Stabilisiertes Cellulosematerial Cellulosematerialien, wie z. B. Papier, Baumwoll gewebe, Baumwollband, Pressplatten und Holz werden schon lange in der Elektroindustrie zur Isolierung der verschiedensten Teile von elektrischen Apparaten ver wendet. Solche Materialien sind insbesondere auf Grund ihrer wirtschaftlichen Vorteile im Vergleich zu anderen verfügbaren Materialien ein günstiges Ausgangsmaterial für elektrische Isolationen.
Ferner besitzt die Cellulose- isolation hinreichende physikalische Eigenschaften und anfangs eine zufriedenstellende dielekbrische Festigkeit.
Cellulosematerialien verschlechtern sich jedoch schnell bei Temperaturen über 100 C, wenn sie in Berührung mit Luft sind, und diese Verschlechterung ist noch viel ausgeprägter in Gegenwart eines flüssigen Dielektrkums. Sowohl die physikalischen als auch die elektrischen Eigenschaften werden beeinflusst. Das Er gebnis ist, dass die Isolation schnell ihre elektrisch iso lierende Festigkeit verliert und ihre verbliebene mecha nische Festigkeit wird schnell zerstreut.
Die elektrischen und thermischen Eigenschaften von Cellulosematerialien wie z. B. Papier, Baumwollgewebe, Baumwollband und Holz verschlechtern sich schnell bei Temperaturen über 100 C, wenn sie in Kontakt mit Luft oder einem flüssigen Dielektrikum sind. So bei spielsweise behält Papier, nachdem es nur einige Wochen in hochgereinigtes Transformatorenöl bei 120 - 150 C eingetaucht war, nur ein paar Prozent seiner ursprüng lichen dielektrischen Festigkeit und praktisch nichts von seiner ursprünglichen Zerreissfestigkeit. Im allgemeinen kann eine Lage von frischem elektrischem Kraft-Papier mehrere 100mal gebogen werden, bevor es bricht.
Jedoch bricht es bereits, nachdem es nur ein paar Tage in Transformatorenöl bei 150 C eingetaucht war an den Stellen, wo es doppelt gefalzt war. Für diese Fälle ist im einzelnen angegeben worden, dass in elek trischen Apparaten, welche eine Celluloseisolation ent halten, die herrschenden Arbeitstemperaturen 105 C nicht übersteigen sollten.
Die Erfindung betrifft ein stabilisieres Cellulose- material, das nicht nur eine verbesserte thermische Stabilität aufweist, sondern überraschenderweise einer Isolation auch hervorragende elektrische Eigenschaften verleiht. Die günstigen Eigenschaften treten nicht nur in Gegenwart eines flüssigen Dielektrikums auf, sondern werden ebenso erhalten, wenn die Isolation in Luft oder in einem anderen Gas verwendet wird. So stabi lisierte Cellulosematerialien werden deshalb mit ganz besonderem Vorteil zur Isolierung von elektrischen Apparaten und Bauteilen verwendet.
Das erfindungsgemäss stabilisierte Cellulosematerial ist dadurch gekennzeichnet, dass es als Stabilisator 0,02-10 Gew.%, bezogen auf das Gewicht des Cellu- losematerials, mindestens einer stickstoffhaltigen orga nischen Verbindung mit mindestens einer Nitrilgruppe enthält.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 ist eine graphische Zeichnung, in welcher Mullens Berstfestigkeit gegen die Alterung, gemessen in Tagen, von stabilisiertem und nichtstabilisiertem Kraft-Papier in Transformatoröl bei 150 C aufgetragen ist. Die Kurve A gilt für Kraft-Papier, welchem keine stabilisierenden Verbindungen zugesetzt wurden.
