JPS596524A - 油浸コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属化紙を用い絶縁油を含浸してなるコンデ
ンサに関し、そのコンデンサの高電位傾度設計を可能と
するものである。

金属化紙を用い絶縁油を含浸してなるコンデンサには次
の三種類の構成がある。第１に、片面金属化紙二枚を積
層巻回するか両面金属化紙と金属化していないコンデン
サ紙（合せ紙）とを積層巻回するもの、この場合の固体
誘電体は紙だけである。第２に、片面金属化紙ないしは
両面金属化紙と金属化されていないプラスチックフィル
ム（合せフィルム）とを積層巻回するもの、この場合の
固体誘電体は紙とプラスチックフィルムである。

第３に、両面金属化紙を一つの電極として用い、これと
プラスチックフィルムとを積層巻口するもの、この場合
の固体誘−重体はプラスチックフィルムだけである。こ
れら三種類の油浸コンデンサは目的に応じて実用化され
ており、一般に前記第１の構成のコンデンサは比較的低
い電圧領域で使われ、第２．第３の構成のコンデンサは
５００Ｖ〜１ｋｖといった高い電圧領域にまで使われて
いる。

定格温度においても第１の構成のコンデンサが一番低く
、第２．第３のコンデンサの順で商くなり、第３の構成
のコンデンサではコンデンサケース壁温８５℃定格のも
のもある。それぞれの構成のコンデンサの誘電体厚みは
それぞれの定格電圧、定格温度により決定されている。

従来の金属化紙はアルミニウムまたは亜鉛によって金属
化されており、アルミニウムの場合は２〜４Ω／口程度
、亜鉛の場合は３．６〜９Ω／ロ程度の一様の面抵抗値
を有する。また従来の絶縁油を含浸してなるコンデンサ
に用いられる金属化紙の密度は１．２５±〇、　０２９
　／ｅｒＡ程度のものが使われてきた。

このような従来のコンデンサに対して例えばあらかじめ
決定されている定格以上の電圧を与え、なおかつ変わら
ぬ高い信頼性を得るということは極めて難しい０現状の
ままで高電位傾度化をはかるとコンデンサの破壊確率が
増大する。これはコンデンサ内部で定格電圧以内では見
られなかった大きなセルフヒールや多くりセルフヒール
が発生することや部分放電が増大することなどによりコ
ンデンサ内部の温度−が上昇するためである。大きなセ
ルフヒールが発生したり多くのセルフヒールが発生する
とその時多大なエネルギーが消費され発熱や誘眠体の汚
損をもたらし、誘電体の汚損はまたコンデンサの発熱に
寄与する。セルフヒールが発生すると、そのエネルギー
で気泡が発生し、セルフヒールの増大はボイド放電の増
大に直接つながっている。セルフヒールのエネルギーを
抑えることはコンデンサの発熱を抑えることに効果があ
ると考えられ、セルフヒールのエネルギーヲ抑えること
は金属化紙の金属層を薄くすることに合致すると考えら
れる。

本発明はこのような考え方を出発点に、従来と同じ誘電
体厚みでより高い定格電圧が設定出来るコンデンサを提
供しようとするものである。しかしながら、単に金属化
紙の金属層を薄くし面抵抗値を高くしたたけでは効果が
なかった。これはメタリコン金属との接着が十分ではな
くなり、したがってｔａｎδの上昇をもたらし発熱をし
たものと考えられた。この問題を解決するためにメタリ
コン金属との接着部側の面抵抗値を金属化紙の金属層が
アルミニウムの場合は４Ω／口以下、容量形成部側の面
抵抗値を８〜６ｏΩ／口、金属化紙の金属層が亜鉛の場
合はメタリコン金属との接着部側の面抵抗値をｅ　Ｑ　
７口以下、容量形成部側の面抵抗値を２０〜２００Ω／
口に設定した。これによりメタリコン金属と電極（金属
層）との接触が良くなり、この部分に起因する発熱は抑
えられた。

