DE1589549A1

DE1589549A1 - Elektrischer Wechselspannungs-Kondensator mit Kunststoffbaender enthaltendem Dielektrikum

Info

Publication number: DE1589549A1
Application number: DE1967B0095003
Authority: DE
Inventors: Maylandt Dipl-Ing Helmut; Hoehn Dipl-Chem Richard
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1967-10-18
Filing date: 1967-10-18
Publication date: 1970-03-26
Also published as: GB1183155A; CH510325A; DE1589549C3; SE340639B; FR1579934A; DE1589549B2

Description

R. 8997 Ka/lip
11.1ϋ.196γ

Anlage zur

Patent- -«»4

anmeldung

R O B 'ti RT B O 3" C H. GMBH, Stuttgart W, Breitscheidstrasse

Elektrischer Wechselspannungs-Kondensator mit Kunststoffbänder enthaltendem Dielektrikum

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Wechselspannungskondensator mit Kunststoffbänder enthaltendem Dielektrikum, der mit einem flüssigen Tränkmittel getränkt ist.

Gleichspannungs-Kondensatoren, insbesondere solche mit kleinen . Kapazitätswerten und für Spannungen unter 1000 V enthalten neuerdings anstelle des früher verwendeten imprägnierten Papiers ein Dielektrikum aus Kunststoffbändern ohne Imprägnierung. Dies gilt sowohl für Kondensatoren mit Belägen aus Metallfolien als auch

009813/0-85.4 - 2 -

Robert Bosch GmbH R. . >997 Ka/Ep

für solche mit aufgedampften Belegungen.

Obwohl Kunststoffbänder wegen ihrer zum Teil sehr niedrigen dielektrischen Verluste für Wechselspannungskondensatoren besonders geeignet erscheinen, geht die Umstellung von Papier auf Kunststoff insbesondere bei Leistungskondensatoren sehr langsam vor sich. Abgesehen von wirtschaftlichen Überlegungen liegt der Grund dafür darin, da/3 nocli technische Schwierigkeiten im Wege stehen. Wegen der im Vergleich zu Papier kleineren Dielektrizitätskonstanten müssen Kunststoff-Kondensatoren gleicher spezifischer Leistung elektrisch höher belastet werden als Kondensatoren mit Papierdielektrikum. Kondensatoren mit Kunststoff-Dielektrikum müssen daher mit Rücksicht auf die hohen Betriebsfeldstärken und die meist hohen Betriebsspannungen von 3'όΟ V und darüber zwecks Vermeidung von schadliehen Glimmentladungen mit einem flüssigen Isoliermittel imprägniert v/erden, das die Zwischenräume zwischen den einzelnen Lagen des Dielektrikums und den Kondensatorbelegungen ausfüllt.

Imprägniermittel, die sich bei Kondensatoren mit Papier als Dielektrikum bewährt haben, sind jedoch für Kondensatoren mit Kunststoff -Dielektrikum vielfach ungeeignet oder nur bedingt geeignet, weil sich der Kunststoff in den gebräuchlichen Imprägniermitteln entweder vollständig auflöst oder seine mechanische und elektrische Festigkeit durch die Imprägniermittel so verschlechtert wird, daß die Kondensatoren nur eine kurze Lebensdauer haben. Besonders starke Zersetsungserseheinungen zeigen Kunststoffbänder in den für Kondensatoren mit Papierdielektrikum vielfach verwendeten chlorierten Diphenylen, deren polarer Charakter die Auflösung der Kunststoffe begünstigt. Andererseits sind aber auch Kondensator- und Transformatoröle auf Mineralölbasis nur bedingt als Tränkmittel für Kondensatoren mit KunststoffflLelektrikum verwendbar. Beispielsweise sind in Kondensator-ölen, wie sie für selbstheilende MP-Kondensatoren verwendet werden, bei manchen Kunststoffen Auflösungserscheinungen zu beobachten.

0098 13/0854 ; _

'ii'i^h GmbH R. j J* J" ua/i-¹^

u;Liriii-rⁱ':,^<;nJ-cri--i Kunststoffdielelctrika sind bei dor Herstellung von lloehnj'u.nnuiigak.abeln versuchsweise schon verwendet worden. Die Uierin:uu:he und ".elektrische- Beanspruchung der Kunststoffe ist bei · Kabeln aber geringer als bei Leistung-Kondensatoren.

