KR800001404B1 - 개량된 유전 시스템을 갖는 캐패시터 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

개량된 유전 시스템을 갖는 캐패시터

제1도는 본 발명의 캐패시터의 사시도.

제2도는 본 발명의 캐패시터 팩의 사시도.

제3도는 모노-클로로디페닐옥사이드와 모노클로로도데실 디페닐옥사이드의 여러비율로 이루어진 혼합물의 유동을 보여주는 선도.

제4도는 침투물로 염소화디페닐을 사용한 종이-필릅 캐패시터와 비교한 본 발명의 종이-필림 캐패시터의 여러 온도에서의 최초 방전전압을 보여주는 선도.

본 발명은 개량된 유전체 시스템을 가지는 캐패시터(Capacitor)에 관한 것이다. 캐패시터는 금속박과, 중합체필름과 종이를 조합시켜서 이루어진 유전체 물질을 교대로 중첩시켜서 이루어진 층을 포함하고 있으며, 여기에서 종이는 모노할로겐화 디페닐옥사이드와 모노할로겐화 알킬디페닐옥사이드(알킬기는 1-20개의 탄소원자를 함유한다)의 혼합물로 이루어진 액체 유전체 조성물이 침투된 것이다. 본 발명의 캐패시터는 개량된 코로나 특성을 가지고 있으며, 유전체 손실이 적으며 액체 유전체 조성물은 본질적으로 생화학적으로 분해된다.

역률보정 캐패시터(Power factor correction capacitor)와 같은 캐패시터의 구조물에서, 캐패시터는 금속박과, 액체 유전체가 침투된 고체 유전체 물질을 교대로 중첩시킨 층으로 형성된다.

종래에는 크래프트종이 팃슈가 유전체물질로서 일반적으로 사용되어왔다. 이런 형의 캐패시터는 유전체 손실이 비교적 높아서, 그 용도가 100kvar 이하의 용량을 가지는 캐패시터에만 제한되어 있었다.

또한 종이와, 폴리프로필렌필립과 같음 중합체필림의 조합이 캐패시터에서 유전체층으로 사용되어왔다. 종이-필림 캐패시터는 종이만으로된 캐패시터보다 대체로 유전체손실이 적고 확실성이 더 있기 때문에 더큰 kvar 용량을 가지는 캐패시터를 만들 수 있다. 종일-필립 유전체층에서 종이는 그 사용이 제한되어 있으나, 이 종이는 액체유전체가 캐패시터 팩에 침투되는 것을 증가시키는 심지물질로서 작용한다.

여러해동안, 폴리염소화 디페닐이 역률보정 캐패시터에서 액체 유전체로서 사용되어 왔다. 그리고 이 액체 유전체는 효과적인 유전시스템을 만들어 캐패시터에 많은 개량을 가능케 하였다. 예를들면 과거의 kvar 당 용량이 8의 인자로 감소되었으며, 유전체 손실이 5이상의 인자로 감소되었고 kvar 당 코스트가 약 5의 인자로 감소되었다. 이러한 개량은 적어도 부분적으로는 액체 침투물질로서 폴리염소화 디페닐을 사용함으로써 이루어진 것이다.

비록 트리클로로디페닐과 같은 폴리디피넬이 캐패시터용의 효과적인 유전시스템을 만든다고는 하지만 폴리여소화디페닐이 생화학적으로 분해되지 않기 때문에 캐패시터 용기에 틈이 생기거나 깨어지거나, 또는 캐패시터를 버릴 때 폴리염소화디페닐은 환경요염물질로 남을 것이며, 수년이 지나도 그대로 분해되지 않기 때문에 상기물질의 사용이 있어서 생태학적인 문제가 발생하게 된다. 더한 단점으로 폴리클로리네이드디페닐은 동물에 축적되어 독성을 나타냄이 알려졌다.

본 발명은 개량된 유전 시스템을 갖는 캐패시터에 관한 것이다. 캐패시터는 금속박과, 중합체 필림과 종이로 이루어진 유전체 물질을 교대로 중첩시킨 층을 포함하고 있다. 유전체물질은 모노할로겐화 디페닐옥사이드와 모노할로겐화 알킬디페닐 옥사이드(여기에서 알킬기는 분자중 탄소원자 1-20개를 함유한다)의 혼합물로 이루어진 액체 유전체 조성물로 함침되어 있다. 일반적으로 액체 유전체 조성물은 중량적으로 모노할로겐화 디페닐옥사이드 약 5-95%와 모노할로겐화 알킬디페닐 옥사이드 약 95-5%를 함유한다. 또한 이 유전체물질은 캐패시터가 작동중에 함침물 또는 기타물질에서 발생되거나 분리된 염소이온이나 기타 분해성성물을 중화시키기 위한 청정제로서 작용하는 에폭사이드 화합물을 0.01-10%함유할수도 있다.

