DD241971A1

DD241971A1 - POLYOLEFIN DIELECTRIC FOR CONDENSERS

Info

Publication number: DD241971A1
Application number: DD23079181A
Authority: DD
Inventors: Karl-Heinz Maedebach; Gerd Doant; Ruth Weiher; Gerd Wilde; Peter Umbreit; Martin Keil; Horst Ehrhardt; Adolf Wurbs; Juergen-Peter Koinzer; Werner Gliem; Gerhardt Wiegand
Original assignee: Leuna Werke Veb
Priority date: 1981-06-15
Filing date: 1981-06-15
Publication date: 1987-01-07

Abstract

Polyolefindielektrikum fuer Kondensatoren mit verbesserten Eigenschaften, insbesondere verbesserter Alterungsbestaendigkeit und besserer Konstanz der elektrischen Parameter, das besonders fuer den Einsatz in der Hochfrequenztechnik geeignet ist. Diese Qualitaets- und Gebrauchswertverbesserung wird durch ein Dielektrikum aus Ethylen-Norbornen-Copolymerisat erreicht.Polyolefine dielectric for capacitors with improved properties, in particular improved aging resistance and better constancy of the electrical parameters, which is particularly suitable for use in high-frequency engineering. This quality and utility value improvement is achieved by a dielectric of ethylene-norbornene copolymer.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Polyolefin-dielektrikum für Kondensatoren in der Elektrotechnik und Elektronik, insbesondere für hochfrequente Wechselströme.The invention relates to a polyolefin dielectric for capacitors in electrical engineering and electronics, in particular for high-frequency alternating currents.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen - .Characteristic of the known technical solutions -.

Kondensatoren stellen ein elektrisches Bauelement dar, das aus zwei durch ein Dielektrikum getrennten elektrischen Leitern besteht. Wird eine Wechselstromspannung angelegt, so tritt ein Verschiebungsstrom auf, der bei gleicher Spannung mit steigender Frequenz des Wechselstromes sich erhöht, so daß das Verhältnis von Spannungsamplitude zu Stromamplitude kleiner wird bzw. der Widerstand mit erhöhter Frequenz abnimmt.Capacitors represent an electrical component consisting of two electrical conductors separated by a dielectric. When an alternating current voltage is applied, a displacement current occurs, which increases at the same voltage as the frequency of the alternating current increases, so that the ratio of voltage amplitude to current amplitude decreases or the resistance decreases with increased frequency.

Kondensatoren werden daher zur Blindstromkompensation als Störschutzkondensatoren sowie als Koppelbauelement in Hochfrequenzschaltkreisen eingesetzt. Nach den verwendeten Dielektrika unterscheidet man Papier-, Öl-, Keramik-, Glimmer-, Luft-, Elektrolyt- und Plastfolienkondensatoren.Capacitors are therefore used for reactive current compensation as interference suppression capacitors and as a coupling component in high-frequency circuits. According to the dielectrics used, a distinction is made between paper, oil, ceramic, mica, air, electrolyte and plastic film capacitors.

Als Plastfoliengrundmaterial wurden folgende Thermoplaste engesetzt: Polyester, Polystyrol, Polycarbonat, Polypropylen (DE-OS 2236719,2252621).The plastic materials used were the following thermoplastics: polyester, polystyrene, polycarbonate, polypropylene (DE-OS 2236719,2252621).

Es ist aber bekannt, daß die Thermoplastfolien für Kondensatoren bei thermischer Beanspruchung nur begrenzt einsatzfähig sind (Bericht „Folien-Kondensatoren", Roedestein GmbH, Landshut, 1977).However, it is known that the thermoplastic films for capacitors are only partially operational under thermal stress (report "film capacitors", Roedestein GmbH, Landshut, 1977).

Außerdem ist für die Güte eines Kondensators die spezifische Verlustleistung charakteristisch. Dem Fachmann ist bekannt, daß die spezifische Verlustleistung sowohl abhängig ist vom Abstand der Kondensatorplatten, der Frequenz aber auch von der Dielektrizitätskonstanten und dem dielektrischen Verlustfaktor des eingesetzten Dielektrikums.In addition, the specific power loss is characteristic of the quality of a capacitor. It is known to the person skilled in the art that the specific power loss depends both on the distance of the capacitor plates, the frequency but also on the dielectric constant and the dielectric loss factor of the dielectric used.

