KR101759920B1 - 고전압 축전기 - Google Patents

고전압 축전기 Download PDF

Info

Publication number
KR101759920B1
KR101759920B1 KR1020157030019A KR20157030019A KR101759920B1 KR 101759920 B1 KR101759920 B1 KR 101759920B1 KR 1020157030019 A KR1020157030019 A KR 1020157030019A KR 20157030019 A KR20157030019 A KR 20157030019A KR 101759920 B1 KR101759920 B1 KR 101759920B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
capacitor
gas
voltage capacitor
voltage
manufacturing
Prior art date
Application number
KR1020157030019A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150133248A (ko
Inventor
로저 태너
월터 비글러
마크 조아킴 밀드너
마이크 아브레크트
Original Assignee
코멧 아게
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코멧 아게 filed Critical 코멧 아게
Publication of KR20150133248A publication Critical patent/KR20150133248A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101759920B1 publication Critical patent/KR101759920B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002—Details
    • H01G4/018—Dielectrics
    • H01G4/02—Gas or vapour dielectrics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G2/00—Details of capacitors not covered by a single one of groups H01G4/00-H01G11/00
    • H01G2/10—Housing; Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002—Details
    • H01G4/005—Electrodes
    • H01G4/012—Form of non-self-supporting electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002—Details
    • H01G4/224—Housing; Encapsulation

Abstract

고전압 축전기(1)는 상호배치된 전극(11, 12)을 구비하는 기체-기밀형 엔클로저(2, 3, 4)를 포함한다. 축전기의 유전체는 적어도 6 bar, 바람직하게는 10 bar 또는 15 bar 의 압력에서 가압된 기체이다. 이런 수준의 내부 압력을 견디도록, 축전기의 절연 몸체부분(4)을 고강도 폴리머 재료로 형성할 수 있다.

