CS202905B1 - Elektrický kondenzátor, najma výkonového typu - Google Patents

Description

ČESKOSLOVENSKÁ SOCIALISTICKÁ

REPUBLIKA (19) , POPIS VYNÁLEZU 202905 (11) (Bl)

K AUTORSKÉMU OSVEDČENIU

(22) Přihlášené 13 07 78(21) (PV 4673-78) (40) Zverejnené 31 03 80 (51) Int. Cl.1 * 3H 01 G 3/22

ÚŘAD PRO VYNÁLEZYA OBJEVY (45) Vydané 15 11 82 (75)

Autor vynálezu POLJAK FRANTIŠEK doc. ing· CSc., NEPRAŠ IVAN ing. CSc., ; DURMAN VLADIMÍR ing., MINCA JAN ing. CSc.,' ROSKOVÁ

MIROSLAVA ing., BRATISLAVA, GRUS ZDENĚK ing., JABLONNÉNAD ORLICÍ, HRÁNAI JOZEF Ing., MACKO LADISLAV ing. a 'PROKEŠ JOZEF ing. CSc., BRATISLAVA (54) Elektrický kondenzátor, najma výkonového typu 1

Predmetom vynálezu sú elektrické kon-denzátory, najma výkonového typu, ktorýchkvapalným izolantom, tvoriacim impregnanttuhého dielektrika je zmesný produkt nabáze minerálneho izolačného oleja. Účelomvynálezu je zlepšeme technických a tech-nologických parametrov u týchto konden-zátorov, najmá u výkonových typov, zvýše-nie ich životnosti a prevádzkovej spolehli-vosti spolu so zlepšením ich měrných cha-rakteristik, pričom výroba má byť jedno-duchá, ekonomicky výhodná a ekologickynezávadná.

Okrem různých druhov kondenzátorovs klasickým papierovým dielektrikom a ole-jovým impregnantom, ktorých určité ne-sporné přednosti, ale aj různé nedostatky,sú všeobecne známe. Vyrábajú sa aj typyso špeciálnymi tuhými dielektrikami a kva-palnými impregnantami, kde kvapalnú izo-lačnú zložku tvoria aj syntetické kvapaliny,zmes týchto s podielom minerálneho oleja)připadne zmesy s různými polymérnymi pří-sadami, ktoré sa tu používajú hlavně preich účinky znižujúce povrchové napátie kva-palného systému, pre zvýšenie rázovej elek-trickej pevnosti, stability pri dlhodobom te-pelno-napáťovom zaťažení, pre zvýšenie zná-šanlivosti, zníženie interakcií s tuhou zlož-kou izolácie v případe niektorých tuhých 2 dielektrik zo syntetických fólií. Nedostat-kom u týchto riešení však zostáva okolnosť,že ich uplatněním sa daří dosahovat poža-dované zlepšenie pre potřeby praxe lenv nedostačujúcej miere, zlepšenia sú ibačiastočné, jednostranné a prevažne sú spo-jené so súčasným zhoršením iných důleži-tých vlastností alebo parametrov, pričom ajsúčasne technológia výroby sa tu podstatnéstává náročnejšou, technicky, technologickyaj ekonomicky sa stává menej efektívnou.Uvedené skutočnosti viedli k tomu, že sahladali a začali uplatňovat dalšie riešenia,pričom možno konštatovať, že v súčasnostisa v důsledku uvedeného; stali jedným z naj-rozšírenejších druhov hlavně u výkonovýchkondenzátorov tie typy, kde namiesto ole-ja kvapalnú izolačnú zložku tvoria impreg-nanty na báze stabilizovaných chlórovanýchdifenylov. U týchto druhov sa prejavujúurčité nesporné přednosti a výhody. Je tohlavně v důsledku nehořlavosti ich impreg-načnej zložky, jej výššej permitivity, che-mickej stability, a přitom i cena tejto zlož-ky je relativné výhodná. Podstatným nedo-statkom je tu však okolnosť ekologickej zá-vadnosti tejto impregnačnej zložky, jej sklonk tvorbě produktov rozkladu pri působeníčiastkových výbojov, ďalej nevhodnost privýrobě samoregeneračných kondenzátorov, 202905 4 202905 ako a] nevhodnost a nemožnost uplatneniav případe kombinácie s niektorými použí-vanými tuhými dielektrikami zo syntetic-kých fólií, plastov, napr. polystyrénových,polykarbonátových a iných druhov.

