CH618285A5

CH618285A5 -

Info

Publication number: CH618285A5
Application number: CH1027475A
Authority: CH
Inventors: John Lapp; Fred Speer Sadler
Original assignee: Mc Graw Edison Co
Priority date: 1975-01-20
Filing date: 1975-08-06
Publication date: 1980-07-15
Also published as: ES457859A1; IL47998A0; FR2298171A1; DE2503799A1; BE824984A; IN144416B; JPS5184063A; AR205218A1; FI752240A; ZA755447B; NL7501098A; FR2298171B1; MX143770A; US4097913A; IT1058313B; IL47998A; CA1070102A; BR7506365A

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kondensator mit äthylen, Polyester oder dergleichen bestehen. Die Oberfläche einem versiegelten Gehäuse, mit einer Kondensatorwicklung, des Filmes und/oder die angrenzende Oberfläche der Metallfolie die ein Paar elektrisch leitender Streifen und ein Paar Isolier- 25 kann mit Unebenheiten versehen sein. Hierdurch wird eine zwischenlagen aufweist, wobei die Streifen und die Zwischenla- Dochtwirkung für das flüssige Dielektrikum erreicht und für gen abwechselnd aufeinander gewickelt sind, und mit einem eine durchgehende Imprägnierung des Filmes durch die Flüs-

dielektrischen flüssigen Gemisch, das die Isolierzwischenlage sigkeit während des Verfahrens gesorgt.

imprägniert. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Die Herstellung des Kondensators erfolgt wie in Patentan-

Herstellung eines solchen Kondensators. 30 spruch 16 definiert.

Beim Bau von Kondensatoren, wie von Kondensatoren für Mehr im Detail erläutert wird bei dem erfindungsgemässen die Korrektur des Leistungsfaktors in elektrischen Anlagen, Verfahren für die Herstellung eines Kondensators das den wird die Kondensatorwicklung von sich abwechselnden Lagen polymeren Film sowie die feste dielektrische Zwischenlage ent-

aus Metallfolie und aus einem festen dielektrischen Material haltende Gehäuse unter Vakuumbedingungen getrocknet,

gebildet, wobei das dielektrische Material mit einem flüssigen 35 wobei die Temperatur unter 60 °C, bevorzugt bei Raumtempe-

Dielektrikum getränkt bzw. imprägniert war. ratur liegt. Dies erfolgt über einen genügend langen Zeitraum,

In der Vergangenheit wurde durchweg Kraftpapier- um Wasserdampf und andere Gase aus dem Innern des Kon-

Gewebe als dielektrisches Material verwendet. Kondensatoren densators zu entfernen.

dieser Bauart besassen relativ hohe dielektrische Verluste. Das flüssige Dielektrikum wird mit Vorteil zirkuliert oder in

Dadurch war ihre Verwendung auf Kondensatoren beschränkt, 40 anderer Weise unter Vakuum bewegt, um darin vorhandene deren Kapazität 10 kVar und darunter beträgt. Die Kombina- Gase zu entfernen. Nach dem Entgasen des Kondensators und tion von Papier und einem polymeren Film, wie einem Polypro- dem separat davon erfolgenden Entgasen der dielektrischen pylenfilm ist ebenfalls als dielektrische Lage in Kondensatoren Flüssigkeit wird die Flüssigkeit in den Kondensator eingefüllt,

verwendet worden. Der Papier-Film-Kondensator hat wesent- Ist der Kondensator gefüllt, so kann entweder ein Vakuum an lieh geringere dielektrische Verluste als ein Kondensator, des- 45 die Flüssigkeit angesetzt oder auf diese ein unteratmosphäri-

sen dielektrische Lagen nur aus Papier bestehen. Der Papier- scher Druck ausgeübt werden, wobei der Kondensator bei

Film-Kondensator besitzt demgegenüber auch eine grössere einer Temperatur unterhalb von 60 °C, bevorzugt bei Raum-

Zuverlässigkeit, wobei eine grössere kVar-Kapazität erreicht temperatur gehalten wird. Nach der Imprägnierung wird das wird. Das Papier der Papier-Film dielektrischen Lage ergibt Vakuum weggenommen und der Kondensator abgedichtet einige Einschränkungen, jedoch ist es ein Wickelmaterial, wel- 50 bzw. versiegelt.

ches die Durchtränkung der Kondensatorwicklung mit dem Beim erfindungsgemässen Verfahren entfällt die Erforderflüssigen Dielektrikum fördert. nis einer teuren Erhitzung in Ofen. Ferner wird eine wesent-

In neuester Zeit sind «All-Film»-Kondensatoren entwickelt liehe Verbesserung der dielektrischen Eigenschaften des Konworden, die einen Polyprophylenfilm verwenden, wobei als densators erreicht, wodurch die dielektrischen Verluste verrin-flüssiges Dielektrikum polychloriertes Diphenyl dient. Konden- 55 gert werden, während eine Zunahme der Korona-Anlaufspan-satoren dieser Art, die nur einen Film als Dielektrikum haben, nung und der Korona-Löschspannung stattfindet.

besitzen geringere dielektrische Verluste als Kondensatoren, Ein weiterer Vorteil liegt beim erfindungsgemässen Verfah-

deren Dielektrikum nur aus Papier oder aus Papier und Film ren darin, dass keine Nachbehandlung mehr erforderlich ist,

besteht. wie sie in der Regel bei gebräuchlichen bekannten Verfahrens-

Während polychloriertes Diphenyl, wie z. B. Trichlordiphe- 60 techniken notwendig war. Die Eliminierung der Nachbehand-

nyl ein wirksames dielektrisches System eines Kondensators lung, die im allgemeinen sich über eine Zeitdauer von 72 Stun-

schafft, so ergeben sich bei seiner Verwendung gewisse ökolo- den erstreckte, bewirkt eine wesentliche Abkürzung der gische Probleme, da polychloriertes Diphenyl tatsächlich nicht gesamten Herstellungszeit des Kondensators, wodurch sich biologisch abbaubar ist. Dies hat zur Folge, dass bei Entstehen eine entsprechende Reduzierung der Herstellungskosten eines Leckes oder eines Bruches im Kondensatorgehäuse oder 65 ergibt.

