高耐热电力用静态设备的制作方法

专利名称：高耐热电力用静态设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力用静态设备，特别是具有高耐热性的变压器、电 容器、电抗器等高耐热电力用静态设备。
背景技术：
从防火等安全性方面出发，要求不具有可动部的电力用设备中以 变压器、电容器、电抗器等为代表的电力用静态设备使用不可燃的材 料进行绝缘。但是，为了保护地球环境，需要控制以往使用的不可燃的绝缘油PCB(多氯联苯)或不可燃的气体SF6(六氟化硫)气体等的使 用。因此，开始广泛使用以不可燃的树脂进行覆盖(也称模制)来绝缘的 模制电力用静态设备。下面以典型的现有的模制变压器作为模制电力用静态设备的例子 进行说明。该现有模制变压器是将6kV的高电压转换成210V的低电压的额定 功率为750kW的3相变压器，各相的线團包括低电压的绕组(2次绕组) 和缠绕在低电压绕组的外侧的高电压绕组(l次绕组)。各相的线團分别 用绝缘性材料环氧树脂或硅树脂进行了模制。2次绕组的中央部设置有 各自的铁芯。设置有上部框体和下部框体以将铁芯上下夹住，并且3 组铁芯与线團被组装成一体。对于这种模制变压器来说，有时以该状 态直接进行设置以进行自然空冷，而有时装入拒或外壳中，采用用风 扇进行强制空冷的结构。专利文献l:特开2003-158018号公报专利文献2:特开2002-158118号公才艮专利文献3:特开2002-324727号公才艮专利文献4:特开2002-141247号公报非专利文献1《电气工学手册(第6版)》(电气学会发行)的第184 页 192页、699页 701页、706页、732页~739页

发明内容
发明所要解决的技术问题
关于上述的现有例子那种以环氧树脂进行了模制的模制变压器，
从环氧树脂的耐热性出发，线團温度的上限被设定在70 120TC，使用 中多用风扇进行冷却以使不达到该上限温度以上的温度。如果使用中 在该模制变压器中流过大的短路电流或闪电浪涌电流，则有时线圏温 度超过上述的上限。环氧树脂的耐热性没有高到如此程度，通常在180 1C以上的高温发生老化，导致柔软性不够而变硬。因此，线團温度从 高温状态恢复到室温状态时，多在环氧树脂的内部产生大量的裂紋。 经模制的环氧树脂如果产生裂紋，则不能耐受高电场，耐电压特性变 差。
与环氧树脂相比，硅橡胶的耐热性好，虽然如此，其上限也不过 200TC左右。硅橡胶是合成高分子化合物，该合成高分子化合物包括具 有通过硅氧烷键(Si-O-Si键)形成的线状结构的聚曱基苯基硅氧烷。对 于用硅橡胶模制(覆盖)的线圏来说，线團的温度达到200TC以上的高温 时，聚曱基苯基硅氧烷的柔软性变得不足，线圏在空气中达到220TC以 上的温度时，聚曱基苯基硅氧烷的表面发生玻璃化，彻底变硬。据推 测，这是因为聚甲基苯基硅氧烷侧链的曱基或苯基分解而蒸发的原 因。因此，当线圏的温度恢复到室温时，包括聚甲基苯基硅氧烷的覆 盖物的内部产生了大量的空隙和裂紋。如果产生空隙和裂紋，则模制 的聚曱基苯基硅氧烷不能耐受高电场且耐电压特性变差。
环氧树脂或硅橡胶的热传导率比较低，为0.1 ~ 1.0W/mK，以这些 物质进行模制的线圈中，线圏产生的热不能充分散去。因此，与没有 进行模制的情况比，必须设定比其小的额定容量。另外，因为散热差， 所以较短时间的超过额定电流的短路电流将导致线圏的温度升高。其 结果是，有时线團导体的绝缘材料和覆盖材料以及设置在低电压绕组 和高电压绕组之间用于防止两者接触的防混触板等发生热损坏，损伤 耐电压性。
如上所述，以环氧树脂或硅橡胶等现有的高分子化合物进行模制 得到的模制变压器、模制电容器、模制电抗器等模制电力用静态设备 的耐热性和散热性不足，在高温下不能耐受高电场，因此存在耐电压 特性变差的问题。
本发明的目的在于提供一种耐热性高且散热性优异的高耐热电力
用静态设备。
用于解决技术问题的方法
技术领域：
本发明的高耐热电力用静态设备的特征在于，电力用静态设备中
所含的至少一个构成要素被合成高分子化合物A覆盖。合成高分子化 合物A由多个第三有机硅聚合物相连接而构成，所述第三有机硅聚合 物是至少一种第一有机硅聚合物和至少一种第二有机硅聚合物相连接 而成的。第一有机硅聚合物具有通过硅氧烷键形成的交联结构。第二 有机硅聚合物具有通过硅氧烷键形成的线状连接结构。第三有机硅聚 合物由第一有机硅聚合物和第二有机硅聚合物通过硅氧烷键连接而构 成，并且具有2万~80万的分子量。于是，合成高分子化合物A通过 加成反应生成的共价键将多个第三有机硅聚合物连接而构成，具有三 维立体结构。 发明的效果