Nevýhody doťerajšieho' stavu sa odstraňu-jú Nesením podlá vynálezu, ktorého pod-stata spočívá v tom, že kvapalným izolan-tom tuhého dielektrika je zmesný impreg-nant z minerálneho izolačného oleja, výhod-né oleja kondenzátorového, viskozita ktoré-ho pri 20 °C je 20 až 100 mm2 s’1, bod tuhnu-tia maximálně — 30 °C, hodnota stratovéhočinitela pri 20 °C maximálně 0,0012, a při-tom obsahuje ako zmesnú zložku podiel 0,1až 75 hmotnostných percent produktu poly-merizácie alebo oligomerizácie propenu, mo-lekulová hmotnost ktorého je 168—3000,viskozita pri 100 °C 4 až 50 mm2s'1, hustotapri 20 °C 0,815 až 0,940 g/cm3, elektrickápevnost minimálně 20 kV/mm a hodnotastratového činitela pri 90 °C maximálně0,002.

Riešením podlá vynálezu sa účinné eli-minujú nepriaznivé vlastnosti a účinkyv izolačnom systéme kondenzátořov zná-mých klasických aj špeciálnych převedení,ku ktorým tu dpchádza v důsledku půso-benia produktov rozpadu, hlavně vodíka.Umožňuje sa dosiahnuť zvýšenie hodnůt pra-covnej intenzity elektrického poía a zlepše-nie měrných charakteristik kondenzátořov,spojené so zvýšením ich životnosti a pre-vádzkovej spolehlivosti. U tuhej zložky izo-lantu, dielektrika kondenzátoru, sa dosahu-je dokonalé preimpregnovanie ekologickynezávadnou zložkou, stratový činitel' ktoré-ho je menší ako 1.10-2 pri 90 °C. V důsledkudosahovanej relatívnej permitivity je danámožnost produkcie kvalitných kondenzáto-rov aj s dielektrikami, ktorých tuhá zložkaizolantu je zo syntetických fólií, napříkladz polyetylénu, polypropylénu, polykarboná-tu, alebo aj iných materiálov a ich kombi-nácií. Výroba kondenzátořov podlá vynálezu jekonštrukčne, materiálové, technologicky ajprevádzkovo výhodná, jednoduchá, ekono-mická. Možnost uplatnenia riešenia podlávynálezu je v širokej miere univerzálna, jedaná rovnako pre kondenzátory výkonové,ako aj pre takzvané odrušovacie, impulzné,vysokofrekvenčně, pomocné štartovacie,resp. aj pre váčšinu špeciálnych vyhotove-ní, ktoré majú pracovat v intervale teplůtod —40 do +90°C v celej šírke spektra tech-nicky používaných frekvencií. Předpokládaným priamym využívatelomvynálezu je odbor elektrotechnickej výrobyprodukujúci elektrické kondenzytory. Do-stupnost materiálov potřebných pre realizá-ciu nových typov kondenzátořov je danábezprostredne, materiály sú k dispozícii zavýhodných podmienok, v dostatočnýchmnožstvách a v potrebnej kvalitě. Příklad

Na overenie riešenia podlá vynálezu sa najskůr hodnotili samotné kvapalné impreg- nanty pre uvažované typy kondenzátořov, a to konkrétné impregnant 1: minerálnykondenzátorovýolej,viskozita ktorého pri 20 “Cbola 30,7 mm2 sd,bodtuhnu-tia —45 °C, hodnota stratové-ho činitelů pri 20 °Č 0,0012 ahustota pri 20 °C 0,8920 g//cm3; impregnant 2: polypropylénový, olej s prie-mernou molekulovou'' hmot-nosťou 600, s viskozitou pri100 °C 16,9 mm2 S’1, s husto-tou pri 20 °C 0,8437 g/cm3,s elektrickou pevnostou 20,8kV/mm a s hodnotou stra-tového činitela pri 90 °C0,00018; impregnant 3: zmes 25 hmot. % impreg-nantu 1 a 75 hmot. % ím-pregnantu 2, aditivovaná 0,3hmot. % antioxidantu 4 K —2,6-di-tercbutyl-p-krezolu; impregnant 4: zmes 75 hmot. °/o impregnan-tu 1 a 25 hmot. % impreg-.nantu 2.

