DE1958345C3 - Dielektrisches Imprägniermittel - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein dielektrisches Imprägniermittel, das mindestens eine chlorierte aromatische Verbindung als Dielektrikum und eine Epoxydverbindung zum Binden von Chlorwasserstoffsäure enthält. Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung dieses dielektrischen Imprägniermittels zum Imprägnieren von Kondensatoren, insbesondere Papierkondensatoren.

Es ist bekannt, daß Polychlornaphthaline auf Grund ihrer hohen Dielektrizitätskonstante, ihrer guten Oxydationsbeständigkeit und ihrer Nichtbrennbarkeit wertvolle Imprägniermittel für Kondensatoren darstellen.

Trotzdem haben diese Stoffe gewisse Nachteile, die sowohl durch ihre physikalische Struktur als auch durch die Anwesenheit von Chlor in ihrem Molekül bedingt werden. Es ist bekannt, daß diese Produkte, die zum Imprägnieren von Kondensatoren in Form der Schmelze angewendet werden, beim Abkühlen unter Ausbildung einer sehr stark kristallinen Struktur erstarren. Sie sind daher spröde und neigen zur Rißbildung, wodurch an verschiedenen Stellen der Kondensatoren Hohlräume erzeugt werden. Wenn man diese Kondensatoren unter Wechselspannung setzt, werden die Hohlräume zum Sitz teilweise elektrischer Entladungen, die eine gewisse Zersetzung des an diesen Stellen vorliegenden Polychlornaphthalins bewirken und dadurch zur Bildung von Chlorwasserstoffsäure führen. Auch ist bekannt, daß diese Säure eine außerordentlich schädliche Wirkung besitzt, indem sie das Papier angreift und seine Festigkeit vermindert, was zum vorzeitigen Ausfall der Kondensatoren führt.

Man hat zwar bereits versucht, diese Nachteile zu beheben, sei es, indem man den Polychlornaphthalinen Zusatzstoffe beigab, die dazu bestimmt waren, ihre mechanische Festigkeit zu erhohen, sie flexibler zu machen und auf diese Weise die Rißbildung zu vermindern, oder sei es, indem man die imprägnierten Kondensatoren einer Behandlung zum Ausfüllen der Risse unterwarf. Als Zusatzstoffe für das erstgenannte Verfahren wurden bereits Bitumen Polyolefine oder Polyisoolefine, Polyvinylcarbazol, Kolophonium, mikrokristalline Wachse und andere Produkte vorgeschlagen, die eine plastifizierende bzw. weichmachende Wirkung haben. Die zweite in der Industrie häufig angewendete Verfahrenstechnik besteht darin daß die Kondensatoren in kalte flüssige Vaseline oder Mineralöl getaucht werden, während das Imprägniermittel noch in geschmolzener Form vorliegt Dieses kristallisiert rasch, und die während der Kristallisation gebildeten Risse werden augenblicklich durch das öl oder die Vaseline ausgefüllt.

Obwohl diese Verfahren eine merkliche Verbesserung bewirken, sind sie nicht zufriedenstellend. So schließen sie tatsächlich die Rißbildung nicht vollständig aus. Es findet daher immer noch die Bildung schädlicher Chlorwasserstoffsäure statt, zu deren Neutralisation die Zusatzstoffe des bekannten Typs nicht in der Lage sind. Die zweite Methode scheint noch weniger zufriedenstellend als die erste zu sein, weil in diesem Fall die durch Rißbildung erzeugter. Hohlräume nur in den Oberflächenbereichen der Kondensatoren, nicht jedoch in den inneren Bereichen ausgefüllt werden.

Es war außerdem bereits bekannt, einer als dielektrisches Imprägniermittel dienenden flüssigen halogenierten aromatischen Verbindung eine Epoxydverbindung als Mittel zum Binden von Chlorwasserstoffsäure zuzusetzen.

