DE1564792A1

DE1564792A1 - Impraegnierter elektrischer Kondensator mit Kunststoffolie als Dielektrikum

Info

Publication number: DE1564792A1
Application number: DE1966S0107565
Authority: DE
Inventors: Rheindorf Dipl-Phys Hans-Heinz; Lauber Dr Josef; Preissinger Dipl-Ph Karl-Heinz; Behn Dipl-Phys Reinhard
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-12-23
Filing date: 1966-12-23
Publication date: 1970-09-10
Also published as: CH482279A; NL6713373A; DE1564792B2; YU246567A; SE7505726L; BE708428A; GB1191299A; SE402835B; YU36410B; ES348497A1; DE1564792C3; NL147569B

Description

Imprägnierter elektrischer Kondensator mit Kunststoffolie

als Dielektrikum

Die Erfindung bezieht sich auf einen imprägnierten elektrischen Kondensator, dessen Dielektrikum mindestens z. B. aus Kunststoffolien besteht, insbesondere Wechselspannungskondensator.

Elektrische Kondensatoren, insbesondere solche für Wechselspannungsbetrieb, werden bekanntlich imprägniert, um Hohlräume im Kondensatorkörper, die zu Sprühentladungen führen, auszufüllen. Hohlräume befinden sich z. B. zwischen den Oberflächen der Dielektrikumsfolien und den Belegungen, da diese Oberflächen nie völlig glatt sind. Außerdem befinden sieh im Dielektrikum Poren, - bei porösem Papier sehr viele, bei Kunststoffolien 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 Überschritten, so finden in der Imprägniermasse, besonders im Spalt zwischen Belegung und Dielektrikumsfolie, Teildurchschläge statt. Von der Imprägniermasse (z. B. Isolieröl) wird dabei 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 DisLektrikum wirkende Imprägniermasse ist also bezüglich der Durchschlagsfestigkeit die schwächste Stelle im Kondensatordielektrikum.

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Die Erfindung setzt sich deshalb zum Ziel, den von Imprägniermittel ausgefüllten Spalt möglichst weitgehend zu beseitigen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß wenigstens ein Teil des Dielektrikums aus einem vom Imprägniermittel angequollenem Kunststoff besteht.

Das Imprägniermittel, welches sich im Spalt zwischen den Folien befindet, diffundiert in die Folien, die infolgedessen zu quellen beginnen und den Spalt mehr und mehr ausfüllen. Bei genauer Betrachtung wird man feststellen, daß durch die Rauhigkeit der Oberfläche geringste Spalte, angefüllt mit Imprägniermittel, übrigbleiben, auch wenn aus der Oberfläche herausragende Spitzen und Kuppen zum großen Teil durch das Aufeinanderpressen der Oberflächen flachgedrückt werden. Dieses restliche Imprägniermittel (auch in Poren des Dielektrikums sind Reste, die nie vermieden werden können) führt, wie Versuche gezeigt haben, zu keiner Schwächung der durch die Dielektrikumsfolien gegebenen Durchschlagsfestigkeit.

Der Grund dafür, daß diese geringen ölvolumina keine merklichen Sprüherscheinungen zeigen, dürfte darin liegen, daß erstens die Durchschlagsfestigkeit dünner ölschichten mit abnehmender Dicke zunimmt und zweitens die Sprüherscheinungen mit abnehmender Gasblasengröße abnehmen.

Für jedes System von quellbarem Kunststoffdielektrikum und Imprägniermittel besteht eine bestimmte maximale Quellung. Diese Quellung sollte ausreichen, um den gesamten Spalt auszufüllen. Andererseits kann man den Spalt durch die Wickelhärte des Kondensators beeinflussen. Mit zunehmender Wickelhärte wird der Spalt enger. Die Wickelhärte läßt sich aber nicht beliebig erhöhen, da der Spalt sonst so eng wird, daß Imprägnierschwierigkeiten entstehen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung fordert man deshalb eine Mindestquellung jeder quellbaren Dielektrikumsfolie, die 0,3/u beträgt.