根据本发明，通过用具有高耐热性和高耐电压性的合成高分子化 合物A覆盖电力用静态设备的构成要素，可得到具有高耐热性和高耐 电压性的电力用静态设备。
本发明的高耐热电力用静态设备用合成高分子化合物A覆盖设备 的主要构成要素。合成高分子化合物A是由多个大型有机硅聚合物通 过该聚合物之间的加成反应生成的共价键连接而成的，具有三维立体 结构。所述大型有机硅聚合物的分子量为2万 80万，是由例如第一有 机硅聚合物和其分子量比第一有机硅聚合物的分子量大的第二有机硅 聚合物通过硅氧烷键交替连接成线状构成的。所述第一有机硅聚合物 以至少具有通过硅氧烷鍵(Si-O-Si键)形成的交联结构的聚倍半硅氧烷 为主要成分。第二有机硅聚合物具有通过硅氧烷键形成的线状连接结 构。该合成高分子化合物A具有高耐热性，并且高温下也具有高耐电 压性。所以根据本发明可以得到具有高耐电压性的高耐热电力用静态 设备。
另外，根据本发明，通过在该合成高分子化合物A中填充具有高 热传导率的绝缘性陶瓷微粒，可得到提高合成高分子化合物A的热传 导性的高热传导率合成高分子化合物A。用高热传导率合成高分子化 合物A进行了覆盖的上述构成要素的散热性(放热性)提高，所以可得到 散热性优异的高耐热电力用静态设备。由于散热性优异，所以无需空
冷装置等，装置的结构被简化而装置体积小、价格低。另外，由于耐 热性和放热性出色，所以还可以通过提高电流密度来增大额定容量。 采用相同的额定容量的情况下，由于能够小型化，所以可以得到轻质、 小型且价格低的高耐热电力用静态设备。该合成高分子化合物A对构成高耐热电力用静态设备的各种材料 的亲和性极好，并且由于其牢固地贴合在设备的主要构成部件(例如线 圏等)或外壳等的表面，所以可以实现高耐湿性，同时可以实现高温下 的可靠性特别高的高耐电压性。


[图1 ]为本发明第1实施例的模制变压器的立体图。[图2]为本发明第3实施例的模制电容器的部分剖视立体图。[图3]为本发明的第4实施例的模制电容器的立体图。符号说明10、 11、 12 模制线圈30模制电容器31a、 31b、 31C 电容器元件33 2次模制覆盖物50模制电容器51电容器元件54覆盖物具体实施方式
下面说明本发明的具体实施方式
。本发明的高耐热电力用静态设备的特征在于，至少设备的主要构 成要素用新的合成高分子化合物A进行了覆盖。设备例如是变压器或 电抗器的情况下，所谓设备的主要的构成要素是线圏，设备是电容器(蓄 电器)的情况下，是包括电介质的电容器元件。这些构成要素是高耐热 高耐电压的构成要素。本发明的新的合成高分子化合物A含有第一有机硅聚合物和第二 有机硅聚合物。第一有机硅聚合物具有通过硅氧烷键(Si-O-Si键)形成
的交联结构，是选自聚苯基倍半硅氧烷、聚甲基倍半硅氧烷、聚甲基 苯基倍半硅氧烷、聚乙基倍半硅氧烷和聚丙基倍半硅氧烷中至少一 种。第二有机硅聚合物具有通过硅氧烷键形成的线状连接结构，是选 自聚二甲基硅氧烷、聚二乙基硅氧烷、聚二苯基硅氧烷和聚甲基苯基 硅氧烷中的至少一种。第一有机硅聚合物和第二有机硅聚合物通过硅 氧烷键交替连接成线状，形成大型的笫三有机硅聚合物。合成高分子
化合物A是多个第三有机硅聚合物被加成反应生成的共价键立体连接 而构成的，其具有三维的立体结构。
合成高分子化合物A中可以混合(或称填充)具有高传热性即高热 传导率的绝缘性陶瓷的微粒。具有高热传导率的绝缘性陶瓷的例子包 括氮化铝(记作A1N)、氧化铍(记作BeO)、氧化铝(记作A1203)、多晶态 绝缘SiC等。通过在合成高分子化合物A中填充上述绝缘性陶资的内 至少一种陶瓷，可以得到高热传导率合成高分子化合物A。
为了提高耐热温度，并且固化后也保持有柔软性，合成高分子化 合物A中，优选第一有机硅聚合物和第二有机硅聚合物通过硅氧烷键 交替连接成线状，构成重均分子量(下面仅记作分子量)为2万-80万的 大型第三有机硅聚合物，并且多个第三有机硅聚合物通过亚烷基连 接。
具有通过硅氧烷键形成的交联结构的笫 一有机硅聚合物的电绝缘 性和耐热性优异，但由于其粘度过大，所以流动性和固化后的柔软性 非常差。因此，不能厚覆盖，不能提高耐电压。根据本发明，将第一 有机硅聚合物介由具有通过硅氧烷键形成的线状连接结构的第二有机 硅聚合物交替地连接成线状。由此能够得到一种合成高分子化合物A， 其不会丧失第二有机硅聚合物具备的流动性和柔软性，并且保持有笫 一有机硅聚合物的优异的耐热性，兼备高耐热且高耐电压这两个特 性。为了进一步提高耐热性，增大第一有机硅聚合物的分子量即可， 但是，这种情况下，粘度增高，柔软性变差。另外，为了改善柔软性， 提高第二有机硅聚合物的分子量即可，这种情况下，耐热性降低。如
