DE1589827B2 - Elektrischer kondensator - Google Patents

Description

a) der Kunstharzfilm aus Polypropylen besteht,

b) das feinteilige Aluminiumoxidmaterial in der gesamten Masse des Kunstharzfilms dispergiert ist und

c) das chlorierte Diphenyl aus Trichlordiphenyl besteht.

2. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das feinteilige Aluminiumoxid das Produkt aus spezifischem Widerstand und Dielektrizitätskonstante etwa so groß ist wie für das dielektrische Imprägniermittel.

3. Elektrischer Kondensator nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumoxid in einer Menge von 0,1%, bezogen auf das jo Gewicht des Polypropylens, enthalten ist.

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kondensator, der aus einem Paar Metallfolien der Beläge in Verbindung mit einem dielektrischen Zwischenmaterial besteht, welches mindestens eine Lage aus einem Kunstharzfilm zwischen diesen Metallfolien aufweist, wobei der Kondensator mit einem chlorierten Diphenyl imprägniert ist und der Kunstharzfilm mit feinteiligem dielektrischen Aluminiumoxidmaterial mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von weniger als 1,0 μητ) in Verbindung steht.

Bei elektrischen Kondensatoren ist man allgemein bestrebt, die Spannungsbelastbarkeit zu erhöhen und die Leistungscharakteristik zu verbessern. Während man bisher üblicherweise Kraftpapier oder andere Zellulosematerialien als dielektrische Zwischenlagen in Kondensatoren verwendet hat, ist man in jüngster Zeit mehr und mehr zum Gebrauch von Kunstharzfilmen entweder als solche oder in Verbindung mit Kraftpapierbogen als Kondensatorzwischenmaterial übergegangen. Dünne Kunstharzfilme haben indessen den Nachteil, daß sje zum Verkleben neigen und fest aneinander und an den Metallfolien der Beläge haften, mit denen sie bei der Herstellung von Kondensatoren zusammengewickelt werden. Diese, als »Blockieren« bezeichnete Erscheinung erschwert einmal die Herstellung der Kondensatoren und zum anderen erschwert sie die Imprägnierung mit flüssigen dielektrischen Imprägnierungsmitteln.

In der französischen Patentschrift Nr. 14 09 051 hat man bereits versucht, diesen Nachteil dadurch zu beheben, daß die als Dielektrikum verwendeten Kiinstharzfilmc mit feinem Aluminiumoxydpulver beschichtet werden, bevor sie zusammen mit den beiden Metallfolie!! zu dem Kondcnsatorwickel vereinigt werden.

Aus der US-Patentschrift 32 21 226 ist es weiterhin bekannt, bei Kondensatoren mit Dielektrika aus Polyestermaterialien die beim Wickelvorgang auftretenden Schwierigkeiten infolge Faltenbildung dadurch zu umgehen, das feinverteilte anorganische Pigmente dem hochpolymeren Kondensationsprodukt aus Polyestern einverleibt werden, bevor dasselbe zu dünnen Filmen ausgeformt wird. Als anorganische Pigmente können die verschiedenartigsten Stoffe wie Siliziumdioxyd, Titandioxyd, Zirkondioxyd, Bentonit, Aluminiumoxyd, Gips, Fluorid, Kaolin, Talk und Glimmer Verwendung finden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung die elektrischen Eigenschaften solcher Kondensatoren, die unter Verwendung von Kunstharzfilmen hergestellt sind, weiter zu verbessern.

Überraschenderweise wurde nämlich gefunden, daß der Verlustfaktor eines Kondensators der eingangs beschriebenen Art dadurch wesentlich verbessert werden kann, daß:

a) der Kunstharzfilm aus Polypropylen besieht,

b) das feinteilige Aluminiumoxydmaterial in der gesamten Masse des Kunstharzfilms dispergiert ist und

c) das chlorierte Diphenyl aus Trichlordiphenyl besteht.