結果的にコンデンサの破壊に対しては極めて効果があり
、高電位傾度設計が可能、すなわち従来と同じ誘電体厚
みでより高い定格電圧が設定できる可能性がでた。コン
デンサ内部の部分放電も小さくなり、部分放電に起因す
る発熱も減ったと考えられた。しかしながら、コンデン
サにとって重要なもう一つの特性である容量減少の点か
ら言えば全く実用に供し得ない結果となった。これは金
属化紙上の金属層が水玉模様状に金属光沢を失い光の透
過度があがる部分が発生し、この部分の導電性が失なわ
れるために容量減少として現われていることが判明した
。この原因は未だ解明されていないが、微小なパルス状
放電ないしはグロー状放電が関係していると考えられる
０ 本発明は、このような容量減少が発生しにくく、かつ高
電位傾度設計を可能とする新しい油浸コンデンサを提供
するものであり、以下図面とともに説明する。

第１図〜第６図は本発明よりなる油浸コンデンサの各実
施例である。第１図〜第６図において用いる絶縁紙１の
密度０．９〜１．２　ｙ／ｃｒｌｌの範囲のものである
。この紙１はアルミニウムまたは亜鉛によって金属化さ
れた金属層２を有するが、この金属層２はメタリコン金
属４との接着部側の面抵抗値がアルミニウムの場合は４
Ω／口以下、亜鉛の場合は９Ω／口以下、容量形成部側
の面抵抗値がアルミニウムの場合は８〜５０Ω／口、亜
鉛の場合は２０〜２００Ω／口となるように金属化され
たものである。第１図の場合は片面金属化紙を二枚積層
巻回した実施例であり、第２図の場合は両面金属化紙と
合せ紙６とを積層巻回した実施例である。また第３図の
場合は両面金属化紙と合せフィルム６とを積層巻回した
実施例であり、第４図の場合は片面金属化紙と合せフィ
ルム６とを積層巻回した実施ρりである０さらに第５図
の場合は一つの電極として用いられた両面金属化紙と合
せフィルムらとを積層巻回した実施例である。第１図。

第２図の実施例において固体誘電体は紙のみであり、第
３図、第４図の実施例においては紙とプラスチックフィ
ルム、第６図の場合はプラスチックフィルムのみが固体
誘電体として使われている。

いずれの場合も電極の引出しはメタリコン金属４によっ
て行われ、絶縁油３が含浸されている。絶縁油３の粘度
は１００センチストークス以下のものが良い。

本発明の特徴は、密度０．９〜１．２ｙ／Ｃｎｉの紙を
本発明において規定する抵抗値でもって金属化し絶縁油
を含浸してなるところにある。これにより従来と同じ誘
電体厚みでより高い定格電圧を破壊確率を高めることな
く長期間印加することができるようになり、しかもコン
デンサの一方の重要な問題である容量減少に対しても従
来と変わらない特性を得ることがでへた。しかし紙の密
度を０．９ｙ／ｃｎｉより下げると破壊確率が高くなり
、１．２Ｐ／　ｃｒＡより上げると容量減少が大きくな
り、高い信頼性でもってコンデンサを供給できなくなる
。この原因は未だ解明されていないが、本発明者は次の
ように考えている。すなわち紙の密度が０．９ｙ／　ｃ
ｒｔｌより下がると、紙を誘電体として用いる場合、紙
の耐圧が本発明よりなる抵抗値の電極下で発生するセル
フヒールでさえ回復できなくなるためであり、またプラ
スチックフィルムのみを誘電体として用いる場合は紙の
密度が電極紙表面形状に影響する結果、プラスチックフ
ィルムの耐圧が低下するためであると考えている。一方
１．２Ｐ／Ｃｉより上がると、油浸状態が悪くなり、微
少な放電が発生しやすくなり、これによって電極の導電
性が失なわれるからであると考えられる。また容量形成
部の金属層の抵抗値をあまり高くすると連続して一様な
金属層の形成が困難になると同時にｔａｎδも高くなり
、コンデンサの発熱が無視できなくなる。一方抵抗値を
下げすぎると、セルフヒールのエネルギーが大きくなり
、破壊を起こしやすくなる。

第６図は電極紙（金属化紙）密度とＡ／＝蒸着された電
極紙の電極紙面抵抗値（容量形成部側の面抵抗値）を変
化させた場合の第６図の構成よりなるコンデンサの８０
℃無風恒温槽内におけるステップアップ昇圧破壊電圧で
あり、含浸剤はＤＯＰを用いている。コンデンサの容量
は全て２０μＦであり、試作品の誘電体（ポリプロビレ
／フィルム）厚みは６μｍである。図中、■は８〜５０
Ω／口、■は６０〜２００Ω／口、０は２〜４　Ｑ　７
口のものであり、また従来品とあるのはＺｎ蒸着電極紙
（面抵抗値はＹ＋２Ω／口のベタ蒸着）を用い、６μｍ
厚のポリプロピレンフィルムを誘電体としＤＯＰを含浸
したコンデンサである。第６図から明らかなように容量
形成部側の面抵抗値が低すぎても旨すぎても高電位傾度
化が不可能であるが、８〜６０Ω／口にすることにより
６μｍと同等の耐圧を有することがわかった。しかしな
がら、電極紙密度が０．９　ｙ　／ｃｆｌより小さく々
ると耐圧の低下が見られる。

