CH499192A - Imprägnierter elektrischer Kondensator mit Kunststoffolien als Dielektrikum - Google Patents

Description

  Imprägnierter elektrischer Kondensator mit Kunststoffolien als Dielektrikum    Die Erfindung bezieht sich, wie das Hauptpatent,  auf einen imprägnierten elektrischen Kondensator, des  sen Dielektrikum nahezu vollständig aus Kunststoffolien  besteht, insbesondere Wechselspannungskondensator,  bei dem wenigstens ein Teil des Dielektrikums aus einer  durch ein Imprägniermittel angequollenen     Kunststoff-          folie    besteht.  



  Elektrische Kondensatoren, insbesondere solche für  Wechselspannungsbetrieb, werden bekanntlich imprä  gniert, um Hohlräume im Kondensatorkörper, die zu  Sprühentladungen führen, auszufüllen. Hohlräume be  finden sich z. B. zwischen den Oberflächen der Dielektri  kumsfolien und den Belegungen, da diese Oberflächen  nie völlig glatt sind. Ausserdem befinden sich im Di  elektrikum 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 über  schritten, 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 gas  gefüllte Hohlräume, in denen Sprühentladungen zu wei  terer Gasbildung und schliesslich zur Zerstörung des  Kondensators führen.  



  Die im elektrischen Feld befindliche und als Dielek  trikum wirkende Imprägniermasse ist also bezüglich der  Durchschlagsfestigkeit die schwächste Stelle im Kon  densatordielektrikum.  



  Im Hauptpatent sind Massnahmen beschrieben, wel  che den vom Imprägniermittel ausgefüllten Spalt mög  lichst weitgehend beseitigen. Dies wird nach dem Pa  tentanspruch 1 des Hauptpatentes dadurch erreicht, dass  wenigstens ein Teil des Dielektrikums aus einer durch  ein Imprägniermittel angequollenen Kunststoffolie be  steht. Das Imprägniermittel, welches sich im Spalt zwi  schen den Folien befindet, diffundiert in die Folien, die         infolgedessen    zu quellen beginnen und den Spalt mehr  und mehr ausfüllen.  



  Für jedes System von quellbarem Kunststoffdielek  trikum und Imprägniermittel besteht eine bestimmte ma  ximale Quellung. Diese Quellung sollte ausreichen, um  den gesamten Spalt auszufüllen. Anderseits kann man  den Spalt durch die Wickelhärte des Kondensators be  einflussen. Mit zunehmender Wickelhärte wird der Spalt  enger. Die Wickelhärte lässt sich aber nicht beliebig er  höhen, da der Spalt sonst so eng wird, dass Imprägnier  schwierigkeiten entstehen. Es wird deshalb eine Mindest  quellung jeder quellbaren Dielektrikumsfolie von 0,3 ,um  gefordert.  



  Durch die Quellung der Kunststoffolien können  Schwierigkeiten beim Imprägnieren auftreten. Sobald das  Imprägniermittel in die Stirnseiten des Kondensators  einfliesst, beginnt dort die Quellung. Dadurch wird der  Spalt verengt und das     Nachfliessen    von Imprägniermittel  praktisch unterbunden. Die Quellung darf also erst dann  voll zur Wirkung kommen, wenn der Kondensator be  reits voll durchimprägniert ist.

   In zweifacher Weise lässt  sich das Zusammenspiel von Imprägniergeschwindigkeit  und Quellgeschwindigkeit so steuern, dass immer eine  gute Durchimprägnierung gewährleistet ist: Erstens lässt  sich der Imprägniervorgang durch die Temperatur be  einflussen, denn die Quellgeschwindigkeit und die Vis  kosität des Imprägniermittels sind temperaturabhängig;  man muss also eine Imprägniertemperatur suchen, bei  der die Quellung im Vergleich zur Fliessgeschwindigkeit  des Imprägniermittels im Spalt langsam verläuft. Zwei  tens kann man auf den Imprägniervorgang durch die  Wickelhärte, also über die Luftspaltdicke, einen     Ein-          fluss    ausüben.  