So wird in der deutschen Auslegeschrift 1 216 395 der Zusatz von Dipentendioxyd zu einer halogenierten aromatischen Flüssigkeit beschrieben. Bei dem bekannten Dielektrikum ist es wesentlich, daß die verwendeten halogenierten Aromaten ein- oder zweikernige Aromaten mit nicht kondensierten Ringen darstellen, die als Flüssigkeiten vorliegen.

Die schweizerische Patentschrift 455 897 betrifft ein Dielektrikum, welches eine dielektrische organische Halogenverbindung sowie als Mittel zum Binden der Halogenwasserstoffsäure l-Epoxyäthyl-3,4-epoxycyclohexan enthält. Auch in diesem Fall ist die verwendete organische Halogenverbindung eine flüssige halogenierte aromatische Verbindung, wie ein chloriertes Diplienylderivat.

Den bekannten dielektrischen Imprägniermitteln sind daher die Merkmale gemeinsam, daß einerseits eine flüssige halogenierte aromatische Verbindung verwendet wird und daß andererseits als Mittel zum Binden der Chlorwasserstoffsäure ein monomeres Epoxyd vorliegt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein dielektrisches Imprägniermittel auf Basis einer festen chlorierten aromatischen Verbindung zu schaffen, das nicht zur Rißbildung neigt und hohe Durchschlagfestigkeit auch bei lang dauerndem Gebrauch aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als chlorierte aromatische Verbindung ein Polychlornaphthalin und als Epoxydverbindung ein festes Epoxydharz.dessen Schmelzpunkt in der Nähe oder etwas unterhalb des Schmelzpunktes des Polychlornaphthalins liegt, verwendet werden.

Die erfindungsgemJßen Imprägniermittel zeigen den Vorteil, daß sie nicht nur die störende Bildung von freier Chlorwasserstoffsäure beseitigen, sondern daß auch die störende Rißbildung in den Kondensatoren vermieden wird. Die als Mittel zum Binden der Chlorwasserstoffsäure vorliegenden Epoxydharze entfalten überraschenderweise auch eine weichmachende Wirkung auf die Polychlornaphthaline.

Unter Polychlornaphthalinen soll nicht nur eine einheitliche Verbindung bestimmter Struktur, son- ίο dem vielmehr auch ein Geraisch aus Isomeren oder auch verschiedenen chlorierten Naphthalinen verstanden werden, das den angestrebten durchschnittlichen Chlorierungsgrad aufweist Bekanntermaßen umfassen die in der Kondensatortechnik üblicherweise verwendeten Polychlornaphthaline eine Reihe von Produk⁽en, deren Chlorgehalt im allgemeinen zwischen 48 und 6O°/o und deren Gesamtschmelzpunkt zwischen 90 und 135° C variiert. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Imprägniermittel kann ao jedes im Handel erhältliche Polychlornaphthalin verwendet werden, insbesondere Produkte, welche den angegebenen Forderungen entsprechen. Besonders vorteilhaft kann es sein, unter diesen Produkten Fraktionen mit niedrigem Schmelzpunkt von beispielsweise 90 bis 95° C zu wählen, von denen bekannt ist, daß sie die höchste Dielektrizitätskonstante aufweisen. Zu empfehlen ist außerdem die Verwendung von verbesserten PolycMornapMhalinen mit hohem Schmelzpunkt, wie sie in der französischen Patentschrift 1 133 391 der Anmelcerin beschrieben sind, die sich ebenfalls durch eine gute Dielektrizitätskonstante auszeichnen.

Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung wird den als Dielektrikum verwendeten FoIychlornaphthalinen als Mittel zum Binden der Chlorwasserstoffsäure (auch »Mittel mit Reinigungswirkung« bzw. »Getter« genannt) ein festes Epoxydharz zugesetzt, d. h. ein festes Kondensationsprodukt eines Polyphenols oder Polyalkohols mit Epichlorhydrin, eines Polyphenols mit einem Diglycidäther, ein epoxidierter Novolak, ein Polymeres eines Glycidäthers oder eine ähnliche Verbindung.