mit dem Wegwerfen eines unbrauchbaren Kondensators das Der erfindungsgemässe Kondensator besitzt im allgemei-

polychlorierte Diphenyl als Verunreinigung in der Umgebung nen bei Temperaturen in dem Bereich von -40° Celsius bis +

bleibt und über eine lange Periode von mehreren Jahren nicht 120° Celsius geringe dielektrische Verluste und ausgezeichnete

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Korona-Kennlinien. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das flüssige dielektrische Gemisch im wesentlichen biologisch abbaubar ist Das Gemisch löst sich in unschädliche Bestandteile bzw. Verbindungen auf, sofern es durch ein Leck oder einen Bruch im Gehäuse der atmosphärischen Luft ausgesetzt wird. Es entstehen keine tJmweltschäden.

Sofern entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren die Gase aus dem dielektrischen System entfernt sind, kann dieses unter elektrischer Beanspruchung bei einer erhöhten Temperatur bis zu 125° Celsius arbeiten, ohne dass eine Minderung bzw. ein Abbau der.polymeren Lagen oder der dielektrischen Flüssigkeit eintritt Die erhöhte Stabilität bei höheren Temperaturen ermöglicht es diesem dielektrischen System in grossen Kondensatoren für die Korrektur des Leistungsfaktors verwendet zu werden. Diese Kondensatoren arbeiten in der Regel in einem Temperaturbereich (Gehäusetemperatur) von -40° Celsius bis +50° Celsius. Auch ist die Verwendung bei kleinerer Last oder in Spezialkondensatoren möglich, die bei Temperaturen bis zu 100° Celsius arbeiten.

Weitere Vorteile sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen zu entnehmen. Die Zeichnungen beinhalten dabei eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 : perspektivisch und zum Teil aufgeschnitten einen typischen Kondensator,

Fig. 2: eine perspektivische Ansicht einer Kondensatorwicklung,

Fig. 3: eine grafische Darstellung der Entlade-Anfangspan-nung bzw. Teilentladungseinsatzspannung von Kondensatoren bei verschiedenen Temperaturen im Vergleich zu einem Kondensator, der Chlordiphenyl als Imprägnierung verwendet,

Fig. 4: eine grafische Darstellung des Verlustfaktors eines Kondensators bei verschiedenen Temperaturen,

Fig. 5: eine grafische Darstellung des Stockpunktes der in verschiedenen Verhältnissen erfolgten Missachtung von Monochlor-diphenyloxyd und Monochlor-lauryl-diphenyloxyd.

Fig. 1 zeigt einen typischen Kondensator mit einem äusseren Gehäuse 1, das aus Seitenwänden 2, einem Boden 3 und einem Deckel 4 besteht. Im Betrieb ist das Gehäuse 1 hermetisch versiegelt Es ist mit einem kleinen Siegel- oder Öffnungsloch 5 versehen, durch das während der Fabrikation die dielektrische Flüssigkeit in das Gehäuse eingeführt wird. Ferner kann eine Vakuumleitung mit dem Loch 5 verbunden werden, um in der Fertigung den Kondensator durch Vakuum zu trocknen. Ein Paar Anschlussklemmen 6 ragt durch den Deckel vor und ist demgegenüber isoliert.

Im Gehäuse ist eine Anzahl von Kondensatorwicklungen 7 vorgesehen. Fig. 2 zeigt, dass jede Kondensätorwicklung gewickelte Lagen aus Metallfolie 8 aufweist, zwischen denen sich dielektrische Lagen 9 befinden. Mit den Folienlagen 8 sind die Elektroden 10 verbunden. Die Elektroden der einzelnen Wicklungen sind miteinander in Reihe verbunden und an die Klemmen 6 angeschlossen. Die Folienlagen 8 können aus jedem gewünschten elektrisch leitendem Material bestehen; in der Regel einem Metall wie Aluminium, Kupfer oder dergleichen. Die Lagen 8 können als flache Streifen ausgebildet sein. Auch können die Lagen mit einer unebenen Oberfläche versehen sein, wie z. B. eine Reihe von Deformationen, die durch Eindrückungen an der einen Seite der Folien und entsprechenden Ausdrückungen an der anderen Seite gebildet sind. Im einzelnen wird hierzu auf den Offenbarungsinhalt der US-Patentschrift 3 746 953 verwiesen.

Die festen dielektrischen Lagen 9 bestehen aus einem polymeren Film, wie Polypropylen, Polyäthylen, Polyester oder Polycarbonat Die dielektrischen Lagen können als Streifen mit weicher Oberfläche ausgebildet sein. Sie können auch poly-mere Streifen sein, so wie Polypropylen, bei denen eine dünne Schicht von Polyolefinfaser auf der Oberfläche anheftend aufgebracht ist Im einzelnen wird auf den Offenbarungsinhalt der US-Patentschrift 3 772 578 verwiesen. Die in der Beschreibung verwendete Bezeichnung «All-Film» bedeutet, dass die dielektrischen Lagen 9 aus sämtlichen polymeren Materialien gebil-5 det sein können; jedoch ist es auch möglich, dass andere Teile des Kondensators aus Papier oder aus nicht polymerem Material bestehen, wobei diese Teile auch von dem dielektrischen flüssigen Gemisch durchtränkt werden.

Es ist von Vorteil, wenn die Oberfläche des polymeren 10 Films und/oder die angrenzende Fläche der Metallfolie 8 unregelmässig ausgebildet oder deformiert ist so dass diese beiden aneinandergrenzenden Oberflächen keine kontinuierliche innige Berührung miteinander haben. Die Unebenheiten der Oberfläche bewirken einen Docht- oder Kapillareffekt für die 15 dielektrische Flüssigkeit Damit wird es während des Herstellungsverfahrens der Flüssigkeit ermöglicht, den Film 9 durch und durch zu imprägnieren.