Description

고전압 축전기{HIGH-VOLTAGE CAPACITOR}
본 발명은 고전압 축전기 분야에 관한 것으로, 특히, 그러나 배타적이지 않게, 고출력 무선 주파수 어플리케이션에 사용하기 위한 고정 및 가변 축전기에 관한 것이다.
고전압 축전기의 일반적인 어플리케이션은 방송(예, 고출력 송신기의 발진 회로), 또는 반도체, 솔라 및 플랫 패널 제조 장치(이른바 임피던스 정합 네트워크)의 플라즈마 제어 프로세스를 포함한다. "고전압"이라는 용어는 본원의 명세서에서 축전기 전극의 양단에 인가된 전압이 1000 볼트를 초과하는 축전기 어플리케이션을 나타내는데 사용되었다. 실제로, 일부 고전압 축전기는 10 kV를 초과하는 파괴 전압(breakdown voltages)을 가질 필요가 있을 수 있다. 이런 축전기에 대한 전형적인 작동 매개변수의 범위는 예를 들어, 인가 전압이 10 kV 및 20 kV 사이, 장치 전류가 30A 및 150A 사이, 작동 주파수가 5 MHz 및 30 MHz 사이, 및 정전용량이 5 pF 및 5000 pF 사이에 있을 수 있다.
이런 고전압 축전기는 일반적으로, 필요한 높은 파괴 전압을 달성하기 위해서, 유전체로서 진공을 사용하여 제조된다. 진공 축전기는 파괴에 대한 내성이 크고 작동 시 열 안정성이 있는 것으로 알려져 있다. 진공 챔버는 매우 낮은 압력(전형적으로 10- 6mbar 보다 낮음)으로 펌프 다운되며, 진공-기밀한 엔클로저(vacuum-tight enclosure)에 의해 수년간이 될 수 있는 장치의 전체 수명 동안 낮게 유지된다. 진공은 전극 사이의 양호한 전기적 절연을 보장하며, 장치에서 매우 낮은 유전 손실을 보장한다.
고전압 축전기의 제조자들은 최상으로 가능하며 최장으로 지속하는 진공을 달성하는데 연구를 전념하여, 비교적 작은 장치 패키지에, (심지어 높은 작동 전류 및 높은 주파수에서) 매우 높은 작동 전압을 제공하는 진공 축전기를 제조하는데 상당한 성공을 이루어냈다. 그러나 이런 축전기는 제조가 복잡하며, 고 진공 펌프, 고 품질 재료, 및 진공-기밀한 방식으로 (일반적으로 세라믹) 축전기 벽에 단부 캡을 연결하는 고품질 용접 또는 납땜 공정이 필요하다. 또한, 일부 재료는 납땜 또는 용접하기가 곤란한 것이어서, 특정한 연결방법은 단부 캡을 제조하기 위해 사용되는 재료 및/또는 전극 재료의 선택도 제한한다.
진공 축전기의 예는 영국 특허 GB748560호에서 찾아볼 수 있으며, 상기 특허는 또한 30 내지 40 psi(2.07 내지 2.76 bar)의 압력에 기체 유전체로서 SF6의 사용도 개시하고 있다. 2.76 bar 에서 기체 유전체를 가진 고전압(예를 들면, 10 kV 또는 그 이상)용 축전기를 사용하기 위해서는 전극 간격을 크게 할 필요가 있을 것이며, 그 결과로 장치의 전체 크기 및 중량이 크게 늘어날 것이다. 또한, SF6가 온실 기체로 확인되어 있어서, 이런 축전기의 제조 및 이용은 대기로의 SF6의 방출이 발생하지 않도록 하기 위한 상당히 복잡한 추가적인 공정 및 비용을 수반한다.
본 발명의 축전기 및 방법은 종래 기술의 장치가 가진 상기 문제 중 적어도 일부 및 그외 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 특정 목적은 유사한 크기 및 정전용량의 종래 기술의 진공 축전기와 대비할 수 있는 전압 및 전류 처리 특성을 가진 고전압 축전기를 제공하는 것이며, 본원은:
제조 및 조립이 간단하며,
적은 유지 관리 및 모니터링이 필요하며,
향상된 유용한 수명을 갖고,
장치 내부 압력이 변했을 때 기능 고장에 대한 영향이 거의 없으며, 및/또는
고전압 유전체로서 매우 환경 친화적인 기체의 사용을 허용한다.