Von den berder Herstellung von Kondens'atoren^eingesetzten Dielektrik&wird gefordert, daß sie durch ihre spezifischen Eigenschaften eine hohe Qualität der auf ihrer Bsis hergestellten Kondensatoren sichern.Dielectric used in the manufacture of capacitors is required to ensure a high quality of the capacitors made on its BS by their specific characteristics.

Die bisher für den genannten Einsatz bekannten Plastmaterialien entsprechen nicht allen Forderungen. So führt z. B. die Empfindlichkeit von bekannten Polyolefinfolien gegen Koronaentladungen zu schneller Alterung und damit ungenügender Konstanz der Kapazität bzw. zum Totalausfall der mit diesem Dielektrikum ausgerüsteten Kondensatoren. (W. Birnthaler, Z. Elektrizitätswirtschaft, 1965, S.736). Derartige Dielektrika führen zu Kondensatoren mit eingeschränkter Einsatzbreite, infolge de geringen Einsatztemperatur bzw. der hohen Temperaturabhängigkeit der elektrischen Kennwerte. Kondensatoren, in denen Polycarbonat bzw. Polyester, z. B. Polyethylenterephthalat, als Dielektrikum eingesetzt wurden, werden infolge des oberhalb einer Frequenz von 1 M Hz ansteigenden dielektrischen Verlustfaktors, insbesondere in den benötigten Bereichen von 30 M Hz, durch erhöhte dielektrische Verluste, die sich auch z. B. in einer Erwärmung zeigen, charakterisiert.The plastic materials known hitherto for the mentioned use do not correspond to all requirements. So z. B. the sensitivity of known polyolefin films against corona discharges to rapid aging and thus insufficient constancy of capacity or total failure of the equipped with this dielectric capacitors. (W. Birnthaler, Z. Elektrizitätswirtschaft, 1965, p. 736). Such dielectrics lead to capacitors with limited application width, as a result of the low use temperature or the high temperature dependence of the electrical characteristic values. Capacitors in which polycarbonate or polyester, for. As polyethylene terephthalate, were used as a dielectric, due to the above a frequency of 1 M Hz increasing dielectric loss factor, especially in the required ranges of 30 M Hz, by increased dielectric losses, which is also z. B. in a heating, characterized.

Aus den genannten Gründen ist es auf Basis der bekannten Dielektrika nicht möglich, zu effektiveren Lösungen zu gelangen. Obwohl die Meinung der Fachwelt—(„Elektronik, Grundlagen, Prinzipien, Zusammenhänge", Horst Völz, 2. Auflage, Akademie-Verlag, Berlin, 1979, S. 632) — die Unabhängigkeit der Kapazitätswerte der Kondensatoren vom Stand der Technik hervorhebt, is es notwendig, insbesondere nach Polyolefindielektrika für Wickelkondensatoren, zu suchen, um neue, den technischen Fortschritt bestimmende Lösungen zu finden.For the reasons mentioned above, based on the known dielectrics it is not possible to arrive at more effective solutions. Although the opinion of the experts - ("Electronics, Basics, Principles, Connections", Horst Völz, 2nd edition, Akademie-Verlag, Berlin, 1979, p. 632) - emphasizes the independence of capacitance values of the capacitors of the prior art, is it is necessary, in particular, to search for polyolefin dielectrics for wound capacitors in order to find new solutions which determine the technical progress.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein Polyolefindielektrikum für Kondensatoren mit verbesserten Eigenschaften zu finden.The aim of the invention is to find a polyolefin dielectric for capacitors with improved properties.

Explanation of the essence of the invention

Es bestand die Aufgabe, ein Polyolefindielektrikum für Kondensatoren zu finden, das bei gleicher Kapazität der Kondensatorer einen geringeren spezifischen Materialeinsatz erfordert. Diese Aufgabe wird durch ein Polyolefindielektrikum für Kondensatore mit verbesserten Eigenschafen gelöst, wobei erfindungsgemäß das Polyolefindielektrikum aus einem Ethylen-Norbomen-Copolymerisat besteht.It was the object to find a polyolefin dielectric for capacitors, which requires a smaller specific material input with the same capacity of the condenser. This object is achieved by a polyolefin dielectric for condensers having improved properties, wherein according to the invention the polyolefin dielectric consists of an ethylene-norbornene copolymer.

Vorteilhafterweise beträgt das Ethylen-Norbornen-Verhältnis im Dielektrikum zwischen 30 und70Ma.-%, bezogen auf 100% Ethylen.Advantageously, the ethylene-norbornene ratio in the dielectric between 30 and 70Ma .-%, based on 100% ethylene.