Die polymeren Filmschichten sind mit einem flüssigen dielektrischen Gemisch getränkt, das eine Mischung aus Mono-20 halogen-diphenyloxyd und Monohalogen-alkyl-diphenyloxyd besteht, wobei die Alkylgruppe 1-20 Kohlenstoff atome aufweist.

Das Monohalogen-diphenyloxyd ist in der Mischung in einem Gewichtsanteil von 5-95% enthalten, während das 25 Monohalogen-alkyl-diphenyloxyd den Ausgleich bildet. In den meisten Anwendungen wird das Monohalogen-diphenyloxyd in einem Bereich von 10-70% Gewichtsanteil des Gemisches verwendet werden, während der Ausgleich von dem Monohalo-gen-alkyl-diphenyloxyd gebildet ist 30 In beiden Komponenten wird bevorzugt Chlor als Halogen verwendet, obgleich auch andere Halogene, wie Brom benutzt werden können. Das Halogenatom befindet sich üblicherweise in der Parastellung in jeder Verbindung. In dem typischen Verfahren für die Herstellung der Verbindungen finden sich über 35 80-100% der Halogenatome in der Parastellung, während die verbleibenden 0-20% die Orthostellung einnehmen.

Die Alkylgruppe des Monohalogenalkyldiphenyloxyd besitzt bevorzugt 3-16 Kohlenstoffatome und kann entweder 40 eine verzweigte Kette oder eine gerade Kette sein. Die besondere Lage und Anzahl der Verzweigungen ist für die Erfindung nicht kritisch.

Spezielle Beispiele des dielektrischen Gemisches, welches 45 in dem erfindungsgemässen Kondensator verwendet wird, sind in Gewichtsprozenten wie folgt:

50% Monobrom-dipenyloxyd und 50% Monochlór-lauryl-diphenyloxy; 30% Monochlor-diphenyloxy und 70% Mono-50 chlor-lauryl-diphenyloxyd; 80% Monochlor-diphenyloxyd und 20% Monochlor-hexyl-diphenyloxyd; 40% Monochlor-diphenyloxyd und 60% Monochlor-butyldiphenyloxyd; 20% Monochlor-diphenyloxyd und 80% Monochlor-propyl-diphenyloxyd; 35% Monochlor-diphenyloxyd und 65% Monochlor-hexyldi-55 phenyloxyd; 17% Monochlor-diphenyloxyd und 83% Mono-chlor-butyl-diphenyloxyd.

Das dielektrische Gemisch kann auch in einem Bereich von 0,01 bis 10% Gewichtsanteil, bevorzugt im Bereich von 0,2 bis eu 1,5% Gewichtsanteil ein Epoxid enthalten, welches der Neutralisierung von Zerfallsprodukten dient die von der Imprägnierflüssigkeit oder anderen Materialien im Kondensator während seiner Tätigkeit gebildet oder freigegeben worden sind. Diese neutralisierenden Agentien können z. B. folgende Verbindun-65 gen sein: l,2-Epoxy-3-phenoxypropan: Bis-(3,4-epoxy-6-methyl-cyclohexylmethyl>adipat;l-Epoxyäthyl-3,4-epoxycyclohexan; 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3',4'-epoxycyclohexancarboxylat der Formel:

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—CH2—0(0)0 I ' 4 '

[A]

3,4-Epoxy-6-methyl-cyclohexylmethyl-3',4'-epoxy-6'-methylcy-clohexancarboxylat

2— 0(0)C

[B]

und Mischungen hieraus. Die Epoxydverbindungen bewirken eine schnelle Neutralisierung von Zerfallsprodukten, wobei sie die dielektrischen Eigenschaften und die Lebensdauer des Kondensators verbessern.

Das Monohalogen-diphenyloxyd kann in üblichen Verfahren hergestellt werden, in denen Diphenyloxyd durch Verwendung eines Aluminiumhalogens, z. B. Aluminiumchlorid oder mit einer anderen protonischen Säure halogenisiert wird, um eine Mischung aus o- und p-Halodiphenyloxyd zu schaffen. Im einzelnen wird auf den Offenbarungsinhalt der US-Patentschrift 2 022 634 Bezug genommen.

Entsprechend kann das Monohalogen-alkyl-diphenyloxyd durch bekannte Techniken hergestellt werden, bei denen ein Halogendiphenyloxyd mit einem kleinen Anteil von Aluminiumchlorid behandelt wird, wonach ein Alkylhalogenid oder ein Olefin schrittweise eingebracht wird, wobei die Mischung auf Reaktionstemperatur gehalten wird. Im einzelnen wird auf den Offenbarungsinhalt der US-Patentschrift 2170 989 verwiesen.

Für das Zusammenmischen der beiden Komponenten sind keine besonderen Verfahren erforderlich. Die Mischung kann bei Raumtemperatur oder bei erhöhten Temperaturen erfolgen. Andererseits kann die Mischung durch den Alkylierungs-prozess erreicht werden, bei dem die Alkylierung innerhalb einer Zeit beendet ist, die für die gewünschte Mischung des Monohalogen-alkyl-diphenyloxyds mit dem Monohalogen-diphenyloxyd ausreicht. Sofern dieses Verfahren verwendet wird, um eine geringere Alkylierung zu erreichen, so kann ein geringer Prozentsatz von Dialkylierung auftreten.