Fyzikálno-chemické a dielektrické vlast-nosti týchto impregnantov, ktoré sa v da-nej súvislosti zistili, v ďalšom sa uvádzajúv poradí pre impregnant 1 — 2 — 3 — 4.Sú to kinematická viskozita pri 20 °C[mm2s-lj: 30,7 - 120,7 — 390,7 — 65,1;hustota d204 [g/cm3]: 0,8920 — 0,8437 —0,8546 — 0,9785; bod vzplanutia v uzavre-tom kelímku PM [°Cj: 149 — 129 —.138 —145; stratový činitel [tg delta. 102]: 2,7865 — 0,01833 — 0,0920 — 1,0550; měrný vnú-torný odpor [Ohm. m] . 1010: 1,262 — 26,77 — 23,15 — 4,783; po stárnutí za přístupuvzduchu pri 80 °C po dobu 400 hodin — stra-tový činitel [tg delta. 102]: 4,1813 — 0,052 — 0,0482 — 1,426; měrný vnútorný odpor[Ohm. m] . 1010: 0,4489 — 1079,6 — 157,86 — 1,4414, Hodnoty elektrických vlastností,tak v původnom stave ako aj v. stave postárnutí holi přitom zisťované pri 90 °C50 Hz. Z porovnania fyzikálno-chemických vlast-ností hodnotených impregnantov vidieť, žek vlastnostiam čistého minerálneho oleja,impregnantu 1, sa najviac blížia vlastnostiimpregnantu 3 a 4, ktoré sú navrhovanépre riešenie kondenzátořov podlá,' vynálezu.Vyplývá tu možnost dobrého preimpregno-vania bez nutnosti změny technológie výro-by kondenzátořov a bez změny u impregnač-nej stanice. Okrem toho sa tu priaznivo pre-javujú aj zlepšené elektrické vlastnosti, a tonielen v původnom stave, ale aj po stár-nutí. V ďalšom sa pristúpilo k overeniu užfunkčných vlastností priamo na modelovýchkondenzátoroch, kapacita ktorých bola pri- ioibob 5 - 6 bližne 1OG a přitom s každým impregnan-tom sa pře hodnotenie použili náhodné vý-běry n = 14 kondenzátorov — séria 1 až 4. . Na týchto výberoch sa u nových kondenzá-; torov sledovali predovšetkým hodnoty ioni-začného prahu — počiatočného napatiaionizácie Uíon, ako miery preimpregnOvaniakondenzátorového zvitku, ďalej hodnotyprierazového napatia kondenzátorov Upr,ktoré limitujú velkost prevádzkového napa-tia. Okrem toho sa na rovnakých výberochn = 14 kondenzátorov u všetkých štyročhsérií sledovali změny stratového činitela tgdelta, ku ktorým došlo po 38dňovom cykleurýchleného starnutia pri teplote 80 °C a pripripojenom jednosmernom napatí o velkosti2 kV, príčom sa registroval počet modelo-vých kondenzátorov, u ktorých počas cyklu urýchleného starnutia došlo k prierazu.Výsledky, ktoré sa týmto sposobom do- šiahli, uvádzajú sa ďalej opat v poradí da-ných jednotlivých sérií kondenzátorov 1 —2 — 3 — 4. Středné hodnoty počiatočnéhonapatia ionizácie Uion [kV]: 3,43 — 3,15 —3,93 — 4,42; prierazové napátie Upr2 [kV]:4,79 — 3,98 — 4,61 —- 4,73; stratový činitel'tg delta. 102 pri 60 °C: 0,056· — 0,088 —0,063 — 0,087. Uvedené hodnoty sa vzťahujúna povodný stav. Středné hodnoty stavu po38 dňoch urýchleného starnutia pri 80 °Cpri pripojenom jednosmernom napatí 2 kVboli u stratového činitela tg delta. 102 pri60 °C: 0,110 — 0,132 —' 0,092 — 0,124; početpřeřazených kondenzátorov v jednotlivýchsériách: 8 — 4 — 2 — 0. Z komplexného porovnanía údajov vidieťpriaznivý vplyv prejavujúci sa u kondenzá-torov so zmesnými impregnantami podlá vy-nálezu, a to v smere zvýšenej životnostitýchto kondenzátorov, pričom tento vplyv jeoptimálny zvlášť u riešenia podlá vynálezupri aplikácii ' impregnantu 4 a príslušnejkondenzátorovej série 4.

