JPH0748443B2 - 電力用高圧コンデンサ - Google Patents

電力用高圧コンデンサ

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JPH0748443B2
JPH0748443B2 JP2082596A JP8259690A JPH0748443B2 JP H0748443 B2 JPH0748443 B2 JP H0748443B2 JP 2082596 A JP2082596 A JP 2082596A JP 8259690 A JP8259690 A JP 8259690A JP H0748443 B2 JPH0748443 B2 JP H0748443B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高圧、特高圧の電力用、サージ吸収用、接地補
償用、フィルター用などの電力用高圧コンデンサに関す
るものである。
従来の技術 従来の電力用高圧コンデンサは、誘電体として紙または
プラスチックフィルム、あるいは紙とプラスチックフイ
ルムをを組み合わせたものを使用し、電極箔としてアル
ミニウム箔を使用し、前記誘電体と電極箔を交互に重ね
合わせて巻回して、コンデンサ素子を形成し、該コンデ
ンサ素子を1個または複数個集合して、並列接続または
電圧に応じて、直列接続あるいは直並列接続して、必要
な耐電圧と静電容量のものを構成していた。また、一部
にはアルミニウム箔電極の代わりに金属を蒸着した金属
化紙または、金属化プラスチックフイルムを使用して構
成していた。
発明が解決しようとする課題 コンデンサの誘電体は、厚さ数μm〜数10μmと薄くか
つ面積が大きい。そのために誘電体の耐電圧上におい
て、欠陥が入りやすい。この欠陥部は面積的には微少で
あるが、コンデンサ設計上においては欠陥部を考慮した
設計が必要であった。従来の設計では、薄葉誘電体を数
枚重ね合わせることにより1枚の誘電体の微少欠陥部を
他の誘電体でカバーする方法が採用されていた。この方
法は薄葉誘電体の重ね合わせ数を増す程効果があった。
しかし、誘電体の重ね合わせ枚数を増すと電極間の厚み
が厚くなり、その弊害として電極の端面よりコロナが発
生して、コンデンサの寿命を短くする欠点があった。ま
た他の欠陥対策として、蒸着金属電極による誘電体欠陥
部周辺の電極金属を、絶縁破壊時の放電電流により蒸発
飛散させて、絶縁を回復さす方法もあるが、高圧コンデ
ンサでは絶縁破壊時の電流しゃ断が困難なために実用化
に至っていない。
課題を解決するための手段 本発明は、前記蒸着金属電極を改良し、フイルムの欠陥
部における絶縁破壊時の絶縁回復特性を飛躍的に向上せ
しめることを目的とする。
その原理は、蒸着金属電極を複数個の島状に分割し、島
状に分割した蒸着金属電極を直列ならびに並列結線し
て、フイルムの欠陥部における放電に対し、その放電エ
ネルギーを小さくして放電時の衝撃力による破壊部を小
さくすると共に、もし一部が短絡状態になって継続電流
が流れたとしても、直列コンデンサ部の容量が小さいの
で、絶縁回復が可能な電流に制限される。
この機能をもたせたコンデンサ素子を構成する一対の金
属化フイルムの蒸着金属電極の形態、配置の要部平面図
を第1図に示す。第1図は、片面に蒸着金属電極(図の
斜線部)を設けた2枚の金属化フイルムA、Bを重ね合
わせて巻回してコンデンサ素子を構成するもので、2枚
の金属化フイルムA、Bは同一形状で図面上180°回転
した配置である。1、1′は金属化フイルムA、Bを重
ね合わせて巻回して構成したコンデンサ素子の端面に溶
射するメタリコン金属と接着する前記金属化フイルム
A、Bの端縁部蒸着金属電極、2、2′は金属化フイル