Die Kurve B zeigt die Alterungsbeständigkeit von Kraft- Papier, dem erfindungsgemäss Succinonitril zugesetzt wurde.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der dielek- trischen Festigkeit, welche stabilisiertes und nichtstabi lisiertes Kraft-Papier gealtert in Transformatorenöl bei 150 C zurückbehält. Die Kurve A gilt für unbehan deltes Kraft-Papier, die Kurve B für Kraft-Papier, dem erfindungsgemäss Succinonitril zugesetzt wurde und die Kurve C für Kraft-Papier, dem erfingungsgemäss Dicyandiamid und Succinonitril zugesetzt wurden.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Tansformatorkernes, welcher mit der Celluloseisolation gemäss der Erfindung isoliert ist.
Nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Zeit des Verweilens sehr zu erhöhen, wobei die dielektrische Festigkeit und die mechanische Festigkeit der Celluloseisolation bei erhöhter Temperatur sowohl in Gasen als auch in einem flüssigen Dielektrikum er halten bleibt. .Erfindungsgemäss wird eine Cellulose in der Isolation verwendet, die mindestens eine stickstoff haltige organische Verbindung mit einer oder mehreren Nitrilgruppen gleichmässig und überall in den Zwischen lagen verteilt enthält.
Von den Verbindungen wird nur wenig verwendet. Durch ihre Gegenwart werden aber der Celluloseisolation sehr verbesserte physikalische und elektrische Eigenschaften verliehen. Geeignete Nitrile entsprechen der allgemeinen Formel X-R-CN worin R ein Alkyl-, Alkoxy-, Alkoxyalkanrest, ein aro matischer oder substituierter aromatischer Rest und X H oder -CN sein kann.
Besonders geeignet sind Nitrile, deren Substituenten hydrophil sind, so dass sie in Wasser löslich sind und relativ unlöslich in Öl. Dinitrile erwiesen sich als besonders vorteilhaft. Be sonders geeignete stickstoffhaltige Verbindungen sind ferner Cyanoverbindungen wie z.
B. Butylnitril, Octyl- nitril, Isooctylnitril, Adiponitril, Malononitril, Isophthalo- nitril, Succinonitril, p-Aminobenzonitril,
ss-Äthoxy- propionitril und Benzylnitril sowie die einfachen Sub- stitutionsprodukte dieser Verbindungen enthaltend bei spielsweise Alkylgruppen an dem Benzolring der aro matischen Verbindungen.
Es wurde überraschenderweise gefunden, dass die dielektrische Festigkeit von Papier oder einem anderen Cellulosematerial beispielsweise vulkanisierte Hartfaser, welches erfindungsgemäss mit einer oder mehreren der oben erwähnten Verbindungen behandelt ist und in eine dielektrische Flüssigkeit, beispielsweise in ein Koh- lenwasserstofföl oder in chloriertes Diphenyl eingetaucht worden ist, nicht nur besser ist als das gleiche unbe handelte Papier, sondern auch die Temperaturbeständig keit steigt.
Die dielektrische Festigkeit steigt ebenfalls und erreicht einen Spitzenwert bei einer Temperatur von 125-150 C und auch höher. Bei unbehandeltem Papier beginnt die dielektrische Festigkeit schnell zu sinken, bereits bei einer Temperatur von 25-50 C unter der Temperatur, bei welcher die Spitze der dir elektrischen Festigkeit des behandelten Papiers liegt.
Der Leistungsfaktor einer behandelten Cellulose- isolation eingetaucht in ein flüssiges Dielektrikum ist geringer als jener eines ähnlichen Papiers, welches nicht so behandelt worden ist. Dies gilt für einen weiten Bereich. Ferner kommen Reduktionsmittel vor, wenn das flüssige Dielektrikum ein Öl ist, welches Oxydations- inhibitoren enthält, wie z. B. alkylierte Phenole, z. B.
p-tert. Buylphenol und Dibutyl-p-Kresol in Mengen von 0,01-4 % oder mehr. Das behandelte Papier scheint durch das Vorhandensein solcher Inhibitoren günstig beeinflusst zu werden. Eine synergistisch zusammen wirkende Verbesserung findet statt, wenn das nitril- behandelte Papier damit in Kontakt ist.