중합물질의 유전체 필림은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르 등과 같은 물질로 형성될 수 있으며 필림의 표면 및/또는 금속박의 접촉표면은 불규칙적인 표면을 형성하여 액체유전체의 저류효과를 가져서 공정중에 액체가 완전히 침투될 수 있다.

캐패시터 공정 또는 조립중에서 고체 유전체층을 함유하는 캐패시터 케이싱은 캐패시터 내부로부터 수증기 및 기타 기체를 제거하기에 충분한 시간동안 진공조건하에서 60℃이하의 온도에서 건조시키며 그리고 바람직하게 실온에서 건조시키는 것이 좋다. 액체 유전체를 진공하에서 순환시키거나 또는 교반시켜서 액체로부터 기체를 제거한다. 캐패시터와 유전체 액체에서 따로 따로 기체를 제거한 후에 캐패시터에 액체를 도입시킨다. 캐패시터에 유전체 액체가 충진되면 캐패시터의 온도를 60℃이하(실온이 적당)로 유지시키면서 액체의 진공상태가 제거되거나 또는 액체에 대기압보다 큰 압력이 가해진다. 침투가 끝난후 진공상태가 제거되며, 캐패시터를 밀폐시킨다.

본 발명의 캐패시터는 유전체손실이 적으며, -40℃ 내지 90℃까지의 온도범위에서 우수한 코로나특성을 가진다. 또 다른 이점으로서는 액체의 유전체 조성물이 폴리염소화 디페닐이 독성이 적으며, 생체에 축적작용이 적고 폴리염소화 디페닐보다 더 생화학적으로 분홰되기 쉽다는 점에서 환경을 오염시킬 위험이 적다.

유전체 시스템으로부터 기체들을 제거시키도록 본 발명에 따라 처리된 유전시스템은 125℃까지의 상승된 온도에서의 전기응력하에서도 중합체층이나 또는 액체 유전체를 분해시킴이 없이 작동시킬 수 있다. 상승된 온도에서 안정성이 증가되기 때문에 유전시스템을 일반적인 조작온도(케이스온도) -40℃ 내지 70℃를 가지는 큰 역률보정 캐패시터 뿐만 아니라 작동온도 100℃까지에서도 사용할 수 있는 소형의 안정된 또는 특수한 캐패시터에서도 사용할 수 있다.

또 다른 이점으로 본 발명의 방법에서는 통사으이 공정기술에서 자주 필요한 후처리(Post cure)가 필요없다.

일반적으로 72시간 정도까지 소요되는 후 처리를 제거함으로써 캐패시터 공정전체에 소요되는 시간을 대체적으로 단축시키며, 그럼으로써 제조비용을 절감시킬 수 있다.

본 발명의 기타의 목적과 이점은 다음에 본 발명을 설명하면서 기술한다.

제1도는 벽(2), 바닥(3), 및 커버(4)를 가지는 외축케이스(1)을 포함하는 전형적인 캐패시터를 예시하고 있다.

케이스(1)은 밀폐시키고, 작은 구멍(5)를 내고 이 구멍으로 제작시에 유전체 물질을 케이스(1)로 도입시킨다. 부가적으로, 제작시에 캐패시터의 진공건조를 위해 진공관을 구멍(5)에 연결시킬 수도 있다. 커버를 통하여 한쌍의 단자(6)를 돌출시키고 커버와 절연시킨다.

일련의 캐패시터 팩(7)을 케이스(1)에 배치하고 제2도에 예시한 바와 같이 각 캐패시터 팩은, 유전체층(9)에 의해 각각 분리되어 권취된 금속박(8)층을 가진다. 전극(10)은 박층(8)에 연결되어 있으며 여러 팩들의 전극들은 단자(6)에 최종으로 연결되도록 일련으로 함께 연결되어 있다.

