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Verfahren zur Herstellung eines imprägnierten elektrischen Kondensators mit Kunststoffolie als Dielektrikum
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines imprägnierten elektrischen
Kondensators, dessen Dielektrikum aus Kunststoffolien besteht, insbesondere Wechselspannungskondensator, bei dem der Kondensatorkörper bei einer Temperatur imprägniert wird, bei der die
Kunststoffolien praktisch nicht angequollen werden, und bei dem die Kunststoffolien nach der Imprägnierung bei erhöhter Temperatur angequollen werden, nach Patent Nr. 281219.
Elektrische Kondensatoren, insbesondere solche für Wechselspannungsbetrieb, werden bekanntlich imprägniert, um Hohlräume im Kondensatorkörper, die zu Sprühentladungen führen, auszufüllen.
Hohlräume befinden sich z. B. zwischen den Oberflächen der Dielektrikumsfolien und den Belegungen, da diese Oberflächen nie völlig glatt sind. Ausserdem befinden sich im Dielektrikum Poren, bei porösem Papier sehr viele, bei Kunststoffolien verhältnismässig wenige, die genau wie der Luftspalt zwischen Belegung und Dielektrikumsfolie mit Imprägniermittel ausgefüllt werden müssen.
Die Durchschlagsfestigkeit der Imprägniermittel ist gegenüber derjenigen von Kunststoffolien gering. Wird darum eine gewisse Feldstärke im Kondensator überschritten, so finden in der Imprägniermasse, besonders im Spalt zwischen Belegung und Dielektrikumsfolie, Teildurchschläge statt.
Von der Imprägniermasse (z. B. Isolieröl) wird dabei Gas abgespalten. Es entstehen gasgefüllte Hohlräume, in denen Sprühentladungen zu weiterer Gasbildung und schliesslich zur Zerstörung des Kondensators führen.
Die im elektrischen Feld befindliche und als Dielektrikum wirkende Imprägniermasse ist also bezüglich der Durchschlagsfestigkeit die schwächste Stelle im Kondensatordielektrikum.
Zur Behebung dieser Schwierigkeiten wird im Stammpatent vorgeschlagen, dass bei einem Verfahren zur Herstellung eines imprägnierten elektrischen Kondensators, dessen Dielektrikum aus Kunststoffolien besteht, insbesondere Wechselspannungskondensator, der Kondensatorkörper bei einer Temperatur imprägniert wird, bei der die Kunststoffolien praktisch nicht angequollen werden, und dass die Kunststoffolien nach der Imprägnierung bei erhöhter Temperatur angequollen werden.
Das Imprägniermittel, welches sich im Spalt zwischen den Folien befindet, diffundiert in die Folien, die infolgedessen zu quellen beginnen und den Spalt mehr und mehr ausfüllen. Die aus der Oberfläche herausragenden Spitzen und Kuppen werden dabei zum grossen Teil durch das Aufeinanderpressen der Oberflächen flachgedrückt.
Beim Imprägniervorgang dringt das Imprägniermittel von den Stirnseiten her in den Kondensatorwickel ein. Die Quellung der Dielektrikumsfolien setzt daher an den Stirnseiten zuerst ein.
Es muss verhindert werden, dass die Quellung während des Imprägniervorganges so stark wird, dass die Zwischenräume zwischen den Folienlagen an den Stirnflächen zuquellen und so das Nachströmen des Imprägniermittels in das Wickelinnere verhindern. Ein vollständiges Imprägnieren des Wickelkörpers wird sonst unmöglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, während des Imprägniervorganges eine zu starke Quellung der den
Stirnflächen benachbarten Wickelbereiche zu vermeiden.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem eingangs geschilderten Kondensator dadurch erreicht, dass die Kunststoffolien vor dem Imprägnieren getempert werden.
Es hat sich nämlich gezeigt, dass durch die dem Imprägnieren vorausgehende Temperung die
Quellung verringert wird. Weiterhin lässt sich die Quellfähigkeit dabei durch die Höhe der Temperatur und die Dauer der Temperung steuern. Die Quellfähigkeit der Folien wird umso mehr vermindert, je länger getempert wird.