So war der Leistungsfaktor eines gereinigten nicht- inhibitierten Kohlenwasserstofföls mit darin eingetauch tem Kraft-Papier ursprünglich 0,008 % und die Farbe 1 gemäss der Lovibond-Skala. Nach einem Jahr bei 95 C war der Leistungsfaktor 0,29 % und die Farbe 5+ . Wenn das Öl inhibiert war und das Kraft- Papier unbehandelt, so war nach einem Jahr bei 95 C der Leistungsfaktor 0,36 % und die Farbe 5- .
Bei Kraft-Papier, das gemäss der Erfindung mit Nitrilen behandelt war, war nach einem Jahr bei 95 C die Farbe ungefähr 31/2 und der Leistungsfaktor 0,1-0,05.
Die angeführten Vorteile werden erreicht, wenn die chemisch stabilisierenden Verbindungen in der Cellulose- Isolation in einer Gesamtmenge von ungefähr 0,02 bis 10 GewA zugegen sind, bezogen auf das Gewicht des Cellulosematerials. Weniger als 0,02 % von einer oder von mehreren der Verbindungen verliehen der Cellulose- isolation keine bemerkenswerte Verbesserung hinsicht lich der elektrischen Isolation oder der mechanischen Festigkeit bei der Alterung bei erhöhten Temperaturen oder bei Aussetzung erhöhten Temperaturen.
Die Ge genwart von mehr als etwa 10 % der Verbindung ist unwirtschaftlich und erhöht nicht den Grad der Ver besserung, welcher mit 10 % erhalten wird. Innerhalb des erwähnten Bereiches erwies es sich als besonders günstig, 1-5 GewA der stickstoffhaltigen Verbindung zu verwenden. Es wurde gefunden, d@ass diese Menge in der Celluloseisolation die thermische Stabilität der elektrischen Celluloseisolation ganz wesentlich verbes sern.
Ferner müssen die stabilisierende Verbindung bzw. Verbindungen in wesentlich gleicher Verteilung und überall gleichmässig zugegen sein, um eine Cellulose- isolation mit optimaler Wirkung zu erhalten. Diese For derung ist leicht zu erfüllen, da alle in Frage kommen den erfindungsgemäss verwendeten stabilisierenden Ver bindungen leicht wasserlöslich und im wesentlichen öl- unlöslich sind. Um die guten dielektrischen Eigenschaf ten und hohe Festigkeit zu erhalten, ist es erforderlich, dass die stabilisierenden Verbindungen fest und stabil mit den Cellulosefasern verbunden sind.
Nur so werden die hier zuerst beschriebenen Vorteile erreicht, ins besondere wenn die Isolation in ein flüssiges Dielektri- kum, z. B. Öl, während der Verwendung eingetaucht ist. Wenn beispielsweise die stabilisierenden Materialien in dem Dielektrikum nur suspendiert sind, verstreicht ein grosser Zeitraum bevor die Stabilisatoren die Cellu- loseisolation durchdringen und die maximale Wirksam keit entfalten.
Dies war der Fall mit Harnstoff oder ähnlichen Materialien, welche in der US-Patentschrift Nr. 2 722 561 angegeben sind. Hier werden die stabi lisierenden Verbindungen als trockenes Pulver der Iso lation, beispielsweise einer Transformatorspule, zugesezt während des Wickelns. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden so nicht erreicht.
Da die erfindungsgemäss verwendeten stabilisierend wirkenden Verbindungen (Nitrile) einen geeigneten Grad an Löslichkeit in Wasser oder Wasser-Alkohol-Mischun- gen haben, können sie mit Vorteil in solchen Lösungen verwendet werden, um die Celluloseisolation während der Herstellung vollständig zu durchdringen. Im Fall einer Papier- oder Pressplattenisolation kann die Ein arbeitung der Verbindung bzw. Verbindungen leicht in der Papiermühle erfolgen. Papier wird im allgemeinen entweder sauf der Fourdriniermaschine oder auf der Rundsiebpappenmaschine hergestellt.