박층(8)은 원하는 어떠한 전기적 도체물질로 만들 수 있으며, 일반적으로 알미늄 및 기타와 같은 금속물질로 만들 수 있다. 층(8)은 편평한 시이트형태를 할 수 있으며, 또는 미극 특허 제3,746,953호에 기술된 바와 같이 박의 한쪽면을 함몰시키고 다른면을 사응하게 융기시켜서 형성되는 일련의 변형으로 표면을 불규칙하게 만들 수도 있다.

고체 유전체층(9)은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르 또는 폴리카보네이트와 같은 중합체 필림과, 크래프트지, 흡습지, 흡습성 목재 필프섬유 등과 같은 셀루로즈섬유물질은 조합시켜서 제조한다. 중합체 필림은 매끈한 표면을 가진 스트립의 형태를 가질 수도 있으며, 미국 특허 제3,772,578호에 기술된 것과 같이 표면에 부착하는 미세한 폴리올레핀 섬유의 층을 가지는, 폴리프로필렌과 같은 중합체 스트립의 형태를 가질 수도 있다.

중합체필림은 일반적으로 90%(중량)까지의 유전체층을 함유하며, 대부분의 경우는 30-90%(중량)으로 구성되며, 70-85%(중량)이 바람직하다.

중량체 필림의 표면 및/또는 금속박(8)의 접촉면은 두 접촉면들이 계속하여 밀착되어 접촉되지않도록 표면을 불규칙하게하거나 또는 변형되게 하는 것이 중요하다. 표면의 불규칙은 액체유전체에 대하여 램프의 심지 또는 모세관의 역할을 하여 공정중에 액체가 필림(9)에 완전히 침투될 수 있게 한다.

유전체층(9)은 모노할로겐화 디페닐옥사이드와 모노할로겐화 알킬디페닐옥사이드(여기에서 알킬기는 1-20개의 탄소원자를 함유한다)의 혼합물로 이루어진 액체 유전체 조성물로 침투된다.

혼합물에서 모노할로겐화 디페닐옥사이드는 모노할로겐화 알킬디페닐옥사이드에 대응하여 혼합물의 약5-95%(중량)의 양으로 사용한다. 대부분의 경우에 모노할로겐화 디페닐 옥사이드는 모노할로겐화 알킬디페닐옥사이드에 대응하여 혼합물의 10-70%(중량)의 량을 사용한다.

두성분중에서 취소와 같은 기타의 할로겐도 사용할 수 있으나 할로겐으로는 염소가 선택할만하다. 할로겐원자는 각성분에서 보통 파라워치에 위치하고 있으며, 이들화합물을 제조하는 공정에서 할로겐원자의 약 80-100%가 파라위치에 존재하며 나머지 0-20%가 오르토 위치에 존재한다. 모노할로겐화 알킬디페닐옥사이드의 알킬기는 3-16개의 탄소원자를 함유함이 바람직하며, 이들은 곧은 연쇄 또는 갈래연쇄일 수도 있으며, 특별한 위치 및 갈래연쇄수는 본 발명에 중요치 않다.

본 발명의 캐패시터에 사용 및 유전체 조성물의 특수 실시예를 중량으로 표시하면 다음과 같다.

모노-브로모-디페닐옥사이드 50% 및 모노-클로로도데실 디페닐옥사이드 50% : 모노클로로디페닐옥사이드 30% 및 모노클로로도데실디페닐 옥사이드 70% : 모노-클로로디페닐 옥사이드 80% 및 모노-클로로헥실디페닐옥사이드 20% : 모노-클로로디페닐옥사이드 40% 및 모노-클로로부틸디페닐옥사이드 60% : 모노-클로로디페닐옥사이드 20% 및 모노-클로로프로필디페닐옥사이드 80% : 모노-클로로디페닐옥사이드 35% 및 모노-클로로헥실디페닐옥사이드 65% : 모노클로로디페닐옥사이드 17% 및 모노-클로로부틸디페닐옥사이드 83%, 또한 유전체 조성물은 중량으로 0.01-10%의 에폭사이드 청정제를 함유할 수 있으며, 0.2%-1.5%(중량)을 함유하는 것이 바람직하다. 이 에폭사이드 청정제는 캐패시터가 작동중 액체침투제 및 기타 물질에서 유리되거나 또는 발생된 분해생성물을 중화시키는 역할을 한다. 중화제나 또는 청정제는 1,2-에폭시-3-페녹시프로판; 비스(3,4-에폭시-6-메틸사이클로헥실메틸)아디페이트; 1-에폭시에틸-3,4-에폭시-사이클로헥산; 3,4-에폭시사이클로헥실-메틸-3,4-에폭시사이클로헥산카복실레이트; 3,4-에폭시-6-메틸사이클로헥실메틸-3,4-에폭시-6-메틸-사이클로헥산카복실레이트 및 그 혼합물을 사용할 수 있다. 에폭시화합물은 분해생성물의 급속히 중화시키는데 효과적이며, 그럼으로써 유전체특성을 개선시키며 캐패시터의 수명을 연장시킨다.