특히, 본 발명은 기체-기밀형 엔클로저를 포함하는 고전압 축전기를 예견하며, 상기 기체-기밀형 엔클로저는 1개의 기체 유전체 및 적어도 2개의 축전기 전극을 구비한 것이며, 기체-기밀형 엔클로저 내의 기체 유전체의 압력은 적어도 6 bar 이다. 본 발명의 다른 목적은 이런 축전기를 제조하는 방법을 제공하는 것이며, 상기 방법은 기체-기밀형 엔클로저를 조립하는 조립 단계, 및 적어도 6 bar 의 상기 압력으로 기체 유전체로 기체-기밀형 엔클로저를 채우는 압력 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 변형에 따르면, 기체-기밀형 엔클로저는 절연 몸체부분 및 2개의 단부 캡을 포함한다. 절연 몸체부분은 적어도 부분적으로 폴리머 재료로 형성될 수 있다. 폴리머 재료는 PEEK 및/또는 보강 섬유로 보강된 폴리머 물질이 바람직하다. 상기 재료는 높은 내부 압력을 견딜 수 있도록 장력에 충분히 강한 것이며, 용이하게 적당한 정밀도로 기계 가공되며, 및/또는 축전기의 작동에 전기적 간섭을 하지 않는 것이다.
본 발명의 또 다른 변형에 따르면, 기체 유전체의 압력은 적어도 10 bar 또는 적어도 15 bar 이다. 장치 내의 높은 압력은 도 2와 관련하여 논의되는 바와 같이, 축전기가 고전압에서 사용될 수 있게 한다.
본 발명의 다른 변형에 따르면, 기체-기밀형 엔클로저는 25 mm 및 200 mm 사이의 축방향 길이 및/또는 35 mm 및 150 mm 사이의 직경을 갖는 대략 원통형의 챔버를 포함한다.
본 발명의 다른 변형에 따르면, 축전기의 파괴 전압은 적어도 10 kV 이며 및/또는 축전기의 정전용량은 5 pF 및 5000 pF 사이에 있다.
본 발명의 다른 변형에 따르면, 전극은 알루미늄 또는 다수의 알루미늄을 포함하는 합금으로 형성된다.
본 발명의 다른 변형에 따르면, 전극은 고-전도성 물질로 코팅된 비-전도성 또는 약-전도성 물질을 사용하여 형성된다.
본 발명의 다른 변형에 따르면, 전극은 동심 원통형 또는 상호 배치된 나선형(interleaved spirals)으로 형성된다.
본 발명의 다른 변형에 따르면, 단부 캡의 적어도 하나는 단일 블록의 금속으로 전극 중 적어도 하나와 인접하여 형성된다.
본 발명의 다른 변형에 따르면, 단부 캡의 적어도 하나는 나사 연결에 의해 절연 몸체부분에 고정된다.
본 발명의 다른 변형에 따르면, 단부 캡의 적어도 하나는, 능동적 끼움 연결(positive-fit joint), 총검식 끼움(bayonet-fitting), 접착제, 용접, 이징(brazing), 또는 납땜에 의해 몸체부분에 고정된다.
본 발명의 다른 변형에 따르면, 기체는 공기, N2 또는 다른 불활성 기체 또는 불활성 기체의 혼합물 중 하나이다. N2 는 안전하고, 용이하게 사용할 수 있으며, 양호한 일관성 있는 파괴 특성을 제공하는 것이어서, 바람직하다.
본 발명의 다른 변형에 따르면, F 로 나타낸 양(quantity)은 0.02 보다 크며, 여기서 F = VB x C/V 이고, V는 ㎣의 기체-기밀형 엔클로저의 내부 용량이고, C는 pF의 축전기의 정전용량이고, VB 는 kV 의 축전기의 파괴 전압이다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 일 예의 축전기의 개략적 입면도, 횡단면도 및 평면도를 도시한다.
도 2는 기체 압력과 전극 간격의 곱의 함수로서의 파괴 전압을 도시한 파센(Paschen) 곡선의 예를 도시한다.
본 발명을 첨부 도면을 참조하여 설명하며, 도면들은 단지 예시적인 목적으로 제공한 것이므로, 본원의 특허청구의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1c에 나타낸 예시된 축전기는 고정 축전기이지만, 본 발명은 또한 가변 축전기에서도 구현될 수 있는 것임이 당업자에게는 명백히 이해될 것이다.
동일한 도면부호가 다른 도면에 사용된 경우, 그들은 유사하거나 대응하는 특징부를 지칭하는 것이다. 그러나 다른 도면부호의 사용이 그들이 지칭하는 특징부 사이의 차이를 반드시 가리키는 것은 아니다.
