DE1935788A1

DE1935788A1 - Kondensator mit einem Impraegnierungsmittel aus Methyl-Phenyl-Siliconoel

Info

Publication number: DE1935788A1
Application number: DE19691935788
Authority: DE
Inventors: Cox Eugene Barkclay
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-07-17
Filing date: 1969-07-15
Publication date: 1970-01-22
Also published as: CH504768A; JPS4825154B1; FR2013152A1

Description

Dr. rer. nat. Horst Schüler PATENTANWALT

6 Frankfurt/Main 1, den 10. Juli 1969

Niddastraße 52 /Telefon (0611)237220 Postscheck-Konto: 282420 Frankfurt/M.

Bank-Konto: 523/3168 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.

II8I-36-CA-2772

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 Hiver Road
Schenectady₃ N.Y, / USA

Kondensator mit einem Imprägnierungsmittel aus Methyl-Phenyl-Siliconöl-

Die Erfindung bezieht, sich auf einen,Kondensator mit einem flüssigen dielektrischen Imprägnierungsmittel, das verbesserte dielektrische Aushellungs- und thermisch stabile Eigenschaften besitzt"und. insbesondere auf elektrische Kondensatoren, die ein Methyl-Phenyl-Siliconöl als dielektrisches Imprägnierungsmittel für das Polyolefinschichtdielektrikum verwenden.

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Wegen der zunehmenden Entwicklung elektrischer Systeme und die mit diesen Systemen gemachten Erfahrungen besteht das Bedürfnis, solche Systeme über einen größeren Betriebsbereich besser ausnutzen zu können. Hierdurch ergeben sich strengere Anforderungen für die dielektrischen Anordnungen, insbesondere für Leistungskondensatoren, die in solchen Systemen Verwendung·, finden. Solche Faktoren, wie große Leistung, großer Wirkungsgrad, geringe Größe, niedrige Kosten und eine Temperaturstabl.lität über einen großen Temperaturbereich sind von größter Wichtigkeit. Insbesondere In Bezug auf Kondensatoren sind die hohe Koronazündspannung, die Koronalöschspannung und die Koronafolgezündspannung außerordentlich wichtig, um wesentliche Probleme beim Entwurf elektrischer Geräte und im Betrieb zu erleichtern und um den Betrieb vorhandener Geräte zu verbessern. ■

Demzufolge wird mit der vorliegender. Erfindung ein Methyl-Phenyl-Sllieonölimprägnierunprsmittel gerimrer Dichte zur Verwendung in einem Kondensator mit einem Dielektrikum aus einem synthetischen Harz vorgeschlagen. Es wurde festgestellt',- daß einige Siliconöle im allgemeinen- eine gute thermische Stabilität in Bezug auf die elektrischen Eigenschaften besitzen,, während sie dagegen für viele Verwendungszwecke In-,"Kondensatoren- ■■■ nicht geeignet sind, da ihre Koronalöschspannunpc viel niedriger ist als die Koronazündspannung. Zusätzlich können durch die Imprägnierung und die Probleme hinsichtlich der Verträglichkeit weitere unerwünschte Eigenschaften bei Leistungskondensatoren auftreten. Die Verwendung eines Methyl-Phenyl-Siliconöls geringer Dichte als dielektrisches Imprägnierungsmittel In PoIyolefInwickelkondensatoren, insbesondere Polypropylenwickelkondensatoren, hat unerwartet günstige elektrische Eigenschaften ergeben. Zusätzlich zur thermischen Stabilität über einen großen Temperaturbereich, die normalerweise die Siliconöle besitzen, zeigt ein Metnyl-Phenyl-Slliconöl geringer Dichte, das als dielektrisches Imprägnierungsmittel· verwendet wird, auch eine hohe KorpnazündspanBUßg^-y-löschspannuTig und -folgezündspannung mit einem Verhältnis der Koronalöschspannung zur Koronazündspannung,

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das erheblich größer ist als dasjenige, das normalerweise bei Sillcon.ölen auftritt. Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines teilweise abgewickelten Wickelkondensators;

Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines teilweise abgewickelten Wickelkondensators mit metallisierten Elektroden;

Figur 3 einen vollständig zusammengebauten Kondensator, der Kondensatorwickel gemäß F-ifrur 1 und einen Behälter dafür besitzt,
und

Figur 4 einen elektrischen Leistunpskondensator nach der vorliegenden Erfindung.