上所述，通过调整第一有机硅聚合物和第二有机硅聚合物各自的分子 量，可以调整合成高分子化合物A的粘度和固化后的柔软性到所需要 的值。第一有机硅聚合物的优选的分子量为200~7万，笫二有机硅聚 合物的优选分子量为5千~20万。优选使笫一有机硅聚合物的分子量
小于第二有机硅聚合物的分子量。
关于混合到合成高分子化合物A中的具有高热传导率的绝缘性陶 资微粒，为了避免局部电场的集中来实现高耐电压，优选所述绝缘性 陶瓷微粒尖锐的前端少，具有接近圆形的形状。另外，绝缘性陶瓷微 粒的混合比(下面称填充率)小时，缺少增大热传导率的效果，所以合成 高分子化合物A中的绝缘性陶资微粒的填充率的体积比即体积填充率 优选在15体积％~85体积％的范围内。绝缘性陶资微粒的粒径过大 时，体积填充率降低，而粒径过小时，粒子之间容易相互凝聚，体积 填充率仍然降低。因此，绝缘性陶瓷微粒的粒径优选在0.01jim 50jim 的范围。绝缘性陶瓷微粒具有上述范围粒径的情况下，绝缘性陶瓷粒 子有效地进入具有上述分子量的合成高分子化合物A的立体结构的间 隙。并且，将体积填充率设定在40体积％以上，因此绝缘性陶瓷微粒 之间相互接触。因而，认为本发明可得到高填充率和高热传导率。
为了使体积填充率为50%以上，可以将粒径不同的绝缘性陶瓷微 粒共混，其粒径比优选在1:1/10~ 1:1/200的范围。通过填充上述这种 绝缘性陶瓷微粒，可以实现2~120W/mK的高热传导率合成高分子化 合物A。具体地说，优选热传导率为3-80W/mK。所填充的绝缘性陶 资微粒对合成高分子化合物A的结合没有影响，所以无损于耐热性。 另外，所填充的绝缘性陶瓷微粒在上述的填充率和微粒形状的范围内 时，对耐电压性和粘度的影响几乎不会产生实用上的问题。
本发明中的合成高分子化合物A中，几乎所有的键都具有硅氧烷 键，所以，本发明中的合成高分子化合物A具有上述那样的高绝缘性 即高耐电压性能。另外，合成高分子化合物A与构成线團和外壳等的 各种金属(铜、铝、不锈钢等)、线圏导体的绝缘材料和覆盖材料(芳香 族聚酰胺(芳酰胺纸)或搪资等)、构成外壳等的各种树脂(环氧树脂、丙 烯酸树脂、酚醛树脂等)以及各种玻璃等的粘接性极好，可以牢固地附 着在这些上。因此，能够实现无间隙的牢固贴合状态，能够得到高耐 湿性。其结果是，能够得到具有高可靠性和高耐电压性能的电力用静 态设备。
例如，即使在绝缘覆盖线圈导体的绝缘材料和覆盖材料存在针孔 等缺陷而线圏导体的金属处于露出的状态的情况下，合成高分子化合 物A也可以直接保护线圈导体的金属的表面。
本发明中的合成高分子化合物A的大部分具有硅氧烷键形成的结 构，所以对紫外线和可见光线的透光性高。因此，例如在线圏的覆盖 步骤中，将线圈安装在外壳或模具中后流入合成高分子化合物A时， 可以通过肉眼确认固化前的状态下不存在气泡和空隙等。因此，明显 提高了生产效率。被填充到合成高分子化合物A的绝缘性陶资微粒对上述的透光 性、与构成半导体元件的材料的粘接性有一些影响，但在上述的填充 率和粒径范围内，基本不会产生实用上的问题。下面参照图1~图3对本发明的优选的实施例进行说明。为了容易理解各构成要素的构成，各附图中给出的各构成要素的尺寸并不与实 际尺寸对应。 第1实施例参照图1说明作为本发明的第1实施例的高耐热电力用静态设备 的模制变压器。图1中示出了一种3相模制变压器，其中，使用本发明的合成高 分子化合物A作为绝缘材料进行了模制。该变压器例如是内铁型模制 变压器，其一次側电压为6kV、 二次側电压为210V、额定容量为 750kVA。 一次侧额定电流为65A、 二次侧额定电流为2060A。三个模 制线圏IO、 11、 12是3相中的各相的线團，均被形成为剖面近椭圃的 柱状。模制线圈10-12中设有贯穿图中纵向的铁芯15、 16、 l7。模制 线圈10~12均采取了二次侧的低电压线组位于内侧，并且一次侧的高 电压线组位于外侧的结构。3相中的3个低电压线组分别连接低压端子 25a、 25b、 25C，高电压线组分别连接高压端子26a、 26b、 26C。设有 夹住铁芯15 ~ 17的上下端部分的上部框体18和下部框体19。下部框 体19的两端部上介由防震橡胶22安装了安装板21。模制线圏10~12例如是高84cm、长径50cm的椭圆柱，上下的端 面和侧面由约4 5cm厚的合成高分子化合物A覆盖。模制线圏10~ 12的制作步骤如下。由于模制线圏10~12具有相同的结构，所以下面对模制线團io进行说明。将由高耐热和高耐电压的聚酰亚胺树脂覆盖的铜线缠绕在用于形 成插入铁芯15的孔的模框上。也就是说，将2次线组和1次线组依次 用现有的方法进行缠绕，制作线圏10。 1次线组和2次线组之间设置
