CZ298494A3

CZ298494A3 - Power capacitor

Info

Publication number: CZ298494A3
Application number: CZ942984A
Authority: CZ
Inventors: Eric Ing Sebillotte; Serge Ing Theoleyre
Original assignee: Schneider Electric Sa
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 1996-02-14
Also published as: ES2105580T3; DE69403946T2; DE69403946D1; EP0655755B1; TR28084A; EP0655755A1; FR2713387A1; US5581437A; FR2713387B1; SK145494A3

Description

Výkonový kondenzátor

Oblast techniky

Vynález se týká výkonového kondenzátoru který má přetlakové zařízení citlivé na uvolňování plynu, a alespoň jeden kapacitní svitek obalený polymerovatelnou pryskyřicí vlitou do pouzdra.

Dosavadní stav techniky

Nízkonapěťový elektrický výkonový kondenzátor je obecně vyroben z kapacitních svitků tvořených návinem z metalizovaných dielektrických filmů nebo folií. V samočinně se regeneruj ícím kondenzátoru dojde v případě vnitřní závady, mající za následek proražení izolátoru, k tomu, že uvolněná energie okamžitě odpaří kovový nános v místě proražení. Tím se obnoví izolace v tomto místě a závada je odstraněna.

Za účelem ochrany kovové vrstvy před napadením okolním prostředím jsou svitky vniřeny v polymerovátelné pryskyřici. K tomuto účelu jsou jeden nebo několik svitků umístěny v pouzdru, jehož vnitřní rozměry jsou větší než rozměry svitku a polymerovatelná pryskyřice je vlita do volného prostoru mezi svitku a pouzdrem.

V některých případech, zejména v případě přetížení, při napěťových rázech nebo na konci životnosti svitku nemůže samočinná regenerace nastat. Protože oblast závady v dielektrickém filmu nebo folii nemůže být elektricky izolována, vyvíjí se závada ve svitku velmi rychle. Vyvíjené teplo je tak velké, že dochází k roztavení dielektrického filmu nebo folie s následujícím varem při mohutném vyvíjení plynu. Vnitřní tlak v pouzdru stoupá.

Francouzský patentový spis 2 174 904, odpovídající patentovému spisu US 3 831 070, využívá uvolňování plynu, k němuž dochází v případě rázu napětí, k vytvoření tlaku, který zvyšuje prahovou hodnotu vyvinutí výboje při nesamočinné regeneraci. Pro tento účel se vlije plastická pryskyřice, která polymeruje pomalu a je nepropustná pro plyny, přímo do pouzdra vyrobeného z plastového materiálu. Je tedy možno zvýšit napětí, které kondenzátor vydrží.

Zmíněný spis však nedovoluje nijak zabránit nebezpečí explodování, zejména na konci doby životnosti kondenzátoru.

K zabránění možnosti explodování kapacitního svitku je známé, že se svitek co nejrychleji elektricky odpojuje po té, co vnitřní tlak přestoupí určitou mez danou mechanickou pevností pouzdra. Pro tento účel se použije tlak plynů pro aktivování mechanického systému nazývaného přetlakové zařízení, umožňujícího přerušit přívod elektrické energie do svitku vypnutím nebo zkratováním. Ve známých zařízeních plyny pronikají pryskyřičným obalem obklopujícím svitek a musí projít až k přetlakovému zařízení.

Obtíž však spočívá v získání spolehlivého a účinného směrování plynů při jakékoli kinetice zvyšování tlaku. V závislosti na tom, jak se závada ve svitku, může nastat velmi rychlé zvýšení tlaku blízké explozi, nebo může být vyvinuto malé množství plynu při roztavení velkého množství dielektrického materiálu. V posledním případě se vyžaduje vytvoření cesty, která může odolat vysoké teplotě roztaveného dielektrika po *řádu minut,' to jě po dobu potřebnou k” tomu, aby tlak dosáhl hodnoty nutné pro uvedení přetlakového zařízení v činnost. Pro překonání tohoto problému existuje v současnosti několik řešení, která mají výhody i nedostatky.

V některých případech je pouzdro kondenzátoru kovové, zpravidla z hliníku. Pouzdro potom velmi dobře odolává teplotě. Také je nehořlavé. Tvárnost tohoto materiálu umožňuje vyrobit přetlakové zařízení velmi levně tím, že se v horní části pouzdra vytvoří jeden nebo několik ohybů způsobilých

protažení. Velkou nevýhodou kovového pouzdra je, že je elektricky vodivé. To vyžaduje elektrickou izolaci mezi pouzdrem a elektrickými přípojkami. Izolace se zpravidla vytvoří jako vnitřní obal vyrobený z plastového materiálu. Navíc se nechá volný prostor mezi obalem a pouzdrem pro vedení plynů. Pouzdro kondenzátoru musí být kromě toho připojeno k zemnícímu okruhu elektrického zařízení.