Der überraschende Effekt der vorliegenden Erfindung liegt somit in der Kombination der vorstehenden drei Merkmale.

Als zusätzliche vorteilhafte Wirkung wird weiterhin erreicht, daß der Kunstharzfilm keine Neigung besitzt, beim Wickeln zu blockieren.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn für das feinteilige Aluminiumoxyd das Produkt aus spezifischem Widerstand und Dielektrizitätskonstante etwa so groß ist wie für das dielektrische Imprägniermittel.

Das Aluminiumoxyd ist zweckmäßig in einer Menge von 0,1%, bezogen auf das Gewicht des Polypropylens, darin enthalten und es weist weiterhin vorzugsweise einen Teilchendurchmesser von etwa 0,1— 0,3 μm auf.

Dieses Material kann in den Film nach dessen Herstellung oder aber in die Harzmasse vor der Filmbildung eingearbeitet werden.

Anhand der in der anliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines gewickelten Kondensators, der teilweise aufgewickelt ist und

F i g. 2 einen Aufriß des Kondensatorteils von F i g. 1, der in ein Gehäuse eingebaut ist, wobei einzelne Teile weggelassen sind.

Fig. 1 zeigt einen gewickelten Kondensatorteil 1, bestehend aus gewickelten, alternierenden Lagen aus Metallfolien 2,2' und dielektrischen Streifen 3, die aus dünnen Polypropylenfilmen bestehen.

Die Metallfolien 2,2' dienen als Kondensatorbeläge und können aus Aluminium, Kupfer, Tantal, Blei, Zinn oder irgend einem anderen bekannten und geeigneten Kondensatorbelagmaierial bestehen. Elektrischer Kontakt mit den Metalifolien 2,2' wird durch die Bügel 4, 5 aus elektrisch leitendem Material hergestellt, die an den

Metallfolien befestigt sind und aus der einen Seite des gewickelten Kondensatorteils herausragen. Obwohl nicht besonders gezeigt, kann ein poröses Zwischenmaterial, wie z. B. ein Streifen aus Kraftpapier, außer den Polypropylenfilmen 3 zwischen die Metallfolien 2,2' gelegt sein. Diese Bauart ist häufig wünschenswert und im Falle von festgewickelten Hochspannungs-Wechselstromkondensatoren manchmal erforderlich.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Polypropylenfilme 3 in Fig. 1 mit feinteiligem Aluminiumoxid 13 modifiziert, welches in der gesamten Masse des Polypropylenfilms homogen dispergiert ist.

Allgemein ist die Verwendung von Polypropylen in Kondensatoren dieses Typs bereits beschrieben worden.

F i g. 2 zeigt den gewickelten Kondensatorteil von F i g. 1 in einen Behälter 6 eingeschlossen, der mit einem Deckel 7 versehen ist und eine dielektrische Flüssigkeit 10 enthält, welche den Behälter 6 weitgehend ausfüllt und den Kondensatorwickel imprägniert. Auf dem Deckel 7, der das Innere des Behälters 6 abschließt, sind Durchführungsisolatoren 11 und 12 angeordnet, auf denen die mit den Bügeln 4 und 5 verbundenen Klemmen 8 bzw. 9 montiert sind. Die Dielektrische Flüssigkeit besteht aus Trichlordiphenyl.

Es können auch andere Kondensatoren bekannter Bauart als die bisher diskutierten verwendet werden, z. B. solche mit herausstehenden Metallfolien, bei denen Anzapfbügel entbehrlich sind. Die Erfindung kann auch auf Stapel- und andere Kondensatoren anstatt der hier gezeigten Wickelkondensatoren angewendet werden.

Das feinteilige anorganische Material kann mit dem Polypropylenmaterial kombiniert werden, bevor der Film gebildet wird. Das derart modifizierte Polypropylenmaterial kann dann extrudiert oder auf andere Weise nach herkömmlichen Methoden zu einem Film verformt werden. Es kann dann, allein oder in Verbindung mit anderen Kunstharzfilmen oder Streifen oder porösem Material zwischen Metallfolien gewickelt werden. Der gewickelte Kondensatorblock kann dann in ein Gehäuse eingeführt werden, das ein Loch zum Einfüllen einer Imprägnierungsflüssigkeit hat und kann nach bekannten Methoden mit dem Trichlordiphenyl imprägniert werden.

