DE1614729A1 - Elektrischer Kondensator - Google Patents

Description

STANDARDELEKTRIKLORENZ 1R1A79Q

AKTIENGESELLSCHAFT \ Ό IH f CO

Stuttgart-Zuffenhausen
Hellmuth-Hirth-Straße 42

SEL/Reg. 11 439

Case: H.K.J.Strosche - P.L.Schott 24-2

Elektrischer Kondensator

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kondensator, insbesondere selbstausheilenden Kondensator mit auf Papier aufgedampften Elektroden, der mit einem Imprägniermittel getränkt ist. Derartige selbstausheilende Kondensatoren werden bekanntlich als Metallpapier(MP-)-Kondensatoren bezeichnet.

Kondensatoren mit einem Dielektrikum aus Zellulose-Papier werden bekanntlich zur Ausfüllung von Hohlräumen zwischen den Papierlagen zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit des Gesamt-Dielektrikums und zum Schütze gegen Feuchtigkeit mit Imprägniermitteln getränkt, an deren elektrische Werte der Anwendung entsprechende hohe Anforderungen gestellt werden. Die Imprägniermittel können bei der maximal zulässigen Betriebstemperatur flüssig oder fest sein.

Von den zahlreichen, für diesen Zweck vorgeschlagenen oder verwendeten Stoffen hat Polyisobutylen, als bei Betriebstemperatur flüssiges Imprägniermittel, besonders gute elektrische Eigenschaften, insbesondere einen.sehr hohen elektrischen Widerstand, einen sehr geringen Verlustfaktor und ausgezeichnete Alterungsbeständigkeit.

Dieses Tränkmittel ist reiner Kohlenwasserstoff und hat,

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wie jedes solche Imprägniermittel den Nachteil, daß es bei elektrischen Durchschlägen, wie sie in selbstausheilenden Kondensatoren auftreten dürfen, Gase abspaltet, die zu einer Verschlechterung der Kondensatoreigenschaften und u.U. zu einer Explosion des Kondensatorgehäuses führen können.

Diese Schwierigkeiten lassen sich beheben durch einen Zusatzstoff aus dem Bereich der aromatischen Kohlenwasserstoffe j wie z.B. Naphthalin und/oder dessen Abkömmlingen

) (deutsche Patentschrift 1 lkS 823). Besonders eignet sich

hierfür of-Methylnaphthalin, das in einer Menge bis zu " 5 Gewichts-SS zum Imprägniermittel zugesetzt werden kann.

Auf diese Weise können gute elektrische Neuwerte auch während langem Dauerbetrieb und höheren Betriebstemperaturen aufrecht erhalten werden.

Um einen möglichst hohen Volumenfaktor (Kapazität pro Volumen) zu erzielen, wird an das Imprägniermittel auch die Forderung nach einer möglichst hohen Dielektrizitätskonstante gestellt. So sind auch flüssige synthetische Tränkmittel bekannt, die eine höhere DK haben als Polyisobutylen, wie beispielsweise die Ester der Sebacinsäure oder Phthalsäure, deren alkoholischer Bestandteil aus der Gruppe der aliphatischen Alkohole mit etwa 10 bis 14 Kohlenstoffatomen stammt (deutsche Patentschrift 1 191 911). Diese Imprägniermittel sind jedoch für selbstausheilende Kondensatoren in vielen Fällen nicht geeignet, da ihre sonstigen Eigenschaften, wie z.B. Isolationswiderstand und Verlustfaktor, den gestellten Anforderungen nicht genügen.

Auf der Suche nach einem geeigneten Imprägniermittel, bei dessen Bewertung die Dielektrizitätskonstante, die Durchschlagsfestigkeit, der Isolationswiderstand und der Verlustfaktor in gleLohtMii Maße betrachtet werden milt;mm, wurde

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festgestellt, daß stets wenigstens eine Eigenschaft nicht den gestellten hohen Anforderungen genügt. Aus diesem Grunde wurde ein grundsätzlich anderer Weg eingeschlagen, bei dem voTi einer an anderer Stelle besprochenen prinzipiellen Lehre Gebrauch gemacht wird, daß sich durch Mischen von Isolierflüssigkeiten gewünschte Werte der DK einstellen lassen. (O.Zinke; "Widerstände, Kondensatoren, Spulen und ihre Werkstoffe", Berlin 1965, S.124). Hierfür gilt das logarithmische Mischungsgesetz, das z.B. für zwei Komponenten mit den Dielektrizitätskonstanten e^ und e₂ und den Volumenanteilen a., und a~ bestimmt ist durch l6^e _m ^=a-]lS^ei ⁺ a_olge_o Hierdurch ist es möglich, durch Mischen eines Tränkmittels verhältnismäßig niedriger DK mit einem Tränkmittel höherer DK ein Mischdielektrikum herzustellen, das nunmehr eine höhere DK als die niedrigere der beiden DK hat.

Während es sich bei der DK um eine definierte Stoffeigenschaft handelt, hängen die dielektrischen Verluste, Leitfähigkeit und Durchschlagsfestigkeit eines Mischdielektrikums von nicht ohne weiteres übersehbaren Paktoren so stark ab, daß die Grundeigenschaften des einen oder des anderen Stoffes in einer Mischung grundsätzlich stark veränder werden können. Die Aufklärung der komplizierten Verhältnisse im Hinblick auf diese Eigenschaften erfordert deshalb eine enge Zusammenarbeit der verschiedensten Fachleute.