Um den Kondensator nach der Erfindung herzustellen,

wird bevorzugt, zu Beginn das Innere des Kondensatorgehäuses, welches die Kondensatorwicklung aufnimmt, einem Vakuum oder einem Unterdruck ausgesetzt, und zwar für eine Zeitperiode die ausreicht, um Wasserdampf und andere Gase aus dem Inneren des Kondensators zu entfernen. Das Vakuum wird im Gehäuseinneren über eine Leitung erzielt, die die Öffnung 5 mit einem Vakuumkessel verbindet. Ein Vakuum geringer als 100 Mikron, bevorzugt unterhalb von 30 Mikron, wird normalerweise angewendet. Dabei ist eine Vakuum-Trocknungs-Periode von mehr als 40 Stunden üblich, obgleich diese Zeitperiode von der Grösse des Vakuums abhängt

Um eine Molekular-Expansion des polymeren Films zu verhindern, soll die Temperatur unterhalb von 60° Celsius gehalten werden, wobei die Vakuum-Trocknung bevorzugt bei einer Temperatur unter 43° Celsius, also etwa bei Raumtemperatur, durchgeführt wird. Die polymere Filmlage 9 wird von dem flüssigen Dielektrikum mittels der Diffusion imprägniert, wobei die Moleküle des flüssigen Dielektrikums in den Film eintreten und von Regionen einer hohen Konzentration in Regionen einer geringen Konzentration wandern, bis der Ausgleich erreicht

20 ist. Es wurde ermittelt, dass ein Erhitzen des polymeren Filmes sich auf das Mass der Diffusion ungünstig auswirkt, und zwar aufgrund der Expansion der Molekularstruktur beim Erhitzen. Es ist daher wichtig, ein Erhitzen der polymeren Filmlage über einer Temperatur von 60° Celsius während der Trocknung des 25 Kondensators zu vermeiden.

Das flüssige Dielektrikum wird in einem getrennten Verfahren einer Vakuum-Trocknungsbehandlung unterworfen, um die in der Flüssigkeit vorhandenen Gase zu entfernen. Für diese Entgasungsbehandlung ist ein Vakuum unterhalb 500 Mikron 3o üblich, wobei ein Vakuum unter 50 Mikron bevorzugt wird. Die Flüssigkeit wird dieser Vakuum-Trocknung für eine Zeitperiode unterworfen, welche für das Entfernen der Gase aus der Flüssigkeit ausreicht. Um den Entgasungsprozess zu beschleunigen, wird die Flüssigkeit bevorzugt bewegt, und 35 zwar entweder durch ein Zirkulieren der Flüssigkeit oder indem sie einer Rührbehandlung oder einer Mischbehandlung unterworfen wird. Die Entgasungszeit hängt von mehreren Faktoren ab, wie der Viskosität der Flüssigkeit der Grösse des Vakuum, der Art der Bewegung der Flüssigkeit und anderen 40 Faktoren. Üblicherweise wird die Flüssigkeit der Vakuum-Trocknungsbehandlung für einen Zeitraum von über 12 Stunden unterworfen.

Während dieser Vakuum-Trocknungsbehandlung wird die Flüssigkeit bevorzugt bei Raumtemperatur gehalten. Ein Erhit-45 zen kann erfolgen, jedoch soll die entgaste Flüssigkeit eine Temperatur von unter 60° Celsius und bevorzugt unter 43° Celsius besitzen, wenn sie in den Kondensator eingefüllt wird. Das entgaste flüssige Dielektrikum wird in das Kondensatorgehäuse 1 durch die Leitung eingeführt, die mit der Öffnung 5 verso bunden ist Dabei wird das Vakuum aufrechterhalten. Nach dem Füllen des Kondensatorgehäuses wird ein Vakuum von weniger als 100 Mikron und bevorzugt weniger als 30 Mikron an der Flüssigkeit über eine so lange Zeitperiode gehalten, dass eine vollkommene Imprägnierung der festen dielektrischen 55 Lagen durch das flüssige Dielektrikum erfolgt In der Regel beträgt die Imprägnierungsperiode über 24 Stunden. Während dieser Periode wird die Temperatur der festen dielektrischen Lage 9 im Kondensator und der dielektrischen Flüssigkeit unter 60° Celsius, bevorzugt unter 43° Celsius, z. B. Raumtem-bo peratur, gehalten.

Nach dem Füllen kann andererseits ein Druck von 1,1 bis 1,31 kg/cm2 auf das flüssige Dielektrikum im Kondensator ausgeübt werden, um die Imprägnierung der festen polymeren Lagen zu unterstützen. Dieser Durck wird üblicherweise auf 65 dem flüssigen Dielektrikum über eine Periode von über 30 Minuten aufrechterhalten. Die Art der Anwendung dieses Druckes auf die Flüssigkeit ist nicht kritisch bzw. wesentlich, obgleich es sich empfiehlt, kein Pressgas in direktem Kontakt

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mit der Flüssigkeit zu bringen, da das Gas von der Flüssigkeit absorbiert werden könnte. Das absorbierte Gas könnte aber ungünstige Auswirkungen auf die dielektrischen Eigenschaften des Systemes haben.

Nach der Periode des Imprägnierens oder Durchtränkens wird das Vakuum bzw. der Druck, sofern er angewendet wurde, weggenommen und der Kondensator versiegelt.

In der Vergangenheit wurde öfters eine Nachbehandlung angewendet, bei der der versiegelte Kondensator während einer Periode von mehr als 72 Stunden auf eine Temperatur oberhalb 85° Celsius erhitzt wurde, um die Imprägnierung zu verbessern und eine höhere Betriebssicherheit zu erreichen. Eine solche Nachbehandlung ist bei dem erfindungsgemässen Verfahren nicht erforderlich; wenn auch die Einbeziehung der Nachbehandlung mit ungünstigen Resultaten vorgenommen werden kann, aber es würde die gesamte Herstellungsdauer wesentlich erhöhen. Durch das Weglassen der Nachbehandlung ergibt sich eine wesentliche Verkürzung der Herstellungszeit und dies ist vom Standpunkt der Fertigung her von sehr grosser Bedeutung.

Es hat sich gezeigt, dass das flüssige dielektrische Gemisch, welches gemäss der Erfindung für den Kondensator vorgesehen ist, den polymeren Film wesentlich leichter imprägniert als übliche Imprägnierungsmittel wie Trichlordiphenyl. Diese Zunahme im Ausmass der Imprägnierung steht in Beziehung zu der Oberflächenenergie des Gemisches und hängt wenigstens teilweise von der relativ geringen Viskosität des Gemisches ab. Eine Zunahme im Ausmass der Imprägnierung ergibt eine entsprechende Zeitersparnis bei der Herstellung des Kondensators.

