JPH09326328A - Sf6 ガス絶縁コンデンサ - Google Patents

Sf6 ガス絶縁コンデンサ

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JPH09326328A
JPH09326328A JP8163839A JP16383996A JPH09326328A JP H09326328 A JPH09326328 A JP H09326328A JP 8163839 A JP8163839 A JP 8163839A JP 16383996 A JP16383996 A JP 16383996A JP H09326328 A JPH09326328 A JP H09326328A
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JP
Japan
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film
capacitor
aluminum
vapor
gas
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JP8163839A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Ishizuka
浩 石塚
Hiroaki Hayashi
浩昭 林
Yuko Wakabayashi
優子 若林
Tomohiro Kawai
智広 河合
Hideki Nishide
秀樹 西出
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 現在SF6 ガス絶縁型のコンデンサ素子とし
て、5〜10μm厚のポリプロピレンフィルム表面に1
0nm〜50nmの純Alが蒸着されたフィルム(M
F)が使用されている。MFを用いてコンデンサ課電し
た場合、蒸着Al膜がMF表面の吸着水分などの影響で
酸化してしまう。酸化すると電極としての有効面積が小
さくなる。コンデンサ容量低下などコンデンサ特性に悪
影響を及ぼす。MF膜の酸化を防ぐ事が目的である。 【構成】 蒸着Al中にSi、Mg、Mnなどの不純物
を添加して耐酸化性耐食性合金膜とする。この膜をフィ
ルム状に形成してコンデンサとする。水分が含まれても
酸化されず電極面積は減少しない。コンデンサ特性の劣
化が起こらない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はSF6 ガス絶縁コン
デンサの改良に関する。ここでいうコンデンサは半導体
回路に用いられるような耐圧の低い小型のコンデンサで
はない。耐電圧が数千ボルト〜数万ボルトの高電圧であ
り且つ電流も大きいものである。つまり容量耐電圧とも
に大きいコンデンサである。ビルの受電設備に設けら
れ、電圧の安定の為に利用される。誘電体はポリプロピ
レンフィルムである。電極はAl蒸着膜である。
【0002】ポリプロピレンフィルムにAlを蒸着した
フィルムを多数回巻き廻したものである。絶縁の為に油
を用いないでガスを用いる。絶縁ガスはSF6 である。
Alは純度の高いAlを用いる。抵抗加熱ヒ−タによっ
て高純度Alを蒸発させ、ポリプロピレンフィルムに蒸
着する。ロールに巻いたポリプロピレンフィルムを順次
巻き出して露呈した面にAl蒸気を当てて蒸着するので
ある。Al蒸着された部分は巻き取りローラによって巻
き取られる。このようにシート上のポリプロピレンフィ
ルムに連続してAl膜を均等の厚さで被覆していくよう
にする。
【0003】
【従来の技術】5μm〜10μm厚のポリプロピレンフ
ィルム表面に、10nm〜50nm(100Å〜500
Å)厚の純Alを蒸着したMF(メタライズドフィル
ム)を2枚重ねてロール状に巻き、これをコンデンサ素
子としていた。実際には正負の2種類の電極が必要であ
るから、このようなフィルムにおいては、Alの蒸着領
域を少しずらしたもの2種類を重ねて巻き廻し、端面に
金属溶射によって電極を形成する。
【0004】図1はそのようなガス絶縁型のコンデンサ
の概略を示すための、一部を巻き出して示す斜視図であ
る。ポリプロピレンフィルムは幅が80mm〜1000
mm程度である。厚さは先述のように5μm〜10μm
