KR790002103Y1 - 콘 덴 서 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

콘 덴 서

제1도는 본 고안의 콘덴서의 일실시예를 표시한 일부절단 정면도

제2도는 그 일부를 취출한 사시도

제3도는 본 고안의 콘덴서를 교류용으로 사용한 경우의 제특성을 나타내는 그라프도

제4도는 직류용으로서 사용한 경우의 제특성을 나타내는 그라프도이다.

본 고안은 액체 유전체(誘電體)를 사용하여서 된 전력용, 직류용 등의 콘덴서에 관한 것으로, 특히 가혹한 작동조건하에서 장기간에 걸쳐 안정된 전기적 특성을 가지고 또한 저렴한 콘덴서를 얻으려는 것이다.

근래 전력수요의 증대 및 고전압공학의 눈부신 진보로 인하여 전력용 콘덴서, 직류용 콘덴서 등의 콘덴서의 수요가 증대되어 왔다.

그리고 이러한 콘덴서의 사고는 일반수요가 및 공장에 다대한 손해를 미치게 된다. 이로 인하여 필연적으로 이러한 콘덴서에 대한 전기적 특성의 신뢰성과 긴 수명이 요구되고 자연히 콘덴서 전체가 대형화해가는 경향이 있다. 한편, 근래와 같은 도시의 과밀화, 땅값의 앙등 등에 따라서 이러한 콘덴서의 소형경량화가 요구되고 있다.

그러나 종래의 이러한 콘덴서에 있어서는 여러가지 이유로 인하여, 예를 들면, 케이스내에 알루미늄박의 전극도체와 절연지, 합성수지 필름등의 얇은 유전층(誘電層)을 권회하여 형성한 콘덴서 소자에 광물유, 염화디페닐등의 액체유전체를 함침함과 동시에 상기 케이스 내에도 액체유전체를 충전시켜 콘덴서를 구성하고 있다.

그러나 상기한 콘덴서소자에 종래의 액체유전체를 함침한 콘덴서에는, 이러한 콘덴서의 전기적 특성, 즉, 단위면적당의 정전(靜電)용량 혹은 단위면적당의 에너지 밀도를 향상시키기 위한 필수적 요건인 파괴 전위경도(電位傾度)와 코로나 특성을 향상시켜서, 소형경량화를 촉진하기에는 그 얇은 유전층, 액체유전층등의 유전재료 자체의 성질에 있어서 거의 한계치에 달해 있어 상술한 바와 같은 요망을 만족시키기가 곤란하였다. 더우기 염화디페닐은 인체에 대한 독성이 극히 크기 때문에 공해상 바람직하지 못하다.

본 고안은 이상과 같은 점을 감안하여 종래의 콘덴서소자에 액체유전체로서, 신규하며 또한 절연파괴전압이 높고, 유전율이 높으며, 코로나 특성이 우수한 알킬화다환 방향족유(多環芳香族油)와 광물유를 적당히 배합한 합성액체 유전체, 즉 원유를 포함한 석유탄화수소 유분(溜分)을 고온열분해에 의하여 생성된 부생유(副生油)중의 2-3환의 축합다환방향족 탄화수소 유분을 탄화수 2∼3인 저급올레핀(에틸렌, 프로필렌)으로, 예를 들면 실리카 알루미나 촉매에 의하여 알킬화하고, 이 알킬화에 의하여 얻어진 알킬화 다환방향족유를 분유(分溜)하고 인화점이 130℃∼150℃인 알킬화 다환방향족유와, 광물유를 그 용적비에 대하여, 인화점이 130℃∼150℃인 알킬화 다환방향족유의 비율이 20%∼80%가 되도록 배합한 합성액체 유전체를 사용하여 장기간에 걸쳐 안정된 전기적 특성을 가지고, 또한 저렴한 콘덴서를 제공하려는 것이다.

이하 본 고안의 일 실시예를 도면에 의거하여 설명하면, (1)은 콘덴서 소자로서, 항시 다른 전위로 하전(荷電)되고 서로 분리되어 있는 알루미늄박 등으로 된 전극도체(2,3)과 절연지 또는 합성수지 필름등의 얇은 유전층(4)과를 소망하는 전기적 특성을 갖도록 권회하여서 된 것이다.