第７図は第６図で良好な結果を得ることができた８〜５
０Ω／口の面抵抗イＣを有する電極紙の密度と容量減少
の関係を示している。この試験は７゜℃送風恒温槽内で
行い、コンデンサ構成、誘電体厚み、蒸着金属、含浸剤
等は第６図の場合と同じである。ただし、この場合のコ
ンデンサ容量は１．８μＦ、印加電圧はＡＣ６００Ｖで
ある。第７図より明らかなように電極紙密度１．２　ｙ
　／ｃｔ１ｉを超えると容量減少が大きくなってくるが
、１．２ｙ／ｃ肩以下であればほとんど容量減少しなく
なる。

なお、メタリコン金属との接着部側の面抵抗値をＡｔの
場合は４Ω／口以下にしなければ通常のＡｔ蒸着フィル
ム並みの接触抵抗値が得られないためｔａｎδ値の上昇
をもたらし耐圧低下の方向にコンデンサに対して働くた
めメタリコン金属との接着部側の面抵抗値は蒸着金属が
Ａｔの場合は４Ω／口以下にする必要がある。

第６図、第７図から明らかなようにＡｔ蒸着電極紙を使
用する場合、容量形成部側の面抵抗値を８〜５０Ω／口
、電極紙密度を０．９〜１．２　ｙ　／ｃｎｉＦするこ
とにより誘電体（ボリブロピレンノイルム）厚み６μｍ
の場合と同等の破壊電圧、容量減少を５μｍで達成する
ことができた。本発明をポリプロピレンフィルム以外の
誘電体や５μｍよシも厚い誘電体に対しても適用でき、
必要な定格電圧を有するコンデンサを高電位傾度化して
供給することができる。第８図、第９図はＺｎ蒸着電極
紙を使用した場合の結果で、Ｚｎ蒸着電極紙を使用する
場合は容量形成部側の面抵抗値を２０〜２ｏＯΩ／口、
電極紙密度を０．９〜１．２ｙ／Ｃｒｌ１とすれば良い
ことがわかる。なお、図において、■は２０〜２ｏＯΩ
／口、■は２５ｏ〜４ｏｏΩ／口、◎は２〜７Ω／口の
ものであり、従来品とあるのは第６図、第７図のそれと
同じである。

以上述べてきたように本発明によれば、従来不可能であ
った高電位傾度設計が可能となり、同一誘電体厚みで高
い定格電圧を印加することができるため省資源化に対し
て十分寄与することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明による油浸コンデンサ度に対す
る破壊電圧の特性図、第７図、第９図は同容量減少率特
性図である。 １・・・・・・絶縁紙、２・・・・・・金属層、３・・
・・・・絶縁油、４・・・・・・メタリコン金属、５・
・・・・・合せ紙、６・・・・・・合せフィルム（プラ
スチックフィルム）。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名第１
図 ６　　　　Ｉｌ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属化紙の密度がｏ、ｓ　ｙ　／ｃｒＡ以上１，
   ２　ｙ　／ｃｔｙｉ以下でかつ前記金属化紙がアルミニ
   ウムによってメタリコン金属との接着部側の面抵抗値が
   ４Ｑ／口以下、容量形成部側の面抵抗値が８〜５０Ω／
   口に金属化されており、かつ絶縁油が含浸されているこ
   とを特徴とする油浸コンデンサ。
2. （２）金属化紙の密度が０．９　ｙ　／ｃｒｄ以上１．
   ２　ｙ　／ｃｒＡ以下でかつ前記金属化紙が亜鉛によっ
   てメタリコン金属との接着部側の面抵抗値が９Ｑ１口以
   下、容量形成部側の面抵抗値が２０〜２００Ω／口に金
   属化されてお９、かつ絶縁油が含浸されていることを特
   徴とする油浸コンデンサ０