である。フィルムの長さは700m〜1000mもあ
り、これは所望の容量によって決まる。
【0005】ポリプロピレンフィルム1の片面にはAl
膜2が蒸着されている。一部が非蒸着面3となってい
る。非蒸着面3とAl膜2の位置に関して2種類のもの
がある。下方に非蒸着面3があるものをフィルムAとす
る。上方に非蒸着面3があるものをフィルムBとする。
これらのフィルムAとフィルムBを芯4を中心にして重
ねて巻き廻す。巻き数が少ない場合は円筒状にする場合
もある。2種類のフィルムを巻いた後、端面には金属溶
射によって丸い電極を作る。
【0006】上側の金属溶射電極5は上側にAl膜を有
するフィルムAと接続される。下側の金属溶射電極6は
下側にAl膜を持つフィルムBと接続される。一つの電
極は積層フィルムの偶数枚目のものに、他方の電極は奇
数枚目のものに接続される。図2はAl膜と電極の接続
の状態を示す断面図である。こうして作った円筒状の素
子を幾つも平行に並べて容器に収容する。
【0007】巻き数が多いときは巻き廻した後側方から
圧縮して平坦にする。端面に金属照射によって電極を形
成するのは同じである。反物状にした素子単位を幾つも
を並べて容器に収容する。何れの場合も、容器にはSF
6 ガスを満たす。絶縁のためである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】このようなガス絶縁型
コンデンサを長年使用していると容量が低下することが
ある。容量低下は10%〜20%程度になることがあ
る。初めは所定の静電容量があるのであるが、4年、6
年と経つと静電容量が減少してくる。このようなコンデ
ンサを回収して分解すると、アルミ蒸着領域が部分的に
透明になっている部分がある。この現象を電極の透明化
と言っている。これはアルミ膜が剥落したのかも知れな
い。或いは何らかの化学変化をしているのかもしれな
い。透明化はどうして起こるのか?
【0009】本発明者は、透明になっている部分をオー
ジェ電子分光法によって分析した。すると透明となって
いる部分には酸化アルミ(アルミナ)ができているとい
うことが分かった。アルミ膜が剥がれたのではなく酸化
されたのである。これが判ったのが1990年頃のこと
である。α−アルミナは透明であるがこのようなアルミ
ナが生成されているのである。初め純粋なアルミであっ
たものが酸化して透明化したのである。本発明者がこれ
を最初に見い出した。
【0010】その理由は次のように考えられる。容器に
はSF6 が充填され密封されている。密封した後に水分
や酸素が入ったという可能性は低い。SF6 には酸化性
は全くない。すると製造時に水分や酸素がフィルムに取
り込まれたのであろうと推量される。ポリプロピレンフ
ィルムへのアルミの蒸着は真空中でなされる。しかしフ
ィルムを巻くのは大気中で行われる。この時に水分、酸
素等が入る可能性がある。つまりMF(メタライズドフ
ィルム)を巻き廻すときに、フィルム表面へ水分が吸着
したり、大気成分が吸着する。水分や大気等を巻き込ん
だ形で素子巻きが行われる。
【0011】絶縁のために油などの液体を充填する場合
は、絶縁油の作用で水分や酸素がアルミ表面から物理的
に除去されるということもあり得よう。しかしガス絶縁
型コンデンサの場合は一旦付着した水分などは取れな
い。長年の間に水分、酸素と蒸着Al膜が化学反応を起
こす。次第にアルミが酸化してしまうのであろう。電極
の透明化はアルミが酸化したことによって引き起こされ
る。電極である蒸着Al膜が酸化してしまうとその部分
は絶縁体になる。電極としての有効面積が減少するの
で、コンデンサ特性が劣化する。特に容量の減少低下が
起こる。
【0012】このような経年変化はかなり多くのコンデ
ンサに起こる。容量が低下したコンデンサは回収し交換
しなければならない。これは手数、経費がかかる。この
ような経年的な特性の劣化のないコンデンサを製造した
いという要望がある。しかし未だに適当な解決手段は見
つかっていない。これが現状である。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、アルミに、微
量のSi、Mg、Mn、Cuを添加することによって酸
化を防ぐ。つまり蒸着Al膜をSi、Mg、Mn、Cu
を含むAl合金膜とする。こうすることによってアルミ
箔電極の耐酸化性、耐食性を高めることができる。不純