有聚酰亚胺树脂等形成的防混触板以保持两者间的绝缘。接着，将线
團10插入具有近椭圆形的剖面的筒状模具(省略了图示)内。模具的尺 寸被设定为模具与线團IO之间出现4~5cm的间隙。将模具装入真空 室内，抽出真空室内的空气，形成低压，然后将本发明的合成高分子 化合物A注入模具和线圈IO之间。接着，将模具和线圏IO加热到60 匸左右的温度，使合成高分子化合物A的粘度降低，保持规定的时间， 使合成高分子化合物A充分浸渗到线圈IO的间隙中。接着，将模具和 线團IO加热到约2001C，保持规定的时间，使合成高分子化合物A固 化。合成高分子化合物A是透明的合成高分子化合物，含有聚曱基倍 半硅氧烷作为第一有机硅聚合物，并含有聚甲基苯基硅氧烷作为第二 有机硅聚合物。
通过适当调整合成高分子化合物A的粘度，能够通过合成高分子 化合物A以约4-5cm的厚度覆盖线圏整体，使之没有气泡、空隙或间 隙。如果合成高分子化合物A的粘度过高，则在进行模制时，不能使 合成高分子化合物A充分浸渗到线團10的间隙，有时线圏10的线组 间或者线團IO和合成高分子化合物之间出现间隙。相反，如果过度地 降低分子量来降低粘度，则耐热性下降。为了能够保持耐热性高且固 化后在高温下也具有适当的柔软性，本实施例中，使用分子量约3000 的聚甲基倍半硅氧烷作为笫一有机硅聚合物，使用分子量约1万的聚 甲基苯基硅氧烷作为第二有机硅聚合物，并且第一有机硅聚合物和第 二有机硅聚合物通过硅氧烷键交替连接成线状，构成分子量约4万的 大型第三有机硅聚合物。于是，将多个第三有机硅聚合物通过加成反 应生成的亚烷基连接，构成具有三维立体结构的合成高分子化合物A。 如此构成的合成高分子化合物A的粘度为约1万cp左右。但是，粘度 非常依赖于温度，所以本实施例中，在进行制作时，如上述那样，暂 时将合成高分子化合物A加热到60"C ，形成3000 ~ 5000cp左右的低粘 度，然后维持约3小时，使其充分浸渗到线圈之间，其后，将温度升 高到2001C，使其固化。固化后，将线團从模具中取出，通过除去模框， 得到模制线團10~12。
图1的模制变压器使用了本实施例的模制线團10~12，下面说明 该模制变压器与现有的变压器在运行方面的不同的特点进行说明。与 用环氧树脂模制的同 一规格的现有的模制变压器相比，本实施例的模
制变压器的额定电流和短路电流可以为其的约1.6倍。在这种状态下进 行运行时，模制线圈10~12的温度升高得相当大，但不会发生电机械 异常。这是因为，合成高分子化合物A的减少5重量％温度高，为410 TC ，并且合成高分子化合物A在高温下也可维持柔软性。模制线圏10 ~ 12的温度升高时，铁芯15~17的温度也升高，但由于铁芯15~17的 铁损随温度的增高而减少，所以还可以得到变压器的变换效率增高的 效果。据推测在上述1.5倍短路电流的作用下，线團的温度升高到近 3401C，但在这种温度下，线圈周围的合成高分子化合物A不会发生老 化，能够维持高耐电压。另外，合成高分子化合物A即使在接近340 "C的高温下也能维持高柔软性，所以能够吸收在低压线组和高压线组 之间产生的电磁斥力，不会在合成高分子化合物A中产生裂紋。
本实施例的模制变压器的效率是98.2%、电压变动率是1.7%、无 负荷电流是3.5%、短路阻抗是4.5%，并且具有高的特性。另外，交流 耐电压施加试验、闪电脉冲试验以及可靠性试验等中，也得到了与现 有的模制变压器相同或者优于现有的模制变压器的效果。
如上所述，与用环氧树脂模制的现有的模制变压器相比，本实施 例的模制变压器的耐热性高，并且不损害其他特性，在基本相同的形 状下，额定电流即额定容量可以增大到现有模制变压器的约1.6倍。
本实施例中对模制变压器进行了说明，但本发明还可以应用于仅l 个线圈的电抗器等。
第2实施例