Nach jedem Ver fahren wird die aus den verfilzten Cellulosefasern ge bildete endlose Bahn von dem Sieb auf ein Band zum Trocknen geleitet. Die endlose Bahn wird durch einen Trockner geleitet, welcher eine Anzahl von dampfge heizten Rollen enthält. Dann kann sie, falls gewünscht, zwischen Kalanderwalzen geleitet werden, um ihr eine besondere Oberflächenausrüstung oder Dichte zu ver leihen und zuletzt wird sie für Lagerung und Versand aufgerollt. Im allgemeinen ist der Trockner aufgeteilt, so dass die Papierbahn im ersten Teil teilweise und im zweiten vollkommen getrocknet wird.
Zwischen den zwei geheizten Walzen ist meist ein Tank angeordnet mit Ausrüstungsmaterial für das Papier.
Vorzugsweise sind die stabilisierenden Verbindun gen in wässeriger Lösung zugegen. Sie werden in dem herkömmlichen Zurichtungstank zugegeben. Das teil weise getrocknete Papier wird durch die wässerige Ni trillösung von geeigneter Konzentration geleitet. Es ad sorbiert eine spezifische Menge der stabilisierenden Ver bindung. Nach dieser Behandlung passiert das Papier den zweiten Teil des Trockners. Die Temperatur der Trockenwalzen ist so geregelt, dass man einen genügen den Trocknungsgrad erreich und ein späteres Kleben des behandelten Papiers auf den Kalanderwalzen aus scheidet.
Das Verfahren kann sowohl im Fourdrinier als auch in Rundsiebpappenmaschinen durchgeführt werden.
Das resultierende getrocknete Papier enthält die stabilisierende Verbindung gleichmässig und innig ver teilt in allen Faserzwischenräumen. Weil, wie im Fall von Succinonitril, die Wasserlöslichkeit der stabilisie- renden Verbindung ansteigt mit der Temperatur des Wassers, kann es wünschenswert sein, die Lösung zu erwärmen und zu sättigen, so dass die Konzentration von Succinonitril hoch ist, wodurch erreicht wird, dass das Papier eine bestimmte Menge der Verbindung pas siert. Im allgemeinen sind Temperaturen von 60-90 C angemessen.
Um deutlicher die mit der Erfindung erreichten Vor teile zu zeigen, werden die folgenden Beispiele an gegeben.
In jedem Beispiel wurden 3 GewA der stabili sierenden Verbindung zum Kraft-Papier während seiner Herstellung hinzugefügt. In allen Beispielen war das Papier 0,75 mm dick und hatte eine Dichte von un- gefähr 1. Jedes der Papiermuster wurde mit lackier tem Draht zu einer Spule gewickelt und in einen Tank, der mit Transformatorenöl gefüllt war, gegeben. Es wurde genügend Strom durch die Spule geleitet, um Temperaturen von 140 C zu erzeugen.
Die Spule wurde nach 7 Tagen entfernt und an jedem Muster des ge alterten Papiers eine Mullens-Berstfestigkeitsprüfung durchgeführt. In der folgenden Tabelle sind die Werte für die Mullens-Berstfestigkeit vor und nach der Prü- fungangegeben.
EMI0003.0027
Stabilisierungsmittel <SEP> Mullens <SEP> Mullens <SEP> Zurückbehaltene <SEP> Berstfestigkeit <SEP> in <SEP> <B>0/0</B>
<tb> vorher <SEP> nachher <SEP> (Retention)
<tb> keines <SEP> <B>(100%</B> <SEP> Kraft) <SEP> 73 <SEP> 18 <SEP> 24,6
<tb> Succinonitril <SEP> 52 <SEP> 50 <SEP> 96-h
<tb> p-Aminobenzonitril <SEP> 65 <SEP> 59 <SEP> 91
<tb> ss-Äthoxypropionitril <SEP> 61 <SEP> 54 <SEP> 90
<tb> ss,
ssl-Iminodipropionitril <SEP> 58 <SEP> 58 <SEP> 100
<tb> Diäthylaminoacetonnitril <SEP> 64 <SEP> 55 <SEP> 86
<tb> a-Hydtroxyisobutyronitril <SEP> 59 <SEP> 50 <SEP> 85 Aus den vorhergehenden physikalischen Daten ist ersichtlich, dass das Kraft-Papier, welches kein stabi lisierendes Mittel enthält, nur 24,6 % seiner ursprüng lichen Berstfestigkeit behält. Die Nitrile verleihen dem behandelten Kraft-Papier solche Beständigkeit gegen Al- terung, dass das behandelte Papier 85 % oder mehr seiner ursprünglichen Berstfestigkeit hat.