Durch zahlreiche Untersuchungen konnte nun gefunden werden, daß bei einem selbstausheilenden elektrischen Kondensator, ,der mit einem Imprägniermittel getränkt ist, die elektrischen Eigenschaften, insbesondere der Isolationswiderstand, die Durchschlagsfestigkeit und die Dielektrizitätskonstante wesentlich verbessert werden können, wenn gemäß der Erfindung das Tränkmittel im wesentlichen aus einem Gemisch von Polyisobutylen und Estern aus aliphatischen/mit etwa 10 bis lH

Alkoholen

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Kohlenstoffatomen und der Sebacinsäure und/oder Phthalsäure besteht.

Bei der Wahl des Imprägniermittels kommt es Jedoch nicht allein auf die elektrischen Eigenschaften an, sondern es müssen die Komponenten in dem infrage kommenden Temperaturbereich von etwa -25 bis + 120⁰C vollständig miteinander mischbar sein. So sind viele Substanzen, insbesondere bei höherer Temperatur, als Bestandteile des Tränkmittels nicht geeignet, da sie sich wieder entmischen und Emulsionen oder vaselinartige Substanzen bilden. Als auch in diesem Sinne geeignetes Tränkmittel hat sich ein Gemisch bewährt, das im wesentlichen aus Polyisobutylen und Diisooctylphthalat besteht. Diese beiden Stoffe sind bei den praktisch vorkommenden Betriebstemperaturen, insbesondere in dem oben angegebenen Temperaturbereich, in Jedem Verhältnis miteinander mischbar. Von den zahlreichen, als geeignet befundenen Mischungsverhältnissen ist das Gewichtsverhältnis 3 : 7 (Diisooctylphthalat : Polyisobutylen) als besonders vorteilhaft ermittelt worden, wie die hierfür erhaltenen elektrischen Werte zeigen.

Eine weitere Verbesserung wird erzielt, wenn der Tränkmittelmischung noch eine bestimmte Menge eines aromatischen Kohlenwasserstoffes zugesetzt wird. Durch die Anwesenheit dieses Stoffes werden, wie es an sich bekannt ist, Gase, insbesondere Wasserstoff, absorbiert. Es liegt auf der Hand, daß solche Zusatzstoffe bei einem Durchschlag auch keine Zersetzungsprodukte bilden dürfen. Im allgemeinen genügen schon Bruchteile von Prozenten, um ein gutes Ergebnis zu erzielen. Die Menge des aromatischen Kohlenwasserstoffes kann Jedoch bis zu 5 Gewichts-^ betragen. Als Zu satz hat sich insbesondere ä. - Methylnaphthalin bewährt.

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Eine besonders· geeignete Mischung zum Tränken von MP-Kondensatoren besteht aus Polyisobutylen und Diisooctylphthalat im Gewichtsverhältnis 7:3 und 2,5 Gewichts-jS« -Methylnaphthalin als Zusatzstoff. Mit einer solchen Mischung getränkte MP-Kondensatoren wurden einer Reihe von Messungen und Prüfungen unterzogen und mit entsprechenden Ölgetränkten MP-Kondensatoren vergleichend bewertet. Es ergab sich diesen gegenüber eine Kapazitätserhöhung von ca.k%, während die Isolationsgüte, praktisch nicht geändert wurde. Gegenüber einer Imprägnierung mit einem nur aus Diisooctylphthalat bestehenden Dielektrikum wurde eine wesentliche Herabsetzung des Verlustfaktors festgestellt. i

Das Imprägniermittel wird in flüssigem Zustand, vorzugsweise im Vakuum,in die Hohlräume eingebracht, Geeignete Tränkverfahren sind seit langem bekannt und sollen deshalb nicht näher beschrieben werden.

Vor der Verwendung als Tränkmittel wird das Gemisch oder dessen Bestandteile, wie es an sich bekannt ist, zur Verbesserung ihrer elektrischen Eigenschaften durch ein ein- oder mehrstufiges Reinigungsverfahren von schädlichen Nebenbestandteilen, z.B. dissoziierbaren Bestandteilen, befreit. Zu diesem Zweck kann das Tränkmittel durch neutrales, hoch aktives Calciumoxyd durchgeleitet werden. Durch Verwendung mehrerer Reinigungssäulen ist ein kontinuierlicher Ablauf des Verfahrens zu erzielen»

Anlage;

7 Patentansprüche

SS5Q/Q7Ö2

Claims (7)

SEL/Reg. 11 439 'S- 16H729 Patentansprüche

1.) Elektrischer Kondensator, insbesondere selbstausheilender elektrischer Kondensator mit auf Papier aufgedampften Elektroden, der mit einem Imprägniermittel getränkt ist., dadurch gekennzeichnet, daß das Tränkmittel im wesentlichen aus einem Gemisch von Polyisobutylen und Estern aus aliphatischen Alkoholen mit etwa Io bis 14 Kohlenstoffatomen und der Sebacinsäure und/oder Phthalsäure besteht.

2.) Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile des Tränkmittels bei den vorkommenden Betriebstemperaturen, insbesondere im Temperaturbereich von . -25 bis + 120⁰C, vollständig miteinander mischbar sind.

3.) Kondensator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tränkmittel im wesentlichen aus einem Gemisch von Polyisobutylen und Diisooctyphthalat besteht.

4.) Kondensator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch-gekennzeichnet, daß das Tränkmittel zusätzlich bis zu 5 % aromatische Kohlenwasserstoffe enthält.

5.) Kondensator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Tränkmittel Polyisobutylen und Diisooctyl-. p'hthalat im Gewichtsverhältnis 7:3 enthält und der Gesamtmenge 2,5 Gewichts-^ <X- Methylnaphthalin zugesetzt sind.

6.) Kondensator nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Tränkmittel durcn/ein- oder mehrstufiges Reinigungsverfahren von schädlichen Nebenbesbandteilen befreit ist.

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7.) Kondensator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tränkmittel vor seiner Verwendung einer Reinigung mit Calciumoxyd unterzogen ist.

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