Der Schmelzpunkt dieser Epoxydharze soll in der Nähe oder geringfügig unterhalb des Schmelzpunktes des verwendeten Polychlornaphthalins liegen. Diese haben eine besonders vorteilhafte Wirkung, weil sie zu gleicher Zeit Weichmacher für das Polychlornaphthalin und Mittel zum Binden der Chlorwasserstoffsäure darstellen. Durch ihre Anwesenheit in dem Imprägniermittel wird die Rißbildung des letzteren soweit wie möglich verringert und die geringe Menge an Chlorwasserstoffsäure, die noch freigesetzt werden kann, neutralisiert.

Epoxyharze, die den genannten Forderungen entsprechen, haben allgemein Molekulargewichte zwischen 500 und 2000. Als Beispiele für Produkte dieses Typs seien lediglich zur Veranschaulichung unter dem Namen Araldit bekannte Harze genannt, die sich sehr gut eignen.

Der Anteil des Epoxds, der dem Polychlornaphthalin zugesetzt werden soll, ist im allgemeinen gering. Im allgemeinen reicht ein Anteil zwischen 0,1 und 5 Gewichtsprozent, bezogen auf den Kohlenwasserstoff, aus. Bei Verwendung eines festen Epoxyharzes wird dieses vorzugsweise in einer Menge zugesetzt, die nahe an der angegebenen oberen Grenze liegt, beispielsweise in einer Menge zwischen 2 und δ"/», weil dadurch die Weichmacherwirkung noch erhöht wird.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen imprägniermittel ist sehr einfach. Sie erfolgt durch Zusetzen des Epoxydharzes zu dem geschmolzenen Chlornaphthalin und Rühren des Gemisches während einer Dauer, die ausreicht, um das Epoxyd vollständig aufzulösen, wobei man das Geroisch bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt des chlorierten Kohlenwasserstoffs hält Auf diese Weise erhält man eine gleichförmige Verteilung des Mittels zum Binden der Chlorwasserstoffsäure in dem Gemisch.

Die erfindungsgemäßen Imprägniermittel zeigen als solche ausgezeichnete dielektrische Eigenschaften und erhöhen die Lebensdauer der Kondensatoren beträchtlich. Darüber hinaus ist es beispielsweise für gewisse spezielle Anwendungszwecke nicht ungünstig, ihnen übliche Weichmacher und Zusatzstoffe beizugeben. Darüber hinaus kann man die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Imprägniermittel behandelten Kondensatoren nach dem Stand der Technik ebenfalls in kalte Vaseline oder Mineralöl eintauchen.

Die erfindungsgemäßen Imprägniermittel können in allen Kondtnsatortypen verwendet werden, die zu imprägnierende, poröse dielektrische Trägermaterialien aufweisen. Besonders gut geeignet sind sie zum Imprägnieren von Papierkondensatoren, denen dadurch ein ausgezeichneter Isolierwiderstand und ein Alterungsverhalten, welches den Anforderungen des Betriebs entspricht, verliehen wird.

Das nachfolgend lediglich zur Erläuterung der Erfindung gegebene Beispiel läßt die Vorteile der erfindungsgemäßen Imprägniermittel erkennen.

