ
ツプリング剤についても同様の結果を得た。本発明におけるシランカツプリング剤とは、無
機質材と結合するメトキシ基、シラノール基など
の基と有機質材と結合するビニール基、エポキシ
基、メタアクリル基、アミノ基などの反応基を有
するシラン化合物を総称的に示すもので、必ずし
も本文実施例等に述べた化合物に限定されるもの
ではない。発明の効果以上のように本発明は安定剤混入絶縁油含浸よ
りなる油浸コンデンサの、特に高温高電圧下での
tanδ値特性を改良することにより、劣化促進を抑
え、かつ、従来にない高耐圧な、あるいは高電位
傾度設計可能な油浸コンデンサを提供するととも
に、安定剤の混入しない絶縁油含浸の油浸コンデ
ンサにおいても、高温高電圧下でのtanδ値特性を
改良して、著しく高電位傾度化を可能としたもの
で、きわめて優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はそれぞれ本発明の第１〜第３
実施例における油浸コンデンサのtanδ値を示す特
性図、第４図は第４実施例における油浸コンデン
サの電圧−破壊時間を示す特性図である。

Claims

【特許請求の範囲】１プラスチツクフイルムまたは絶縁紙、または
この両者を誘電体として含むコンデンサ素子に、
シランカツプリング剤を混入した非ハロゲン化絶
縁油を含浸した油浸コンデンサ。２シランカツプリング剤が、一般式（式中、R₁は水素または炭素数１〜４のアルキ
ル、R₂は炭素数１〜８のアルキレン、R₃は炭素
数１〜８のアルキルまたは炭素数１〜８のアルコ
キシ、R₄およびR₅は炭素数１〜８のアルコキシ）である特許請求の範囲第１項記載の油浸コンデン
サ。３シランカツプリング剤が、一般式（式中、R₁は炭素数１〜４のアルキレン、R₂は
炭素数１〜８のアルキレン、R₃は炭素数１〜８
のアルキルまたは炭素数１〜８のアルコキシ、
R₄およびR₅は炭素数１〜８のアルコキシ）である特許請求の範囲第１項記載の油浸コンデン
サ。４シランカツプリング剤が、一般式（式中、R₁は水素または炭素数１〜４のアミノ
アルキル、R₂は炭素数１〜８のアルキレン、R₃
は炭素数１〜８のアルキルまたは炭素数１〜８の
アルコキシ、R₄およびR₅は炭素数１〜８のアル
コキシ）である特許請求の範囲第１項記載の油浸コンデン
サ。５シランカツプリング剤が、一般式（式中、R₁は炭素数１〜８のアルキルまたは炭
素数１〜８のアルコキシ、R₂およびR₃は炭素数
１〜８のアルコキシ）である特許請求の範囲第１項記載の油浸コンデン
サ。６シランカツプリング剤が、一般式（式中、R₁は炭素数１〜８のアルキレン、R₂は
炭素数１〜８のアルキルまたは炭素数１〜８のア
ルコキシ、R₃およびR₄は炭素数１〜８のアルコ
キシ、ＸはHSまたはCl）である特許請求の範囲第１項記載の油浸コンデン
サ。７シランカツプリング剤が、である特許請求の範囲第１項記載の油浸コンデン
サ。８非ハロゲン化絶縁油として、フタル酸エステ
ル、脂肪酸エステル、マレイン酸エステル、フマ
ル酸エステル等のエステル絶縁油を使用した特許
請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載の油
浸コンデンサ。９非ハロゲン化絶縁油として、アルキルベンゼ
ン、ジアリルエタン、トリアリルジエタン等の飽
和炭化水素化合物絶縁油を使用した特許請求の範
囲第１項〜第７項のいずれかに記載の油浸コンデ
ンサ。