In Figur 1 ist der Teil eines Wickelkondensators gezeigt, der ein Paar zusammengerollter Elektrodenfolienstreifen 1 und 2 besitzt, die aus einem geeigneten Metall, wie z.B. Aluminium, bestehen, wobei die Streifen durch getrennte Streifen 3 und ^ aus geeignetem dielektrischen Material* isoliert sind, das beispielsweise aus Kraft-Papier, aus Kunststoffschichten oder an-' deren porösen oder nicht-porösen imprägnierbarem dielektrischen Abstandmaterial bestehen kann. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die dielektrischen Streifen 3 und

4 aus Polyolefinharz, insbesondere Polypropylen. Zu den Elektrodenfolienstreifen 1 und 2 wird durch elektrische Anschlüsse

5 und 6 ein elektrischer Kontakt hergestellt, die mit den entsprechenden Fol'ienelektroden geeignet verbunden sind und die aus dem Wickelkondensatorteil in verschiedenen -Richtungen herausführen. "

In einer abgewandelten Form, die in Figur 2 dargestellt ist> enthält der Wickelkondensator ein Paar zusammengerollter dielektrischer Streifen 7 und 8, die aus einem geeigneten Isolier-

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material, wie beispielsweise Polyolefinharz und insbesondere . Polypropylen,bestehen. Die Streifen 7 und 8 besitzen einen metallisierten überzug 9 und 10, der jeweils als Kondensatorelektrode dient. Der metallisierte Elektrodenüberzug kann aus Aluminium oder aus irgendeinem anderen geeigneten leitenden Material, wie beispielsweise Zinn, Silber, Blei, Zink oder einem nicht-metallischen festen leitenden Material, wie beispielsweise Kohlenstoff, bestehen und kann durch irgendeine Matallisierungs- oder einer anderen geeigneten Auftragungstechnik aufgetragen werden. Ein vorteilhafter Metallüberzug kann z.B. hergestellt werden, Indern das gewünschte Material im "Vakuum verdampft wird , oder indem es aufgespritzt, durch Tauchen aufgetragen, aufgestrichen, chemisch abgelagert oder, durch ähnliche Verfahren aufgebracht wird. Wie dargestellt 1st, sind die Ränder der gegenüberliegenden Kanten und die Enden der dielektrischen Streifen 7 und 8 von dem Metallüberzug freigelassen, um einen Kurzschluß zwischen den Elektroden entgegengesetzter Polarität zu vermeiden. Die Anschlüsse 11 und 12 sind mit den metallisierten Kanten des Überzugs, die an entgegengesetzten Enden des Wickels angeordnet sind, durch eine Metallverbindung 13 verbunden, was z.B. mit Hilfe des Schoopverfahrens, durch Auflöten oder durch andere geeignete in dieser Technik bekannten VerbIndungsverfahren erfolgen kann. :

Aus Figur 3 ist eine Kondensatoranordnung zu entnehmen, in der ein Kondensatorwickel I¹I, wie aus den Figuren 1 und 2 gezeigt, in einer Hülse oder in einem Gefäß 15 eingeschlossen und mit einer dielektrischen Flüssigkeit 16 imprägniert ist. Gemäß vorliegender Erfindung besteht die dielektrische Flüssigkeit 16 aus einem Methyl-Phenyl-Slliconöl geringer Dichte. Die Abnehmerstrelfen 17 und .18, die innerhalb des Kondensators mit den Elektroden verschiedener Polarität verbunden sind, sind an die entsprechenden äußeren Anschlüsse 19 und 20 auf dem Deckel des Gehäuses geeignet befestigt.