Am einfachsten lässt sich eine Temperung der Folien dadurch erreichen, dass die Folien als
Wickelkörper getempert werden. Die Wickelkörper können Vorratsrollen sein oder fertige
Kondensatorwickel. Durch die Temperung fertiger Kondensatorwickel ergibt sich der Vorteil, dass die
Kondensatoren gleichzeitig getrocknet werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn Papierfolien mitverwickelt werden.
Durch die Vortemperung wird eine Verzögerung der Quellung der Dielektrikumsfolien erreicht.
Um nun die noch offenen Spalte in den Bereichen nahe den Stirnflächen zu schliessen, können die
Kondensatoren bei Zimmertemperatur gelagert werden. Eine beschleunigte Quellung lässt sich durch eine dem Imprägniervorgang angeschlossene Temperung erreichen. Etwa ab 700C lässt sich die Quellung wesentlich steigern. Es erweist sich deshalb als vorteilhaft, die Dielektrikumsfolien vor der
Imprägnierung zu tempern, um die Quellfähigkeit zu verzögern, die Imprägnierung der
Kondensatorwickel etwa bei Zimmertemperatur durchzuführen und anschliessend die imprägnierten Wickelkörper nachzutempem, vorzugsweise bei Temperaturen über 70 C, um die noch offenen Spalte in den stirnseitigen Wickelbereichen zu schliessen. Durch Anwendung höherer Temperaturen lässt sich die Dickenzunahme steigern.
Die Temperatur lässt sich natürlich nur so hoch steigern, wie es die Dielektrikumsfolie verträgt.
Bei Kondensatoren, deren Dielektrikumsfolien aus Polypropylen bestehen und bei denen das Imprägniermittel ein Isolieröl ist, das 10 bis 20% aromatische Anteile, 30% naphtenische Anteile und zwischen 50 und 60% paraffinische Anteile enthält, wird die Dickenzunahme der Polypropylenfolie bei Zimmertemperatur nach einer Temperung von 8 h bei 1200C kleiner als 2% und kann durch längeres Tempern noch vermindert werden.
Ein geeignetes Imprägniermittel ist im Handel unter der Bezeichnung "Shell K8" erhältlich.
Durch die Vortemperung wird die Quellfähigkeit der Dielektrikumsfolien herabgesetzt. So erhält man beispielsweise an einer Polypropylenfolie, die mit 1200C/8 h vorgetempert wurde, in Shell K8 nur noch eine Quellung von weniger als 4% bei 500C Imprägniertemperatur und zirka 8% bei 90 C. Bei weiterer Steigerung der Imprägniertemperatur, die natürlich nur bis zur Grenze der Temperaturbeständigkeit des Dielektrikums möglich ist, nimmt auch die Quellung weiter zu. Da durch die Vortemperung die Quellfähigkeit nur vermindert, nicht aber beseitigt wird, kann nach dem Imprägnieren durch eine weitere Wärmebehandlung die Folie derart gequollen werden, dass die ölspalte zwischen den Folien gemäss der Lehre des Stammpatentes beseitigt werden.
Die Erfindung findet bevorzugt bei Kondensatoren Anwendung, deren Dielektrikum aus selbständigen Kunststoffolien besteht, und bei denen eine beidseitig metallisierte Isolierstoffeinlage, insbesondere aus Papier, als Belegung dient. Das Papier liegt während des Betriebes im feldfreien Raum.
Als Dielektrikum kommt bei derartigen Kondensatoren in vorteilhafter Weise Polypropylen zur Anwendung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines imprägnierten elektrischen Kondensators, dessen Dielektrikum aus Kunststoffolien besteht, insbesondere Wechselspannungskondensator, bei dem der Kondensatorkörper bei einer Temperatur imprägniert wird, bei der die Kunststoffolien praktisch nicht angequollen werden, und bei dem die Kunststoffolien nach der Imprägnierung bei erhöhter Temperatur angequollen werden, nach Patent Nr. 281219, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffolien vor dem Imprägnieren getempert werden.
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