为了提高第1实施例的合成高分子化合物A的热传导率，本发明 的笫2实施例中在合成高分子化合物A中混合(也称填充)了绝缘性陶瓷 微粒。第2实施例涉及填充有绝缘性陶资微粒的高热传导率合成高分 子化合物A和使用该化合物A构成的模制变压器。也就是说，第2实 施例中，第1实施例的模制变压器的模制线圈10-12被高热传导率合 成高分子化合物A进行了模制。作为绝缘性陶瓷微粒，使用粒径为约 2jrni的氮化铝(A1N)微粒。以约48体积％的体积填充率填充绝缘性陶瓷 微粒，构成高热传导率合成高分子化合物A。通过填充绝缘性陶瓷微 粒，能够在基本不损害合成高分子化合物A的耐热性、耐电压性和柔 软性的情况下将热传导率从约0.3W/mK增大到约6/7W/mK。使用第2 实施例的合成高分子化合物A，与笫1实施例同样操作，制作模制线
圈10~12。使用第2实施例的合成高分子化合物A时，模制线圈10~12的散 热更好，所以即使额定电流和短路电流设定在使用环氧树脂的现有模 制线圏中的额定电流和短路电流的约2.1倍，也不会发生特别的电机械 异常。笫2实施例的模制变压器的效率、无负荷电流、短路阻抗等电 学性能与现有的模制变压器基本相同，并且可靠性优于现有的模制变 压器。如上所述，与第1实施例的模制变压器相比，第2实施例的模 制变压器散热性好，即使基本相同的形状尺寸下，也可以进一步增大 额定电流即额定容量。第3实施例下面参照图2说明作为本发明的笫3实施例的高耐热电力用静态 设备的模制电容器。图2是使用本发明的高热传导率合成高分子化合物A作为模制用 绝缘材料的模制电容器30的部分剖视立体图。模制电容器30例如额 定电压为235V、额定电流为95A、额定容量为1800nF，并且宽为约 45cm、高为约50cm、深度为约20cm。模制电容器30具有并列连接的例如10个电容器元件31a、 31b、 31C…(图2中可见到3个)。模制电容器30的两个端子连接于通过各自 的套管34、 35引出的外部连接端子36、 37。各电容器元件具有公知的 结构。电容器元件采取例如下述的结构在作为电介质的厚3jim的聚 苯硫醚膜的两面，以约20纳米的厚度蒸镀作为电极的铝膜，制成片材， 将该片材巻成扁平形状，由此构成电容器元件。在电容器元件31a、 31b、 31C各自的上端面32a、 32b、 32C熔射锌合金，形成引出电极， 该引出电极上通过高温焊料连接引线(省略图示)。图2中，仅能看到电 容器元件的上端面，但下端面也采取同样的结构，并连接引线。下面说明模制电容器30的制作步骤。首先，将电容器元件31a、 31b、 31C…分别用第2实施例的高热传导率合成高分子化合物A进行覆盖(l次模制)。接着，将经一次模制的各电容器元件的各引线并联后 连接到具有套管34、 35的连接端子36、 37。接着，将各电容器元件如 图2所示那样排列，与套管34、 35 —同装入容器状模具(省略图示)。 接着，将模具装入真空室，使室内为低气压状态，将高热传导率合成 高分子化合物A注入各电容器元件和模具之间，加热使其固化，进行
二次模制。其结果是，全部的电容器元件如图2所示，由厚2 3cm的 二次模制覆盖物33所覆盖。将安装夹具40预先设置在模具的下部， 由此安装夹具40也被二次模制覆盖物33固定。普通的聚苯硫酸的分 子量为5万以下，而本实施例中，为了提高耐热性，将聚苯硫醚的分 子量增大到6万~65万左右，并且优选增大到10万-30万左右。其结 果是，电容器元件的耐热温度为200TC。
本实施例使用的高热传导率合成高分子化合物A如果其粘度过 高，则模制时在模具与各电容器元件之间不产生间隙或空隙是困难 的。相反，如果为了降低粘度而过度地减小分子量，则耐热性下降。 为了使高热传导率合成高分子化合物A的粘度合适，本实施例中，使 用分子量约1500的聚乙基倍半硅氧烷作为第一有机硅聚合物，使用分 子量约6万的聚甲基硅氧烷作为第二有机硅聚合物，并且第一有机硅 聚合物和第二有机硅聚合物经硅氧烷键交替连接成线状，构成分子量 约20万的大型第三有机硅聚合物。然后，以加成反应产生的亚烷基将 多个第三有机硅聚合物连接，构成具有三维立体结构的合成高分子化 合物A。将绝缘性陶资微粒填充到该合成高分子化合物A中，使合成 高分子化合物A具有所需的高热传导率。具体地说，将粒径约3jim的 A1N微粒和粒径约O.lfim的A1N超微粒以6:4的体积比填充到合成高 分子A中，使体积填充率达到约49体积％。其结果是，不损害耐电压 性能即可得到具有约9.5W/mK的高热传导率合成高分子化合物A。