도 1은 원통형 축전기의 예를 나타내며, 상기 축전기는 캡 연결 소자(5, 6)에 의해 절연 챔버 벽(4)(또한 본원에서는 절연 몸체부분으로도 지칭됨)에 연결된 2개의 단부 캡(2, 3)을 포함한다. 전기적 커넥터 지점(7, 8)에는 각각의 단부 캡(2, 3)에 기밀한 전기적 및 기계적 접촉으로 커넥터를 고정하기 위한 나사 구멍(9, 10)이 제공될 수 있다. 단부 캡은 알루미늄과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 단부 캡(2, 3), 절연 챔버 벽(4) 및 연결 소자(5, 6)는 함께 기체-기밀형 엔클로저를 형성한다. 이런 예의 축전기의 기체-기밀형 엔클로저의 내부에는 2개의 서로간에 상호 배치된 전극(11, 12) 세트가 있다. 각각의 전극은 예를 들어, 하나 이상의 동심 원통형으로 또는 하나의 나선형으로 형성될 수 있다. 전극(11, 12)은 적당한 고정 장치에 의해 각각의 단부 캡(3, 2)에 고정되거나, 또는 그들 각각이 각각의 단부 캡(3, 2)에 인접하여 바람직하게 형성될 수 있다.
제조 공정을 단순하게 하기 위해서, 각각의 단부 캡 조립체(2, 12 또는 3, 11)가 일 프레싱, 스탬핑, 몰딩, 또는 스테레오리소그래피(stereolithography) 작동으로 형성될 수 있다. 단일 부재의 알루미늄 또는 적당한 알루미늄 합금을, 예를 들어 스탬핑 또는 냉간 프레싱하여 단부 캡 및 전극을 모두 생성할 수 있다. 전극 간격은, 예를 들어 0.5 mm 및 2 mm 사이에 있을 수 있다. 전형적인 전극 간격은 1 mm 일 것이다.
종래 기술의 고전압 축전기에서, 기체-기밀형 엔클로저 내부의 기체는 가능한 한 진공을 높게 제공하도록 펌핑되었을 것이다. 반면에, 본 발명의 축전기에서는, 축전기 내의 기체가 도 2를 참조하여 설명되는 이유로, 적어도 6 bar 의 압력으로, 바람직하게는 적어도 10 또는 15 bar 의 압력으로 유지된다.
본원의 명세서 전반부에 기재한 GB748560호에서 절연 축전기 벽에 사용된 용융 실리카는, 용융 실리카가 높은 인장 강도(50 MPa)를 갖지 않기 때문에, 압력에 강하기는 하지만 압력을 받는 기체를 포함하기 위한 물질의 잘못된 선택이다. 마찬가지로, 금속 단부 캡 및 용융 실리카 사이에 에폭시 접착 연결부는 압력에 강하지만 장력에는 매우 약하다. 이러한 이유로, GB748560호에 기재된 것과 같은 전통적인 축전기 몸체는 높은 압력에서 사용하기에 적당하지 않다.
기체-기밀형 축전기에 이런 높은 압력을 보유하기 위해서는, 벽(4), 단부 캡(2, 3) 및 연결 소자(5, 6)의 치수 및 물질이 특정된 내부 압력을 견딜 수 있도록 장력에 충분히 강한 것이 선택된다. 알루미늄 또는 다른 금속이 단부 캡(2, 3) 및 연결 소자(5, 6)에 사용될 수 있으며, 벽(4)은 고 주파수 작동에서도 우수한 절연성이 있는 절연체이어야 한다. 다양한 폴리머 물질이 벽(4)에 대한 절연성, 다공성 및 강도 요건을 충족하는 것으로 밝혀져 있다. 그 예를 들면, 유리 섬유 강화된 폴리머(GFRP), 또는 현무암 섬유 강화된 폴리머(BFRP)가 적합할 수 있다. 특별하게는, 폴리에테르에테르케톤(PEEK)이 높은 비(non) 다공성인 것에 더하여, 적당한 경성, 인장강도(100 MPa 또는 보강된 경우 170 MPa 이상) 및 절연 특성을 갖고 있는 것으로 알려져 있다. 또한, PEEK가 가진 추가적인 이점은 그 기계적 특성이 고도의 등방성이고, 이는 물질 내에서의 이방성 변화로 인해서 취약할 수 있는 영역을 고려한 큰 안전 여유(예를 들어, 여분의 두께)에 대한 필요가 없는 필요한 형상으로 신뢰성 있게 형성될 수 있음을 의미한다. 또한, 그것은 낮은 열팽창 계수를 갖고, 전형적으로 고전압 무선 주파수 축전기의 작동으로 직면하게 되는 온도에서 구조의 특성을 유지한다.