ムA、Bの蒸着金属電極の長手方向に設けた絶縁帯で、
該絶縁帯2、2′は金属化フイルムA、Bを重ね合わせ
た場合互い違いとなり、端縁部蒸着金属電極1、1′間
は複数の直列コンデンサを形成する。3、3′は金属化
フイルムA、Bの長手方向に対して直角方向に設けた絶
縁帯で、絶縁帯2、2′および絶縁帯3、3′を設ける
ことによって、1個のコンデンサ素子の容量は多数個に
分割された小容量のものを並列接続して形成したものと
なる。端縁部蒸着金属電極1,1′はメタリコン金属との
接着を確実にするために、絶縁帯を設けずに連続状電極
としている。前記のようにして形成された金属化フイル
ムA、Bを重ね合わせて巻回した後、偏平に押圧して両
端面にメタリコン金属4を溶射したコンデンサ素子5の
形状を第3図に示す。
第3図に示すコンデンサ素子5の内部結線を第2図に示
す。第2図は多数の小コンデンサ群が端縁部蒸着金属電
極1,1′間に直列および並列に網目状に配置されている
ことを示す。
小コンデンサ群の1つの容量は金属化フイルムA、Bの
長手方向の絶縁帯2,2′および巻回方向に対して直角方
向の絶縁帯の3,3′の間隔を変えることにより自由に設
定できる。第2図において互いに隣接する小コンデン
サ、例えば第1図の小コンデンサC1とC2で示した部分
で、小コンデンサC1とC2の容量は金属化フイルムA、B
の絶縁帯3,3′の重なり状態により異なるが、絶縁帯3,
3′間隔を一定にすることにより、小コンデンサC1+C2
の容量は一定となる。小コンデンサC2+C3もまた一定で
ある。
すなわち、ポリオレフィンフィルムの片面の一端に端
縁絶縁帯を残して蒸着金属電極を形成した金属化ポリオ
レフィンフィルムまたは該金属化ポリオレフィンフィル
ムの間にポリオレフィンフィルムを介挿配置して巻回し
てなる電力用高圧コンデンサにおいて、前記金属化ポリ
オレフィンフィルムの長手方向に複数本の絶縁帯を設け
て複数個の帯状の蒸着金属電極を形成して複数個直列の
コンデンサを構成すると共に、前記金属化ポリオレフィ
ンフィルムの長手方向に対して直角方向に複数本の絶縁
帯を設けて複数個の島状蒸着金属電極を形成して複数個
の並列回路を構成してなる小コンデンサ網の端縁部蒸着
金属電極のみを連続導体とし、その巻回体の両端面にメ
タリコン電極を形成して小容量コンデンサの直並列回路
を形成し単独液体絶縁物、混合液体絶縁物、気体絶縁
物、固体絶縁物のいずれか一つを含浸・充填したことを
特徴とする電力用高圧コンデンサ。前記小コンデンサ
の蓄積エネルギーが、定格電圧のピーク値において0.1J
以下であり、かつ前記小コンデンサの定格実効電圧が60
0VAC以下であることを特徴とする前記の電力用高圧コ
ンデンサである。
作用 第1図に示すコンデンサ素子を構成する金属化フイルム
の厚さは、薄い方が絶縁回復特性がよい。現在の生産技
術上ならびに価格の点から金属化フイルムの厚さは4〜
10μm程度が適当であり、これに50V/μm(実効値)の
交流電圧を印加すると、その電圧は200〜500VACとな
り、そのピーク電圧は283〜707Vである。このような電
圧を金属化フイルムに連続して印加すると、絶縁破壊を
起こすことがある。そして絶縁破壊部の電圧降下がない
場合には、絶縁破壊部周辺の蒸着金属は蒸発飛散する
が、電位傾度が高いために絶縁回復に至らないか、また
は著しく破壊箇所が大きくなり、性能ならびに特性が著
しく低下し、コンデンサとしての機能を発揮せず不良と
なる。
本発明のコンデンサ素子は、第1図に示すように絶縁帯
2,2′および3,3′を設けた金属化フイルムA、Bを重ね
合わせて巻回した構造で、例えば小コンデンサC1に欠陥
があって絶縁破壊を起こし、小コンデンサC1とC2の全充
