Verfahren zur Herstellung eines imprägnierten elektrischen Kondensators mit Kunststoffolien als Dielektrikum Das Hauptpatent bezieht sich auf einen imprägnier ten elektrischen Kondensator; dessen Dielektrikum na hezu vollständig aus Kunststoffolien besteht, insbeson dere auf einen Wechselstromkondensator, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen elektrischen Kondensators.
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 Dielek trikumsfolien und den Belegungen, da diese Oberflächen nie völlig glatt sind. Ausserdem befinden sich im Dielek trikum Poren - bei porösem Papier sehr viele, bei Kunst stoffolien 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 das 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 Dielek trikum wirkende Imprägniermasse ist also bezüglich der Durchschlagsfestigkeit die schwächste Stelle im Konden satordielektrikum.
Zur Behebung dieser Schwierigkeiten wird für den Kondensator im Patentanspruch I des Hauptpatentes vorgeschlagen, dass wenigstens ein Teil des Dielektri kums aus einer durch ein Imprägniermittel angequol lenen Kunstoffolie besteht. Das hier besonders inter essierende und weiterzubildende Verfahren gemäss dem Patentanspruch II des Hauptpatentes zur Herstellung eines derartigen elektrischen Kondensators ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur während der Im- prägnierung des Kondensatorkörpers und/oder der die Härte des fertigen Wickels bestimmende mechanische Zug beim Wickeln so gesteuert werden, dass die Quel lung im Vergleich zur Fliessgeschwindigkeit des Imprä gniermittels langsam verläuft.
Das Imprägniermittel, welches sich im Spalt zwi schen den Folien befindet, diffundiert dabei in die Fo lien, die infolgedessen zu quellen beginnen und den Spalt mehr und mehr ausfüllen. Die aus der Oberfläche her ausragenden Spitzen und Kuppen werden dabei zum grossen Teil durch das Aufeinanderpressen der Ober flächen flachgedrückt.
Beim Imprägniervorgang dringt das Imprägniermit tel 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 Fo lienlagen an den Stirnflächen zuquellen und so das Nachströmen des Imprägniermittels in das Wickelin nere verhindern. Ein vollständiges Imprägnieren des Wickelkörpers wird sonst unmöglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, während des Imprä gniervorganges eine zu starke Quellung der den Stirn flächen benachbarten Wickelbereiche zu vermeiden. Sie betrifft ein Verfahren gemäss dem Patentanspruch II des Hauptpatentes zur Herstellung des imprägnierten elektrischen Kondensators gemäss dem Patentanspruch I desselben, und das Vermeiden der genannten Quellung wird nach ihr erfindungsgemäss 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 um so mehr vermindert, je länger getempert wird.
Am einfachsten lässt sich eine Temperung der Fo lien dadurch erreichen, dass die Folien als Wickelkör- per getempert werden. Die Wickelkörper können Vor ratsrollen sein oder fertige Kondensatorwickel. Durch die Temperung fertiger Kondensatorwickel ergibt sich der Vorteil, dass die Kondensatoren gleichzeitig ge trocknet 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 beschleu nigte Quellung lässt sich durch eine dem Imprägniervor gang angeschlossene Temperung erreichen. Etwa ab 70 C lässt sich die Quellung wesentlich steigern.
Es er weist sich deshalb als vorteilhaft, die Dielektrikumsfo lien vor der Imprägnierung zu tempern, um die Quell- fähigkeit zu verzögern, die Imprägnierung der Konden satorwickel etwa bei Zimmertemperatur durchzuführen und anschliessend die imprägnierten Wickelkörper nach- zutempern, vorzugsweise bei Temperaturen über 70 C, um die noch offenen Spalte in den stirnseitigen Wickel bereichen 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 Imprägnier mittel ein Isolieröl ist, das 10 bis 20 % aromatische An teile, 30 % naphtenische Anteile und zwischen 50 und 60 % paraffinische Anteile enthält, wird die Dicken zunahme der Polypropylenfolie bei Zimmertemperatur nach einer Temperung von acht Stunden bei 120 C kleiner als 2 % und kann durch längeres Tempern noch vermindert werden.
Die nachfolgenden Darlegungen gelten als Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung.
Ein geeignetes Imprägniermittel ist im Handel unter der Bezeichnung Shell K8 erhältlich.
Durch die Vortemperung wird die Quellfähigkeit der Dielektrikumsfolien herabgesetzt. So erhält man bei spielsweise an einer Polypropylenfolie, die mit 120 C/8 Stunden vorgetempert wurde, in Shell K8 nur noch eine Quellung von weniger als 4 % bei 50 C Imprägnier temperatur und ca. 8 % bei 90 C. Bei weiterer Steige rung 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 vermin dert, nicht aber beseitigt wird, kann nach dem Imprä- gnieren durch eine weitere Wärmebehandlung die Folie derart gequollen werden, dass die Ölspalte zwischen. den Folien gemäss der Forderung des Hauptpatentes be seitigt werden.
Das beschriebene Verfahren findet bevorzugt bei Kondensatoren Anwendung, deren Dielektrikum aus selbständigen Kunststoffolien besteht und bei denen eine beidseitige 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.