In Figur 4 ist ein Leistungskondensator 31 dargestellt, der ein rechteckiges metallisches Gehäuse oder-einen Behälter 22 aufweist, der Kondensatorpakete 23 enthält, die aus mehreren flachen Wickelteilen 24 bestehen, die bereits in den Figuren 1 und 2 gezeigt wurden. Jedes Wickelteil 24 besitzt Elektrodenanschlüsse 25 und26, die mit den entsprechenden Elektrodenfolien verbunden sind, welche aus den oberen Enden der Kondensatorwickelteile herausragen. Die Anschlüsse sind in geeigneter Weise mit den nicht näher dargestellten Zuleitungen elektrisch verbunden, welche durch die Isolierzuführungen 27 und 28 relchen, die auf der Abdeckung 29 befestigt sind. Anstelle der beschriebenen Anschlußverbindungen können die Kondensatorwickel auch aus einer an sich bekannten Folienanordnung bestehen, bei denen die Folienmetallbeschläge aus den entgegengesetzten Enden des Wickels herausragen und wobei die Kondensatdranschlüsse mit" den außen liegenden Folien geeignet verbunden sind. Das Kondensatorpaket 23 ist in einem Isoliermaterial 30 eingewickelt, das aus einer oder aus mehreren Schichten Kraft-Papier besteht,das das Paket 23 von dem Metallgehäuse 22 trennt. Das Gehäuse 22 wird durch die Abdeckung 29 hermetisch abgeschlossen und enthält z.B. das Siliconölimprägnierungsmlttel gemäß der Erfindung, in das die Kondensatorwickel 23 eingetaucht und damit imprägniert sind.

Eine hohe Koronalöschspannung und eine hohe KoronafolgezÜndspannung sind für viele Kondensatoren wünschenswert, die Spannungsstöße aufweisen können, deren Größe oberhalb der Köronazündspannung liegt, deren Betrag Jedoch bei einer normalen Spannung"niedriger ist als die Koronazündspannung. Wenn der Kondensator sich von der Koronaentladung erholt, die sich von diesen Spannungsstößen ergeben, muß die Koronalöschspannung oberhalb des normalen Spannungsbeträges liegen. Eine große Kordnafolgezündspannung ist wünschenswert, da sie die Geschwindigkeit oder die Frequenz anzeigt, mit der ein Kondensator Stoßspannungen aufnehmen kann, ohne daß die Koronazündspannung heruntergeht. Ebenso wie die elektrischen Eigenschaften ist

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auch ein hohes Maß an TemperaturStabilität für viele Anwendungszwecke vorteilhaft, eine Eigenschaft, die den meisten elektrischen Klassen dej? Siliconöle innewohnen, d.h. bei jenen Siliconölen, die für die Anwendung bei elektrischen Geräten em-, pfohlen werden, wie beispielsweise bei Transformatoren und bei imprägnierten elektrischen Anordnungen.

Es wurde festgestellt, daß die elektrischen Klassen der Siliconöle eine relativ niedrige Koronazündspannung zeigen.und wie die meisten isolierenden Flüssigkeiten besitzen diese ein Verhältnis der Koronalöschspannung zur Koronazündspannung von weniger als 0,3. Nur wenige dielektrische Flüssigkeiten, wie chloriertes Biphenyl (Pyronal) und Baumwollsamenöl besitzen ein Verhältnis der Koronalöschspannung zur Koronazündspannung, das "angenähert gleich 0,8 beträgt. In Übereinstimmung damit Jedoch wurde festgestellt, daß Methyl-Phenyl-Siliconöle ein Verhält- . nis der KoronalöschspannunFC zur Koronazündspannung von angenähert 0,6 bis 0,7 aufweisen, während sie bei hohen Temperaturen^ isolierende öleigensehaffcen aufweisen. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß Methyl-Phenyl-Slliconöle nahezu vollständig Polyoleflnharze imprägnieren^ wie beispielsweise Polypropylen, und daß sie mit diesen verträglich sind, Methyl-Phenyl-Siliconöle sind im Handel erhältlich, beispielsweise von der General Electric unter der Bezeichnung Siliconöl XF 1050. Dieses SiliconÖl besitzt eine vorteilhaft geringe Viskosität, die etwa bei Ά Zenblstoke bei 38° C (100° F) liegt, was für die ,. imprägnierung von Polyolefin besonders dienlich ist. . \_Λ .-■_. r