Die feinverteilten Partikelchen sollten so ausgewählt werden, daß sie mit dem betreffenden Polypropylenfilm und dem verwendeten Trichlordiphenyl verträglich sind, und damit die Kraftfeldverstärkung um die Partikeln verringert wird, sollte das Produkt aus Dielektrizitätskonstante und spezifischem Widerstand für das gepulverte Aluminiumoxyd möglichst genau so groß sein wie für die Imprägnierungsflüssigkeit. Die Größe der Partikeln sollte gering sein, verglichen mit der Dicke des Dielektrikumfilms, und die Partikeln sollten relativ frei von scharfen Kanten sein, um eine physikalische Beschädigung des Films zu vermeiden. Aus praktischen Erwägungen ist der maximale Teilchendurchmesser etwa 1,0 μΐη.

Bei Versuchen, die mit feinteiligem Aluminiumoxid angestellt wurden, das mit dem Polypropylenfilm kombiniert worden war, wurde gefunden, daß die durchschnittliche Korona-Auslösungsspannung erhöht wurde, woraus ersichtlich ist, daß der Einschluß des feinteiligen anorganischen Materials die Imprägnierbarkeit des Harzfilms verbesserte. Desgleichen wurde beobachtet, daß die Lebensdauer von Kondensatoren, die einen Kunstharzfilm gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden, beträchtlich größer ist als die von entsprechenden Kondensatoren, die nicht das feinteilige anorganische Material enthalten.

Die Verbesserungen hinsichtlich der Korona-Auslösungsspannung und der Lebensdauer, die bei Kondensatoren beobachtet wurden, welche ein mit dem dielektrischen Kunstharzfilm-Zwischenmaterial kombiniertes feinteiliges Aluminiumoxydmaterial enthalten, demonstrieren die überraschenden und vorteilhaften Ergebnisse, welche bei Verwendung des feinteiligen

ίο Aluminiumoxidmaterials erzielt werden. Neben diesen vorteilhaften Ergebnissen werden als zusätzlicher Effekt die verbesserten »Blockierungs«-Eigenschaften solcher Filme erhalten, die, wie bereits ausgeführt wurde, den Zusammenbau von Wickelkondensatoren bei einem Minimum an Luftlöchern, Poren und anderen Zwischenräumen erleichtern, weiche sonst durch das Kleben oder »Blockieren« der Kunstharzfilme an benachbarten Oberflächen beim Wickelprozeß hervorgerufen werden.

Die verlängerte Kondensator-Lebensdauer, die bei den das feinteilige anorganische Material enthaltenden elektrischen Kondensatoren beobachtet wurde, kann auf eine Tilgungs- oder Absorbierungswirkung zurückgeführt werden, welche diese anorganischen, dielektrisehen Partikeln gegenüber Verunreinigungen oder herumirrenden polaren Verbindungen ausüben, wie sie durch den spannungsinduzierten Abbau von Dielektrikummaterial erzeugt werden. Die wirksame Entfernung solcher Verunreinigungen verringert Energieverluste in dem System und kann sich z. B. in einer Verminderung des Verlustfaktors äußern. Die geringeren Energieverluste in dem System führen zu einer Verminderung der Menge an innerer Wärme, die während des Betriebs erzeugt wird, wodurch wiederum die Lebensdauer des Kondensators verlängert wird. Normalerweise hat die in dem System erzeugte innere Wärme einen nachteiligen Einfluß auf die Kondensatormaterialien und insbesondere auf Kunstharzfilme, die unter der Einwirkung von Hitze zersetzt werden können.