Aus Fig. 1, in der die Ergebnisse von anderen ähnlichen Testen an gef'ü'hrt sind, sieht man, dass sogar nach 28-tägiger Al terung, durch Tauchen in Öl, das mit Succinonitril be handelte Papier annähernd 80 % seiner ursprünglichen Berstfestigkeit behielt, während das unbehandelte Kraft- Papier nur ungefähr 3 % behielt.
Teste wurden von der dielektrischen Festigkeit des mit; Nitril behandelten Papiers gemacht. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass die mit Nitril behandelten Kraft-Papiere stark erhöhte dielektrische Festigkeit mit steigenden Temperaturen besitzen im Vergleich zu einem unbehan delten Kraft-Papier.
Bei Verwendung des gleichen behandelten Papiers enthaltend ungefähr 3 % Succinonitril wurde eine Transformatorspule gewickelt, wie dies Fig. 3 zeigt. 10 zeigt das behandelte Kraft-Papier, welches um die einzelnen Spulen und zwischen die Hoch- und Nieder spannungsspulen des Transformators gewickelt ist. Die Transformatorspule besteht so aus Niederspannungs spulen 14-16 und Hochspannungsspulen 18, 20 und 22. Sie werden isoliert, indem man eine Lage auf die andere des behandelten Papiers aufbringt. Die Nieder spannungsspule 14 wird isoliert mit dem behandelten Papier durch lagenweises Umwickeln der Isolation 24.
Die verwendeten elektrischen Leiter können aus lak- kiertem Draht bestehen, welcher bis zu Temperaturen von 250 C nicht erweicht. Geeignete Lacke sind Epoxyharzlacke, Polyesterharzlacke, beispielsweise sol che aus Isophthalatglykolmaleatharzen, Siliconen und Polyvinylformalphenolharzen. Die Lacke können direkt auf Kupferdraht angewendet werden oder auf mit Asbest oder Glasfaser oder anderem faserigen Material um wickeltem Kupferdraht.
In dem fertiggestellten Trans formator wird ein flüssiges Dielektrikum die Kanäle 26 füllen und auch die Papierisolation vollständig durch dringen. Das Ganze wird vakuumbehandelt, um Luft und Feuchtigkeit aus dem Papier zu entfernen, und die Spule wird dann ausgebacken, um irgendwelche Feuchtig keit vollständig zu entfernen.
Durch die nitrilbehandelte Isolation der Erfindung wird der Transformator fester und dichter, weil die behandelten Cellulosezwischenlagen und andere Kom ponenten weniger als die Hälfte der Dicke bei der thermischen Alterung verlieren als unbehandelte Press- platten, Kraft-Papier und andere Cellulosematerialien.
Das Papiergewebe oder andere Celluloseprodukte können geringe Mengen bis zu 5 % von einem oder mehreren für sich bereits hitzestabilisierende und die dielektrische Festigkeit erhöhende Materialien, wie zum Beispiel Melamin und Dicyandiamid, enthalten. Die Cellulosematerialien können auch Harze oder Binder, wie z. B. Polyacrylamid- und Melaminaldehydharze, enthalten.
Stabilized cellulosic material Cellulosic materials, such as e.g. B. paper, cotton fabric, cotton tape, press plates and wood have long been used in the electrical industry to insulate various parts of electrical equipment. Such materials are a favorable starting material for electrical insulation, in particular because of their economic advantages compared to other available materials.
In addition, the cellulose insulation has adequate physical properties and initially a satisfactory dielectric strength.