In den; unten aufgeführten Tabellen I, II und III sind die .. Ergebnisse einer Reihe von Versuchen mit verschiedenen Imprägnierungsmlfctein aufgeführt, die bei einem Kondensator durchgefüihrt wurden, der in Sandwich-Bauweise vorlag* Es wurden/drei verschiedene dielektrische Polypropylenschichten, nämlich Schicht I, Schicht II und Schiöht III entsprechend den. in den Tabellen 1, II und II aufgeführten ßaten, verwendet, Jeder Versuch wurde mit einem aufgerollten Wickelkondensator, wie aus Figuren 1 und 3 zu entnehmen ist, durchgeführt. Die Wickel

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enthielten einen Streifen aus Polypropylen mit einer Dicke von 1,27 cm (0,5 inch) der zwischen Kraft-Papierstreifen mit einer Dicke von 1,68 cm (0,66 inch) und einer Di φ te von 0,75 geschichtet wurde. Diese 'Anordnung wurde zwischen Aluminiumfolienstreifen mit einer Weite von 7,9^ cm (3,12 inch) konzentrisch gelagert. Diese Einheiten wurden bei 125° C 72 Stunden lang vakuumgetrocknet, dem sich eine Vakuumimprägnierung mit einem Imprägnierungsmittel bei 85° C anschloß. Die Versuch^-seinheit hatte eine Kapazität von etwa 0,8 Mikrofarad und befand sich in einem ovalen Stahleehäuse von 3,17 cm. Alle Koronamessungen der Einheiten wurden bei 27° C durchgeführt.

Das in den Tabellen aufgeführte Pyranol I besteht aus Trichlorodiphenyl, das auch als Pyranol oder Arochlorlmprägnierungsmittel bekannt ist. Pyranol II besteht aus Trichlordlphenyl, dem ein Epoxylstabilislerer hinzugegeben wurde, der in der US Patentschrift 3.2^2,1O2 beschrieben ist. Weitere Einzelheiten über die Kondensatorkonstruktion und auch den ImpräKnierungsprozeß sind in der US Patentschrift 3_S363,156 angegeben.

TABELLE I

Verwendung- einer	Polypropylenschicht	KLS	KFZS	I	KLS/KZS
Imprägnierungsmittel	KZS	2200	2650	0,83
Pyranol I -	2650	2300	2650	0,87
Pyranol I	2650	1700	2500	0,65
Pyranol. II	2600	2100	2700	0,78
Pyranol II	27ΟΌ	500	1400	0,25
ElektroQualitätssiliconöl	2000	1*» 50	2800	0,52
Methyl-Phenyl-Siliconol	2800

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TABELLE II	Polypropylenschicht	KLS	KPZS	II	KLS/KZS
Verwendung elfter	KZS	2100 1900 300 1350 2000	2650 1900 800 2900 28OQ	0,81 0,72 0,3 0,5 0,76
Imprägnierungsmittel	2600 2650 1000 2700 2650
Pyranol II Pyranol II Elektr.Qualitätssiliconöl Methyl-Phenyl-Silicoriöl Methyl-Phenyl-Siliconöl

TABELLE III

Verwendung einer Poylpropylenschlcht III

Imp r ä gni e ru-n g s mitte1

KZS	KLS	KFZS	KLS/KZS
2050	1400	2100	0,68
1950	144O	1975	0,72
1700	320	480	0,19
1950	1020	1600	0,52
1800	1000	1200	0,56

Pyranol II Pyranol II

Elekt r.Qualit ät s s11ic onö1

Methyl-Phenyl-Siliconöl Methy1-Pheny1-Siliconöl

Die in den Tabellen verwendeten Abkürzungen bedeuten hierbei in Volt:

1. KZS die Kpronazündspannungj

2. KLS dieKoronalöschspannung und

3. KF2S die Koronafolge2Ündspannung. ,

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Aus den aufgeführten Tabellen ist zu entnehmen, daß die Koronazündspannung und die Koronafolgezündspannung des Methyl-Phenyl-Siliconöls wesentlich besser ist als das der anderen elektrischen Qualitätssiliconöle. Auch das Verhältnis von Koronalöschspannung zur Koronazündspannung des Methyl-Phenyl-Siliconöls ist
wesentlich besser als das der anderen elektrischen Qualitätssiliconöle und liegt etwa gerade in dem Bereich der entsprechenden Werte für das Pyranolimprägnierungsmittel« Weiterhin
sind die Werte für die Koronazündspannung die die Koronafolgezündspannung denjenigen des Pyranolimp.rägnierungsmitt.els äquivalent, das als .eines der besten. Kondensatorimprägnierungsmittel betrachtet wird.

Demzufolge werden gemäß der Erfindung durch die Verwendung eines Methyl-Phenyl-Siliconöls als dielektrisches Imprägnierungsmittel, insbesondere in einem Polyol&finkdndensator, im höchsten Maße verbesserte elektrische Eigenschaften verglichen mit anderen elektrischen Qualltätssiliconölen erreicht. Dieses Imprägnierungsmittel behält den hohen Grad der Temperaturstabilität * die den Siliconölen innewohnt, die je.doch bei anderen-dielektrischen Imprägnierungsmitteln nicht vorhanden sind, bei.
Diese vorteilhaften elektrischen Eigenschaften, die primär besonders -bei Wechse.lstromkondensatoren vorteilhaft sind,, lassen sich auch bei Gleichstromkondensatoren oder anderen dielektrischen Anordnungen ausnutzen, insbesondere wenn hohe Spannungsstöße vorkommen können und wenn es erforderlich 1st,, über
einen weiten Temperaturbereich eine thermische Stabilität aufrechtzuerhalten.

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Claims

Ansprüche

( Iy Elektrischer Kondensator, bestehend aus einem Gehäuse, Indem ein Kondensatorelement untergebracht ist, das mindestens .ein Elektrodenpaar-besitzt und wobei sich zwischen den Elektroden ein dielektrischer Abstandhalter befindet und indem Gehäuse eine dielektrische Flüssigkeit vorhanden ist-, mit der das Kondensatorelement imprägniert ist, d a d u r>c h g e k e η η ζ e ich η e t. daß die dielektrische Flüssigkeit aus einem Methyl-Phehyl-Siliconöl besteht, ., ■ :
2. Elektrischer Kondensator ,nach Anspruch I₃' dadurch g e k e η η ζ e ic h η β t. daß der dielektrische Abstandhalter ein Polyolefiriharz besitzt.

3·-." Elektrischer· Kondensator nach den Ansprüchen 1 .oder 2 ,." ■ d ad u r c h g e k" e η η ζ e lc h η a- t,,, daß der .'- ^bstandhalt'er einen Papierstreifen besitzt., der an "das Poly- , olefin angrenzte, ^:. - ."■■' . .-■ -. ^;" -.-/' \..

k. Elektrischer kondensator nach den Ansprüchen 1 bis /-3Yi' d a du r c h'.ge k e η η ζ eic h net, daß der 'die'iek--- . ■ trische Abstandhalter ein Polypropylen besitzt. ■ ;

5* Elektrischer' Kondensator nach Anspruch k_s d a d u r c· h g e k e η-η ζ e'i'e 6 η e t₅ daß durch Verwendung eines Siliconöls und /einer Polypropylenschlcht eins Imprägnierung erreicht wird, die ein Verhältnis der KoronalÖschspannung zur Koronazündspanriung besitzt, das größer als etwa 0,5 und kleiner als etwa O₃8 ist.

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