上述一次模制和二次模制中，为了使合成高分子化合物A充分浸 渗到电容器元件之间等，利用了合成高分子化合物A的粘度与温度有 很强的依赖关系这一性质。即，固化前，在65TC的温度对合成高分子 化合物A进行加热，使其形成4000 6000cp左右的低粘度，并维持3 小时，然后在2001C使其固化。
第3实施例的模制电容器30具有如下所示的特性。200TC的高温下 的耐电压为约380V以上。该耐电压(最大允许电压)是用环氧树脂进行 模制的现有的模制电容器在温度120TC下的耐电压的约1.6倍。同样 地，最大允许电流也是其约1.5倍。绝缘电阻方面，在20TC施加DC 100V 时，绝缘电阻足够高，为2000MQ以上。也就是说，即使在高温下也 可以得到足够实用的绝缘性。静电容量对温度依赖性也良好。也就是 说，在1301C以内，基本没有温度依赖，而U01C以上时，静电容量增
加的很少，并且即使在2001C，其增加的部分也在5%以下，这种增加 程度在实用上没有问题。电介质的介电损失的主因即损失率也良好， 在温度20TC、 lkHz频率下，损失率为0.13%以下。也就是说，在高温 下也可确保满足实用的损失率。并且可以承受高频或浪涌的产热。也 就是说，与现有的环氧树脂模制电容器相比，即使在约1.4倍大的高频 电压或浪涌电压下，其也能承受。施加额定电压的1.5倍的电压，实施 3000小时的长期连续加压试验，在静电容量、损失率等各种特性方面 没有见到大的变化。还在温度80TC、湿度95%长时间进行了 1000小时 以上的耐湿试验，但没有特殊的异常。另外，在30TC 1卯1C的范围改 变温度，实施100回温度循环试验后，实施与上述相同的耐湿试验， 但没有异常现象。这些均是由本实施例的模制电容器30的耐热性和散 热性提高了的结果导致的。经长期连续加压试验和耐湿试验后，目视 检查本实施例的高热传导率合成高分子化合物A，在外周和内部没有 发现混浊或裂紋的产生。另外，将本实施例的模制电容器30分解检查 进行调查，结果表明，各电容器元件与高热传导率合成高分子化合物A 的贴合性良好，在高热传导率合成高分子化合物A上没有发现裂紋或 空隙等的产生。
如上所述，与用环氧树脂进行模制的现有的模制电容器相比，本 实施例的模制电容器30能够大幅地提高耐热性，同时与形状基本相同 的现有的模制电容器相比，本实施例的模制电容器30可以将最大允许 电压、最大允许电流、对高频电压的耐电压以及对浪涌电压的耐电压 增大约1.4 ~ 1.5倍。
第4实施例
下面参照图3说明本发明的第4实施例的高耐热电力用静态设备
即塑料模制膜电容器。
图3是使用了本发明的高热传导率合成高分子化合物A作为模制
用绝缘材料的模制电容器50。模制电容器50的额定电压为IOOOV、额 定电流为5A、额定容量为10jiF。
电容器元件51具有公知的构成。电容器元件51使用厚约6jim的 聚四氟乙烯膜作为电介质，在其两面蒸镀厚约30nm(纳米)的铝金属电 极后，将其折叠成长方形状，由此构成电容器元件51。电容器元件51 的两端通过熔点250以上的高温焊料安装了引脚52、 53。模制电容器
50采取了电容器元件51用由高热传导率合成高分子化合物A构成的覆 盖物54模制的结构。模制电容器50的外形尺寸如下宽32mm、厚 16mm、引脚52、 53方向的高度为26mm。
由于使用了熔点和耐电压高的聚四氟乙烯作为电介质，所以能够 提高电容器元件51的耐热温度。通常的聚四氟乙烯的分子量为5万以 下，但本实施例中，为了提高耐热性，将聚四氟乙烯的分子量增大到6 万~70万左右，优选增大到10万~50万左右。更优选将聚四氟乙烯 的分子量增大到20万~35万。其结果是电容器元件的耐热温度变为 230匸。
高热传导率合成高分子化合物A的粘度过高时，模制时难以不产 生间隙或空隙。相反，如果为了降低粘度而过度地减小分子量，则耐 热性下降。为了使高热传导率合成高分子化合物A达到所需粘度，本 实施例中，使用分子量约1万的聚苯基倍半硅氧烷作为第一有机硅聚 合物，使用分子量约9万的聚二曱基硅氧烷作为第二有机硅聚合物， 并且笫一有机硅聚合物和第二有机硅聚合物经硅氧烷键交替连接成线 状，构成分子量约30万的大型第三有机硅聚合物。然后，以加成反应 产生的亚烷基将多个笫三有机硅聚合物连接，构成具有三维立体结构 的合成高分子化合物A。将绝缘性陶瓷微粒填充到该合成高分子化合 物A中，使合成高分子化合物A具有所需的高热传导率。具体地说， 将粒径约2.5jim的A1N微粒和粒径约0.07fim的A1N超微粒以6:4的体 积比填充到合成高分子A中，使体积填充率达到约63体积％。其结果 是，不损害耐电压性能即可实现约21W/mK的高热传导率。