Das flüssige dielektrische Gemisch ist im wesentlichen völlig biologisch abbaubar. Sollte also das dielektrische Gemisch durch ein Leck oder einen Bruch im Kondensatorgehäuse in die Umgebung geraten, bzw. sollte dies durch ein Wegwerfen eines unbrauchbaren oder veralteten Kondensators geschehen, so wird das flüssige Dielektrikum sich leicht in unschädliche Bestandteile auflösen. Es wird keine merkliche Umweltschädigung auftreten.

Ein die dielektrische Mischung nach der Erfindung aufweisender Kondensator besitzt eine sehr gute Entladecharakteristik (siehe Fig. 3). In Fig. 3 ist die durchschnittliche Teilentla-dungs-Anfangsspannung (im folgenden kurz Entlade-Anf ang-spannung genannt) einer Reihe von kleinen Kondensatoren nach der Erfindung mit der Entlade-Anfangsspannung entsprechender kleiner Kondensatoren verglichen, welche als Imprägnierung Trichlordiphenyl verwenden. In Fig. 3 zeigen die Kurven A, B, C die Entlade-Anfangsspannung von Beispielen von Kondensatoren, die als flüssiges Dielektrikum folgende Mischungen, gemessen jeweils in Gewichtsanteilen, aufweisen: 20% Monochlor-diphenyloxyd und 80% Monochlor-propyl-diphenyloxyd; 35% Monochlor-diphenyloxyd und 65% Monochlor-hexyldiphenyloxyd; 50% Monochlor-diphenyloxyd und 50% Monochlor-lauryl-diphenyloxyd. Dagegen zeigt die Kurve D die Entlade-Anfangsspannung von Kondensatorenbeispielen, bei denen als flüssiges Dielektrikum Trichlordiphenyl verwendet worden ist Sämtliche Kondensatorbeispiele nach der Erfindung enthielten 0,5% Gewichtsprozent von Bis-3,4-epoxy-6-methylcyclohexylmethyladipat.

Sämtliche Beispiele dieser Kondensatoren nach der Erfindung besitzen zwei Blätter eines Polypropylenfilmes als festes Dielektrikum mit einer Normaldicke von 0,0127 mm und eine deformierte Aluminiumfolie mit einer Normaldicke von 0,00635 mm. Der Polypropylenfilm und die Folien werden spiralförmig zu Windungen gewickelt und in Stahlgehäuse eingebracht, die in einem Ofen bei 21° Celcius für 120 Stunden und unter einem Vakuum von 20 Mikron getrocknet werden. Die dielektrische Flüssigkeit wird in jedem Fall separat bei einer Temperatur von 21 °C über 48 Stunden bei einem Vakuum unterhalb von 50 Mikron entgast Die dielektrischen Flüssigkeiten werden in die Gehäuse gegeben und dort bei einer Temperatur von 21 °C über 96 Stunden gehalten, wobei an den Flüssigkeiten ein Vakuum unterhalb 20 Mikron aufrechterhalten wird. 5 Nach dieser Tränkperiode wird das Vakuum an jedem Stück entfernt und der Kondensator wird versiegelt.

In all den genannten Fällen von Musterstücken von Kondensatoren nach der Erfindung wurden diese bei Raumtemperatur für eine Zeitdauer von mehr als 1000 Stunden unter 10 Bedingungen einer elektrischen Beanspruchung von 1800 V pro 0,025 mm beansprucht Nach dieser Betriebszeit wurde die Entlade-Anfangsspannung bei verschiedenen Temperaturen von -40° Celsius bis +90° Celsius gemessen.

Die Kurven in Fig. 3 zeigen, dass die Muster-Kondensato->5 ren nach der Erfindung (Kurven A, B und C) über den gesamten Temperaturbereich eine höhere Entlade-Anfangsspannung besitzen als die Muster-Kondensatoren, bei denen Trichlorid-phenyl als Imprägnierung verwendet wurde (Kurve D). Ferner ist die charakteristische Einsenkung, welche die mit Triochlor-20 diphenyl versehenen Kondensatoren in einem Temperaturbereich von -20° Celsius bis 0° Celsius aufweisen, nicht bei den Kondensatoren vorhanden, die mit der dielektrischen Mischung nach der Erfindung imprägniert sind.

Diese Versuche zeigen, dass ein Kondensator nach der 25 Erfindung so gebaut werden kann, dass er über den Temperaturbereich von -40° Celsius bis + 90° Celsius eine Entlade-Anfangsspannung aufweist die grösser als 1,5 kV/0,025 mm ist.

Die erhöhte Entlade-Anfangsspannung des Kondensators ist wichtig, da dies einen vergrösserten Sicherheitsbereich 30 schafft Damit ist gewährleistet, dass die normale Betriebsbeanspruchung genügend unterhalb der Korona-Spannung bleibt Umgekehrt bewirkt die verbesserte Korona-Charakteristik eines Kondensators nach der Erfindung gegenüber üblichen Kondensatoren, bei denen z. B. Trichlordiphenyl verwendet ist, 35 ein Anwachsen in der Zahl der Volt/0,025 mm, ohne dass eine Verschlechterung des Verhältnisses der Entlade-Anfangsspannung zur Betriebsbeanspruchung in Kauf genommen werden müsste.