Bekannt sind auch Kondensatoren, deren Belegungen aus doppelseitig bedampften l'apierbändcrn und deren Dielektrikum aus. kunststoffbändern bestehen. Dar; Imprägniermittel derartiger Kondensatoren ist bei Betriebstemperatur- fest., Lösungsvorgänge verlaufen dabei daher wesentlich langsamer. Wegen vorhandener Schrumpfungshohlräume im Imprägniermittel neigen diese Kondensatoren jedoch zu Glimmentladungen und sind nur bedingt für Wechselspannungstö.astung geeignet.

Bekannt sind auch Kondensatoren mit sogenanntem Mischdielektrikum, bei denen ein Teil des Papierdielektrikums durch Kunststoff ersetzt ist, wobei über das Imprägniermittel nichts weiter ausgesagt ■-Ist, air. daß es fest oder flüssig sein kann. Hinsichtlich der geeigneten flüssigen Imprägniermittel für Kondensatoren wird lediglich gans allgemein empfohlen, hoch aüsraffinierte Öle mit einem geringen Gehalt an aromatischen Verbindungen zu verwenden. Solche Öle sind aufgrund Ihres Herstellungsverfahrens teuer. Man wird daher den Aromatengehält einerseits nicht kleiner wählen als notwendig ist, andererseits hat sich aber gezeigt, daß es Kunststoffe gibt, für die gerade aromatenhaltige öle geeignet sind.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, die Richtigkeit der bis jetzt bekannten, einander z.T. widersprechenden Angaben nachzuprüfen und zu klären, welche flüssigen Imprägniermittel - für Kondensatoren aus verschiedenen KunststoffSorten im Hinblick auf Qualität und Wirtschaftlichkeit besonders geeignet sind. Untersuchungen über die Änderung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften verschiedener Kunststoffbänder, die verschiedenen flüssigen Imprägniermitteln unter Ausschluß von Luftsauerstoff mit und ohne elektrische Belastung ausgesetzt wurden, haben gezeigt, daß die Lebensdauer eines imprägnierten KunststoffflLelektrikums unter sonst gleichen Bedingungen von der chemischen Zusammensetzung

009 813/0854 BAD Gfau..w\:

Robert Toceh GmbH , B. 8997 Ka/lvp

des Imprägniermittels, und zwar vorwiegend von seinem Gehalt an aromatischen Verbindungen abhängt. Es gibt Kunststoffe, für die Imprägniermittel mit hohem Aromatengehalt in Frage kommen und andere Kunststoffe., die nur mit Tränkmitteln behandelt werden können, deren Aromatengehalt sehr gering ist- Zieht man weiterhin die chemische Struktur der untersuchten Kunststoffe selbst in. Betracht, so ergibt sich bei gleicher Lebensdauer ein Zusammenhang zwischen dem Aromatengehalt der Kunststoffe und der Imprägniermittel, der im folgenden erläutert werden soll.

Die StrukturformeΠη für Polycarbonate Polystyrol, drei verschiedene Sorten von Terephthalsäureestern, Polyäthylen und Polypropylen sind mit Angabe der Anteile C an aromatisch gebundenen und C_p an paraffinisch gebundenen Kohlenstoffatomen in der folgenden Tabelle zusammengestellt.

COPt 0-09 8.1 3/085 A .

589549

Kunststoff

Strukturformel

aroma tisch ge-lparafinisch gp-

bundener Kohlenstoff c

_A ji

bundener Koh-■

.lenstoff C

¹P ''

PoIycarbonat

CIIj

-o-O-c-

CH . 73

2¹Y

Polystyrol

-CII-ClI₀-I *

7^r>

2'j

Polyäthylenßlycol-'
terephthalat

0 0 •I Il

-O-C-<~> -C-O-CH₉-CHp-50

Polybutylen-

Glycol-

terephthalat

0 0

y Ii

■o-c- <CI> -c-o-

Polyhexamethylen-
glycoiterephthalat

0 0

« I

_O-C-<CI> -C-O-(CH₂-CH₂-), 57

Polyäthylen

-CH₂-CH₂-100

Polypropylen

-CH,

CH₃ i

-CH-

100

009813/085λ

Robort Boπch GmbH ;i. 8997 Ka/Ep

Stuttgart L

Ferner ist in Fig. 1 der Zusammenhang zwischen C.-Wert, C_D-Wcrt und

A. χ

Kunststoffsorte in Diagrammform dargestellt. Auf der Abszisse sind von links nach rechts steigende C_p-Werte von O - 100 £ aufgetragen, und außerdem die Kunststoffe der Tabelle 1 bei ihrem C_p-Wert eingetragen. Auf der Ordinate sind ebenfalls von O - 100 % die C.-Werte aufgetragen. Auf einer die Endwerte von C_p verbindenden von links nach rechts fallenden Geraden kann also für jeden Kunststoff über dem entsprechenden C_p-Wert der dazugehörige C.-Wert abgelesen werden, wobei C_A = l-Cp ist. Da dieses Diagramm nur für Kunststoffe gilt, sind in Fig. 1 die C_A- und C_p-Werte mit dem zusätzlichen Index (K) versehen.