Das beschriebene Verfahren ist insbesondere auch dann von Vorteil, wenn eine Quellung der Folien unter bunden werden soll. Es wird dann die gesamte Folie entsprechend lang bei erhöhter Temperatur behandelt.
Process for the production of an impregnated electrical capacitor with plastic films as the dielectric The main patent relates to an impregnated electrical capacitor; whose dielectric consists almost entirely of plastic films, in particular on an AC capacitor, and on a method for producing such an electrical capacitor.
Electrical capacitors, especially those for AC voltage operation, are known to be impregnated to fill cavities in the capacitor body that lead to spray discharges. Cavities be found z. B. between the surfaces of the Dielek trikumsfolien and the assignments, since these surfaces are never completely smooth. In addition, there are pores in the dielectric - very many in porous paper and relatively few in plastic films - which, like the air gap between the covering and the dielectric film, have to be filled with impregnating agent.
The dielectric strength of the impregnating agent is low compared to that of plastic films. If a certain field strength is exceeded in the capacitor, partial breakdowns take place in the impregnation compound, especially in the gap -between the coating 'and the dielectric film. The gas is split off from the impregnation compound (e.g. insulating oil). Gas-filled cavities arise in which spray discharges lead to further gas formation and ultimately to the destruction of the capacitor.
The impregnating compound located in the electric field and acting as a dielectric is therefore the weakest point in the capacitor dielectric in terms of dielectric strength.
To overcome these difficulties it is proposed for the capacitor in claim I of the main patent that at least part of the dielectric consists of a plastic film that is swollen by an impregnation agent. The method according to claim II of the main patent for the production of such an electrical capacitor, which is of particular interest and needs further development, is characterized in that the temperature during the impregnation of the capacitor body and / or the mechanical tension that determines the hardness of the finished winding is controlled during winding that the swelling is slow compared to the flow rate of the impregnating agent.
The impregnating agent, which is located in the gap between the foils, diffuses into the foils, which consequently begin to swell and fill the gap more and more. The peaks and crests protruding from the surface are largely flattened when the surfaces are pressed against one another.
During the impregnation process, the Imprägniermit tel penetrates from the front sides into the capacitor winding. The swelling of the dielectric foils therefore starts first at the end faces. It must be prevented that the swelling during the impregnation process becomes so strong that the spaces between the foil layers at the end faces swell and thus prevent the impregnating agent from flowing into the winding lining. Otherwise a complete impregnation of the winding body becomes impossible.
The object of the invention is to avoid excessive swelling of the winding areas adjacent to the end faces during the impregnation process. It relates to a method according to patent claim II of the main patent for the production of the impregnated electrical capacitor according to patent claim I of the same, and the avoidance of said swelling is achieved according to the invention in that the plastic films are tempered prior to impregnation.
It. it has been shown that the heat treatment preceding the impregnation reduces the swelling. Furthermore, the swelling capacity can be controlled by the level of the temperature and the duration of the tempering. The swellability of the foils is reduced the more the tempering takes place.
The easiest way to temper the foils is to temper the foils as wound bodies. The bobbins can be before storage rolls or finished capacitor winding. The tempering of finished capacitor windings has the advantage that the capacitors are dried at the same time. This is especially the case when paper foils are involved.
The preheating delays the swelling of the dielectric foils. In order to close the gaps that are still open in the areas near the end faces, the capacitors can be stored at room temperature. Accelerated swelling can be achieved by tempering connected to the impregnation process. The swelling can be increased significantly from around 70 C.
It is therefore advantageous to heat-treat the dielectric foils before impregnation in order to delay the swellability, to carry out the impregnation of the capacitor winding at around room temperature and then to re-heat the impregnated winding body, preferably at temperatures above 70 C, to close the gaps that are still open in the winding areas on the face side. The increase in thickness can be increased by using higher temperatures. Of course, the temperature can only be increased as high as the dielectric film can handle.
In capacitors whose dielectric films are made of polypropylene and in which the impregnating agent is an insulating oil that contains 10 to 20% aromatic components, 30% naphthenic components and between 50 and 60% paraffinic components, the thickness of the polypropylene film will increase at room temperature a tempering of eight hours at 120 C less than 2% and can be reduced by longer tempering.
The following statements apply as Ausfüh approximately examples of the invention.
A suitable impregnating agent is commercially available under the name Shell K8.
The preheating reduces the swellability of the dielectric films. For example, on a polypropylene film that was preheated at 120 ° C. for 8 hours in Shell K8, swelling of less than 4% at 50 ° C. impregnation temperature and approx. 8% at 90 ° C. is obtained Impregnation temperature, which of course is only possible up to the limit of the temperature resistance of the dielectric, also increases the swelling further.
Since the preheating only reduces the swellability, but does not eliminate it, after the impregnation the film can be swollen through a further heat treatment in such a way that the oil gaps between. the foils are eliminated in accordance with the requirements of the main patent.
The method described is preferably used in capacitors whose dielectric consists of independent plastic films and in which a metallized insulating material insert, in particular made of paper, is used as a covering. The paper lies in the field-free space during operation. Polypropylene is advantageously used as the dielectric in such capacitors.
The method described is particularly advantageous when swelling of the films is to be suppressed. The entire film is then treated for a correspondingly long time at an elevated temperature.