Es hat sich gezeigt, dass die Entlade-Anfangspannung eines 40 Kondensators mit einer Mischung von Monohalogendiphenyl-oxyd und Monohalogen-alkyl-diphenyloxyd über den gesamten betrieblichen Temperaturbereich höher ist als die Entlade-Anfangsspannung eines entsprechenden Kondensators, der die einzelnen Komponenten der dielektrischen Flüssigkeit verwen-45 det Dieses Phänomen ist unerwartet und nicht naheliegend. Beispielsweise besitzt ein Satz von Versuchsstücken von Kondensatoren mit zwei Blättern oder Streifen von 0,0127 mm Polypropylenfilm als dielektrische Lage, wobei eine Imprägnierung mit Monochlor-diphenyloxyd ohne Zusätze erfolgte, eine so Entlade-Anfangsspannung von über 2,50 kV/0,025 mm bei 20° Celsius. Unter den gleichen Bedingungen hat ein entsprechender Satz von Versuchsstücken von Kondensatoren, die mit Monochlor-lauryl-diphenyloxyd ohne Zusätze imprägniert sind, eine Entlade-Anfangsspannung von mehr als 2,30 kV/0,025 mm, 55 während ein entsprechender Satz von Versuchsstücken von Kondensatoren unter den gleichen Bedingungen und bei Verwendung einer Kombination von 50% Gewichtsanteil von Monochlor-diphenyloxyd und 50% Gewichtsanteil Monochlor-lauryl-diphenyloxyd (ohne Zusätze) eine Entlade-Anf angsspan-60 nung von mehr als 3,00 kV/0,025 mm aufweist Die Mischung aus diesen beiden Komponenten bewirkt daher eine wesentliche Verbesserung der Korona-Charakteristik des Kondensators im Vergleich zu Kondensatoren mit den einzelnen Komponenten. Dieses Resultat ist nicht naheliegend und daher uner-65 wartet.

Fig. 4 zeigt in einer Kurve den Verlustfaktor eines Kondensators in natürlicher Grösse für die Korrektur des Leistungsfaktors. Der Kondensator besitzt eine dielektrische Lage aus zwei

Blättern oder Streifen eines Polypropylenfilmes mit einer Normaldicke von über 0,00381 mm. Der Film ist mit einer Mischung aus 50% Monochlor-diphenyloxyd und 50% Monochlorlauryl-diphenyloxyd getränkt, wobei diese Mischung ausserdem 0,3 Gewichtsprozent von l,2-Epoxy-3-phenoxypropan enthält. Die Ablesungen sind bei einer geschätzten Spannung von ungefähr 1200 V/0,025 mm vorgenommen worden. Dabei wurde in Übereinstimmung mit entsprechenden Standardverfahren der Kondensator in der Temperatur stabilisiert und nur so lang unter Betriebsbedingungen gehalten, bis die Ablesungen vorgenommen werden konnten. Die Kurve gemäss Fig. 4 zeigt, dass der Verlustfaktor bei Raumtemperatur und darüber verhältnismässig niedrig ist. Er ist mit dem Verlustfaktor von «All-Film»-Kon-densatoren, die mit Trichlordiphenyl imprägniert sind, vergleichbar.

Um die Fähigkeit eines Kondensators nach der Erfindung zu zeigen, wie er unter Last bei hohen Temperaturen arbeitet, sind sechs Prototypen von Last-Kondensatoren wie folgt gebaut worden: Die Kondensatoren besassen eine deformierte Aluminiumfolie mit einer Normdicke von 0,00635 mm, zwei Streifen oder Blätter von 0,0127 mm starken Polypropylenfilm als festen Dielektrikum und im Gewichtsverhältnis von 50:50 Monochlor-diphenyloxyd und Monochlor-lauryl-diphenyloxyd als flüssiges Dielektrikum. Die Kondensatorgehäuse, welche die gewickelten Lagen aus Folie und Film enthielten, wurden in ein oben offenes Becken in einen Autoklaven gelegt. Ein Vakuum von 20 Mikron wurde im Autoklaven über 120 Stunden gehalten, um die Luft aus den Gehäusen zu entfernen. Die dielektrische Flüssigkeit wurde separat entgast, und zwar bei einem Vakuum von 50 Mikron über 45 Stunden bei Raumtemperatur (20° Celsius). Die entgaste Flüssigkeit wurde dann bei Aufrechterhaltung des Vakuums in das Becken eingeführt um die Gehäuse zu überschwemmen. Die Kondensatoren wurden damit bei Raumtemperatur über 96 Stunden getränkt, wobei die Flüssigkeit unter einem Vakuum von weniger als 50 Mikron gehalten wurde. Nach dieser Tränkperiode wurde das Vakuum entfernt und jedes Musterstück der Kondensatoren versiegelt.

Die Prototypen der Lastkondensatoren wurden bei 105° Celsius über 100-200 Stunden erprobt. Dabei wurde mit 400 V/ 0,025 mm begonnen und in Schritten von 100 V/0,025 mm eine Steigerung bis zu 1300 V/0,025 mm vorgenommen. Keiner dieser Prototypen zeigte Teilentladungen während des Versuches. Nach dem Versuch bei 1300 V/0,025 mm bei 105° Celsius lag der Verlustfaktor dieser Prototypen in dem Bereich von 0,04-0,07%. Diese Versuche zeigen die ausnehmend hohen Temperatureigenschaften des Kondensators, die ihn besonders für die Verwendung als Last- und Spezialkondensator geeignet machen, wobei die Arbeitstemperaturen bis zu 120° Celsius

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ansteigen können. Diese Versuche zeigen ferner, dass «All-Film»-Kondensatoren mit polychloriertem Diphenyl als Imprägniermittel nicht unter den oben genannten Last- bzw. Stressbedingungen und Temperaturen arbeiten können, ohne eine wesentliche Verschlechterung des Films.

Die Kurve gemäss Fig. 5 zeigt die Stockpunktangaben von verschiedenen Mischungen von Monochlor-diphenyloxyd und Monochlor-lauryl-diphenyloxyd, die unter Versuchsbedingungen erreicht wurden, bei denen die Temperatur über mehrere Stunden stabil gehalten wurde, bevor die Ablesungen erfolgten. Die Kurve zeigt, dass der Stockpunkt von Chlorlauryl-diphenyl-oxyd allein über 0° Celsius liegt und dass der Kristallisationspunkt von Monochlor-diphenyloxyd allein bei etwa -18° Celsius liegt. Jedoch wird entgegen den Erwartungen bei einer Mischung der beiden Komponenten ein Stockpunkt erreicht, der unter den Stockpunkten der einzelnen Komponenten liegt. So ist z. B. der Stockpunkt einer 50:50 Mischung der beiden Komponenten etwa bei -45° Celsius und für die meisten Mischungsverhältnisse liegt der Stockpunkt wesentlich unter -20° Celsius.