Beispiel

Es wurden 21 Kondensatoren hergestellt, die zwei Schichten aus Kraftpapier für Kondensatoren einer Dichte von 1,2 und einer Stärke von 10 Mikron enthielten. Diese Kondensatoren wurden dann nach üblichen Methoden imprägniert und nach dem Entnehmen aus dem Schmelzbad in üblicher V/eise unter Ausschluß von Feuchtigkeit abkühlen gelassen. Für jede Reihe von sieben Kondensatoren wurden folgende Imprägniermittel benutzt:

1. ein Polychlornaphthalin mit einem Chlorgehalt von 5O°/o und einem Gesamtschmelzpunkt von 96° C,

2. das gleiche Polychlornaphthalin unter Zusatz von 0,6 Gewichtsprozent l-EpoxyäthyW.-i-epoxycyclohexan,

3. das gleiche Polychlornaphthalin wie 1, dem 2 Gewichtsprozent eines Epoxyharzes mit dem Handelsnamen »Araldit«, mit einem Molekulargewicht von etwa 900 und einem Schmelzpunkt von 75^P C zugesetzt worden waren,

Für den Isolierwiderstand der Kondensatoren, der bei 20° C unter 100 Volt nach einer Minute gemessen wurde, ergaben sich folgende Durchschnittswerte: 8020 Ohm · Farad für die mit Produkt 1 imprägnierten Vorrichtungen,

5650 Ohm · Farad für die mit Produkt 2 imprägnierten Vorrichtungen und

8850 Ohm · Farad für die mit Produkt 3 imprägnierten Vorrichtungen.

Sämtliche Kondensatoren wurden dann während einer Versuchsdauer von 1350 Stunden bei einer Temperatur von 70° C unter einer Wechselspannung

von 300 Volt eff. gehalten. Während des Zeitraums nach Abhuf von 245 Stunden bis zum Ablauf von 538 Stunden wurde das Durchschlagen sämtlicher mit Produkt 1 imprägnierten Kondensatoren beobachtet. Bis zum Ende des Versuches wurde jedoch der Ausfall keiner der anderen Vorrichtungen beobachtet.

Sämtliche der verbliebenen Vorrichtungen wurden dann bei der gleichen Temperatur wie im vorhergehenden Versuch unter einer Spannung von 320 Volt gehalten und diese Alterung während 825 Stunden durchgeführt. Dabei wurden folgende Ergebnisse beobachtet:

In dem Zeitraum nach Ablauf von 400 Stunden bis zum Ablauf von 522 Stunden trat bei zwei mit Produkt 2 imprägnierten Kondensatoren Durchschlagen auf,

bei den mit Produkt 3 imprägnierten Kondensatoren trat kein Durchschlagen auf.

Dann wurde der Isolierwiderstand unter den gleichen Bedingungen wie vorher erneut gemessen. Es wurden folgende Mittelwerte erhalten:

5430 Ohm · Farad bei den mit Produkt 2 imprägnierten Vorrichtungen,

7800 Ohm · Farad bei den mit Produkt 3 imprägnierten Vorrichtungen.

Aus diesem Beispiel wird die beträchtliche Verbesserung ersichtlich, die durch die erfindungsgemäßen Imprägniermittel bewirkt wird, und es werden insbesondere die ausgezeichneten Eigenschaften sichtbar, die auf dai» Vorliegen fester Epoxyharze zurückzuführen sind.

Claims (4)

1. I 958

   Patentansprüche:

   J. Dielektrisches Imprägniermittel, das mindestens eine chlorierte aromatische Verbindung aJs Dielektrikum und eine Epoxydverbindung zum Binden von Chlorwasserstoffsäure enthält, dadurch gekennzeichnet, daß als chlorierte aromatische Verbindung ein Polychlornaphthalm und als Epoxydverbindung ein festes to Epoxyharz, dessen Schmelzpunkt in der Nähe oder etwas unterhalb des Schmelzpunkts des Polychlornaphthalins liegt, verwendet werden.
2. 2. Imprägniermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es das Epoxydharz in einer Menge zwischen 0,1 und 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polychlornaphthalin, enthält.
3. 3. Verwendung eines dielektrischen Imprägniermittels nach Anspruch 1 oder 2 zum Imprägnieren von Kondensatoren. »0
4. 4. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als zu imprägnierenden Kondensator einen Papierkondensator einsetzt.