物の作用によって、初めに水分や酸素が付着していても
アルミ層が酸化しなくなる。酸化しないと酸化アルミ
(アルミナ)が生成されないから電極の有効面積が減少
しない。容量の低下という劣化を免れることができる。
長年安定した特性のコンデンサを得る事ができる。
【0014】但し、不純物が多すぎると、アルミ層が硬
くなって脆くなる恐れがある。硬化によってフィルムか
ら剥離し易くなることもある。Si、Mg、Mnのアル
ミに対する適当な混合の比率は次のようである。
【0015】(1)Siは、0.01wt%〜5.0w
t%(残りはアルミ) (2)Mgは、0.02wt%〜5.0wt%(残りは
アルミ) (3)Mnは、0.02wt%〜2.0wt%(残りは
アルミ) (4)Cuは、0.01wt%〜5.0wt%(残りは
アルミ) (5)Si、Mg、Mn、Cuのいずれか2種類以上を
それぞれの比率が(1)〜(4)の範囲であるようにす
る(残りはアルミ)。
【0016】不純物が下限の値より低いと不純物添加の
効果が殆ど現れない。つまりアルミが酸化されるのを防
ぐことができない。反対に不純物の添加量が上限を越え
るとアルミ合金が硬くなり、多数回コイル状に巻く作業
に支障が現れる。また電気抵抗が増えてコンデンサでの
発熱が増加する。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明は、SF6 ガス絶縁コンデ
ンサにおいて、ポリプロピレンフィルムに、Si、M
g、Mn、Cuを微小量含むアルミ膜を蒸着しこれを巻
き廻してコンデンサとする。これらの不純物の添加によ
ってアルミの酸化を防ぐことができる。これらの金属を
アルミ膜に添加するにはアルミ蒸着設備を変更しなけれ
ばならない。いくつかの手段がありうる。
【0018】蒸着材料自体をアルミ合金にするのが最も
簡単である。Siを所定量含むアルミ合金をるつぼに入
れて加熱蒸発させるようにする。この場合蒸着材料の変
更だけで済むので蒸着設備は変更する必要がない。
【0019】二つ目の方法は、一つのるつぼ内にアルミ
とSi等の不純物を初めから収容する方法である。るつ
ぼの加熱は抵抗加熱、電子ビーム加熱などを利用でき
る。さらに第三の方法は、別異のるつぼを用いることで
ある。アルミるつぼと、Si等不純物用るつぼを用い
る。これであると不純物の含有量を自在に設定し変更す
ることができる。
【0020】何れにしてもこれらの不純物をアルミに添
加することによって、蒸着Al膜酸化を長年にわたって
防止することができる。巻き廻し時などに付着した水分
などによる酸化が起こらない。酸化アルミが生成されな
いからアルミの有効面積が減少しない。アルミ透明化が
起こらない。透明化によるコンデンサ特性劣化を改善で
きる。容量の低下などの故障が起こらないので、4〜5
年で回収し、交換するという煩雑なメンテナンスが全く
不要になる。実用性の高い発明である。
【0021】
【実施例】本発明のコンデンサの形状は、従来のものと
異ならない。図1の一部巻き出し図に示すように、2枚
のフィルムAとフィルムBを重ねて芯4の廻りに巻き廻
したものである。何れのフィルムも真空蒸着装置によっ
て、ロールに巻いたポリプロピレンフィルムに連続的に
Al合金を蒸着してゆくことによって作製する。ポリプ
ロピレンフィルムの厚みは5μm〜10μm程度であ
る。アルミ合金膜の厚みは10nm〜50nm(100
Å〜500Å)である。ポリプロピレンフィルムの幅は
80mm〜1000mm程度で所望の容量によって幅を
適当に選ぶ。ポリプロピレンフィルムの全長は700m
〜1000m程度である。
【0022】真空蒸着装置において、ポリプロピレンフ
ィルムの片面に、Si、Mg、Mn、Cuの一種あるい
は複数種を所定量含むアルミ合金を連続的に蒸着する。
フィルムの一部はアルミ合金を被覆しない非蒸着面とな
る。非蒸着面の取り方の異なる2種類の蒸着フィルムを
作製する。図1において、下側に非蒸着面があるのをフ
ィルムAとし、上側に非蒸着面があるのをフィルムBと
する。これら2種類のフィルムを重ねて多数枚積層す
る。所定回巻き廻すと、端面に金属を溶射して電極5、
6を形成する。上側の溶射電極5はフィルムAのアルミ
膜の上端に接触する。下側の溶射電極6はフィルムBの
アルミ膜の下端に接触する。
【0023】図2は接続部の概略の断面図である。フィ