Da Kondensatoren im Betrieb extrem niedrigen Aussen-temperaturen unterworfen sein können, ist es wünschenswert, dass die dielektrische Flüssigkeit einen geringen Stockpunkt besitzt Der erniedrigte Stockpunkt, der durch eine Mischung dieser beiden Komponenten erreicht wird, sichert, dass die dielektrische Flüssigkeit nicht kristallisiert, sondern dass sie über den gesamten Betriebs-Temperaturbereich des Kondensators im flüssigen Zustand bleibt.

Der nach der Erfindung hergestellte Kondensator besitzt eine hohe Entlade-Anfangsspannung über den gesamten betrieblichen Temperaturbereich, wobei eine gute Korona-Charakteristik vorliegt und die dielektrischen Verluste niedrig sind. Die höhere Entlade-Anfangspannung hat einen erhöhten Sicherheitsbereich zur Folge. Dies gewährleistet, dass die Volt pro 0,025 mm hinreichend unterhalb der Entlade-Anfangsspannung liegen. Andererseits wird eine Zunahme der Volt pro 0,025 mm erlaubt, ohne eine Verringerung des Sicherheitsbereiches.

Wird der Kondensator abnormalen Belastungsbedingungen unterworfen mit dem Resultat eines Durchschlages im dielektrischen System, so ergibt sich eine verringerte Gasentwicklung. Dabei wird der Innendruck auf ein Kleinstmass zurückgeführt. Insgesamt ist eine sichere und betriebsfestere Einheit geschaffen.

Das dielektrische System kann unter elektrischer Last bei Temperaturen über 100° Celsius arbeiten, ohne dass eine Verschlechterung des polymeren Filmes oder der dielektrischen Flüssigkeit eintritt.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE 0,025 mm im gesamten Temperaturbereich von -40° bis +90°

1. Elektrischer Kondensator mit einem versiegelten Celsius aufweist.

Gehäuse, mit einer Kondensatorwicklung, die ein Paar elek- 13: Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-

trisch leitender Streifen und ein Paar Isolierzwischenlagen auf- net, dass das Monohalogen-alkyl-diphenyloxyd ein Monochlor-

weist, wobei die Streifen und die Zwischenlagen abwechselnd s propyldiphenyloxyd ist.

aufeinander gewickelt sind, und mit einem dielektrischen flüssi- 14. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-

gen Gemisch, das die Isolierzwischenlagen imprägniert, net, dass das Monohalogen-alkyl-diphenyloxyd ein Monochlor-

dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische flüssige butyl-diphenyloxyd ist

Gemisch aus einer Mischung aus Monohalogen-diphenyloxyd 15. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-

und Monohalogen-alkyl-diphenyloxyd besteht, wobei die Alkyl- io net, dass das Monohalogen-alkyl-diphenyloxyd ein Monochlor-

gruppe 1-20 Kohlenstoffatome im Molekül enthält und wobei hexyl-diphenyloxyd ist.

die dielektrische Zwischenlage ein polymerer Film ist. 16. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kondensa-
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, tors nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine dass das Monohalogendiphenyloxyd einen Gewichtsanteil von Kondensatorwicklung die abwechselnd aus Lagen elektrisch 5-95 % der Mischung ausmacht, während das Monohalogen- 15 leitender Streifen und Isolierzwischenlagen aus polymerem alkyl-diphenyloxyd einen Gewichtsanteil von 95-5 % des Gemi- Film besteht, in ein Kondensatorgehäuse gelegt wird, dass das sches darstellt. Innere des Gehäuses einem ersten Unterdruck über eine so
3. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, lange Zeitperiode ausgesetzt wird, dass im wesentlichen alle dass die dielektrischen Lagen und die Streifen aneinanderlie- Gase aus dem Gehäuseinnern entfernt werden, wobei die Tem-gende Oberflächen besitzen, wobei mindestens eine der 20 peratur der polymeren Lagen unter 60° Celsius gehalten wird, angrenzenden Oberflächen eine Vielzahl von Unregelmässig- dass separat hiervon ein flüssiges Dielektrikum, bestehend aus keiten besitzt, so dass zwischen aneinanderliegenden Oberflä- einer Mischung von 5-95 Gewichtsprozenten eines Monohalo-chen ein unterbrochener Kontakt besteht. gen-alkyl-diphenyloxyds, dessen Alkylgruppe 1-20 Kohlenstoff-
4. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, atome enthält, mit 95-5 Gewichtsprozent von Monohalogen-dass die dielektrischen Lagen aus einem Polyolefin-Film beste- 25 diphenyloxyd einem zweiten Unterdruck über eine so lange hen und dass eine Schicht von feinen Polyolefinfasern auf der Zeit ausgesetzt wird, dass im wesentlichen alle Gase aus der Oberfläche dieses Films angebracht ist, um somit die Uneben- Flüssigkeit entfernt werden, dass die entgaste dielektrische heiten der Oberfläche zu schaffen. Flüssigkeit in das Innere des Gehäuses gegeben wird, wobei die
5. Kondensator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn- dielektrische Flüssigkeit im Gehäuse unter einem Druck gehal-zeichnet, dass die Streifen aus Metallfolie geformt sind und dass 30 ten wird, der sich wesentlich von dem Aussendruck unterschei-die Unebenheiten der Oberfläche durch eine Vielzahl von det und wobei die Temperatur der polymeren Lage unter 60° Deformationen geschaffen ist, die durch Eindrückungen an der Celsius ist, wobei die dielektrische Flüssigkeit die Isoliereinen Oberfläche der Folie und entsprechende Ausdrückungen zwischenlagen imprägniert und durchtränkt und dass danach auf der entgegengesetzten Oberfläche der Folie gebildet sind. das Kondensatorinnere abgesiegelt wird.
6. Kondensator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, 35 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyolefin Polypropylen vorgesehen ist dass der erste unteratmosphärische Druck ein Vakuum unter-
7. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet halb 100 Mikron bildet und dass der zweite unteratmosphäri-dass die dielektrische Lage aus Polypropylenfilm und dem di- sehe Druck ein Vakuum unterhalb von 50 Mikron ist. elektrischen Gemisch zusammengesetzt ist, wobei das 18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, Gemisch eine Mischung von 5-95 Gewichtsprozente von 40 dass der erste unteratmosphärische Druck ein Vakuum unter-Monochlordiphenyloxyd und 95-5 Gewichtsprozente von halb 30 Mikron und der zweite unteratmosphärische Druck ein Monochlor-lauryl-diphenyloxyd ist. Vakuum unterhalb 50 Mikron ist
8. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch 19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, gekennzeichnet dass der Stockpunkt des dielektrischen Gemi- dass das flüssige Dielektrikum bewegt wird, während es dem sches unterhalb -20° Celsius liegt 45 zweiten unteratmosphärischen Druck ausgesetzt ist
9. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch 20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet gekennzeichnet dass die Mischung ein Epoxid in einem Anteil dass der auf das Dielektrikum im Gehäuse ausgeübte Druck aus von 0,01 bis 10 Gewichtsprozente der Mischung aufweist, einem Vakuum unterhalb 100 Mikron besteht wobei das Epoxyd aus einer Gruppe ausgewählt werden kann, 21. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet die aus: 1,2-Epoxy-3-phenoxypropan; Bis-(3,4-epoxy-6-methylcy- 50 dass der auf das Dielektrikum im Gehäuse ausgeübte Druck clohexylmethyl)-adipat; l-Epoxyäthyl-3,4-epoxycyclohexan; oberhalb des atmosphärischen Druckes liegt, und zwar im