PEEK의 다른 이점은 재료의 구조를 약하게 하지 않고 용이하게 기계 가공될 수 있다는 점이다. 이것은 단부 캡(2, 3)[또는 그들의 연결 소자(5, 6)]과 벽(4) 사이의 연결이, 예를 들어 나사식 연결로 구현될 수 있게 한다. 예를 들어 (예, 알루미늄) 단부 캡(2, 3) 또는 그 연결 소자(5, 6)의 외면에 형성된 수 나사부에 대응하는 암 나사부를 엔클로저 벽(4)의 내면에 기계 가공하여 형성할 수 있어서, 기체-기밀형 엔클로저가 원통형 엔클로저 벽(4)에 단부 캡을 나사 결합하는 방식으로 신속하고 용이하게 조립할 수 있다. 대안적으로, 나사부 배치는 벽(4)의 외면에 수 나사부를 형성하고 단부 캡(2, 3)의 내면에 암 나사부를 형성하는 식으로, 반대로 할 수도 있다.
따라서 축전기는 겨우 3개의 개별 부품[몸체부분(4), 및 일체로 형성된 전극을 가진 2개의 단부 캡]만을 포함하여, 제조 및 조립 공정을 매우 간단하게 할 수 있다. 이런 방식으로, 나사 연결부를 충분히 정밀하게 기계 가공하여 기밀한 연결부를 확보하면서, 동시적으로 서로에 대해 이들의 필요한 상호 배치되는 위치에 전극을 정밀하게 배치할 수도 있다.
적당한 밀봉은 가스켓에 의해 제공되거나 또는 조립하는 동안 나사부에 (예, 경화) 밀봉재를 인가하여 제공될 수 있다. 축전기는 적당한 불활성 기체 또는 기체 혼합물의 고압력 환경에서 조립될 수 있고, 또는 조립 공정이 예를 들어 밸브를 통해 기체로 밀봉 엔클로저를 채우는 단계를 포함할 수 있다.
기체는 파괴 방출(breakdown discharge)을 발생하지 않고 축전기(1)의 고전압 작동을 허용하는 임의의 적절한 불활성 기체일 수 있다. 건조 공기가 사용되거나, 예를 들어 비활성 기체 중 하나, 또는 질소, 또는 이런 기체의 혼합물이 사용될 수 있다. 질소가 만족스러운 결과를 제공하는 것으로 나타나 있다. 10 bar 또는 15 bar 의 압력이 보다 높은 파괴 전압을 초래하는데 유리한 것으로 알려져 있더라도, 축전기 내의 기체의 압력은 6 bar 이상이 바람직하다.
6 bar(또는 10 bar 또는 15 bar 또는 그 이상)의 압력을 선택하는 이유는 도 2를 참조하여 설명될 수 있으며, 도 2는 본 발명의 축전기에서 유전체로 사용하기에 적합할 수 있는 기체 또는 기체 혼합물에 대한 파센(Paschen) 곡선의 개략적인 예를 나타낸다. 곡선(20)은 압력(P)에서 기체 유전체에 전극 갭(D)으로 분리된 전극을 가진 장치[곱(P x D)은 수평축으로 나타내었음]에 대한 파괴 전압(VB)(수직축)의 관계를 나타내었다. 곡선의 모양으로부터 알 수 있는 바와 같이, 파괴 전압이 최소(예를 들어, 수백 볼트)가 되는 P x D 의 값이 있다. 예시된 예의 곡선에서는 그 값을 개략적으로 나타낸 것일 뿐, 임의적인 특별한 실제 기체의 파괴 행동을 하는 정확한 값을 나타낸 것은 아니다. 최소 파괴 전압은 전극 갭이 1 mm 이면, 대략 0.01 bar의 P x D 값에서 발생한다. 예를 들어 이 압력 아래의 음영 영역(21)에서는, 파괴 전압이 감소 압력에 대해 급격하게 증가한다. 이런 현상은 낮은 압력에서 기체 분자의 크게 증가한 평균 자유 경로(MFP: mean free path)에 의해 설명될 수 있다. 이 영역(21)에서는, 10-2 bar mm 아래에서, 고전압 진공 축전기가 작동한다. 따라서 음영 영역(21)은 진공 축전기가 예를 들어, 20 kV 와 같이 특정 전압(23) 위에서 작동할 수 있는 파센 곡선의 영역을 나타낸다. 상기 전압에서 작동하기 위해서는, P x D 값이 대략 3 × 10-2 bar mm 아래에 있어야 한다.