모노-할로겐화 디페닐옥사이드는 통상의 방법으로 제조할 수 있는데, 상기 방법에 있어서, 디페닐옥사이드는 미합중국 특허 제2,022,634호에 기술된 바와같이, 0-할로 디페닐옥사이드 및 P-할로디페닐옥사이드의 혼합물을 제조하기 위해 염화알미늄과 같은 알미늄할라이드, 또는 다른 프로톤산을 사용함으로써 할로겐화 된다.

마찬가지로 모노-할로겐화 알킬디페닐옥사이드는 공지방법으로 제조될 수 있으며, 상기 방법에 있어서 할로디페닐옥사이드는 미국특허 제2,170,989호에 기술된 바와 같이, 소량의 염화 알미늄으로 처리되며, 그후에 혼합물을 반응온도로 유지시키면서 알킬할라이드 또는 올레핀이 점차로 도입된다.

두 성분을 함께 혼합시키는데에는 특별한 공정이 필요없으며, 이들은 실온 또는 상승된 온도에서 서로 혼화할 수 있다. 또한 혼합물은 알킬화 반응으로 제조할 수도 있는데, 상기 방법에 있어서, 알킬화반응은 모노-할로겐화 알킬디페닐 옥사이드 및 모노-할로겐화 디페닐옥사이드의 원하는 비율이 얻어지기에 충분한 시간동안 반응시킨 후 반응을 끝낸다. 저급알킬 알킬화를 얻기 위해 이 방법을 사용하면 약간의 디 알킬화가 발생한다.

본 발명의 캐패시터를 제조하기 위해여는 캐패시터 팩을 함유하고 있는 캐패시터 케이스의 내부를 먼저, 캐패시터 내부로부터 수증기 및 기타 기체를 제거하기에 충분한 시간동안 진공 또는 대기압보다 낮은 압력으로 한다. 진공헤드와 구멍(5)사이에 연결된 관에의하여 케이스(1)의 내부를 진공으로 한다. 진공은 100마이크론이하로, 바람직하게는 30마이크론이하로 한다. 진공정도에 따라 진공시간을 달라질 수 있으나, 보통 40시간 이상을 진공 건조시킨다.

중합체 필림의 분자팽창을 방지하기 위하여는 온도는 60℃ 이하로 유지되어야하며, 진공건조는 실온과 같은 43℃ 이하의 온도에서 행함이 바람직하다. 중합체 필림은 확산에의하여 액체유전체가 함칩되며, 여기에서 액체유전체 분자는 필림으로 들어가서 평평이 성취될 때까지 고농도 부분에서 저농도부분으로 이동된다. 중합체 필림을 가열하면 분자구조의 팽창에의하여 확산율이 저하되기 때문에 캐패시터를 건조시킬 때에 온도를 약 60℃ 이상으로 중합체필림을 가열하는 것이 피해야 한다.

액체유전체는 따라 진공건조처리되어 유전체 액체내의 기체가 제거된다. 기체제거처리를 행하기 위하여는 500미크론 이하의 진공을 이용하며, 50미크론 이하의 진공이 바람직하다. 액체는 액체에서 기체를 제거하기에 충분한 시간동안 진공 건조된다. 기체 제거를 촉진시키기 위해, 액체를 순환시키거나, 또는 휘젓거나 혼합시킴으로써 교반시키는 것이 바람직하다. 기체제거 시간은 액체의 점도, 진공도, 교반형태 및 기타 인자에 따라 달라질 수 있으며, 일반적으로 12시간 이상 진공건조처리를 행한다.