3,4-Epoxy-cyclohexylmethyl-3,4-epoxy-cyclohexancarboxylat; Bereich von 1,1 bis 1,31 kg/cm2.

3,4-Epoxy-6-methylcyclohexylmethyl-3,4-epoxy-6-methyl-cyclo- 22. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

hexancarboxylat besteht sowie Mischungen davon. dass das flüssige Dielektrikum bei einer Temperatur unterhalb
10. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch 55 60° gehalten ist während es dem zweiten unteratmosphäri-gekennzeichnet dass das Halogen des Monohalogen-diphenyl- sehen Druck ausgesetzt wird.

oxyds Brom ist und dass das Halogen des Monohalogen-alkyl- 23. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

diphenyloxyds Chlor ist dass durch abwechselndes Wickeln von Streifen aus elektrisch
11. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, leitendem Material und einem polymeren dielektrischen Mate-dadurch gekennzeichnet dass die Entlade-Anfangsspannung bo rial eine Kondensatorwicklung gebildet wird, dass diese Wick-des Kondensators grösser als 1,5 kV/0,025 mm im gesamten lung in ein Kondensatorgehäuse eingelegt wird, dass das Innere Temperaturbereich von -40° Celsius bis+90° Celsius ist. des Gehäuses einem Vakuum unterhalb 100 Mikron ausgesetzt
12. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- wird für eine so lange Zeit dass im wesentlichen alle Gase aus net, dass die Isolierlagen aus Polypropylen bestehen und das dem Innern des Gehäuses entfernt werden, wobei die Temperadielektrische Gemisch eine Mischung aus Monochlor-diphenyl- 65 tur des polymeren Materials unterhalb 60° gehalten wird, dass oxyd und Monochlor-lauryl-diphenyloxyd ist, dass diese separat hiervon ein flüssiges Dielektrikum bestehend aus einer Mischung einen Stockpunkt unter -20° Celsius besitzt und dass Mischung von 5-95 Gew.-% von Monohalogen-alkyldiphenyl-der Kondensator eine Entlade-Anfangsspannung über 1,5 kV/ oxyd, dessen Alkylgruppe 1-20 Kohlenstoffatome aufweist mit

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95-5 Gewichtsprozent von Monohalogendiphenyloxyd einem in einem brauchbaren Ausmass abgebaut wird.

Vakuum unterhalb 500 Mikron ausgesetzt wird, wobei die Flüs- Die Aufgabe der Erfindung wird unter anderem darin gese-

sigkeit für eine genügend lange Zeit bewegt wird, um im hen, die Nachteile der beschriebenen, bekannten Ausführungen wesentlichen alle Gase aus ihr zu entfernen, wobei die Tempe- zu vermeiden, sowie ein verbessertes Verfahren zur Herstel-

ratur der Flüssigkeit unterhalb 60° gehalten wird, dass die ent- s lung eines solchen Kondensators zu schaffen.

gaste Flüssigkeit in das Gehäuseinnere eingeführt wird, dass Daher wird mit der Erfindung zunächst bei einem Konden-

die Flüssigkeit in dem Gehäuse einem Vakuum unter 100 sator der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das di-

Mikron ausgesetzt wird, während die Temperatur des polyme- elektrische flüssige Gemisch aus einer Mischung von Monoha-

ren Materials unterhalb 60° Celsius liegt und dass danach das logen-diphenyloxyd mit einem Monohalogen-alkyl-diphenyl-

Gehäuse versiegelt wird. i0 oxyd besteht, wobei die Alkylgruppe 1 -20 Kohlenstoffatome im
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, Molekül enthält und wobei die dielektrische Zwischenlage ein dass die dielektrische Flüssigkeit mittels ihrer Zirkulation polymerer Film ist.

durch ein geschlossenes System bewegt wird. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
25. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, kann das Monohalogen-diphenyloxyd einen Gewichtsanteil dass das polymere Material auf Raumtemperatur gehalten i s von 5 % bis 95 % des Gemisches und das Monohalogen-alkyl-wird, während das Gehäuseinnere einem Vakuum ausgesetzt diphenyloxyd einen Gewichtsanteil von 95 % bis 5 % des Gemi-ist sches ausmachen. Zusätzlich kann die Mischung des Dielektrikums 0,01 bis 10% einer Epoxydverbindung enthalten, die neutralisierend auf Wasserstoff- oder Chloratome wirkt, die von

20 der Imprägnierung oder anderen Materialien im Kondensator während seines Betriebes erzeugt oder freigegeben werden.

Der feste dielektrische Film kann aus Polypropylen, Poly-