그러나 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 특정된 전압(23) 위에서의 작동을 허용하는 파센 곡선의 다른 영역(22)이 있다. 예시된 파센 곡선(20)으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 10 bar mm 보다 큰 P x D 값이 이런 작동을 하는데 필요하다. 1 mm의 전형적인 전극 분리를 위해서, 10 bar의 기체 유전체 압력이 필요할 것이다. 대안적으로, 압력을, 말하자면, 5 bar 로 감소시킬 수 있으며, 전극 간격을 2배로 할 수 있다. 그러나 전극 간격을 2배로 하는 것은 정전용량을 대략 반으로 하면서, 동시에 전극에 필요한 용량을 2배 이상으로 하는 것이다. 반으로 된 정전용량을 보상하기 위해서, 전극 면적이 2배로 될 수 있다. 그러나 이것은 다시 전극에 필요한 용량을 증가시킨다. 따라서 주어진 정전용량 값에 대한 축전기의 용량이, 유전체 기체의 압력의 증가에 의해 실질적으로 감소될 수 있음을 알 수 있다.
사실상, 주어진 정전용량에 대해, 10 bar 에서의 축전기 용량은 5 bar 에서 기체 유전체를 가진 것 외에는 동일한 정전용량의 축전기 용량의 1/4 미만일 수 있다. 이런 관계는 수학적으로 정확하지는 않지만, 그들이 고압력에서 기체 유전체를 가진 축전기가 저압력에서 기체 유전체를 가진 축전기에 비해 매우 작게 형성할 수 있다는 이유를 설명하는데 도움을 준다는 사실에 주목한다.
제1실시예로서, 도 1에 도시된 고압력 기체 축전기는 내경 50 mm, 및 높이[예를 들면, 단부 캡(2, 3)의 내면 사이의 중심 축(A-A)을 따른 축방향 길이] 52 mm 로 구성될 수 있다. 전극이 고정된 정전용량 200 pF 를 제공하게 구성되는 경우, 예를 들어, 축전기는 최대 15 kV의 인가 전압에서 작동할 수 있다.
인수(F)는 관계식 F = U x C/V 에 따라 계산될 수 있고, 상기 식에서 U는 kV 의 작동 전압이며, C는 피코 패럿의 정전용량이며, V는 ㎣의 축전기의 내부 용량이다(용량 수량은 전극 갭을 곱한 전극 면적에 대략 비례하기 때문에 사용된다).
대형 작동 전압 요건, 또는 대형 정전용량, 또는 소형 축전기 용량은 각각 높은 F 값을 부여할 것이다. 50 mm 내경을 가진 상기 구조의 F 값은 대략 0.03이다.
제2실시예에서, 도 1의 고압력 기체 축전기는 내경 60 mm, 높이 52 mm 및 고정 정전용량 200 pF 으로 구성될 수 있다. 이런 축전기는 최대 18 kV 의 인가 전압에서 작동할 수 있으며, 대략 0.025의 F 값을 가질 수 있다.
제3실시예에서, 도 1의 고압력 기체 축전기는 내경 70 mm, 높이 52 mm, 고정 정전용량 200 pF 으로 구성될 수 있다. 이런 축전기는 최대 20 kV 의 인가 전압에서 작동할 수 있으며, 대략 0.02의 F 값을 가질 수 있다.
본 발명의 고전압 축전기가 진공 유전체를 사용하지 않기 때문에, 예를 들어 재료의 기체방출 특성(outgassing properties) 때문에, 진공에 적합하지 않은 폴리머 또는 다른 재료를 사용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 6 bar 위의 압력에서 기체 유전체의 사용은 고전압 축전기가 광범위하게 다양한 재료 및 기술을 사용하여 제조되게 한다. 이것은 예를 들어, 전극의 설계에 유용하다. 고주파수에서, 전도는 오직 전극 재료의 외부 20 또는 30미크론에서 발생하므로, 이제는 구리, 금, 또는 은과 같은 고-전도성 물질로 코팅된, 폴리머 또는 다른 비-전도성 또는 약-전도성 재료로 전극을 제조하는 것이 가능하다. 플라스틱 전극은 기계가공 금속 또는 압력 금속의 전극보다 더 쉽고 저렴하게 제조될 수 있다. 이들은 예를 들어, 스테레오리소그래피를 사용하여 제조될 수 있다. 전극 상에 금속 코팅은 바람직하게 진공 축전기의 고체 금속 전극과 같이 고주파수에서 우수한 전도를 제공하기에 충분한 두께(바람직하게는 30미크론 이상)로 제조될 수 있다.