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Ί b b *♦ ι a L

Durch die Quellung der Kunststoffolien können Schwierigkeiten beim Imprägnieren auftreten. Sobald das Imprägniermittel in die Stirnseiten des Kondensators einfließt, beginnt dort die Quellung. Dadurch wird der Spalt verengt und das Nachfließen von Imprägniermittel praktisch unterbunden. Die Quellung darf also erst dann voll zur Wirkung kommen, wenn der Kondensator bereits voll durchimprägniert ist. In zweifacher Weise läßt sich das Zusammenspiel von Imprägniergeschwindigkeit und Quellgeschwindigkeit so steuern, daß immer eine gute Durchimprägnierung gewährleistet ist: Erstens läßt sich der Imprägniervorgang durch die Temperatur-beeinflussen, denn die Quellgeschwindigkeit und die Viskosität des Imprägniermittels sind temperaturabhängig; man muß also eine Imprägniertemperatur suchen, bei der die Quellung im Vergleich zur Pließgeschwindigkeit des Imprägniermittels im Spalt langsam verläuft. Zweitens kann man auf den Imprägniervorgang durch die Wickelhärte, also über die Luftspaltdicke, einen Einfluß ausüben.

Da die Quellgeschwindigkeit und fließgeschwindigkeit in den Spalten in Konkurrenz stehen, nehmen die Imprägnierschwierigkeiten mit zunehmender Wickellänge beträchtlich zu. Längere Wickel brauchen erheblich längere Imprägnierzeiten, so daß die Quellung am Wickelanfang schon zu stark fortgeschritten ist, ehe die Durchimprägnierung beendet ist. Genauere Untersuchungen der Quellung bei Kunststoffolien hatten zum Ergebnis, daß nicht nur die Quellgeschwindigkeit von der Temperature!^ beeinflußt wird, sondern auch die Stärke der Quellung. Einige Werte sind für Polypropylenfolien folgender Tabelle zu entnehmen:

Temperatur	20	⁰C	40	⁰C	75⁰C	95	⁰C	125	⁰C
Dauer des Quellvorganges	150	min	70	min	70 min	70	min	70	min
relative Dickenzunahme	3	*	4 '		7 *	11		20

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Daraus ergibt sich eine abgewandelte Imprägniermöglichkeit. Man imprägniert bei so niedrigen Temperaturen, bei denen die Größe der Quellung noch relativ gering ist und sich der Spalt nicht schließt. Eine gute Durchimprägnierung ist damit immer gewährleistet, auch wenn infolge der erhöhten Viskosität des Imprägniermittels größere Zeiten dazu verstreichen, die aber nicht notwendigerweise in der Imprägnieranlage verbracht werden müssen. Auch im fertigen Kondensator, der unter öl steht, kann die endgültige Durchimprägnierung erfolgen. Um restliche ölspalte völlig zu verdrängen, kann der Kondensator nach dem Durchimprägnieren auf eine höhere Temperatur erwärmt werden. Dadurch nimmt die Größe der Quellung der Kunststoffolie zu, das Öl wird absorbiert und wenn die Temperatur hoch genug χφ, verschwindet der ölspalt vol3k>mmen. Diese Quellung ist irreversibel. Bei Abkühlung tritt der Ölspalt also nicht wieder auf. Dabei ist wichtig, daß beim Imprägniervorgang das Volumen der Kunststoffolie zusammen mit dem Ölspalt vor der Quellung möglichst genau so groß ist wie später die gequollene Kunststoffolie. Nimmt das Volumen der imprägnierten Folie gegei&ber dem Ausgangsvolumen der ungequollenen Folie plus Ölspalt ab, so können Hohlräume entstehen, die zum Sprühen im Kondensator führen. Nimmt das Volumen an gequollener Folie gegenüber dem Volumen der ungequollenen Folie plus Ölspalt zu, so wird restliches öl aus dem Kondensator herausgedrückt und es entstehen mechanische Spannungen im Wickel. Es ist also am günstigsten, wenn das Volumen der gequollenen Folie identisch mit dem Volumen der unimprägnierten Folie plus Ölspalt oder geringfügig größer ist.