진공건조처리를 행하는 동안은 액체를 실온으로 유지시킴이 바람직하다. 가열할 수도 있으나. 기체가 제거된 액체는 60℃ 이하의 온도를 유지해야하며, 캐패시터에 도입시킬 때에는 43℃ 이하로 함이 바람직하다. 기체를 제거시킨 액체 유전체는 진공을 유지시키면서 구멍(5)에 부착된 관을 통해 캐패시터 케이스(1)에 도입시킨다. 캐패시터케이스를 충진시킨 후에 100미크론 이하의 진공, 바람직하기로는 30미크론 이하의 진공을 충분시간 유지시켜서 고체유전층에 액체 유전체가 완전히 함침되도록 한다. 최적의 작업조건으로 포화시키는데 24시간 이상이 소요된다. 이 기간중 캐패시터에 있는 고체 유전층(9)의 온도 및 액체 유전체의 온도는 60℃ 이하로 유지시키며, 실온과 같이 43℃ 이하로 유지시키는 것이 바람직하다.

또한 충진후에, 캐패시터에 있는 액체유전체에 1-4psig의 양압을 가하여 고체중합체층에 액체유전체가 침투되는 것을 도와줄 수도 있다. 액체유전체에 가한 압력은 보통 30분 이상을 유지시킨다. 액체에 압력을 가하는 방식에 있어서, 비록 액체와 직접적으로 접촉하는 가압기체를 이용하는 것은 개스가 액체에 흡수되며, 흡수된 기체가 시스템의 유전체 특성에 역효과를 줄수 있기 때무네 바람직하기 못하다고는 하더라도, 액체 압력을 가하는 방식은 중요치 않다.

침투 또는 침적기간이 끝난 후 진공이나 또는 가압하였으면 이것들을 제거한 후 캐패시터를 밀폐시킨다.

과거에는 후처리작업이 자주 이용되어, 밀폐시킨 캐패시터를 약 85℃의 온도로 72시간까지의 기간동안 가열시켜서 침투를 개선시키고 더 좋은 신뢰성을 갖도록 하였다. 본 발명의 방법에서는 후 처리작업이 필요치 않다. 비록 후처리 작업을 본 발명에서 행하여도 역효과가 발생하지 않는다 하더라도, 후처리 행하면 전체적인 공정시간만 증가시키기 때문에 후처리작업을 행하지 않는다. 후처리작업을 행하지 않으므로서, 공정시간이 단축되어 생산성의 견지에서도 이러한 시간의 단축은 중요한 것이다.

본 발명의 캐패시터에 사용된 액체유전체조성물이 트리클로로디페닐과 같은 통상의 유전체보다 중합체 필림에 더빨리 침투됨이 발견되었다. 이러한 침투율의 증가는 본 발명조성물의 표면에너지에 관계되며 또한 적어도 부분적으로는 조성물의 비교적 낮은 점도에 좌우된다. 이러한 침투율의 증가로 캐패시터 조립시간을 단축시킬 수 있다.

본 발명의 전기구에 사용되는 액체유전체조성물은 폴리염소화 디페닐의 상대유전 상수보다 대체로 낮은 상대듀전상수를 갖는다. 예를 들면, 모노-클로로디페닐옥사이드 17% 및 모노-클로로부틸디페닐옥사이드 83%로 구성되는 조성물의 상대유전 상수는 약 4.4인 반면, 캐패시터용 트리클로로디페닐의 상대 유전 상수는 약 5.9이다. 이러한 상대유전 상수의 근본적인 차이로 인하여 본 발명의 유전체 조성물이 캐패시터용 폴리 염소화디페닐보다 못한 것으로 생각될 수 있다. 그 이유는 상대유전 상수가 보통 전기용량에 직접적으로 영향을 미치며, 상대 유전체 상수가 적으면 kvar 당 캐패시터의 체적이 더커지기 때문이다. 그러나 뜻밖에도 본 발명의 유전체 조성물을 종이-필림 고체유전체와 조합하여 사용하면 폴리염소화디페닐이 침투된 유사한 캐패시터에 비하여 전기용량이 별로 감소하지 않는 사실을 발견하였다.

반면, 본 발명의 유전체조성물이 침투되어 있는 종이만으로된 유전체층을 가지는 캐패시터는 폴리염소화 디페닐이 침투되어 있는 종이만으로된 캐패시터에 비하여 전기용량이 감소된다는 점에서 예측할 수 있게 작용한다. 이리하여, 본 발명의 유전체 조성물을 침투시킨 종이만으로된 캐패시터는 폴리염소화디페닐을 침투시킨 종이만으로된 캐패시터보다 약 20% 큰 양을 가져야 하거나, 또는 폴리염소화 디페닐을 침투시킨 종이만으로된 캐패시터에 비하여, 전기응력을 약 10%정도 높여주어야 한다.