将电容器元件51放入装有高热传导率合成高分子化合物A的槽 内，进行浸泡模制时，为了使高热传导率合成高分子化合物A充分浸 渗到电容器元件之间，使温度为约701C，形成3500 5000cp左右的低 粘度，并将电容器元件51在其中浸泡约30分钟。其后，将电容器元 件51从槽中取出，在2201C的惰性气体中加热，使高热传导率合成高 分子化合物A固化。
第4实施例的模制电容器50具有如下的特性。230"C的高温下的耐 电压为约1600V以上，与用环氧树脂进行模制的现有的模制电容器相 比，笫4实施例的模制电容器50能够实现约1.6倍高的最大允许电压。 同样地，最大允许电流也是其约1.8倍。绝缘电阻方面，在温度20匸
施加DC500V时，绝缘电阻为3000MQ以上。即，比现有的模制电容 器高。静电容量的温度依赖性也良好。即，在180TC以内基本没有温度 依赖，在1801C 2301C范围的变化为5%以下，这种水平在实用上没有 问题。电介质的介电损失的主因即损失率也良好，在温度201C、 lkHz 频率下，损失率为0.13%以下。也就是说，在高温下也可确保满足实 用的损失率。并且能承受高频或浪涌的产热。也就是说，与现有的环 氧树脂模制电容器相比，即使在1.8倍以上的大高频电压或浪涌电压 下，其也能承受。施加额定电压的1.5倍的电压，实施3000小时的长 期连续加压试验，在静电容量、损失率等各种特性方面没有见到大的 变化。在温度801C、湿度95%的耐湿试验中，IOOO小时以上的长时间 内没有特殊的异常。另外，在30TC-200TC的范围改变温度，实施IOO 回温度循环试验后，实施与上述相同的耐湿试验，但没有异常现象。 经长期连续加压试验和耐湿试验后，目视检查本实施例的高热传导率 合成高分子化合物A，在外周和内部没有发现混浊或裂紋的产生。另 外，将本实施例的模制电容器51分解检查，考查电容器元件51与覆 盖物54的贴合性，结果为良好，没有发现裂紋或空隙等的产生。
如上所述，本实施例的模制电容器50可提高耐热性，而不会损害 其他特性，即使与现有的模制电容器的形状基本相同，也能进一步增 大最大允许电压、最大允许电流、和对高频电压的耐电压以及对浪涌 电压的耐电压。
上面说明了四个实施例，但本发明还包括更多的应用范围或派生 结构。下面进行说明。
例如，本发明还可用于内铁型或外铁型的变压器。另外，本发明 还可用于单相或三相的变压器。并且，本发明还可用于装载金属外壳 内的变压器、模封在外壳内的变压器、柱上变压器或街道变压器。另 外，在额定容量方面，本发明还可用于例如7万~22万V级的大容量 模制变压器或10 100MW级的大容量模制变压器。进而，本发明由于 适合小型化和轻量化，所以通过用于电力机车或电力汽车等的车辆用 变压器或事故时应急用便携式变压器，可得到非常大的优点。
本发明还可用于使用了其他高耐热膜作为电介质的电容器。例 如，可以使用分子量为5000~25万左右、优选l万~10万左右的聚酰 亚胺膜等。另外，本发明还可用于陶瓷电容器、电双层电容器等。
本发明还可用于使用了分散有电介质陶瓷微粒的电介质膜的电容 器。例如在有聚苯硫醚、聚四氟乙烯、或聚酰亚胺构成的膜中分散钛 酸钡、氧化钛、钛酸锶等电介质陶瓷的微粒。电介质陶瓷微粒的优选
粒径为0.01nm~5jim。据此可在进一步提高耐热性的同时增大每单位 体积的静电容量。
本发明还可用于大型高电压用变压器。另外，本发明还可用于芯 片型结构的电容器。另外，本发明还可用于装在金属外壳内的电容器 或模封的电容器。另外，本发明还可用于额定容量为3.3kV级或6.6kV 级的lkW~ IOMW的高电压大容量模制型膜电容器。
本发明不仅可用于变压器和电容器，还可用于其他电力用静态设 备。其他电力用静态设备的例子包括电抗器、互感器、电力用固体避 雷器、电力用保险丝等。电力用固体避雷器内部藏有电阻或以氧化锌 元件等为代表的固体元件。
本发明还可用于大型电力用静态设备的部件。例如，在33kV以上 的高耐压大容量油浸变压器等中广泛使用的电容器套管中，可将本发 明的高耐热电容器用于电容器部分。
本发明还可用于具有可动部的电力用设备的一部分中所用的静态 设备部件。可动部的例子包括阻断器、开关器、各种大型开关装置、 各种马达、发电机等。