ルムAとフィルムBは断面図において交互に現れる。フ
ィルムAは円周方向に全部つながっているのであるが、
それぞれが上端において溶射電極5と接続されているの
である。フィルムBは同じように円周方向に全部つなが
っているのであるがそれぞれ下端において溶射電極6と
接続されている。
【0024】図3はこのようなコンデンサ構造を1枚1
枚をコンデンサ要素とみなして等価回路を描いたもので
ある。交流電源7によって二つの電極間に電圧を印加す
ると1枚1枚それぞれのアルミ/ポリプロピレン/アル
ミの単位要素が集合して一つのコンデンサとして機能す
るのである。
【0025】
【発明の効果】本発明は、SF6 絶縁ガスコンデンサに
おいて、アルミ蒸着膜にSi、Mg、Mn、Cuを不純
物として小量加える事によってアルミの酸化を防ぐよう
にしている。これらの金属を添加するとアルミの酸化が
効果的に防止される。酸化が起こらないからアルミ膜の
有効面積が減少しない。アルミ電極が長年その面積を維
持する事ができる。4〜5年でコンデンサを交換すると
いう面倒な作業が不要になる。優れた効果のある発明で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】SF6 ガス絶縁コンデンサの概略構成を示すた
めの一部を巻きだして示す斜視図。
【図2】アルミ膜と金属溶射電極の接続を示すための概
略断面図。
【図3】1枚1枚のAl/ポリプロピレン/Alの要素
が溶射電極によって統合されて一つのコンデンサになっ
ていることを示す等価回路図。
【符号の説明】
1 ポリプロピレンフィルム 2 Al蒸着面 3 非蒸着面 4 芯 5 金属溶射電極 6 金属溶射電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河合 智広 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地日新 電機株式会社内 (72)発明者 西出 秀樹 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地日新 電機株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリプロピレンフィルムにAlを蒸着し
    たフィルムを多数回巻き廻した構造をもちSF6 ガスを
    充填した容器に収容されたコンデンサであって、蒸着A
    l中に0.01%〜5.0%のSiを添加してある事を
    特徴とするSF6 ガス絶縁コンデンサ。
  2. 【請求項2】 ポリプロピレンフィルムにAlを蒸着し
    たフィルムを多数回巻き廻した構造をもちSF6 ガスを
    充填した容器に収容されたコンデンサであって、蒸着A
    l中に0.02%〜5.0%のMgを添加してある事を
    特徴とするSF6 ガス絶縁コンデンサ。
  3. 【請求項3】 ポリプロピレンフィルムにAlを蒸着し
    たフィルムを多数回巻き廻した構造をもちSF6 ガスを
    充填した容器に収容されたコンデンサであって、蒸着A
    l中に0.02%〜2.0%のMnを添加してある事を
    特徴とするSF6 ガス絶縁コンデンサ。
  4. 【請求項4】 ポリプロピレンフィルムにAlを蒸着し
    たフィルムを多数回巻き廻した構造をもちSF6 ガスを
    充填した容器に収容されたコンデンサであって、蒸着A
    l中に0.01%〜5.0%のCuを添加してある事を
    特徴とするSF6 ガス絶縁コンデンサ。
  5. 【請求項5】 ポリプロピレンフィルムにAlを蒸着し
    たフィルムを多数回巻き廻した構造をもちSF6 ガスを
    充填した容器に収容されたコンデンサであって、蒸着A
    l中に0.01%〜5.0%のSi、0.02%〜5.
    0%のMg、0.02%〜2.0%のMn、0.01%
    〜5.0%のCuの内少なくとも2種類の物質を添加し
    てある事を特徴とするSF6 ガス絶縁コンデンサ。
JP8163839A 1996-06-03 1996-06-03 Sf6 ガス絶縁コンデンサ Pending JPH09326328A (ja)

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