電電荷を放出しても小コンデンサC1+C2の充電エネルギ
ーを0.1J以下としておけば、蒸着金属電極の蒸発飛散部
の直径は2mmΦ以下に抑制でき、それを超える部分への
破壊の波及は起こらない。
第1図に示す例ではコンデンサ素子の内部における小コ
ンデンサの直列数は9個であるので、絶縁破壊を起こし
た小コンデンサと直列に接続されている小コンデンサは
8個であり、端縁部蒸着金属電極1,1′間の電圧を直列
接続された8個の小コンデンサの電圧は1.125倍となる
が、この電圧は充分に安全な範囲内である。また絶縁破
壊を起こした小コンデンサは絶縁破壊時に零電圧まで放
電したとしても、引続いて印加される交流電圧に対して
直流バイアスを加えた交流電圧印加となり、その電圧の
波高値は最大2倍に達するが、この電圧に対しても安全
性を確保している。
なお、この直流バイアス電圧は長時間連続使用状態で約
1日の時定数で減衰するので問題がない。
実施例 以下、本発明を第1図〜第5図について説明する。第1
図に示す金属化フイルムA、Bのフイルム材質はポリプ
ロピレンで、厚さ8μm、幅394mmのポリプロピレンフ
イルムに亜鉛またはアルミニウムを真空蒸着して電極部
を形成した金属化フイルムA、Bに、該金属化フイルム
A、Bの長手方向に幅6mmの絶縁帯2,2′を設けて小コン
デンサを9個直列とした場合に、1つの小コンデンサの
有効幅は36mmとなり、また前記金属化フイルムA、Bの
長手方向に対して直角方向に幅6mmの絶縁帯3,3′を設
け、該絶縁帯3と3または絶縁帯3′と3′の間隔を10
0mmとすると、小コンデンサの対向面積は36×94=3.384
×103mm2で、容量は0.0172μFとなる。これに367Vの実
効値電圧を印加すると、その波高値は となる。
これに367Vの実効値電圧を印加すると、その波高値は となる。
このときの小コンデンサの蓄積エネルギーJcは となり、これを全部放電しても局部破壊であって、コン
デンサ全体の破壊にはつながらない。またコンデンサの
一部が絶縁破壊により導通状態となったところには、定
格使用状態2.38mAの電流が流れるので、蒸着金属電極は
溶融飛散して絶縁回復する。
次に本発明に係る金属化フイルムA、Bを使用した3
相、60Hz、6600V、100kVAの電力用高圧コンデンサの具
体例について記述する。
1個のコンデンサ素子5の定格は、3300VAC、2.03μ
F、8.34kVA、であって、このコンデンサ素子5を12個
集合して構成される。コンデンサ素子5は厚さ8μm、
幅394μmのポリプロピレンフイルムに9個の直列小コ
ンデンサを形成するように蒸着金属電極を設けた金属化
フイルムを2枚重ね合わせて114m巻回して偏平に押圧
し、両端面にメタリコン金属4を溶射して第3図に示す
ように構成する。
1個のコンデンサ素子5は約10,000個の小コンデンサか
ら構成される。第4図はこのコンデンサ素子5を12個集
合して100kVAのコンデンサユニット6を構成した場合を
示す。第4図において、7は相間絶縁板、8は締付板で
ある。このコンデンサユニット6は約120,000個の小コ
ンデンサを集合した回路網で構成されたことになる。第
5図は前記コンデンサユニット6を引出端子10を備えた
鉄板製容器9に収納した電力用高圧コンデンサ11の外形
図である。前記電力用高圧コンデンサ11の処理は、コン
デンサユニット6を容器9に収納して所定の真空乾燥し
た後、鉱油、アルキルベンゼン、アルキルナフタレンな
どの芳香族炭化水素系絶縁油、なたね油、棉実油、ヒマ
シ油、大豆油などの植物油、フタル酸エステル、セバチ
ン酸エステルなどのエステル系絶縁油、シリコーン油な
どの液体絶縁物またはこれらの混合液体絶縁物(例え