폴리프로필렌과 같은 중합체필림에 트리클로로디페닐과 같은 폴리염소화 디페닐을 침투시켰을 때에는 중합체 필림의 상대유전체 특성이 약간 증가함이 발견되었다. 그러나, 정말 뜻밖에도, 본 발명의 유전체 조성물을 침투시켰을 때에는 중합체필림의 상대유전 상수가 훨씬 더 증가됨으로써, 비록 본 발명의 유전체조성물의 상대 유전상수가 폴리염소화디페닐의 상대유전 상수 5.9에 비하여 단지 약 4.4정도이지만, 본 발명의 유전체 조성물을 침투시킨 필림의 상대유전 상수가 실제로 폴리염소화 디페닐을 침투시킨 동일한 필림의 상대유전 상수보다 약간 더 크게 된다. 본 발명의 액체를 사용하는 유전시스템에 25-30%의 종이를 부가하여도 캐패시터용의 폴리염소화 디페닐을 사용하는 동일시스템으로 얻어지는 전기용량보다 전기 용량이 단지 약 1% 정도만 감소할 뿐이다. 이것은 본 발명의 상대유전 상수를 포함하는 계산에 근거를 둔 예상된 전기용량의 감소가 약 5-6% 정도인 것과 비교할 때에 뜻밖의 결과인 것이다. 그럼으로써 비록 본 발명의 액체의 상대 유전체상수가 폴리염소화디페닐의 상수보다 대체로 낮다고 하더라도, 발명의 유전체조성물을 침투시킨 종이-필림 캐패시터의 전기용량은 폴리염소화디페닐을 사용한 캐패시터의 전기용량에 견줄만하다.

본 발명의 액체조성물은 비록 모노염소화되었지만 안정된 유전체 시스템을 만든다. 전통적으로 안정성은 염소화가 증가함에 따라서 증가하는 것으로 알려져있으나, 본 발명의 유전체액체조성물은 드리클로로디페닐 및 테트라클로로디페닐의 안정성에 비교될만한 안정된 시스템을 만드는 것이 발견되었으며, 더구나, 염소화가 적게될수록 조성물은 더쉽게 생화학적으로 분해되며, 독성이 적어지고 생체에 축적작용이 적어지는 등의 현저한 이점이 있다.

본 발명의 액체유전체 조성물은 완전히 생화학적으로 분해되기 때문에 이 조성물이 캐패시터케이스가 새거나 깨어지거나 도는 캐패시터를 버림으로 인하여 환경에 노출되어도, 액체 유전체물질은 무독성 화합물로 분해되어 환경에 나쁜 영향을 주지 않는다. 반면에 캐패시터용의 폴리염소화 디페닐은 환경에 저항성을 가져서 쉽게 생화학적으로-분해되지 않는다.

폴리염소화디페닐은 또한 물고기 및 동물등에 축적되어 독성을 가지는 것이 발견되었다. 이에 비하여 본 발명의 유전체액체는 생체에 대한 축적도가 더 적고 물고기 및 포유동물들에 대하여 독성이 적기 때문에 환경에 대한 해가 더 적다. 예를들면, 캐패시터용의 폴리염화디페닐은 본 발명의 모노클로로디페닐옥사이드 17% 및 모노클로로부틸 디페닐옥사이드 83%(중량)의 혼합물보다 물고기의 생체내에 100-200배 이상 축적된다. 더구나 캐패시터용 폴리염소화디페닐의 급성 경구독성은 본 발명의 유전체 액체조성물의 독성보다 약 10배정도 크다.

캐패시터 설계에서 고려해야할 중요한 것중의 하나는 부분적 최초방전전압(DIV)이다. 부분방전의 존재시에는 유전체 시스템의 효율이 감소하며 수명이 심하게 감소되기 때문에, 부분방전, 조건하에서는 유전체를 작동시키지 못하게 하는 것이 중요하다.