Anhand der Figur soll die Erfindung näher erläutert werden. Zwischen den Oberflächen einer quellbaren Folie 1 und einer nicht quellbaren Folie 2, die die Belegung oder eine weitere Dielektrikumsfolie sein kann, bilden sich Hohlräume und Spalte 3 aus, die beim Imprägnieren ganz oder teilweise mit Imprägniermittel angefüllt sind. Beim Quellen der Folie 1 werden die aus der Oberfläche der Folie 2 ragenden Kuppen und Spitzen 4 flach-

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gedrückt. Die Oberflächen der Folien schmiegen sich, wie es durch die strichlierten linien schematise!! dargestellt ist, aneinander. G-eringe Imprägniermittelreste 5 schwächen die Durchschlagsfestigkeit des Kondensators nicht merklich,, wie Gäben schon dargestellt ist«,

- Bsi einer speziellen Anwendung der Erfindung "besteht .das Dielektrikum aus Polypropjlenfoli© und als Imprägniermittel v7ird ein Isolieröl irsrwendst= Sas Isolieröl enthält 15 "bis 20 iS arGMä'üisciie Aa^eIIe₅ die insbesondere Wasserstoff bin- OQTi ιζόώιιθά, etwa 30 $ aspu^üenisolie ls,t-3ile mid arischen 50 vjiä 60 ie parai'xinisells i..nteilec Bsi eizssm derartig quellfähigen SjsteiH ergibt sich als günstigste; Xmprägniertemperatnr eine Haicatssiperatiix¹ bis oa*. 60°G. Bei 110⁰G s« B« ist "bei nor= maler wickelhärte keine liaprägEiierinig Hehr· möglieh_P da die Qu©llung so schnell Yonst&tten gellt _s daß trotz der bei dieser Temperatur sehr niedrigen "Viskosität des Öls sieh die Stirn seiten dicht schlossen, bevor das' Kondensatorinnere mit Öl vollgelaufen war.

Eine bevorzugte Anwendung findet vorliegende Erfindung bei Kondensatoren, deren Dielektrikum aus selbständigen Kunststoffolien besteht und bei denen eine beidseitig metallisierte Isolierstoffeinlage als Belegung dient. Die Isolierstoff- , einlage kann z. B. aus Papier bestehen und liegt während des Betriebes im feldfreien Raum.

8 Patentansprüche 1 Figur

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Claims

- 6 Patentansprüche

1. Imprägnierter elektrischer Kondensator, dessen Dielektrikum aus Kunststoffolien besteht, insbesondere Wechselspannungskondensator, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Dielektrikums aus einem vom Imprägniermittel angequollenem Kunststoff oesteht.

2. Elektrischer kondensator nach Anspruch 1, d a d u r c '.... gekennzeichnet , daß jede quellbare Dielektrikums folie mindestens 0,3/u gequollen ist.

J>.. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kondensators nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatorkörper bei einer Temperatur imprägniert wird, bei der die Quellung im Vergleich zur Fließgeschwindigkeit des Imprägniermittels langsam verläuft.

4. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Wickelkondensators nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit des Imprägniermittels durch die Wickelhärte gesteuert wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kondensator:' nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatorkörper bei einer temperatur imprägniert wird, bei der die Kunststoffolie nur gering quillt.

6. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kondensators nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrikumsfolie nach der Imprägnierung bei erhöhter Temperatur naohgequollen wird.

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,Neue Unterlagen (Art 711 Ab*. 2 Nr. I Sau 3 dt· Anderunflafles. ν. 4, S. 19671

7· Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Wickelkondensators nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge-: kennzeichnet, daß der Grad der Quellung der Dielektrikumsfolie und die Wickelhärte so aufeinander abgestimmt sind, daß die Zwischenräume zwischen den Wikkellagen ausgefüllt werden.

8. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kondensators nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennze ich net , daß al-s Dielektrikum Polypropylenfolien und als Imprägniermittel ein Isolieröl, welches 15 - 20 $ hauptsächlich Wasserstoff "bindende aromatische Anteile, etwa 30 $> naphthenische Anteile und zwiahen 50 und 60 # paraffinische Anteile enthält, verwendet werden und daß der Kondensatorkörper bei 60⁰C imprägniert wird.

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