그리고 이 콘덴서소자(1)을 케이스(5)내에 수납하고, 각각의 전극도체(2,3)을 리이드선(6,7)을 통하여 인출부싱(8,9)에 전기적으로 접속하여, 예를 들어 1/10mmHg이하의 압력과 100℃∼140℃의 온도로 진공 가열건조 처리하고, 케이스(5)내 및 콘덴서 소자(1)중의 수분을 완전히 제거하고, 다음에 액체유전체(12)로서 기체탈취 처리를 행한 합성액체유전체, 즉 알킬화 다환방향족유의 비율이 20%∼80%가 되도록 배합한 합성액체 유전체를 진공하에서 케이스(5)내에 주입공(10)을 통해 충전하고, 케이스(5) 및 콘덴서 소자(1)내에 완전충전, 함침한 후 주입공(10)을 땜질(11)등으로 밀봉하여 콘덴서를 구성한다.

이하에 상기한 인화점이 130℃∼150℃인 알킬화 다환방향족유 (가)∼(라) 및 광물유(마) 및 (바)의 특성을 표시하면, 제1표와 같다. 또한 증발감량은 98℃의 항온조에서 5시간 방치한 후의 수지이다. 또 가시(可視)가스 발생전압은 유침지(油浸紙)에 전압을 인가시켰을 경우에, 그 전압을 차차 높혀가면, 파괴직전에 가스를 발생하고 계속해서, 절연파괴에 이르게 되고, 이때의 파괴직전의 가스가 발생했을 때의 전압치를 표시한 것으로서, 따라서 이 가스가 발생할 때의 전압을 유침지 절연파괴의 척도로 생각할 수 있다.

[제 1 표]

다음에 본 고안에 의한 콘덴서의 함침제로 사용하는 합성액체 유전체중의 하나인 알킬화 다환방향족유의 인화점을 130℃∼150℃로 한정하는 이유중의 하나는, 130℃ 미만의 인화점인 알킬화 다환방향족유로는 증발감량이 많기 때문에 콘덴서의 제작시 기름의 탈가스 처리시에 진공도가 올라가지 않아, 탈가스 처리를 충분히 행할 수 없다. 따라서 이와 같은 알킬화 다환방향역유를 콘덴서 소자에 함침하면 코로나 특성이 나빠지는 이외에, 인화점이 낮어서 화재등의 위험성이 있기 때문이다. 반대로 150℃를 넘는 인화점인 알킬화 다환방향족유로는, 유동점 및 점도가 높아져, 액체함침제로서의 성질을 잃게 되고, 특히 추운지방에서의 사용이 불가능해지기 때문이다.

또한 알킬화 다환방향족유의 인화점을 130℃∼150℃로 한정하는 다른 이유는, 알킬화 다환방향족유의 조성으로서의 방향족 화합물의 환수(環數)를 2∼3환으로 하고, 그 측쇄로서의 탄소수를 2∼3으로 하기 때문이다. 즉 인화점이 130℃미만인 알킬화 다환방향족유에서는 그것을 조성하는 방향족 화합물의 환수로서, 1환을 포함하거나 방향족 화합물의 측쇄로서의 알킬기의 탄소수가 1개가 되고, 또 반대로 인화점이 150℃를 넘는 알킬화 다환방향족유로는 그것을 조성하는 방향족 화합물의 환수가 4환이상의 환율 포함하거나 방향족 화합물의 측쇄인 알킬기의 탄소수가 4개이상이 되기 때문이다.

그리고 이와같이 알킬화 다환방향족유를 조성하는 방향족 화합물의 환수를 2∼3환으로 하고, 그 측쇄를 2∼3으로 한정하는 이유는, 우선 환수에 대하여 고찰해보면 일반적으로 방향족 화합물의 환수가 많아지면 가시가스 발생전압이 높아져, 좁은 상태가 되나, 반면에, 환수가 많아지면 분자량이 커지기 때문에 점도가 올라가는 것을 알 수 있고, 예를 들어 그 환수가 4환이 되면, 유동점 및 점도가 높아져 액체 함침제로서의 성질을 잃게 됨과 동시에, 고온의 tanδ가 커지고 ρ가 작아지며, 결과적으로 콘덴서의 소형화를 꾀할 수 없기 때문이다. 반대로 그 환수를 1환으로 하면 가시가스발생전압이 낮아짐과 동시에 증발감량이 커지고 인화점이 낮아지므로, 인화성이 커서 위험하기 때문이다.

다음에 그 측쇄에 대하여 고찰해보면, 일반적으로 방향족 화합물의 측쇄로서의 알킬기의 탄소수가 많아지면 (즉, 분자중의 방향족 환수의 비율이 적어지면 ) 가시가스발생전압이 낮아지나, 반면에 방향족 화합물 단체로서는 전기물성적으로 불안정하게 되므로, 전기를 성적으로 안정화시키기 위해 어느 정도의 탄소수를 가진 알킬기 붙일 필요가 있음을 알 수 있다. 예를 들어 탄소수가 1이 되면 고온의 tanδ가 크고, ρ가 작아지고, 결과적으로 콘덴서의 소형화를 꾀할 수 없기 때문이다. 반대로, 그 탄소수가 4이상이 되면 가시가스 발생전압이 낮아지고 전기적으로 불안정하게 된다.

이것으로도 명백한 바와 같이, 본 고안에 사용한 합성액체유전체의 하나인 인화점이 130℃∼150℃인 알킬화 다환방향족유 (가)∼(라)는 방향족 화합물의 환수 및 측쇄로서의 탄소수가 적당하다. 즉 그 환수가 2환 및 3환이고, 또 그 측쇄로서의 탄소수가 2∼3인 것으로, 가시가스발생전압이 높고, 점도가 낮은 요인이 됨을 이해할 수 있다.

다음에 본 고안에 따른 콘덴서를 전력용으로 사용했을 경우, 즉 인화점이 132℃, 140℃, 144℃ 및 148℃인 알킬화 다환방향족유 (가)∼(라)와 광물유(마)를 그 용적비에 대하여 인화점이 132℃, 140℃, 144℃ 및 148℃인 알킬화 다환방향족유(가)∼(라)의 비율이 20%∼80%이 되도록 배합하여 된 합성액체유전체를 함침하여서 된 콘덴서(공시품)(A)∼(K)의 특성을 광물유(마)만을 함침하여서 된 종래의 콘덴서(공시품)(M)의 특성과 비교하여 표시하면 제2표 및 제3도와 같다. 또한, 공시 콘덴서는 얇은 유전층으로서, 두께 0.057mm, 밀도 0.8g/㎤, 폭 35㎝의 서로 포개진 4장의 절연지를 사용하였고, 전극도체로서는 두께 0.013mm 폭 30㎝인 알루미늄박을 사용하였다. 또 단위면적당의 용적비는 광물유(마)만을 함침한 콘덴서 장치(M)의 용적을 100%로 표시하고 있다.

또 제3도는, 공시품(D), (E), (F), (L) 및 (M)의 실측치를 평균한 것을 곡선으로 이어서 표시한 것으로, 인화점 140℃인 알킬화다환방향족유(나)와 광물유(마)를 그 용적비에 대하여 인화점이 140℃인 알킬화다환방향족유(나)의 배합비율을 횡축에 표시하고, 유전율, 가스가스발생전압, 교류장시간파괴전압, 코로나개시전압, 코로나소멸전압 및 단위면적당의 정전용량비를 종축에 표시한 것이다. 그리고, 그림중 부호 a를 붙인 곡선은 유전율을, b를 붙인 곡선은 코로나개시전압율, e를 붙인 곡선은 코로나소멸전압을, f를 붙인 곡선은 공시품(M)의 단위면적당의 정전용량을 100%로 했을 경우의 단위면적당의 정전용량비를 나타내고 있다.

[제 2 표 (각공시품 6대의 평균치)]

이들 제2표 및 제3표에서 알 수 있는 바와 같이 유전율에 대해서는 인화점이 130℃∼150℃인 알킬화 다환방향족유 (가)∼(라)의 배합비율이 증가함에 따라 그 유전율이 커지고 있다. 한편 가시가스 발생전압, 교류장시간 파괴전압, 코로나 개시전압 및 코로나 소멸전압에 대해서는 인화점이 130℃∼150℃인 알킬화 다환방향족유 (가)∼(라)의 배합비율이 거의 20%이하의 범위에서는 대략 인화점이 130℃∼150℃인 알킬화 다환방향족유(가)∼(라)의 배합비율이 증가함에 따라 급격히 이들 수치가 높아지고, 대략 이 부근에서 80%의 범위에서는 배합비율이 증가함에 따라 완만하게 이들 수치가 증가하고, 대략 80%정도에서 그들 수치는 대략 한계에 달하며, 그 이상 인화점이 130℃∼150℃인 알킬화 다환방향족유(가)∼(라)의 배합비율을 증가시켜도 이들의 수치를 특별히 증대시키는 것은 기대할 수 없다.

또 제3도에 표시한 단위면적당의 정전용량비를 보면, 인화점이 140℃인 알킬화 다환방향족유(나)의 배합비율을 20%로 하면 그 단위면적당의 정전용량은 120%로 증대하고, 그 배합비율을 80%로 하면 그 정전용량은 152%로 증대하게 된다. 그러나, 그 이상 인화점이 140℃인 알킬화 다환방향족유(나)의 배합비율을 증가시켜도, 그 정전용량이 증대하는 것은 대략 한계에 달해 있기 때문에, 그 이상의 효과를 기대할 수가 있다. 즉, 인화점이 140℃인 알킬화 다환방향족유(나)만 이라고 하여도, 그 정전용량은 156%에 머문다.

한편, 관점을 바꾸어 전력용 콘덴서 장치로서의 용적비에 대하여 보면 제2표에 표시한 것과 같이 인화점이 130℃∼150℃인 알킬화다환방향족유(가)∼(라)의 배합비율을 20%로 하면, 그 용적비로는 약 88%∼73%로 축소할 수 있고, 그 배합비율을 80%로 하면, 그 용적비로서 약 71%∼65%로 축소할 수가 있다. 그러나, 그 이상 인화점이 130℃인 알킬화다환방향족유(가)∼(라)의 배합비율을 증가시켜도, 그 용적비의 축소화는 대략 한계에 달하고 있다.

그리고 인화점이 130℃∼150℃인 알킬화 다환방향족은 광물유에 비하여 고가이다. 즉 그 가격의 비율로서 약 2∼3배가 되므로, 인화점이 130℃∼150℃인 알킬화 다환방향족유를 필요이상으로 배합하는 것은 전력용 콘덴서 전체를 저렴하게 할 수 없다. 이 때문에 전력용 콘덴서로서 장기간에 걸쳐서 안정된 전기적 특성을 가지고 또한 저렴한 것으로 하려며는, 합성액체 유전체로서 인화점이 130℃∼150℃인 알킬화 다환방향족유와 광물유를 그 용적비에 대하여, 인화점이 130℃∼150℃인 알킬화 다환방향족유의 배합비율을 20%∼80%의 범위로 하면 된다.

다음, 본 고안에 의한 콘덴서를 직류용으로서 사용할 경우, 즉 인화점이 132℃, 140℃, 144℃ 및 148℃인 알킬화 다환방향족유(가)∼(라)와 광물유(바)를 그 용적비에 대하여 인화점이 132℃, 140℃, 144℃ 및 148℃인 알킬화 다환방향족유(가)∼(라)의 비율이 20∼80%가 되도록 배합하여 이루어진 합성액체 유전체를 함침하여 된 콘덴서(공시품)(N)∼(X)의 특성을 광물유(바)만을 함침하여 된 종래의 콘덴서(공시품)(Z)의 특성과 비교하여 표시하면, 제3표 및 제4도와 같다.

또한 공시 콘덴서는 얇은 유전층으로서, 두께 0.015mm, 밀도 0.92g/㎤, 폭 35㎝의 서로 포갠 4장의 절연지를 전극도체로서, 두께 0.013mm, 폭 30㎝인 알류미늄박을 사용하였다. 또 단위면적당의 에너지밀도비는 광물유(바)만을 함침한 콘덴서(E)의 에너지밀도를 100%로서 표시하고 있다.

또 제3도는 공시품(S), (T), (U), (Y) 및 (Z)의 실측치를 평균한 것을 곡선으로 이어서 표시한 것으로, 인화점이 144℃인 알킬화 다환방향족유(다)와 광물유(바)를 그 용적비에 대하여, 인화점이 144℃인 알킬화 다환방향족유(다)의 배합비율을 횡축에 표시하고, 직류 파괴전압, 단위면적당의 에너지 밀도비를 종축에 표시한 것이다. 그리고 그림중 부호g를 붙인 곡선은 직류파괴전압을, h를 붙인 곡선은 단위면적당의 에너지밀도비를 나타내고 있다.