Claims (26)

  1. 기체 유전체(13)와 적어도 2개의 축전기 전극(11, 12)을 구비한 기체-기밀형 엔클로저(2, 3, 4)를 포함하는 고전압 축전기(1)에 있어서,
    상기 축전기(1)는 기체-기밀형 엔클로저(2, 3, 4) 내의 기체 유전체(13)의 압력이 적어도 6 bar 이고,
    상기 기체-기밀형 엔클로저(2, 3, 4)는 절연 몸체부분(4) 및 2개의 단부 캡(2, 3)을 포함하며,
    상기 절연 몸체부분(4)은 적어도 부분적으로 폴리머 재료로 제조되고,
    상기 폴리머 재료는 PEEK 또는 보강 섬유로 보강되는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기.
  2. 청구항 1항에 따른 고전압 축전기에 있어서,
    상기 압력은 적어도 10 bar 또는 적어도 15 bar 인 것을 특징으로 하는 고전압 축전기.
  3. 청구항 1 또는 2 중 어느 한 항에 따른 고전압 축전기에 있어서,
    기체-기밀형 엔클로저(2, 3, 4)는 25 mm 내지 200 mm 사이의 축방향 길이 및 35 mm 내지 150 mm 사이의 직경을 갖는 원통형의 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기.
  4. 청구항 1 또는 2 중 어느 한 항에 따른 고전압 축전기에 있어서,
    축전기(1)의 파괴 전압은 적어도 10 kV 이며 및 축전기(1)의 정전용량은 5 pF 내지 5000 pF 사이에 있는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기.
  5. 청구항 1 또는 2 중 어느 한 항에 따른 고전압 축전기에 있어서,
    상기 전극(11, 12)은 알루미늄 또는 다수의 알루미늄을 포함하는 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기.
  6. 청구항 1 또는 2 중 어느 한 항에 따른 고전압 축전기에 있어서,
    상기 전극(11, 12)은 고-전도성 재료로 코팅된 비-전도성 또는 약-전도성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기.
  7. 청구항 1 또는 2 중 어느 한 항에 따른 고전압 축전기에 있어서,
    상기 전극(11, 12)은 동심 원통형 또는 상호 배치된 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기.
  8. 청구항 1 또는 2 중 어느 한 항에 따른 고전압 축전기에 있어서,
    상기 전극(11, 12)은 프레싱, 스탬핑, 몰딩, 또는 스테레오리소그래피에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기.
  9. 청구항 1 또는 2 중 어느 한 항에 따른 고전압 축전기에 있어서,
    단부 캡(2, 3)의 적어도 하나는 단일 블록의 금속으로 전극(11, 12)의 적어도 하나와 인접하여 형성되는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기.
  10. 청구항 1 또는 2 중 어느 한 항에 따른 고전압 축전기에 있어서,
    단부 캡(2, 3)의 적어도 하나는 나사 연결에 의해 절연 몸체부분(4)에 고정되는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기.
  11. 청구항 1 또는 2 중 어느 한 항에 따른 고전압 축전기에 있어서,
    단부 캡 중 적어도 하나는 능동적 끼움 연결, 총검식 끼움, 접착제, 용접 또는 브레이징 또는 납땜에 의해 몸체부분에 고정되는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기.
  12. 청구항 1 또는 2 중 어느 한 항에 따른 고전압 축전기에 있어서,
    기체는 공기, N2 또는 하나 이상의 불활성 기체를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기.
  13. 청구항 1 또는 2 중 어느 한 항에 따른 고전압 축전기에 있어서,
    F 로 나타낸 양(quantity)은 0.02 보다 크며, 여기서 F = VB x C/V 이고, V는 ㎣의 기체-기밀형 엔클로저의 내부 용량이고, C 는 pF 의 축전기의 정전용량이고, VB 는 kV 의 축전기의 파괴 전압인 것을 특징으로 하는 고전압 축전기.
  14. 청구항 1항에 따른 고전압 축전기(1)를 제조하는 방법에 있어서,
    기체-기밀형 엔클로저(2,3,4)를 조립하는 조립 단계;를 포함하며, 적어도 6bar 의 압력으로 기체 유전체(13)로 기체-기밀형 엔클로저(2,3,4)를 채워 압력화하는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기의 제조 방법.
  15. 청구항 2항에 따른 고전압 축전기(1)를 제조하는 방법에 있어서,
    기체-기밀형 엔클로저(2,3,4)를 조립하는 조립 단계;를 포함하며, 적어도 15bar 의 압력으로 기체 유전체(13)로 기체-기밀형 엔클로저(2,3,4)를 채워 압력화하는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기의 제조 방법.
  16. 청구항 14항에 따른 고전압 축전기(1)의 제조 방법에 있어서,
    상기 기체-기밀형 엔클로저(2, 3, 4)는 25 mm 내지 200 mm 사이의 축방향 길이 및 35 mm 내지 150 mm 사이의 직경을 갖는 원통형의 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기의 제조 방법.
  17. 청구항 14항에 따른 고전압 축전기(1)의 제조 방법에 있어서,
    상기 고전압 축전기(1)의 파괴 전압은 적어도 10 kV 이며 및 축전기(1)의 정전용량은 5 pF 내지 5000 pF 사이에 있는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기의 제조 방법.
  18. 청구항 14항에 따른 고전압 축전기(1)의 제조 방법에 있어서,
    상기 전극(11, 12)은 알루미늄 또는 다수의 알루미늄을 포함하는 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기의 제조 방법.
  19. 청구항 14항에 따른 고전압 축전기(1)의 제조 방법에 있어서,
    상기 전극(11, 12)은 고-전도성 재료로 코팅된 비-전도성 또는 약-전도성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기의 제조 방법.
  20. 청구항 14항에 따른 고전압 축전기(1)의 제조 방법에 있어서,
    상기 전극(11, 12)은 동심 원통형 또는 상호 배치된 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기의 제조 방법.
  21. 청구항 14항에 따른 고전압 축전기(1)의 제조 방법에 있어서,
    상기 전극(11, 12)은 프레싱, 스탬핑, 몰딩, 또는 스테레오리소그래피에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기의 제조 방법.
  22. 청구항 14항에 따른 고전압 축전기(1)의 제조 방법에 있어서,
    단부 캡(2, 3)의 적어도 하나는 단일 블록의 금속으로 전극(11, 12)의 적어도 하나와 인접하여 형성되는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기의 제조 방법.
  23. 청구항 14항에 따른 고전압 축전기(1)의 제조 방법에 있어서,
    단부 캡(2, 3)의 적어도 하나는 나사 연결에 의해 절연 몸체부분(4)에 고정되는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기의 제조 방법.
  24. 청구항 14항에 따른 고전압 축전기(1)의 제조 방법에 있어서,
    단부 캡 중 적어도 하나는 능동적 끼움 연결, 총검식 끼움, 접착제, 용접 또는 브레이징 또는 납땜에 의해 몸체 부분에 고정되는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기의 제조 방법.
  25. 청구항 14항에 따른 고전압 축전기(1)의 제조 방법에 있어서,
    기체는 공기, N2 또는 하나 이상의 불활성 기체를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 축전기의 제조 방법.
  26. 청구항 14항에 따른 고전압 축전기(1)의 제조 방법에 있어서,
    F 로 나타낸 양(quantity)은 0.02 보다 크며, 여기서 F = VB x C/V 이고, V는 ㎣의 기체-기밀형 엔클로저의 내부 용량이고, C 는 pF 의 축전기의 정전용량이고, VB 는 kV 의 축전기의 파괴 전압인 것을 특징으로 하는 고전압 축전기의 제조 방법.
KR1020157030019A 2013-03-19 2013-03-19 고전압 축전기 KR101759920B1 (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2013/055710 WO2014146697A1 (en) 2013-03-19 2013-03-19 High-voltage capacitor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150133248A KR20150133248A (ko) 2015-11-27
KR101759920B1 true KR101759920B1 (ko) 2017-07-31