ば、植物油と芳香族炭化水素絶縁油)あるいはSF6ガス
などの気体絶縁物、もしくはエポキシ樹脂などの固体絶
縁物を含浸・充填する。
前記実施例はポリプロピレンフイルムに蒸着金属電極を
設けた場合について説明したが、ポリプロピレンフイル
ムの代わりにポリエチレンフイルムなどの他のポリオレ
フインフイルムに蒸着金属電極を設けた金属化ポリオレ
フインフイルムを用いた場合についても、同様の結果を
得ることができた。また金属化ポリオレフインフイルム
間にポリオレフインフイルムを介挿配置した場合につい
ても同様の結果が得られた。
発明の効果 本発明の電力用高圧コンデンサは前記したように構成さ
れているので、使用中に金属化フイルムの弱点部で絶縁
破壊しても、該部分の蒸着金属電極が飛散して絶縁を回
復し、信頼性が著しく向上すると共に電界強度が高く、
小形化ならびに安価に製作できるなどの効果があり、工
業的ならびに実用的価値大である。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の電力用高圧コンデンサで、第1図はコンデ
ンサ素子を構成する一対の金属化フイルムの蒸着金属電
極の形態・配置の要部平面図、第2図はコンデンサ素子
の内部結線図の一部を示し、第3図はコンデンサ素子の
斜視図、第4図はコンデンサユニットの斜視図、第5図
は完成品の斜視図である。 A、B:金属化フイルム 1、1′:金属化フイルムA、Bの端縁部蒸着金属電極 2、2′:金属化フイルムA、Bの長手方向の絶縁帯 3、3′:金属化フイルムA、Bの長手方向に対し直角
方向の絶縁帯 4:メタリコン金属 5:コンデンサ素子 6:コンデンサユニット 7:相間絶縁板 8:締付板 9:鉄板製容器 10:引出端子 11:電力用高圧コンデンサ C1,C2,C3……:小コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻尾 周作 京都府京都市中京区御池通烏丸東入一筋目 仲保利町191番地の4 上原ビル3階 ニ チコン株式会社内 審査官 古寺 昌三 (56)参考文献 特開 平1−162318(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポリオレフィンフィルムの片面の一端に端
    縁絶縁帯を残して蒸着金属電極を形成した金属化ポリオ
    レフィンフィルムまたは該金属化ポリオレフィンフィル
    ム間にポリオレフィンフィルムを介挿配置して巻回して
    なる電力用高圧コンデンサにおいて、 前記金属化ポリオレフィンフィルムの長さ方向に複数本
    の絶縁帯を設けて複数個の帯状の蒸着金属電極を形成し
    て複数個直列のコンデンサを構成すると共に、 前記金属化ポリオレフィンフィルムの長手方向に対して
    直角方向に複数本の絶縁帯を設けて複数個の島状の蒸着
    金属電極を形成して複数個の並列回路を構成してなる小
    コンデンサ網の端縁部蒸着金属電極のみを連続導体と
    し、その巻回体の両端面にメタリコン電極を形成して小
    容量コンデンサの直並列回路を形成し単独液体絶縁物、
    混合液体絶縁物、気体絶縁物、固体絶縁物のいずれか一
    つを含浸・充填したことを特徴とする電力用高圧コンデ
    ンサ。
  2. 【請求項2】前記小コンデンサの蓄積エネルギーが、定
    格電圧のピーク値において0.1J以下であり、かつ前記小
    コンデンサの定格実効電圧が600VAC以下であることを特
    徴とする請求項1記載の電力用高圧コンデンサ。
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