Der Einfluß von Aluminiumoxidpartikeln auf die Verminderung des Verlustfaktors von Kunstharzfilmen, offenbar infolge einer Reaktion mit Verunreinigungen im Film, ist auffallend in imprägnierten Polypropylen-Kondensatoren.

Um die Verbesserung des Verlustfaktors durch feinteiliges anorganisches Material in der als dielektrisches Zwischenmaterial verwendeten Kunstharzfilmmasse zu demonstrieren, wurden Filme hergestellt, indem 1 g gepulvertes Polypropylen zwischen 0,09 mm dicke, angeflammte Aluminiumfolien gelegt wurde. Zwei 0,09 mm dicke Aluminiumstreifen wurden auch zwischen die Folien gelegt, und zwar an den Kanten, um als Zwischematerial beim Preßverfahren zu wirken. Das Ganze wurde in eine hydraulische Carver-Presse gegeben, welche geheizte Walzen hatte, und eine Minute auf 2000°C vorerwärmt, bevor ein Druck von 1400 kg für die Dauer einer Minute angewendet wurde. Die Folien und die Probe wurden entnommen und in einem großen Volumen entsalztem Wasser rasch abgeschreckt. Der erhaltene Film war 0,09 bis 0,106 mm dick und hatte eine Fläche von etwa 103 cm².

Nach einem ähnlichen Verfahren wurden Testproben hergestellt, bei denen 0,1 μίτι starkes Aluminiumoxid dem Harz zugesetzt wurde, und zwar in einer Menge von 1 %, bevor das Harz zu einem Film verpreßt wurde. Eine Anzahl Proben dieser Filme von 7,5 cm Durchmesser wurde zwischen Paare von Aluminium-Folien gelegt, bei 85°C und 100 Mikron Druck eine

Stunde vakuumgetrocknet und mit Pyranol 1499, einer handelsüblichen dielektrischen Flüssigkeil, die hauptsächlich aus Trichlordiphenyl besteht, imprägniert. Die Proben wurden dann bei drei Spannungen und bei 85

Tabelle

% Verlustfaktor/Spannung/Temperatur

und 100"C auf Kapazität und Verlustfaktor untersucht. Die registrierten Ergebnisse der Verlustfaktoren bei 60 Hertz sind nachstehend wiedergegeben:

Temperatur	Probe A	Probe B	Probe C	Probe D
Spannungsmessung	Reines PP	Reines PP	PP/1% Al2O3	PP/1% Al2O3
85°C 100	2,991	1,473	0,546	0,344
300	2,784	1,300	0,417	0,299
500	2,316	1,034	0,330	0,269
1000C 100	3,526	2,322	0,897	0,596
300	3,320	2,149	0,635	0,518
500	2,838	1,748	0,490	0,458

Diese Ergebnisse zeigen deutlich, wie wertvoll Aluminiumoxid bei der Verminderung des Verlustfaktors von Kondensatoren mit hauptschächlich durch Trichlordiphenyl imprägnierten Polypropylenfilmen ist.

In dem bei den vorstehenden Versuchen verwendeten System spielt das flüssige Imprägnierungsmittel wahrscheinlich eine gewisse Rolle bei der Verminderung des Verlustfaktors, indem es als Diffusionsmittel wirkt, welches die Verunreinigungen und die anorganischen Partikeln miteinander in Berührung bringt. Bei Abwesenheit eines Imprägnierungsmittels ist eine Diffusion entweder des anorganischen Materials oder der Verunreinigungen, so daß sie miteinander in Berührung kommen würden, unwahrscheinlich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Kondensator, der aus einem Paar Metallfolien der Beläge in Verbindung mit einem ■-, dielektrischen Zwischenmaterial besteht, welches mindestens eine Lage aus einem Kunstharzfilm zwischen diesen Metallfolien aufweist, wobei der Kondensator mit einem chlorierten Diphenyl imprägniert ist und der Kunstharzfilm mit feinteiligem dielektrischen Aluminiumoxidmaterial mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von weniger als 1,0 μπι in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß