KR820002192B1 - 유전성유체를 포함하는 전기 기기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

유전성유체를 포함하는 전기 기기

본 도면은 콘테이너 내에 전도성 금속편이 장치되어 있고 그 내부를 유전체액으로 채운 전기 절연장치의 등방단면도.

본 발명은 전기기기 특히 유전체액을 포함하는 콘델서에 관한 것이다.

밀폐된 전기장치 내에서 유전체액으로서 다경염소 처리된 바이페닐(biphenyl)의 사용은 환경 오염물이라 단언되었기 때문에 상당히 제한을 받고 있으며 그들의 낮은 세균 작용으로 분해되기 쉬운 성질로 더욱 악화 되어 있다. 유전체액을 개발하기 위한 과거 몇년동안의 노력은 포리프로필렌-필름-페이퍼(polypro-pylene film paper)와 모든 종이 콘덴서의 포화로서 트리클로로 바이페닐(trichlorobiphenyl)로 대치될 수 있었으며 사용된 필름 100%가 방향군과 함께 자재에서 거의 지시되었다. 높은 방향액은 양질의 코로나 (corona) 특성 때문에, 고전압에서 콘덴서의 계속적인 동작을 허용하기 위해 변경되므로써 고려되었으며 전원 콘덴서의 동작 전압은 코로나 발생과 전압에 대한 적항에 달려 있다. 잠정적으로 양호한 전원 콘덴서 액의 예는 프탈렌 에스터(phtalate ester)용액, 디이소노닐 프라레이트(disononyl phtalate) 및 향료, 방향성탄화수소와 방향성 유황의 용액, 이소프로필나프탈린(isopropylnaphtalene) 등이며 이들은 일본에서 사용되고 있다.

이들 용액은 세균으로 분해할 수 있으나, 연소시키는데 저항을 지니지는 못하며 비연소성인 폴리클로네이트 바이페닐(poly chlorinate)을 갖고 있다. 그러나 그들의 섬광과 점화 포인트(Point)는 전기절연액으로 널리 사용되고 있는 광유와 같이 높다. 그들은 대개의 전원 콘덴서 처럼 심한 점화 위험이 있다고는 생각할 수 없으며, 보통 문밖에 장치되어 있으며, 또한 단위당 용액의 체적이 그러한 용액에 대한 점화 안전 한도가 3갤론미만으로 작기 때문이다. 필름 페이퍼 혹은 100% 필름 콘덴서는 유전체 상수가 포화됨에 따라 크게 변할 수 없기 때문에 KVAR 비를 달성하기 위해 높은 동작 압력을 받아야 한다. KVAR 비는 동작전압과 콘덴서의 제1전원의 제곱에 비례한다. 필름 페이퍼의 유전체내에서의 용량은 포화된 유전체 상수에 의해 미소한 영향을 받으며, 필름에 의해 지배되어 유전체 상수는 다만 용액의 소량만이 흡수되기 때문에 포화에 의해 크게 변하지 않는다. 75% 및 25% 필름 페이퍼 유전체의 평균 유전체 상수는 2.2 내지 2.6의 탄화수소를 갖는 트리클로로 바이페닐의 유전체 상수 4.9를 갖는 것으로 부터 포화를 변화시키므로서 10%만 감소한다. 반면에, 동작 전압 압력내에서 부분 증대를 허용하는 포화에 대해 KAVR 비는 부분전압 증가로 약 2배 로 증가한다.

규격 전압 레벨은 전원 콘덴서가 높은 과전압에 주기적으로 종속되는 기대치에 근거를 두고 있으며 전원에서의 스위칭과 순간적인 것에 기인하며 규격전답이 3배로 상승하게 된다. 용액내에서 코로나 방전을 일으키는 이들 과전압의 영향은 2가지 방법으로 지지해야 한다. 하나의 제한은 코로나가 지속되지 않도록 해서 꺼지게 되면 그후 규격전압은 재축적된다. 둘째로 각전압에서 코로나는 유전체에 위험하지 않으며 콘덴서의 요구 동작 수명인 20년 내지 30년 전에 쉽게 그 수명이 다하게 만든다. 콘덴서 내에서 이러한 효과는 코로나 방전개시 전압과 소멸 전압에 의해 표준 치수로 된다.

이것은 코로나가 발생하는 곳에서 포화되는 성질로 결정되며 콘덴서 유전체 간격배치와 금속전극 형태의 적절한 선택에 의해 결정된다.

왜 방향성 용액이(특히 지방성에 비해서) 비교적 좋은 코로나 특성을 갖느냐 하는 것은 분명히 밟혀지지 않고 있다. 그들의 양호한 코로나 특성은 콘덴서의 코로나 방전 개시 전압과 소멸전압이 높은 곳에 의해 입증되었으며 피렛리의 개스 시험에서 고전압하에서 용액의 개스 방출 경향이 비교적 낮다는 것이 입증되었다. 같은 성질이 앤트러 퀴논(antraquinone)과 에폭시(epoxies) 같은 부가물에 의해서 개선되었다. 높은 소멸 전압과 낮은 개스 방출을 하는 코로나의 효과를 저지함에 있어서, 이제까지 언급한 방향성 분자나 부가물은 코로나 방전에 대해 반 작용을 하며, 그곳에서 코로나가 계속되지 않도록 코로나의 원래 장소에서 수소나 탄화수소의 개스 방출이 증가하는 것을 방지한다. (폴리클로리레이트 바이페닐과 함께 코로나 방전 소멸 전압이 높다는 것에 대한 유사한 암시가 있었으며 수소 염화물 같은 코로나 물질은 용해될 수 있거나 반작용을 한다) 이런 일반적인 설명은 코로나를 막기 위한 체계적인 지시를 제시하기엔 충분하지 못하며 코로나방지 용액의 선택의 기준으로 사용되고 있다. 코로나 개시 전압의 크기에 대해서, 분자가 미치는 영향은 역시 정확하지 않다.

본 발명에 따라 유전체액은 포함하는 전자장치는 적어도 55%의 메타 이성체의 이소프로필 바이페닐로 구성된다.

본 발명은 이소프로필 바이페닐로 구성되는 유전체액과 함께 포화된 유전체 간격을 교류하는 금속편의 층을 구성하는, 콘덴서에 특히 응용할 수 있다.

만약 이소프로필 바이페닐의 메타이성체가 적어도 55%의 이소프로필 바이페닐 유전체액이라면, 2용액은 전온에서 결정형 고체가 되지 않고 비결정인 유리상을 하게 된다. -40℃ 이하의 동작 온도가 콘덴서 포화에 적합하다. 메터(meta) 이성체의 집중을 적게 할 때 최소 동작 온도는 높아진다. 결정형 고체와는 달리 초 냉각액으로 구성되는 유리상은, 개스방출을 야기하는 비 연속성을 개선시키지 않고 전기적 단락을 지속한다.

콘덴서는 높은 코로나 개시 전압 및 소멸 전압을 갖으며 1.5미리 포리프로필렌필름에다 0.5미리의 종이 두께에 대해 섭씨 25도에서 약 7KV이며 대단히 낮은 전력(또는 소멸) 성분을 갖는다. 그것들은 큰 온도 범위에 대해 열적으로 안정하며 트리클로로 바이페닐을 포함하는 콘덴서보다 저온에서 동작할 수 있다.

콘덴서에 사용되는 유전체액은 이용이 편리하며 저렴하고, 비중독성이며, 세균으로 분해 가능하며, 광범위한 유동 범위를 가지며 만약 필요하다면 쉽게 정화된다. 연소성은 만족할만 하며 포리프로필렌, 종이, 여타의 유전체와 겸용할 수 있다.

본 발명을 좀더 명확하게 이해하기 위해서 첨부한 콘덴서 전신의 부분 등방 단면도를 참고로 해서 설명하기로 한다.

도면을 보면 용접 밀폐된 하나의 콘테이너(1)은 긱선 전도 금속편(2)와 좁고 둥근 끝을 갖는 전도 금속편(3)을 포함하는 하나 이상의 전선을 갖고 있다. 이들 금속편은 필름(5), 종이(6), 그리고 필름(7)에서 처럼 절연층(4)와 함께 교대한다. 유전체액(8)은 콘테이너(1)을 충진시키며 전선을 포화시킨다. 전극 끝은 종래의 방법에 일치하여 공급된다. 역시 유전체층은 사실상 도면에 나타난 큰 간격이 실질적으로 감소 되도록 이용 가능한 간격을 만들려는 경향이 있다.

본 발명의 유전체액은 최소한도 약 55%(무게로)의 메타 이소프로필 바이페닐인 이소프로필 바인페닐로 이루어져 있다. 오히려 바이페닐 유전체액은 75% 메타 이성체 이상으로 이소프로필 바이페닐을 만들기가 어렵고 비싸기 때문에 약 55% 내지 75% 정에의 메타 이성체이다. 유전체액은 실제로 통상 용액의 유전체 특성에 나쁜 영향을 미치지 않는 비 이소프로필 바이페닐을 15%까지 함유할 수 있다. (총 용액 무게로 따져서) 그러나 실상 저온에서 결정치에 대해 저항이 증대한다. 유전체액은 3% 미만의 비 이소프로필 바이페닐을 제조하기 위해선 값이 비싸기 때문에(총 무게로 따져서) 3% 내지 6%의 비 이소프로필 바이페닐을 함유한다. 그리고 이소프로필 바이페닐의 양이 6% 이상이면 코로나 특성은 약간 변질된다.

준비 방법에 따라 유전체액은 약간의 바이페닐을 함유할 수 있다. 바이페닐은 자극적이고 휘발성이므로 5% 이상 제시되지 않는 것이 바람직하며 보통 0.5% 미만이다. 유전체액을 열적 안정을 위해 1% 까지의 산화 방지제를 함유한다. 적당한 양은 0.01 내지, 0.2% 정도이며 적당한 산화 방지제는 디-t 부틸-파라크레졸, 디-t-부틸 페놀 또는 그의 혼합물이다.

용액은 역시 코로나 저항의 개선을 위해 수소를 2%까지 포함하며 0.1%에서 0.5%까지 사용되고 있다. B-메틸 앤드러 퀴른(methylantraquinone) 또는 앤드러 퀴논 같은 하나의 앤드러 퀴논이 사용될 수 있다. 이용상의 편리로 인해 용해될 수 있는 B-메틸 앤드러 퀴논이 더욱 적당하다.

필요하지는 않더라도, 용액은 약 2%까지 함유할 수 있으며 전기적 안정을 위해 글리시딜 페닐에테르나 비스(bis)(3,4-에폭시-6-메틸사이클로헥실메틸 애디페 이트) 같은 에폭시를 0.05 내지 약 10% 정도 함유하는 것이 적당하다.

콘덴서는, 필름(즉 포리프로필렌)-페이퍼(종이) 또는 100% 필름이 적당한데, 이제까지 설명한 바와같이 용액의 유전체 상수가 이러한 형태의 콘덴서에서 중요하지 않기 때문이다. 본 발명의 유전체액은 콘덴서 뿐만 아니라 변압기, 케이블 또는 다른 여타의 전기 장치에 사용된다.

다음 실험이 본 발명을 더욱 잘 설명해준다.

[실험1]

직경 1˝길이 6˝인 시험관 안에 용액의 샘플이 핫-콜드(Hot-Cold) 챔버내의 두 저온 사이에서 냉각되었거나 순환되어 있다. 플래스틱 유리창을 통해서 샘플을 관찰할 수 있다. 다음 표는 메타 이성체, 파라(para) 이성체, 및 디이소프로필 바이페닐의 퍼센트를 나타낸 것이며 영하 37도C에서 18시간동안 용액을 냉각시켜 다시 영하 47도C에서 16시간 냉각시킨 결과로서 전 용액은 약 0.1%의 오-소(ortho) 이성체의 극소량을 함유하고 있다.

용액에 15%의 디-이소프로필 바이페닐을 첨가한 것. 모든 다른 용액은 제공받은 것인데 용 및 는 에서 는 회사에서 제공 받은 것임.

희읍스름 하거나 투명한 것은 결정형 고체의 형성을 나타내 준다. 이러한 용액은 전기 방전이 쉽게 일어나고 전기 차단현상을 야기하는 곳에서 결정형 고체내에서 개스가 불연속적으로 형성될 수 있기 때문에, 이러한 온도에서는 만족스럽지가 못하다. 반투명한 것은 초 냉각 상태를 나타내는데, 이는 유리, 비결정, 불투명 고체 등이다.

위 표는 55% 메타 이성체(용액 D) 이상의 용액만이 유리형 고체를 형성함을 보여준다. 용액 G에서 디-이소프로필 바이페닐의 높은 부분은 결정화를 억제하는데 약간의 도움을 주지만 역시 많은 문제점을 야기하고 있다. 결정화는 고온 즉 -47℃ 보다는 -37℃에서 더 많이 발생한다. 이 결정은 유리의 불투명과 유사하며 융점 이하에서 온도와 함께 증가한다.

[실험2]

메타 이성체의 다른 량을 함유하고 있는 이소프로필 바이페닐의 두 가지 샘플에 관한 유사한 실험(Tatatami 제공)의 경우인데 이는 -45℃에서 약 10시간 냉각시켜 -25℃로 가열한 것이다.

다음 표가 그 결과를 보여주고 있다. 디-이소프로필 바이페닐의 함유율은 약 2.5 내지 3.5이다.

아래예에서와 같이 온도 순환은 전원 콘덴서의 노출을 에워싼 저온에 실질적인 영향을 준다.

[실험3]

이소프로필 바이페닐을 -60℃에서 2시간 냉각시킨 다음 -15℃에서 1시간 동안 가열시켜서 그 고체 상태를 검사한 것이다.

* 73.0%와 26.4%의 메타를 함유하는 용액

[실험4]

이소프로필 바이페닐이 -30℃에서 7시간, -40℃에서 2시간 -30℃에서 1시간, -40℃에서 2시간, -30℃에서 시간, -40℃에서 3시간 동안, 냉각시켜 관찰한 것이다. 다음에 -50℃에서 2시간 동안 그리고 -30℃에서 1시간 동안 더 순환시킨 후 샘플은 -50℃에서 2시간 이상후에 다시 관찰한 것이다.

마지막으로 -60℃±30±에서 2시간 및 -30±에서 시간을 2회전 시켜 -60℃에서 2시간 이상 후에 관찰한 것이 아래표에 나타난 결과이다.

* 73.O% 및 26.4% 메타를 함유한 용액

[실험5]

이소프로필 바이페닐 -27℃에서 1시간 동안 냉각시켜 관찰하고 -27℃에서 18시간 계속 관찰해서 -60℃에서 2시간 동안 냉각시켜 -31.5℃에서 1시간을 가열해서 관찰하고 다시 -60℃에서 2시간 냉각시킨 결과를 아래표에 나타냈다.

* 73.0%와 26.4% 메타를 함유하는 용액

Claims (1)

1. 적어도 55%의 메타 이성체 이소프로필 바이페닐을 함유한 유전성유체를 포함한 것을 특징으로 하는 전기기기.

Images