V evropském patentovém spisu EP-A-11 347, odpovídajícím patentovému spisu US 4 283 750, je hliníkové pouzdro opatřeno roztažitelným ohybem, pomocnou částí vyrobenou z polyamidu, který má pouze nepatrnou přilnavost k pryskyřici uložené V pouzdru mezi roztažitelným ohybem a dnem pouzdra, a půsosp bicí jako zabezpačovací podložka pro jednu z elektrických íí přípojek kondenzátoru.

Také jsou známé kondenzátory, jejichž pouzdro je vyrobeno z plastu. V tomto případě nevzniká žádný problém s elektrickou izolací. Nevýhodou pouzdra z plastu je, že . (vzhledem k jeho malé odolnosti vůči teplotě musí být mezi pryskyřicí a vnitřní plochou pouzdra ponechán prostor pro vedení plynů a roztaveného dielektrického materiálu. Tento prostor může být vytvořen pokrytím vnitřní plochy pouzdra pěnou nízké hustoty s uzavřenými buňkami. Když horké plyny roztaví tuto pěnu, vytvoří přístupovou cestu k přetlakovému zařízení. Svitek obalený pryskyřicí může také být uspořádán ve vloženém obalu vyrobeném ze snadno tavitelného plastového materiálu. Vnější povrch tohoto obalu obsahuje například výstupky, které vytvářejí volný prostor mezi vloženým obalem a vnitřním povrchem pouzdra. Jinou nevýhodou plastových materiálů je jejich hořlavost.

IBez ohledu na to, jaký materiál pouzdra se použije, komplikují podle dosavadního stavu techniky opatření pro vytvoření cesty pro plyn výrobu výkonového kondenzátoru a mají za následek zvětšený objem kondenzátoru, a to jak v případě, kdy je ponechán volný prostor v pouzdru, zpravidla u jeho vnitřního povrchu, tak i v případě dočasně uzavřeného prostoru. Tyto dvě nevýhody mají vliv na výrobní náklady, který není zanedbatelný

Podstata vvnálezu

Uvedené nedostatky odstraňuje vynález výkonového kondenzátoru, který má přetlakové zařízení citlivé na uvolňování plynu, a alespoň jeden kapacitní svitek obalený polymerovatelnou pryskyřicí vlitou do pouzdra, jehož podstatou je, že pouzdro je vyrobeno z polymerního plastového materiálu, který má mechanickou pevnost takovou, že při měření trhací zkouškou prováděnou se zkušební tyčí podle pracovního postupu popsaného v normě ISO 527 při rychlosti ..prodloužení tyče o 50 mm za minutu při 23°C je napětí v tahu na mezi pružnosti mezi 60 a 80 MPa, poměrné prodloužení na mezi pružnosti je mezi 4 a 10%, napětí v tahu při přetržení je mezi 50 a 80 MPa a prodloužení při přetržení je větší než 5%;c rázovou pevnost, charakterizovanou hodnotami absorbované energie, a to jednak na základě zkoušky IZOD, prováděné na zkušební tyči s vruby a podle normy ISO 180-1A při teplotě 23°C, absorbovanou energií větší než 17 kJ/m² a jednak na základě zkoušky CHARPY, prováděné na zkušební tyči s vruby podle normy ISO 179, absorbovanou energií větší než 15 kJ/m²; a odolnost vůči teplu charakterizovanou hodnotami teplot, a to j édňák na'základě zkoušky VICAT B, kde použitá síla' jě 50 N, prováděné na zkušební tyči a podle normy ISO 306 pro rychlost zvyšování teploty 50°C za hodinu, teplotou označenou jako VICAT B vyšší než 140°C, a jednak na základě HDT zkoušky se zkušební tyči podle normy ISO 75 při zavedeném napětí 1,8 MPa, teplotou označenou jako HDT/A vyšší než 120°C.

Takový materiál je při přetlaku deformován a umožňuje tedy průtok plynů podél mírně roztažené vnitřní stěny pouzdra.

Podle dalšího znaku vynálezu má použitý plastový materiál nehořlavost a samozhášivost takové, že podle normy UL 94 má klasifikaci 5 VA při tlouštce 2 mm. Norma UL 94 je norma instituce Underwriters Laboratories lne., což je mezinárodně uznávaná americká organizace.

O když současná kombinace výše uvedených vlastností představuje velmi přísné požadavky, bude odborník v oboru orientován na polymery, zejména tak zvané technické polymery. Polymery tohoto typu náleží zejména do následujících skupin:

- polyethylenoxid (PPO), také označovaný jako polyfenylentéter (PPE). Polyfenylenoxid (PPO) může být modifikován. Může :například s výhodou obsahovat ve směsi nebo ve slitině frakce polyamidu (PA) a/nebo polystyrenu (PS) a/nebo butadienu (B) a/nebo styren-butadienu (S/B).