Cellulosic materials, however, deteriorate rapidly at temperatures in excess of 100 ° C when in contact with air, and this deterioration is even more pronounced in the presence of a liquid dielectric. Both the physical and the electrical properties are affected. The result is that the insulation quickly loses its electrically insulating strength and its remaining mechanical strength is quickly dissipated.
The electrical and thermal properties of cellulosic materials such as. B. Paper, cotton fabric, cotton ribbon and wood deteriorate quickly at temperatures above 100 C when they are in contact with air or a liquid dielectric. For example, after only a few weeks of immersion in highly purified transformer oil at 120 - 150 C, paper retains only a few percent of its original dielectric strength and practically none of its original tensile strength. In general, a sheet of fresh electrical kraft paper can be bent several hundred times before it breaks.
However, after only a few days immersed in transformer oil at 150 C, it breaks at the points where it was double folded. For these cases it has been specified in detail that the prevailing working temperatures should not exceed 105 ° C. in electrical equipment containing cellulose insulation.
The invention relates to a stabilized cellulose material which not only has improved thermal stability but, surprisingly, also gives an insulation excellent electrical properties. The favorable properties not only occur in the presence of a liquid dielectric, but are also obtained when the insulation is used in air or in another gas. Cellulose materials stabilized in this way are therefore used with particular advantage for insulating electrical apparatus and components.
The cellulose material stabilized according to the invention is characterized in that it contains 0.02-10% by weight, based on the weight of the cellulose material, of at least one nitrogen-containing organic compound with at least one nitrile group as a stabilizer.
The invention is explained in more detail with reference to the drawings: FIG. 1 is a graphic drawing in which Mullen's burst strength against aging, measured in days, of stabilized and unstabilized Kraft paper in transformer oil at 150 ° C. is plotted. Curve A applies to Kraft paper to which no stabilizing compounds have been added.
Curve B shows the aging resistance of Kraft paper to which succinonitrile has been added according to the invention.
2 is a graph of the dielectric strength retained by stabilized and unstabilized kraft paper aged in transformer oil at 150.degree. Curve A applies to untreated Kraft paper, curve B to Kraft paper to which succinonitrile has been added according to the invention and curve C to Kraft paper to which dicyandiamide and succinonitrile have been added according to the invention.
3 is a perspective view, partly in section, of a transformer core which is insulated with the cellulose insulation according to the invention.
According to the present invention, it is possible to greatly increase the dwell time, the dielectric strength and the mechanical strength of the cellulose insulation at elevated temperature, both in gases and in a liquid dielectric, it remains. According to the invention, a cellulose is used in the insulation which contains at least one nitrogen-containing organic compound with one or more nitrile groups distributed evenly and everywhere in the intermediate layers.
Little of the compounds are used. However, their presence gives the cellulose insulation very improved physical and electrical properties. Suitable nitriles correspond to the general formula X-R-CN in which R can be an alkyl, alkoxy, alkoxyalkane radical, an aromatic or substituted aromatic radical and X can be H or -CN.
Nitriles whose substituents are hydrophilic, so that they are soluble in water and relatively insoluble in oil, are particularly suitable. Dinitriles were found to be particularly advantageous. Be particularly suitable nitrogen-containing compounds are also cyano compounds such.
B. butyl nitrile, octyl nitrile, isooctyl nitrile, adiponitrile, malononitrile, isophthalonitrile, succinonitrile, p-aminobenzonitrile,
β-ethoxypropionitrile and benzyl nitrile and the simple substitution products of these compounds containing, for example, alkyl groups on the benzene ring of the aromatic compounds.
It has surprisingly been found that the dielectric strength of paper or another cellulose material, for example vulcanized hard fiber, which according to the invention is treated with one or more of the above-mentioned compounds and has been immersed in a dielectric liquid, for example in a hydrocarbon oil or in chlorinated diphenyl , is not only better than the same untreated paper, it also increases in temperature resistance.
The dielectric strength also increases and reaches a peak value at a temperature of 125-150 C and also higher. With untreated paper, the dielectric strength begins to decrease rapidly, already at a temperature of 25-50 C below the temperature at which the peak of the electrical strength of the treated paper is.