[제 3 표(각공시품 6대의 평균치)]

이들 제3표 및 제4도에서 알 수 있는 것과 같이 인화점이 130℃∼150℃인 알킬화 다환방향족유(가)∼(라)의 배합비율이 80%이하의 범위에서는 인하점이 130℃∼150℃인 알킬화 다환방향족유(가)∼(라)의 배합비율의 증가에 비례하여, 그 수치가 증가하고 있으나, 그 배합비율이 80%이상에서는 그 수치가 대략 한계에 달하고, 그 이상의 효과를 기대할 수는 없다.

또, 단위면적당의 에너지 밀도비를 보면, 인화점이 130℃∼150℃인 알킬화 다환방향족유(가)∼(라)의 배합비율을 20%로 하면 그 단위면적당의 에너지 밀도는 106%∼116%로 증대하고, 그 배합비율을 80%로 하면 그 단위 면적당의 에너지 밀도는 133%∼145% 증대되나 그 이상 인화점이 130℃∼150℃인 알킬화 다환방향족유(가)∼(라)의 배합비율을 증가시켜도 이에 견줄만큼의 효과를 기대할 수가 없다.

한편, 관점을 바꾸어 직류용 콘덴서장치의 용적에 대하여 본다면, 인화점이 144℃인 알킬화 다환방향족유(다)를 20%배합의 합성액체유전체를 함침하여 이루어진 공시 콘덴서(S)는 광물유(바)만을 함침하여서 된 공시 콘덴서(Z)를 100%로 하면 약 86%까지 축소할 수가 있고, 또 그 배합비율을 80%로 하면 약 69%까지 축소할 수 있다.

더우기 또, 가시가스발생전압, 코로나 특성에 대해서도 상기한 전력용 콘덴서의 실험결과와 거의 동일한 경향을 나타내고 있다.

그러므로 본 고안에서 목적하는 바의 직류용 콘덴서로서 장기간에 걸쳐 안정된 전기적 특성을 가지고, 또한 저렴한 것으로 하려면 상기 전력용 콘덴서와 같이 인화점이 130℃∼150℃인 알킬화 다환방향족유의 배합비율을 20%∼80%의 범위로 하면 된다.

이상 상술한 것과 같이, 본 고안에 의한 콘덴서는 전력용 및 직류용의 콘덴서로 사용했을 경우에, 광물유를 함침한 종래의 콘덴서와 비교하면, 유전율, 교류 장시간 내전압 및 직류파괴 전압이 다같이 향상되고 따라서 콘덴서의 소형경량화가 가능하게 됨과 동시에 저렴하게 할 수가 있다.

또 가시가스 발생전압이 높고, 가스 흡수성이 극히 우수함과 동시에 코로나 특성이 극히 우수하므로, 평상시에 코로나를 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 순간적인 이상전압에 의하여 발생하는 가스도 순식간에 흡수되고 극히 안정된 전기적 특성을 장기간에 걸쳐서 유지할 수 있다.

더우기, 3염화 디페닐을 함침한 것에 비하여 인체에 대한 독성이 거의 없으므로, 공해 환경위생의 점에서도 우수한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 케이스내에 전극도체와 얇은 유전층으로 된 콘덴서 소자와, 이 콘덴서 소자를 전기적으로 외부에 도출한 리이드선 부분과 원유를 함유한 석유탄화 수소유분을 고온 열분해하여 생성한 부생유중의 2∼3환의 다환방향족 탄화수소유분을 탄소수 2-3의 저급 올레핀에 의하여 알킬화하여 얻어진 인화점이 130℃∼150℃인 알킬화 다환방향족유와 광물유를 그 용적비에 대하여 인화점이 130℃∼150℃인 알킬화 다환방향족유의 비율이 20%∼80%가 되도록 배합한 합성액체 유전체를 가지고, 이 합성액체 유전체를 상기 케이스내 및 콘덴서 소자내에 함침시켜서 구성한 것을 특징으로 하는 콘덴서.