DE1815478B2

DE1815478B2 - Regenerierfaehiger wickelkondensator

Info

Publication number: DE1815478B2
Application number: DE19681815478
Authority: DE
Priority date: 1968-12-18
Filing date: 1968-12-18
Publication date: 1976-01-22
Also published as: ES374613A2; NL6918525A; DE1815478A1; GB1242180A; BE743355A; BR6915266D0

Description

F/CFCF,o\ C₂F₅

i^CF3 1

20

oder einem Perfluoralkylpolyäther der Formel
F/CFCFjO CHFCF,

oder Dodecylbenzol besteht.

30

Die Erfindung betrifft einen regenerierfähigen Wikkelkondensator, dessen Dielektrikum aus einer Kunststoffolie und dessen Beläge aus beidseitig metallisierten, im feldfreien Raum liegenden Papierfolien bestehen, bei dem das Dielektrikum aus angequollenem Polypropylen besteht und durch das Imprägniermittel so weit angequollen ist, daß es die Luftspalte zwischen den Folien vollständig ausfüllt und keine Sprühentladungen im Bereich der Luftspalte zuläßt.

Ein derartiger Kondensator ist aus der FR-PS 15 41644 bekannt, als Imprägniermittel ist dort ein Isolieröl beschrieben, welches 15 bis 20% hauptsächlich Wasserstoff bindende aromatische Anteile, etwa 30% naphthenische Anteile und zwischen 50 und 60% paraffinische Anteile enthält.

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 Belägen, da diese Oberflächen nie völlig glatt sind. Außerdem befinden sich im Dielektrikum Poren — bei porösem Papier sehr viele, bei Kunststoffolien verhältnismäßig wenige —, die genau wie der Luftspalt zwischen Belag 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 Belag und Dielektrikumsfolie, Teildurchschläge statt Von der linprägniermasse (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 Dielektrikum wirkende Imprägniermasse is* also bezüglich der Durchschlagsfestigkeit die schwächste Stelle im KondensatordieleJctrikum.

Ia der FR-PS15 41 644 sind Maßnahmen beschrieben, welche den vom Imprägniermittel ausgefüllten Spalt möglichst weitgehend beseitigen. Dies wird dadurch erreicht, daß wenigstens ein Teil des Dielektrikums aus einem vom Imprägniermittel angequollenen 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.

Für jedes Sysxem von quellbarem Kunststoffdielektrikum und Imprägniermittel besteht eine bestimmte maximale Quellung. Diese Quellung solite 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. Es wird deshalb eine Mindestquellung jeder quellbaren Dielektrikumsfolie von 0,3 μ gefordert.

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 FHeßgeschwindigkeit des Imprägniermittels im Spalt langsam verlauf*. Zweitens kann man auf den Imprägniervorgang durch die Wickelhärte, also über die Luftspaltdicke, einen Einfluß ausüben.

Da die Quellgeschwindigkeit und FHeßgeschwindigkeit 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 Temperaturhöhe beeinflußt wird, sondern auch die Stärke der Quellung. Einige Werte sind für Polypropylenfolien folgender Tabelle zu entnehmen:

Temperatur
2O⁰C

4O⁰C 75⁰C

95° C

125° C

Dauer des Quellvorganges 150 min 70 min 70 min 70 min 70 min Relative Dickenzunahrne 3% 4% 7% ll^c/o 20%

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 verbraucht werden müssen. Auch im fertigen Kondensator, der unter öl steht, kann die endgültige Durchimprägnierung erfolgen. Um restliche ölspaJte 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 ist, verschwindet der ölspalt vollkommen. 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 genauso groß ist wie später die gequollene Kunststoffolie. Nimmt das Volumen der gequollenen Folie gegenüber 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.

Um nun einen imprägnierten Kondensator gemäß der eingangs beschriebenen Art zu erhalten bzw. um eines der soeben beschriebenen Quellverfahren durchführen zu können, benötigt man geeignete Imprägniermittel. Es sind Imprägnieröle bekannt, beispielsweise chlorierte Kohlenwasserstoffe, die zwar auf Kunststoffolien quellend einwirken, aber auf Grund ihres chemischen Aufbaues beim elektrischen Durchschlag im Kondensator zu leitenden Abfallprodukten an der Durchschlagsstelle führen. Andererseits gibt es Isolieröle, die zwar regenerieren, aber die Folie nicht anquellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, Imprägniermittel anzugeben, welche die vorstehend genannten günstigen Eigenschaften aufweisen, welche also bei niedrigen Temperaturen verarbeitet werden können, welche die Polypropylenfolie zum Aufquellen bringen und welche bei elektrischen Durchschlägen im Kondensator keine leitenden Abfallprodukte hervorbringen.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht beim eingangs beschriebenen Kondensator das Imprägniermittel aus ίο Trifluormethylperfluordecalin oder einem Perfluorallyläther der Formel

CFCF₁O

C₂F₅

oder einem Perfluoralkylpolyätherder Formel

CFCF,O\ CHFCF,
CF₁

oder Dodecylbenzol.

Fluorierte Kohlenwasserstoffe wie die obengenannten bilden bei Durchschlägen keine korodierend wirkenden Zerfallsprodukte und vermögen außerdem Kunststoffe anzuquellen. Derartige Imprägniermittel sind deshalb für regenerierende Kondensatoren vorteilhaft; Dodecylbenzol weist ebenfalls die gleichen vorteilhaften Eigenschaften auf.

An Hand der Figur soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. Zwischen den Oberflächen einer quellbaren Folie 1 und einer nicht quellbaren Folie 2, die die Belagfolie 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 flachgedrückt. Die Oberflächen der Folien schmiegen sich, wie es durch die strichlierten Linien schematisch dargestellt ist, aneinander. Winzige noch verbleibende Hohlräume sind mit Restisolieröl 5 ausgefüllt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Regenerierfähiger Wickelkondensator, dessen Dielektrikum aus einer Kunststoffolie und dessen Beläge aus beidseitig metallisierten, im feldfreien Raum liegenden rapierfolien bestehen, bei deir. das Dielektrikum aus angequollenem Polypropylen besteht und durch das Imprägniermittel so weit angequollen ist, daß es die Luftspalte zwischen den ι ο Folien vollständig ausfüllt und keine Sprühentladungen im Bereich der Luftspalte zuläßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägniermittel aus Trifluormethylperfluordecalin ode:· einem Perfluorallyläther der Formel