제3도의 곡선은 계측하기 전 수시간동안 온도를 안정(항온으로)시킨 시험조건하에서 얻어진 모노-클로로 디페닐옥사이드와 모노-클로로도데실디페닐옥사이드의 여러혼합물의 유동점 데이터를 나타내고 있다. 이 곡선에서 보여주는 바와같이 모노-클로로도데실디페닐옥사이드 단독의 유동점은 약 0℃ 이며 모노-클로로디페닐옥사이드 단독의 결정점은 약-81℃이다. 그러나 그럼함에도 불구하고, 이들 두물질의 혼합물의 유동점은 각개성분의 유동점보다 훨씬 낮아진다. 예를들면, 두성분의 50 : 50의 혼합물의 유동점은 약-45℃이며, 대부분의 혼합물의 유동점은 -20℃보다 낮다.

캐패시터는 사용시에 대단히 낮은 주위온도에 노출될 수도 있기 때문에 유전체 액체는 낮은 유동점을 가지는 것이 바람직하다. 두성분의 혼합물에 의하여 유동점이 강하되면 액체유전체는 캐패시터의 작동온도 전점위에서 결정화되지 않으며 액체상태로 있게된다.

본 발명의 유전체액체는 캐패시터급의 폴리염소화디페닐보다 낮은 유동점을 가지고 있기 때문에 본 발명의 캐패시터는 -45℃의 온도에서도 사용할 수 있으며, 액체유전체에 사용된 성분의 혼합조건에 따라서는 -60℃ 정도의 온도에까지도 사용할 수가 있다.

대부분의 유전시스템은 낮은 온도에서는 작동 신뢰도가 저하됨이 발견되었다. 전기응력하에 대단히 낮은 온도에서 안정화되도록 허락된 유전체 시스템은 특히 대단히 낮은 온도에서 시스템을 작동시킬 때에 너무 빨리 파손되기 쉽다. 이 때문에 낮은 온도에서는 유전체 시스템의 손실율이 커야된다. 왜냐하면 신뢰성이 더 좋은, 더 높은 유전체 온도에서 높은 손실율은 캐패시터를 작동시키는 힘이 되기 때문이다. 본 발명의 유전체 시스템의 유전체 손실특성은 낮은온도에서 손실율이 크도록 되는 기본적 요구조건에 합당하며 따라서 캐패시터의 신뢰성이 개선된다. 이러한 특성이야말로 유전체 액체의 낮은 유동점과 함께 대단히 우수한 저온도 유전체 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 유전체 액체가 침투된 본 발명의 필림-종이 캐패시터의 방전전압은 보통의 작동온도 범위에서(DIV) 폴리염소화디페닐을 사용한 유사한 캐패시터보다 더 높다. 이를 비교 실험하기 위하여, 시험용 캐패시터 셋트를 유전체층으로 두께 0.0005인치의 2장의 전기급 폴리프로필렌 필림 및 한 장의 0.00035인치 두께의 크래프트 팃슈(폴리 프로필렌 필림 74% 및 크래프트 팃슈 26%)를 사용하여 제작하였다. 이 박편화된 유전체는 두께 0.00025인치의 알루미늄박들 사이에 위치된다.

시험용 캐패시터 셋트는 캐패시터용 폴리염소화디페닐(주로 트리클로로디페닐과 테트라클로로디페닐의 혼합물인 Arocolr 1016)과 청정제로서 에폭사이드 첨가물인 비스(3,4-에폭시-6-메틸사이클로헥실-메틸)아디페이트를 0.5%중량)함유한 것을 침투시킨다.

시험용의 다른 캐패시터 셋트는 모노클로로디페닐 옥사이드 17%중량0 및 모노클로로부티디페닐옥사이드 83%(중량) 및 상기의 에폭사이드 첨가물 0.5%의 혼합물인 본 발명의 유전체 액체로 침투시킨다. 모든 시험용 캐패시터는 100마이크론 이하의 진공에서 48시간 동안 105℃의 오븐에서 진공 건조시킨다. 각 경우마다 유전체액체는 따로따로 100마이크론 이하의 진공에서 48시간동안 20℃로 진공 건조시킨다. 캐패시터는 60℃로 냉각시키고 캐패시터 케이스에 유전체 액체를 넣으며 60℃]의 온도에서 72시간동안 침투시키며, 이때에 액체는 100마이크론 이하의 진공을 유지시킨다. 이 침투시간이 끝난후 각 시트의 진공을 제거한 후 캐패시터를 밀폐시킨다.