Family

ID=47901994

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157030019A KR101759920B1 (ko) 2013-03-19 2013-03-19 고전압 축전기

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9691548B2 (ko)
JP (1) JP6220047B2 (ko)
KR (1) KR101759920B1 (ko)
CN (1) CN105190804B (ko)
WO (1) WO2014146697A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106571226A (zh) * 2015-10-12 2017-04-19 陈柏颕 应用高压气体当介质的蓄电装置及其蓄电方法
JP6260661B1 (ja) * 2016-09-02 2018-01-17 株式会社明電舎 コンデンサの製造方法
CA3060552C (en) * 2018-11-19 2021-01-05 S & C Electric Company Series vacuum interrupters with grading capacitors integrated in a molded switch housing
JP2022071320A (ja) * 2020-10-28 2022-05-16 株式会社村田製作所 三端子コンデンサおよび電子部品
CN114823142B (zh) * 2022-05-11 2023-12-08 深圳市益科鑫科技有限公司 一种真空电容器及其加工工艺

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3496431A (en) 1968-05-31 1970-02-17 Energy Lab Inc Variable capacitor
US3646412A (en) 1969-03-20 1972-02-29 Coq Nv Cylindrical capacitors with gas dielectrics
US20050231893A1 (en) 2004-04-19 2005-10-20 Harvey Troy A Electric double layer capacitor enclosed in polymer housing

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB377221A (en) 1931-04-16 1932-07-18 Andre Onwood Improvements in electrical condensers
GB435881A (en) 1934-06-01 1935-10-01 Cecil Dannatt Improved electrostatic condensers
US2466298A (en) * 1943-05-31 1949-04-05 Bbc Brown Boveri & Cie Pressure-gas filled condensers
GB748560A (en) 1953-06-05 1956-05-02 Napier & Son Ltd Fixed capacity electrical condensers
DE59006271D1 (de) * 1989-03-20 1994-08-04 Siemens Ag Axialer elektrischer Wickelkondensator.
CH688923A5 (de) * 1994-07-21 1998-05-29 Comet Technik Ag Variabler Drehkondensator.
CH691717A5 (de) 1997-03-08 2001-09-14 Comet Technik Ag Kondensator mit kaltfliessgepressten Elektroden.
EP1433186B1 (de) * 2001-10-03 2008-05-07 Comet Ag Variabler kondensator mit erhöhter stromfähigkeit
AU2002351122A1 (en) * 2001-11-14 2003-05-26 William S. H. Cheung A micro-gap gas filled dielectric capacitor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3496431A (en) 1968-05-31 1970-02-17 Energy Lab Inc Variable capacitor
US3646412A (en) 1969-03-20 1972-02-29 Coq Nv Cylindrical capacitors with gas dielectrics
US20050231893A1 (en) 2004-04-19 2005-10-20 Harvey Troy A Electric double layer capacitor enclosed in polymer housing

Also Published As

Publication number Publication date
CN105190804A (zh) 2015-12-23
US9691548B2 (en) 2017-06-27
JP2016517175A (ja) 2016-06-09
CN105190804B (zh) 2017-09-01
JP6220047B2 (ja) 2017-10-25
US20160005540A1 (en) 2016-01-07
KR20150133248A (ko) 2015-11-27
WO2014146697A1 (en) 2014-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101759920B1 (ko) 고전압 축전기
CN101903965B (zh) 通过***模制对真空罐筒型开关设备进行绝缘
KR101902301B1 (ko) 진공 가변 커패시터
CN101933206A (zh) 具有补偿波纹管的储压装置
CN102483990A (zh) 真空电容式电压互感器
WO2010117000A1 (ja) 高耐圧気密端子およびその製造方法
KR20150131167A (ko) 코로나 점화 코일을 위한 고전압 연결부 밀봉 방법
CN109716474B (zh) 用于高压或者中压开关设备的绝缘子装置
CN106952701B (zh) 过电压防护放电器
CN102456467B (zh) 油浸变压器绝缘模块
CN100367439C (zh) 过电压放电器的带电部件
US8278557B2 (en) High-voltage insulator
JP5274416B2 (ja) 絶縁操作ロッド
EP3411890A1 (en) Hermetically sealed electrolytic capacitor with double case
US10840044B2 (en) Ceramic insulator for vacuum interrupters
KR102360910B1 (ko) 고균일 진공 커패시터 및 그 제조방법
CN201207788Y (zh) 高压屏蔽件
US11742640B2 (en) Medium voltage electrical apparatus tank
CN101436453B (zh) 一种用于控制合成绝缘材料中的高电场的装置
KR102360909B1 (ko) 고균일 진공 커패시터
CN103887627A (zh) 用于密闭端子的导电销
CN117716459A (zh) 真空开关管和具有真空开关管的装置以及用于控制真空开关管的方法
US8963409B2 (en) Discharge element and method of manufacturing the same
JP6403530B2 (ja) 気密端子
EP3391396A1 (en) Current transformer for high voltage gas insulated switchgear substation

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right