-polykarbonát (PC), a to samotný, nebo s výhodou obsahující ve směsi nebo slitině frakce akrylo-nitril-butadien-styrenu (ABS).

Vynález řeší problémy stavu techniky tím, že vytváří výkonový kondenzátor, který má pouzdro z plastového materiálu. Kapacitní svitek nebo svitky jsou uloženy v pouzdru a polymerovatelná pryskyřice, určená k obalení svitku nebo všech svitků, je vlita přímo do pouzdra bez nutnosti provádět mezioperaci. Není nutné vytvářet pro průtok plynů k vypínacímu přístroji v případě přetlaku prostor mezi povlakovou pryskyřicí a vnitřním povrchem pouzdra.

Příklad provedení vynálezu

Jako neomezující příklad výhodného provedení vynálezu má kondenzátor válcové pouzdro se stěnou o tlouštce 2mm a dno o tlouštce 3 mm, vyrobené z plastového materiálu typu polyfenylenoxidu (PPO) modifikovaného přidáním polystyrenu (PS), známý v oboru jako NÓRYL VO 15OB, vyvinutý a prodávaný spo6 lečností General Electric Plastics. Tento materiál má všechny výše stanovené vlastnosti stanovené výše a za výše uvedených podmínek má tyto parametry: I

- při zkoušce pevnosti v tahu je napětí na mezi pružnosti K rovné 65 MPa při prodloužení 4% a napětí při přetržení je ·

MPa při prodloužení 5,5%, p

- rázová pevnost IZOD zkušební tyče s vruby je 18 kJ/nr p

a rázová pevnost CHARPY zkušební tyče s vruby je 16 kJ/m^z,

- tepelná odolnost je určena teplotou VICAT B 50 při 145°C a teplotou HDT/A při 125°C,

- samozhášivost má klasifikaci 3 VA pro tlouštku 2 mm podle normy UL 94.

Claims

1. Výkonový kondenzátor který má přetlakové zařízení citlivé na úvólnóváňí plynů, a alespoň jeden kapacitní svitek obalený polymerovatělnou pryskyřicí vlitou do pouzdra, vyznačený tím, že pouzdro je vyrobeno z polymerního plastového materiálu, který má mechanickou pevnost takovou, že při měření trhací zkouškou prováděnou se zkušební tyčí podle pracovního postupu popsaného v normě ISO 527 při rychlosti prodloužení tyče o 50 mm za minutu při 23°C je napětí v tahu na mezi pružnosti mezi 60 a 80 MPa, poměrné prodloužení na mezi pružnosti je mezi 4 a 10%, napětí v tahu při přetržení je mezi 50 a 80 MPa a prodloužení při přetržení je větší než 5%; rázovou pevnost, charakterizovanou jednak na základě zkoušky IZOD, prováděné na zkušební tyči s vruby a podle normy ISO 180-1A při teplotě 23°C, absorbovanou energií větší než 17 kJ/m² a jednak na základě zkoušky CHARPY, prováděné na zkušební tyči s vruby podle normy ISO 179, absorbovanou energií větší než 15 kJ/m ;

odolnost vůči teplu charakterizovanou jednak na základě zkoušky VICAT B, kde použitá síla je 50 N, prováděné na zkušební tyči a podle normy ISO 306 pro rychlost zvyšování teploty 50°C za hodinu, teplotou označenou jako VICAT B vyšší než 140°C, a jednak na základě HDT zkoušky se zkušební tyčí podle normy ISO 75 při zavedeném napětí 1,8 MPa, teplotou označenou jako HDT/A vyšší než 120°C.

2. Výkonový kondenzátor podle nároku 1, vyznačený se tím, že použitý plastový materiál má nehořlavost a samozhášivost takové, že podle normy UL 94 má klasifikaci 5 VA při tlouštce 2 mm.

3. Výkonový kondenzátor podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že plastový materiál je polyfenylenoxid.

4. Výkonový kondenzátor podle nároku 3, vyznačený tím, že plastový materiál je modifikovaný polyfenylenoxid.

5. Výkonový kondenzátor podle nároku 4, vyznačený tím, že plastový materiál je polyfenylenoxid modifikovaný zavedením, ve směsi nebo slitině, frakcí polyamidu a/nebo polystyrenu a/nebo butadienu a/nebo styren-butadienu.

6. Výkonový kondenzátor podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že plastový materiál je polykarbonát.

7. Výkonový kondenzátor podle nároku 6, vyznačený se tím, že plastový materiál je polykarbonát obsahující ve slitině nebo ve směsi frakce akrylonitril-butadien-styrenu.