모든 시험용 캐패시터는 실온에서 밀(mil)당 1,800볼트에서 24시간 동안전기 응력의 조건하에서 작동시킨다. 작동시간이 끝난 후에 -45℃ 내지 90℃의 여러 온도에서 최초 방전전압을 결정한다. 이 시험의 결과는 제4도에 나타낸다. 제4도는 폴리염소화디페닐을 침투시킨 시험용 필림-종이 캐패시터 및 본 발명의 유전체조성물을 침투시킨시험용 필림-종이 캐패시터의 최초 방전전압값을 온도의 함수로서 나타낸 것이다.

제4도에서 알수 있는 바와 같이 본 발명의 시험용 캐패시터는 보통의 작동온도에서 폴리염소화디페닐을 사용한 시험용 캐패시터보다 더 높은 방전전압 값을 가지고 있다. 더구나 폴리염소화디페닐을 사용한 시험용 캐패시터에서 약 -20℃ 내지 0℃에서 나타난 복각 특성(Characteristic dip)은 본 발명의 유전체조성물로 침투시킨 시험용 캐패시터에서는 나타나지 않는다. 이 복각특성이 나타나지 않는 것은 안전역을 증가시켜, 정상 작동전기응력이 코로나 전압보다 낮게하고, 또는 역으로 만약 시스템의 안전계수가 폴리염소화 디페닐을 사용한 때와 거의 같이 유지된다면 더 높은 전기응력이 사용될 수 있게하기 때문에 중요하다.

이것은 더 작은 체적을 갖는 캐패시터로 동일 kvar를 얻게한다.

이 실험은 본 발명의 캐패시터가 -40℃ 내지 90℃의 모든 온도 범위에서 1.5kv/mil 보다 더 큰 방전전압을 가지도록 제작할 수 있음을 예시해 주고 있다.

본 발명의 필림-종이 캐패시터는 또한 작동 조건하에서 안정하다. 시스템의안정성 및 신뢰성은 다음 표(I)의 데이터가 보여주고 있다. 이 실험에서 실험용 캐패시터는 두장의 0,00075인치 두께의 폴리프로필렌 필림과 한 장의 0.00035인치 두께의 크래프트 팃슈를 유전체물질로 사용하였으며, 이 박편화된 구조물을 두께 0.00025인치의 알미늄 박 사이에 끼워넣어서 만든다. 이렇게 만든 것을 모노클로로디페닐 옥사이드 17% 및 모노-클로로 부틸디페닐옥사이드의 혼합물로 침투시키며 여기에 에폭시첨가물(ERL-4289)을 0.5% 사용한다. 시험용 필림-종이 캐패시터는 최초방전전압-온도 시험에서 기술한 방법으로 제조된다.

[표 I]

표 I는 최초방전전압(kv/mil), 1,800V에서 192시간 작동시킨 후의 방전전압(kv/mil) 및 2,100V에서 192시간 작동시킨 후의 방전전압(kv/mil)을 나타낸다.

표 I에서 알수 잇는 바와같이 전기 응력하에서 동작하면 방전전압 값을 개선시키며, 이것은 전압력하에서 작동될 때에는 시스템을 손상시키지 않고 실제로는 시스템을 개선시킴을 보여주기 때문에 중요한 요소이다.

본 발명에 의하여 제작된 캐패시터는 모든 작동 범위에서 비교적 높은 최초방전전압 값을 가지고 있기 때문에 좋은 코로나 특성을 가지고 있으며 유전체 손실을 낮다. 높은 최초방전전압은, 밀당 전압이 최초방전전압보다 낮게되도록, 또는 안전역의 감소없이 밀당 전압의 증가를 허락하도록 안전역을 증가시킨다.

Claims (1)

1. 서로 격리되어 배치되고 양자간에 전위가 제공되도록 조정된 한 쌍의 전기전도체와 상기 전기전도체들간에 삽입된 유전시스템을 구성하는 캐패시터에 있어서, 상기 유전시스템이 중합체 필림과 셀루로즈 섬유재료로 조성된 유전재료와 상기 유전재료에 주입된 유전액 조성물을 구성하는 것과, 상기 유전조성물은 모노할로겐화된 디페닐 옥사이드와 분자중 1 내지 20의 탄소원자를 함유하는 알킬족인 모노할로겐화된 알킬디페닐옥사이드의 혼합물을 구성하는 것을 특징으로 하는 개량된 유전시스템을 갖는 캐패시터.

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