构成合成高分子化合物A的第一有机硅聚合物，可以从聚苯基倍 半硅氧烷、聚曱基倍半硅氧烷、聚曱基苯基倍半硅氧烷、聚乙基倍半 硅氧烷以及聚丙基倍半硅氧烷中任意选择使用。并且，可以使用这些 中的2种以上。
构成合成高分子化合物A的第二有机硅聚合物，可以从由聚二甲 基硅氧烷、聚二乙基硅氧烷、聚二苯基硅氧烷以及聚苯基甲基硅氧烷 中任意选择使用。并且可以使用这些中的2种以上。
模制电力用静态设备的封装当然可以用耐热性高的其他环氧树脂 例如使用聚咪唑作为固化剂的环氧树脂等形成。
作为绝缘性陶瓷，可以使用金刚石或氮化硼等热传导率高的绝缘 性陶资。
产业实用性
本发明可显著提高电力用静态设备的耐热性，所以产业上的利用 价值大。
权利要求
1、一种高耐热电力用静态设备，其特征在于，其至少一个构成要素由合成高分子化合物A覆盖，合成高分子化合物A由多个第三有机硅聚合物相连接而构成，所述第三有机硅聚合物是至少一种第一有机硅聚合物和至少一种第二有机硅聚合物相连接而成的，第一有机硅聚合物具有通过硅氧烷键形成的交联结构，第二有机硅聚合物具有通过硅氧烷键形成的线状连接结构，第三有机硅聚合物由第一有机硅聚合物和第二有机硅聚合物通过硅氧烷键连接而构成，并且具有2万～80万的分子量，合成高分子化合物A通过加成反应生成的共价键将多个第三有机硅聚合物连接而构成，具有三维立体结构。
2、 根据权利要求l所述的高耐热电力用静态设备，其中，第一有 机硅聚合物是选自聚苯基倍半硅氧烷、聚曱基倍半硅氧烷、聚甲基苯 基倍半硅氧烷、聚乙基倍半硅氧烷以及聚丙基倍半硅氧烷中的至少一 种，第二有机硅聚合物是选自聚二甲基硅氧烷、聚二乙基硅氧烷、聚二苯基硅氧烷以及聚苯基曱基硅氧烷中的至少 一种。
3、 根据权利要求l所述的高耐热电力用静态设备，其中，第一有 机硅聚合物的分子量为200 ~ 70000，第二有机硅聚合物的分子量为 5000 ~ 200000，并且第一有机硅聚合物的分子量比第二有机硅聚合物 的分子量小。
4、 根据权利要求l所述的高耐热电力用静态设备，其中，合成高 分子化合物A含有具有高热传导率的绝缘性陶瓷的微粒。
5、 根据权利要求l所述的高耐热电力用静态设备，其中，作为所述构成要素的具有电介质和导电体的电容器元件由合成高分子化合物 A所覆盖。
6、 根据权利要求l所述的高耐热电力用静态设备，其中，作为所 述构成要素的线圈由合成高分子化合物A所覆盖。
7、 根据权利要求4所述的高耐热电力用静态设备，其中，所述绝 缘性陶瓷是选自由氮化铝、氧化铍、氧化铝以及多晶态绝缘性碳化硅 中的至少一种。
8、 根据权利要求4所述的高耐热电力用静态设备，其中，所述绝 缘性陶资微粒的粒径为0.01fim~50nm。
9、 根据权利要求4所述的高耐热电力用静态设备，其中，所述绝 缘性陶资微粒向合成高分子化合物A的体积填充率为15体积％~80 体积％。
10、 根据权利要求4所述的高耐热电力用静态设备，其中，所述 绝缘性陶瓷微粒包括粒径不同的多个粒径的微粒，并且粒径比在 1:1/10 ~ 1:1/200的范围。
11、 根据权利要求5所述的高耐热电力用静态设备，其中，所述 电容器元件在膜的两面形成导电体膜而构成，所述膜由选自聚苯硫 醚、聚四氟乙烯以及聚酰亚胺中的至少一种聚合物形成。
12、 根据权利要求5所述的高耐热电力用静态设备，其中，所述 电容器元件在膜的两面形成导电体膜而构成，所述膜由选自分子量10 万~30万的聚苯硫醚、分子量10万~50万的聚四氟乙烯以及分子量 10万~ 50万的聚酰亚胺中的至少一种聚合物形成，并且所述膜中分散 有选自钛酸钡、氧化钛以及钛酸锶中的至少一种电介质陶瓷微粒。
全文摘要
电力用静态设备的至少一个构成要素被合成高分子化合物A覆盖。合成高分子化合物A由多个第三有机硅聚合物相连接而构成，所述第三有机硅聚合物是至少一种第一有机硅聚合物和至少一种第二有机硅聚合物相连接而成的。第一有机硅聚合物具有通过硅氧烷键形成的交联结构。第二有机硅聚合物具有通过硅氧烷键形成的线状连接结构。第三有机硅聚合物由第一有机硅聚合物和第二有机硅聚合物通过硅氧烷键连接而构成，并且具有2万～80万的分子量。合成高分子化合物A通过加成反应生成的共价键将多个第三有机硅聚合物连接而构成，具有三维立体结构。
文档编号H01F27/32GK101107684SQ200680003248
公开日2008年1月16日 申请日期2006年1月20日 优先权日2005年1月27日
发明者菅原良孝 申请人:关西电力株式会社