  Da die     Quellgeschwindigkeit    und     Fliessgeschwindig-          keit    in den Spalten in     Konkurrenz    stehen, nehmen die  Imprägnierschwierigkeiten mit zunehmender Wickel  länge beträchtlich zu. Längere Wickel brauchen erheb  lich längere Imprägnierzeiten, so dass die     Quellung    am  Wickelanfang schon zu stark fortgeschritten ist, ehe die       Durchimprägnierung    beendet ist. Genauere Untersu-      chungen der Quellung bei Kunststoffolien hatten zum  Ergebnis, dass nicht nur die Quellgeschwindigkeit von  der Temperaturhöhe beeinflusst wird, sondern auch die  Stärke der Quellung.

   Einige Werte sind für Polypropy  lenfolien folgender Tabelle zu entnehmen:  
EMI0002.0000     
  
    Temperatur <SEP> 20 <SEP>  C <SEP> 40 <SEP>  C <SEP> 75 <SEP>  C <SEP> 95 <SEP>  C <SEP> 125 <SEP>  C
<tb>  Dauer <SEP> des
<tb>  Quellvorganges <SEP> 150 <SEP> min <SEP> 70 <SEP> min <SEP> 70 <SEP> min <SEP> 70 <SEP> min <SEP> 70 <SEP> min
<tb>  relative
<tb>  Dickenzunahme <SEP> 30/o <SEP> 40/o <SEP> 70/o <SEP> 110/o <SEP> 20'0/o       Daraus ergibt sich eine abgewandelte Imprägnier  möglichkeit. Man imprägniert bei so niedrigen Tempera  turen, bei denen die Grösse der Quellung noch relativ  gering ist und sich der Spalt nicht schliesst.

   Eine gute  Durchimprägnierung ist damit immer gewährleistet, auch  wenn infolge der erhöhten Viskosität des Imprägniermit  tels grössere Zeiten dazu verstreichen, die aber nicht  notwendigerweise in der Imprägnieranlage verbracht  werden müssen. Auch im fertigen Kondensator, der un  ter Öl steht, kann die endgültige Durchimprägnierung  erfolgen. Um restliche Ölspalte völlig zu verdrängen,  kann der Kondensator nach dem Durchimprägnieren  auf eine höhere Temperatur erwärmt werden. Dadurch  nimmt die Grösse der Quellung der Kunststoffolie zu,  das Öl wird absorbiert, und wenn die Temperatur hoch  genug ist, verschwindet der Ölspalt vollkommen. Diese  Quellung ist irreversibel. Bei Abkühlung tritt der     Öl-          spalt    also nicht wieder auf.

   Dabei ist wichtig, dass beim  Imprägniervorgang das Volumen der Kunststoffolie zu  sammen mit dem Ölspalt vor der Quellung möglichst ge  nau so gross ist wie später die gequollene Kunststoffolie.  Nimmt das Volumen der gequollenen Folie gegenüber  dem Ausgangsvolumen der ungequollenen Folie plus  Ölspalt ab, so können Hohlräume entstehen, die zum  Sprühen im Kondensator führen. Nimmt das Volumen  an gequollener Folie gegenüber dem Volumen der     un-          gequollenen    Folie plus Ölspalt zu, so wird restliches Öl  aus dem Kondensator herausgedrückt, und es entstehen  mechanische Spannungen im Wickel. Es ist also am gün  stigsten, wenn das Volumen der gequollenen Folie iden  tisch mit dem Volumen der unimprägnierten Folie plus       Ölspalt    oder geringfügig grösser ist.