InFig. 2 sind auf der Abszisse wie in Efe. 1 die C„ /„_x-Werte der' Kunststoffe aufgetragen, auf der Ordinate jedoch die C. /„>-Werte, also der Anteil des aromatisch gebundenen Kohlenstoffs im Tränkmittel, welches bei Kunststoffen mit verschiedenen C_n _(v\-Werten zu gleicher Lebensdauer führt, über die Art der übrigen. Anteile im Tränkmittel ist dadurch nichts ausgesagt, sie können aus aliphatischen und/oder naphthenischen Anteilen bestehen. Die zulässigen C./_TN-',7erte des Tränkmittels liegen in dem schraffierten Streubereich. Ein Vergleich der Diagramme nach Fig. 1 und 2 zeigt das überraschende und theoretisch noch nicht völlig geklärte Ergebnis, daß bei abnehmendem C. ,„v-Wert eines Kunststoffes (Fig. 1) der C_A/mN-V/ert

A(K; . Ali;

des Tränkmittels (Fig. 2) ansteigt. Der Zusammenhang zwischen C./,_%-Wert des Tränkmittels und C_p/_Ky-Wert eines Kunststoffes in Fig. 2p.äßt sich durch die Beziehung darstellen:

^CA(T) ^{= K} * ⁰P(K)

Gemäß der Erfindung wird daher vorgeschlagen, ein Tränkmittel für Kondensatoren, deren Dielektrikum ganz öder teilweise aus Kunststoff besteht, so auszuwählen, daß die Beziehung

⁰A(T) * ^K * °P(K)ⁿ

erfüllt ist,.wobei die Konstante K Werte von 0,16 bis 0,53,

0098 13/085 4

Robert Bosch GmbH- -R. 8997 Ka/Kp

.Stuttgart· "3.

vorzugsweise den Wert 0,2 und der Exponent η Werte von 2,0 bis y,0, vorzugsweise den Wert 2,5 hat.. Aromatenanteile im Tränkmittel außerhalb der angegebenen Werte sind wegen der zunehmenden Verkürzung der Lebensdauer durch Auflösungserscheinungen, insbesondere bei höheren Aromatenanteilen, auszuschließen und niedrigere Aromatenanteile al« die genannten Werte deshalb, weil mit zunehmendem Raffinationsgrad, also mit fallendem Arornatenanteil, der Preis des Imprägniermittels erheblich ansteigt.

Die erfindungsgemäße Auswahl des geeigneten Tränkmittels wird an folgenden Beispielen erläutert:

Fig.~ ~j zeigt, in gegenüber der Wirklichkeit verzerrten Größenverhältnissen den Aufbau eines Kondensators, dessen Belegungen aus Al-Folien 1 und 2 und dessen Dielektrikum aus je einem oder mehreren Polyathylenglykolterephthalat-Bündorn 3 und 4 bestehen. Der Anteil an "parai'f'inlsch gebundenem Kohlenstoff Cp/_K\ in diesem Kunststoff beträgt ·"!() /Ί gleich 0,4. Nach der angegebenen Beziehung errechnet odor aus VXr,, ,1 abgelesen ist für einen derartigen Kondensator ein flüssiges Trünkroittel mit einem Aromatengehalt C ,., von i - ^lj -μ, vorzugsweise 2 ','> zu wählen. Als Tränkmittel kommt also gerade noch ein Trans format oral mit einem Aromatengehalt von 5 /p> noch besser aber ein höher ausraffiniertes Mineralöl mit einem Aromatengehalt von 1 - 2 <ό in Frage. Der geforderte Aromatengehalt läßt sich auch durch Mischungen eines Tränkmittels mit höherem Aromatenanteil und eines höher ausraffinierten Öls geringeren Aromatengehalts erreichen.

Fig. 4 zeigt den Aufbau eines selbstheilenden einlagigen Kondensators aus Polypropylenbändern 5 und 6, die jeweils auf einer Seite eine aufgedampfte Belegung.7 bzw. 8 tragen, und Fig. 5 den Aufbau eines ebenfalls verlustartnen selbstheilenden Kondensators, dessen einer Belag aus einer Al-Folie 10 und dessen anderer Belag aus einem doppelseitig bedampften Papierbänd 20 mit den aufgedampften Be- ' lägen 21 und, 22 desselben Potentials besteht. Das Dielektrikum

.BAD 0098 1 3/0854'

- «er -

Robert Uosch GmbH . ' R. 8997 Ka/Κρ

Stuttgart 2

bildt-'ii Polypropylenbänder 13 und 14. Der C_p ,„ \ -Wert von Polypropylen beträgt 100 % - 1,0. Für die Imprägnierung der Kondensatoren nach Fig. 4 und Fig. 5 ist erfindungsgemäß ein flüssiges Tränkmittel zu verwenden, dessen nach der angegebenen Beziehung errechneter oder aus Fig. 2 abgelesener C./„-,-Wert nicht höher als 33 '/j und nicht kleiner als l6 'J ist. Als Tränkmittel kommt demnach beispielsweise ein Alkylbenzol mit 33 /ό aromatisch gebundenem Kohlenstoff (z.B. Dodecylbenzol) oder ein Kondensator-Öl mit einem C , ,.-Wert von 16 '/j in Frage. Auch Mischungen der beiden Stoffe mit einem Aromatengehalt zwischen l6- und 33 % können verwendet werden.

Auch Fig. 6 zeigt den Aufbau eines verlustarmen selbstheilenden Kondensators, der zwei doppelseitig bedampfte Papierbänder 30 und mit Belegungen 32 und 33 bzw. 34 und 35 jeweils gleichen Potentials und ein Dielektrikum aus Polycarbonatbändem 36 und 37 enthält. Gemäß Fig. 7 schließlich sind auf je ein Papierband 40 und 4l Belegungen 42 und 43 aufgedampft. Die Papierbänder 40 und 4l sind ein Teil des Dielektrikums, dessen Rest ebenfalls aus je einem PoIycarbonatband 44 und 45 besteht.

Der Anteil der in den Kondensatoren nach Fig. 6 und 7 enthaltenen Polycarbonatb'inder an paraffiniach gebundenem Kohlenstoff beträgt ^CP(Kl ²^ ^<>J ~ °'^2ij' Erfindungsgemäß ist demnach ein Imprägnieröl mit einem Aromatengehalt C./„a von 0,5 bis 2 % zu verwenden, das z.B. aus einem hochausraffinierten Mineralöl mit einem Aromatengehalt von-^; 1 '/3 bestehen kann.

0098 13/0854

Claims

fl ?.o£.;ch GmbH R. 89^7 Ka/Ep

Ansprüche ,

1J Elektrischer Wechselspannungskondensator mit Kunststoffbänder enthaltendem Dielektrikum, der mit einem flüssigen Imprägniermittel getränkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Anteil an paraffinisch gebundenem Kohlenstoff Cp(K) im Kunststoff und dem Anteil an aromatisch gebundenem Kohlenstoff C./„λ im Tränkmittel die Beziehung C./„,> = K . Cp/^¹¹ besteht, wobei K- " . Werte von O,lG bis 0,55» vorzugsweise den Viert 0,2, und. n-Werte von 2,0 bis p,0, vorzugsweise den Wert 2,5 haben.

2. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff aus Polycarbonat und das Tränkmittel aus einem hochausraffinierten Mineralöl mit einem Anteil an aromatisch gebundenem Kohlenstoff von 0,5 bis 2 Jj, vorzugsweise ^r 1 ^c/o besteht* '

5. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff aus Polyäthylenglykolterephthalat und das Tränkmittel aus einem Mineralöl mit einem Anteil an aromatisch gebundenem Kohlenstoff von 1 - 5 #, vorzugsweise 2 % besteht.

4. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff aus Polypropylen und das Tränkmittel aus einer Isolierflüssigkeit mit einem Anteil an aromatisch gebundenem Kohlenstoff von Ib bis 55 ^cp besteht.

BA 0098Ί-3/08-5Α - 2 -

Robert Hosen GmbH \\. 6\y)'(

Stuttgart

5. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1 - Λ, dadurch gekennzeichnet, daß der gewünschte Anteil an aromatisch gebundenem Kohlenstoff des Tränkmittels durch Mischung einer Isolierflüssigkeit mit höherem Anteil und einer Isolierflüssigkeit mit niedrigerem Anteil an aromatisch gebundenem Kohlenstoff als der gewünschte Wert hergestellt ist.

6. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Belegungen aus Metallfolien bestehen.'

7. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1 - 5» dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Belegung aus einem doppelseitig bedampften Papier- oder Kunststoffband besteht.

8. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß je eine der selbstheilenden Belegungen auf ein Kunststoffband aufgebracht ist.

9. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß je eine der selbstheilenden Belegungen auf ein Papierband aufgebracht ist, das einen Teil des Dielektrikums bildet.

009813/085/.

ι M ·, Leerseite