The power factor of a treated cellulose insulation immersed in a liquid dielectric is lower than that of a similar paper which has not been treated in this way. This applies to a wide area. In addition, reducing agents occur when the liquid dielectric is an oil which contains oxidation inhibitors, such as. B. alkylated phenols, e.g. B.
p-tert. Buylphenol and dibutyl-p-cresol in amounts of 0.01-4% or more. The treated paper appears to be favorably affected by the presence of such inhibitors. An improvement that works together synergistically takes place when the nitrile-treated paper is in contact with it.
For example, the power factor of a purified, non-inhibited hydrocarbon oil with Kraft paper immersed in it was originally 0.008% and the color 1 on the Lovibond scale. After one year at 95 C the power factor was 0.29% and the color 5+. If the oil was inhibited and the kraft paper untreated, then after one year at 95 C the power factor was 0.36% and the color was 5-.
Kraft paper treated with nitriles according to the invention showed a color of approximately 31/2 and a power factor of 0.1-0.05 after one year at 95 ° C.
The stated advantages are achieved when the chemically stabilizing compounds are present in the cellulose insulation in a total amount of approximately 0.02 to 10 wtA, based on the weight of the cellulose material. Less than 0.02% of one or more of the compounds provided the cellulosic insulation with no appreciable improvement in electrical insulation or mechanical strength with aging at elevated temperatures or with exposure to elevated temperatures.
The presence of more than about 10% of the compound is uneconomical and does not increase the degree of improvement obtained with 10%. Within the range mentioned, it was found to be particularly advantageous to use 1-5 wtA of the nitrogen-containing compound. It has been found that this amount in the cellulose insulation improves the thermal stability of the electrical cellulose insulation quite significantly.
Furthermore, the stabilizing compound or compounds must be present in substantially the same distribution and uniformly everywhere in order to obtain cellulose insulation with optimal effect. This requirement is easy to meet, since all possible stabilizing compounds used according to the invention are readily water-soluble and essentially oil-insoluble. In order to obtain the good dielectric properties and high strength, it is necessary that the stabilizing compounds are firmly and stably connected to the cellulose fibers.
This is the only way to achieve the advantages described first, in particular if the insulation is made of a liquid dielectric, e.g. B. oil, is immersed during use. If, for example, the stabilizing materials are only suspended in the dielectric, a long period of time elapses before the stabilizers penetrate the cellulose insulation and develop their maximum effectiveness.
This was the case with urea or similar materials disclosed in U.S. Patent No. 2,722,561. Here the stabilizing compounds are added as a dry powder to the insulation, for example a transformer coil, during winding. The advantages of the present invention are not achieved in this way.
Since the stabilizing compounds (nitriles) used according to the invention have a suitable degree of solubility in water or water-alcohol mixtures, they can advantageously be used in such solutions in order to completely penetrate the cellulose insulation during production. In the case of paper or press board insulation, the connection or connections can easily be incorporated in the paper mill. Paper is generally made either on the Fourdrinier machine or on the cylinder board machine.
After each process, the endless web formed from the felted cellulose fibers is passed from the screen onto a belt for drying. The endless web is passed through a dryer which contains a number of steam heated rolls. Then, if desired, it can be passed between calender rolls to give it a special finish or density, and finally it is rolled up for storage and shipping. In general, the dryer is divided so that the paper web is partially dried in the first part and completely dried in the second.
A tank with finishing material for the paper is usually arranged between the two heated rollers.
The stabilizing compounds are preferably present in aqueous solution. They are added in the conventional dressing tank. The partially dried paper is passed through the aqueous nickel solution of suitable concentration. It adsorbs a specific amount of the stabilizing compound. After this treatment, the paper passes through the second part of the dryer. The temperature of the drying rollers is regulated in such a way that a sufficient degree of dryness is achieved and later sticking of the treated paper on the calender rollers is eliminated.
The process can be carried out in the Fourdrinier as well as in cylinder board machines.