Středná hodnota počiatočného napatiaionizácie Uíon modelových kondenzátorovsérie 1 bola 3,43 kV so smerodajnou od-chýlkou 1,23 kV. U modelových kondenzáto-rov série 4 bola táto hodnota 4,42 kV sosmerodajnou odchýlkou 0,41 kV. Nastaloteda nielen zvýšenie sledovaného znaku, aleaj jeho stabilizácia vyjádřená podstatné niž-šou smerodajnou odchýlkou sledovanéhoznaku. V dosledku toho ionizácia vo zvitkubola menšia, nedochádzalo k výraznejšejdeštrukcii dielektrika a k zhoršeniu jeho vlastností, ktoré sú vyjádřitelné životnosťoukondenzátora. Naviac možno vyvodzovať, žedvojné vazby v štruktúre molekúl polypro-pylénového .oleja:.prispiévali v zmesi k via-zaniu plynov vzniknutých pri náhodnej ioni-zácii, napr. prepátím a podobné, takže po-dřel polypropylénového oleja v impregnanteje z tohto hladiska aj priamo jeho stabili-zátorom. ;.

Středná hodnoty prie razného napatia .Upru sérií 1 a 4 sa prakticky .nelíšia: 4,79 a4,73 kV. Avšak pri štatistickom spracovaníhodnot výsledkov Upr boli vypočítané hod-noty, pod ktoré, pri zvolenej hladině vý-znamnosti 0,01, kde riziko nesprávnosti vý'povede je 1 %, poklesne najviac 1 % hod-nůt U sledovaných kondenzátorov. V přípa-de série 1 je kritická minimálna hodnotavyjádřená ako 0,97 kV, v případe série 4je táto hodnota podstatné vyššia, až 3,65 kV.Riziko prierazu kondenzátora v pracovnomrežime teda podstatné pokleslo a jeho pre-vádzková spoíahlivosť sa značné zvýšila.

Tieto vývody potvrdili merania životnostikondenzátorov metodou urýchleného star-nutia, ktorými sa dokázala podstatné dlhšiaživotnost kondenzátorov riešených podlá vy-nálezu oproti kondenzátorom s impregnan-tom len z minerálneho oleja alebo len z po-lypropylénového oleja. Tento fakt dokumen-tuje počet modelových kondenzátorov, kto-ré sa počas cyklu urýchleného starnutiapřerazili z celkového počtu 14 náhodnéhovýběru. V případe série 1 došlo k prierazuu 8 kondenzátorov, ale u série 4 nedošlok prierazu ani u jedného kondenzátora.U kondenzátorov série 2 nedošlo k dobré-mu preimpregnovaniu zvitkov, čo sa preja-vilo v porovnaní s kondenzátormi série 3 a4 jednak nižšími hodnotami středných hod-nót prierazového napatia Upv, .4,61 kV u sé-rie 3 a 3,98 kV u série 2, a jednak nižšímihodnotami středných hodnůt počiatočnéhonapatia ionizácie Uion, 3,93 kV u série 3 a3,15 kV u série 2. Namerané parametre bolitým nepriaznivejšie, čím vyššiu viskozitu malkvapalný impregnant, a tento nepriaznivývplyv sa prejavil zvýšeným počtom přeřaze-ných kondenzátorov, 4 kusy zo série 2 a2 kusy zo série 3, Kapacita kondenzátorov,ktoré po 38dňovom namáhaní zostali ne-porušené, sa oproti pĎvodnému stavu prak-ticky nezměnila.

Claims (1)

1. PREDMET' Elektrický kondenzátor, najmá výkonové-ho typu, kde kvapalným izolantom tvoria-cim impregnant tuhého dielektrika je zmes-ný produkt na báze minerálneho oleja, vy-značujúci sá tým, že kvapalným izolantomtuhého dielektrika je zmesný impregnantz minerálneho izolačného oleja, výhodnéoleja kondenzátorového, viskozita ktoréhopři 20 °C je 20 až 100 mm2s'1, bod tuhnutiamaximálně —30 °C, hodnota stratového čini- VYNÁLEZU těla při 20 °C maximálně 0,0012, a přitomobsahuje ako zmesnú zložku podiel 0,1 až75 hmotnostných percent produktu polyme-rizácie alebo oligomerizácie propenu, mole-kulová hmotnost ktorého je 168 až 3000,viskozita pri 100 °C 4 až 50 mm2 s-1, hustotapri 20 °C 0,815 až 0,940 g/cm3, elektrickápevnost minimálně 20 kV/mm a hodnotastratového činitele pri 90 ’C maximálně0,002. Severograíia, n. p„ závod 7, Most