    



  Um nun einen imprägnierten Kondensator gemäss  dem Hauptpatent zu erhalten bzw. um eines der soeben  beschriebenen Quellverfahren durchführen zu können,  benötigt man geeignete Imprägniermittel. Es sind Im  prägnieröle bekannt, beispielsweise chlorierte Kohlen  wasserstoffe, die zwar auf Kunststoffolien quellend ein  wirken, aber auf Grund ihres chemischen Aufbaues  beim elektrischen Durchschlag im Kondensator zu lei  tenden Abfallprodukten an der Durchschlagsstelle füh  ren. Anderseits gibt es Isolieröle, die zwar regenerieren,  aber die Folie nicht anquellen.  



  Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, weitere  neben dem im Hauptpatent genannten Isolieröl     geeilt     nete Imprägniermittel zu zeigen.    Die Erfindung besteht darin, dass das Imprägnier  mittel aus Mineralöl oder Silikonöl oder fluoriertem  Kohlenwasserstoff besteht.  



  Bei den fluorierten Kohlenwasserstoffen erweisen  sich sowohl diejenigen, bei denen die Wasserstoffatome  nur teilweise durch Fluor     substituiert    sind, als auch die  jenigen, bei denen nur Fluor als Substituent auftritt,  d. h. reine Fluorkohlenstoffverbindungen, als vorteilhaft  im Sinne der Erfindung.     Hierzu    gehört insbesondere  Cl, F" - CF3. Ausserdem erweisen sich auch die     Isolier-          öle,    bei denen neben Fluor noch andere Substituenten  auftreten, gleichfalls     vorteilhaft.    Es sind dabei insbe  sondere die Perfluorallyläther, z. B.  
EMI0002.0012     
    zu     nennen.     



  Denn die fluorierten Kohlenwasserstoffe bilden bei  Durchschlägen keine korrodierend wirkenden Zerfalls  produkte und vermögen ausserdem Kunststoffe anzu  quellen. Derartige Imprägniermittel sind deshalb für re  generierende Kondensatoren vorteilhaft. Als vorteilhafte  Silikonöle erweisen sich Methylsiloxane und     Phenyl-          methylsiloxan.     



  Auch reine Kohlenwasserstoffe, wie Polyisobutylen  und Dodezylbenzol, erweisen sich bei der Erfindung als  brauchbar.  



  Anhand der Figur soll die Erfindung näher     erläutert     werden. Zwischen den Oberflächen einer quellbaren Fo  lie 1 und einer nicht quellbaren Folie 2, die die Bele  gung oder eine weitere Dielektrikumsfolie sein kann, bil  den sich Hohlräume und Spalte 3 aus, die beim Imprä  gnieren ganz oder teilweise mit     Imprägniermittel    ange  füllt sind. Beim Quellen der Folie 1 werden die aus der  Oberfläche der Folie 2 ragenden Kuppen und Spitzen 4  flachgedrückt. Die Oberflächen der Folien schmiegen  sich, wie es durch die strichlierten Linien schematisch  dargestellt ist, aneinander. Winzige noch verbleibende  Hohlräume sind mit Restisolieröl 5 ausgefüllt.  



  Als besonders im Sinne der Erfindung quellbares  Dielektrikum erweist sich Polypropylen.  



  Die Erfindung ist geeignet für regenerierende Kon  densatoren. Eine bevorzugte Anwendung findet vorlie  gende     Erfindung    bei Kondensatoren, deren     Dielektri-          kum    aus selbständigen Kunststoffolien besteht und bei  denen eine beidseitig metallisierte     Isolierstoffeinlage    als       Belegung    dient. Die     Isolierstoffeinlage    kann z. B. aus  Papier bestehen und liegt während des Betriebes im  feldfreien Raum.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Imprägnierter elektrischer Kondensator nach dem Patentanspruch I des Hauptpatentes, dadurch gekenn zeichnet, dass das Imprägniermittel aus Mineralöl oder Siliconöl oder fluoriertem Kohlenwasserstoff besteht.