The resulting dried paper contains the stabilizing compound evenly and intimately distributed in all fiber gaps. Because, as in the case of succinonitrile, the water solubility of the stabilizing compound increases with the temperature of the water, it may be desirable to heat and saturate the solution so that the concentration of succinonitrile is high, thereby achieving the Paper a certain amount of the connection happens. In general, temperatures of 60-90 C are appropriate.
In order to more clearly show the advantages achieved by the invention, the following examples are given.
In each example 3 GewA of the stabilizing compound were added to the Kraft paper during its manufacture. In all examples the paper was 0.75 mm thick and had a density of approximately 1. Each of the paper samples was wound into a spool with enamelled wire and placed in a tank filled with transformer oil. Enough current was passed through the coil to generate temperatures of 140C.
The spool was removed after 7 days and a Mullens burst strength test was performed on each sample of the aged paper. The following table shows the values for the Mullens burst strength before and after the test.
EMI0003.0027
Stabilizing agent <SEP> Mullens <SEP> Mullens <SEP> Retained <SEP> burst strength <SEP> in <SEP> <B> 0/0 </B>
<tb> before <SEP> after <SEP> (retention)
<tb> none <SEP> <B> (100% </B> <SEP> force) <SEP> 73 <SEP> 18 <SEP> 24.6
<tb> Succinonitrile <SEP> 52 <SEP> 50 <SEP> 96-h
<tb> p-aminobenzonitrile <SEP> 65 <SEP> 59 <SEP> 91
<tb> ss-ethoxypropionitrile <SEP> 61 <SEP> 54 <SEP> 90
<tb> ss,
ssl-iminodipropionitrile <SEP> 58 <SEP> 58 <SEP> 100
<tb> Diethylaminoacetonitrile <SEP> 64 <SEP> 55 <SEP> 86
<tb> a-Hydroxyisobutyronitrile <SEP> 59 <SEP> 50 <SEP> 85 From the above physical data it can be seen that the Kraft paper, which does not contain a stabilizing agent, only retains 24.6% of its original bursting strength. The nitriles give the treated kraft paper such resistance to aging that the treated paper has 85% or more of its original burst strength.
From FIG. 1, which lists the results of other similar tests, it can be seen that even after 28 days of aging, by immersion in oil, the paper treated with succinonitrile is approximately 80% of its original bursting strength retained, while the untreated kraft paper retained only about 3%.
Tests were made of the dielectric strength of the with; Made of nitrile treated paper. From Fig. 2 it can be seen that the nitrile-treated kraft papers have a greatly increased dielectric strength with increasing temperatures compared to an untreated kraft paper.
Using the same treated paper containing approximately 3% succinonitrile, a transformer coil was wound as shown in FIG. Figure 10 shows the treated Kraft paper wrapped around the individual coils and between the high and low voltage coils of the transformer. The transformer coil consists of low voltage coils 14-16 and high voltage coils 18, 20 and 22. They are isolated by applying one layer to the other of the treated paper. The low-voltage coil 14 is insulated with the treated paper by wrapping the insulation 24 in layers.
The electrical conductors used can consist of lacquered wire, which does not soften up to temperatures of 250 ° C. Suitable paints are epoxy resin paints, polyester resin paints, for example sol surface made from isophthalate glycol maleate resins, silicones and polyvinyl formal phenolic resins. The lacquers can be applied directly to copper wire or to copper wire wrapped with asbestos or fiberglass or other fibrous material.
In the completed transformer, a liquid dielectric will fill the channels 26 and also completely penetrate the paper insulation. The whole is vacuum treated to remove air and moisture from the paper, and the coil is then baked to completely remove any moisture.
The nitrile-treated insulation of the invention makes the transformer stronger and more tight, because the treated cellulose interlayers and other components lose less than half of their thickness during thermal aging than untreated press boards, kraft paper and other cellulose materials.
The paper fabric or other cellulose products can contain small amounts of up to 5% of one or more materials that are already heat-stabilizing and dielectric strength-increasing materials, such as, for example, melamine and dicyandiamide. The cellulosic materials can also be resins or binders, such as. B. polyacrylamide and melamine aldehyde resins contain.