Überraschenderweise sind die Eigenschaften weitgehend unabhängig vom Ethylen-Norbornen-Verhältnis. Die Kondensatore verfugen über folgende verbesserte Eigenschaften: hohe elektrische Durchschlagfestigkeit von größer 450kV/mm, wobei mit abnehmender Dicke die Festigkeit beträchtlich ansteigt; geringe dielektrische Verluste bei Frequenzen > 1 M Hz; geringere Temperaturabhängigkeit der Kapazität, hohe Spannungsfestigkeit über Zeit und Temperatur.Surprisingly, the properties are largely independent of the ethylene-norbornene ratio. The capacitors have the following improved properties: high electrical breakdown strength greater than 450 kV / mm, the strength increasing considerably as the thickness decreases; low dielectric losses at frequencies> 1 M Hz; lower temperature dependence of the capacity, high dielectric strength over time and temperature.

embodiments Example 1:

Ein Kondensator mit einem Dielektrikum aus Ethylen-Norbornen-Copolymerisat hat bei 30 M Hz Wechselstrom einen dielektrischen Verlustfaktor von 1,2 · 10~⁴.A capacitor having a dielectric of ethylene-norbornene copolymer has at 30 M Hz alternating current has a dielectric loss factor of 1,2 x 10 ~. ⁴

Ein Kondensator mit Polycarbonat als Dielektrikum hat dagegen einen dielektrischen Verlustfaktor von 1,5 · 10~³. Die spezifischen Verluste des erfindungsgemäßen Dielektrikums sind um 125% niedriger.In contrast, a capacitor with polycarbonate as the dielectric has a dielectric loss factor of 1.5 × 10 ^-3 . The specific losses of the dielectric according to the invention are 125% lower.

Example 2:

Ein Kondensator mit einem Dielektrikum aus Ethylen-Norbomen-Copolymerisat bleibt beim Einsatz bei 388K ohne Beeinträchtigung der Lebensdauer und der dielektrischen Verluste funktionsfähig.A condenser with ethylene-norbornene copolymer dielectric remains functional when used at 388K without sacrificing durability and dielectric loss.

Ein Kondensator mit Polystyrol als Dielektrikum verliert bereits bei 353K die Funktionsfähigkeit und die Form.A capacitor with polystyrene as a dielectric already loses its functionality and shape at 353K.

Beispiel 3: ~Example 3: ~

Ein Kondensator mit einem Dielektrikum aus Ethylen-Norbornen-Copolymerisat wird im Temperaturbereich von-213 bis 373 K eingesetzt. Dieser Kondensator zeichnet sich durch eine hohe Kapazitätskonstanz im gesamten Temperaturbereich von 0,4% aus. Ein Kondensator mit Polycarbonat als Dielektrikum besitzt im gleichen Temperaturbereich eine Kapazitätsänderung von 2,3% und mit Polyester sogar von 8,5%.A capacitor with a dielectric of ethylene-norbornene copolymer is used in the temperature range of-213 to 373 K. This capacitor is characterized by a high capacity constancy over the entire temperature range of 0.4%. A capacitor with polycarbonate as a dielectric has a capacity change of 2.3% in the same temperature range and even 8.5% with polyester.

Example 4:

Ein Kondensator mit einem Dielektrikum aus Ethylen-Norbomen-Copolymerisat zeichnet sich im Temperaturbereich bis 373 K durch eine hohe Spannungsfestigkeit von 450 kV/mm bei 293Kund390kV/mm bei 373 K bei Kurzzeitbeanspruchung aus. Diese hohe Spannungsfestigkeit bleibt zeitlich unverändert, da das Dielektrikum unempfindlich gegen Teilentladungen ist. ·A capacitor with a dielectric of ethylene-norbornene copolymer is characterized in the temperature range up to 373 K by a high dielectric strength of 450 kV / mm at 293Kund390kV / mm at 373 K at short-term stress. This high dielectric strength remains unchanged in time, since the dielectric is insensitive to partial discharges. ·

Claims

-1 - ^ ⁴ H BP / I

Invention claim:

1. polyolefin dielectric for capacitors having improved properties, characterized in that the Polyolefindielektrikum consists of an ethylene-IMorbomen copolymer.

2. Polyolefindielektrikum for capacitors according to item 1, characterized in that the ethylene-norbornene ratio in the dielectric between 30 and 70Ma .-%, based on 100% ethylene, is.