DE2222699A1 - Elektrischer kondensator mit verringerter entflammbarkeit - Google Patents

Elektrischer kondensator mit verringerter entflammbarkeit

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DE2222699A1 DE19722222699 DE2222699A DE2222699A1 DE 2222699 A1 DE2222699 A1 DE 2222699A1 DE 19722222699 DE19722222699 DE 19722222699 DE 2222699 A DE2222699 A DE 2222699A DE 2222699 A1 DE2222699 A1 DE 2222699A1
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Description

Elektrischer Kondensator mit verringerter Entflammbarkeit Zusatz zum Patent (Patentanm. P 20 51 463.0
Gegenstand des Hauptpatentes P 20 51 463.0 ist ein elektrischer Kondensator mit verringerter Entflammbarkeit, der in einem dichten, insbesondere becherförmigen Gehäuse eingeschlossen ist und aus zwischen regenerierfähigen dünnen metallischen Belegungen befindlichen, insbesondere dielektrisch wirksamen Zwischenlagen besteht, die mit einem flüssigen Imprägniermittel getränkt sind, das gegebenenfalls gute dielektrische Eigenschaften aufweist und die Materialien von Kondensator und Gehäuse nicht beeinträchtigt, wobei das Imprägniermittel aus einem Gemisch mit überwiegendem Anteil einer an sich üblichen, entflammbaren Isolierflüssigkeit mit geringem Dampfdruck (zirka 1 N/m bei 75 °C) und einem Anteil einer Zusatzflüssigkeit mit einem um etwa zwei bis sechs Zehnerpotenzen höheren Dampfdruck besteht, deren Dampf unbrennbar ist, und die in solcher Menge vorhanden ist, daß im Gehäuse ihr Dampfanteil überwiegt.
Als Isolierflüssigkeit wird mineralisches Isolieröl mit etwa 56 io paraffinischen, 29 $> naphthenisehen und 15 $ aromatischen Anteilen genannt. Als Zusatzflüssigkeiten sind im Hauptpatent fluorierte Substanzen angegeben, wie perfluoriertes tertiäres Alkylamin, perfluoriertes Tributylamin, perfluoriertes Butyltetrahyärofuran, perfluoriertes Methylhydrooxazin, Perfluorpentan, perfluoriertes Methylcyclohexan, perfluoriertes Methyldecalin sowie Perfluoralkylpolyäther. Weiterhin werden dort als Zusatzflüssigkeiten chlorierte oder bromierte Sub-
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stanzen, wie Tri- oder Tetrachlormethan, Di- und Tetrachloräthylen, Monobrommethan und Dibromäthan beziehungsweise gemischt substituierte Substanzen, nämlich sowohl chlor- oder brom- als auch fluorsubstituierte Kohlenwasserstoffe, insbesondere Trichlor-Trifluoräthan genannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Brennschutz bis zum Siedebeginn der üblichen entflammbaren Isolierflüssigkeit mit geringst möglichen Zusatzmengen einer unbrennbaren, per- . fluorierten Flüssigkeit zu gewährleisten. Der Begriff "Brennschutz" umfaßt in der hier verwendeten Form sowohl einen "Brennschutztemperaturbereich" als auch eine Brennschutzdauer von mindestens fünf Sekunden, um den möglichen Entflammungsursachen (Funken, Hitze) vorzubeugen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Kondensator gemäß Hauptpatent erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzflüssigkeit aus einem Gemisch zweier Flüssigkeiten A und B mit hohem Dampfdruck besteht, daß der Siedepunkt der Flüssigkeit A 50 bis 100 K unterhalb des Brennpunktes der üblichen entflammbaren Isolierflüssigkeit liegt, der Siedepunkt der Flüssigkeit B zirka 100 K unterhalb der maximal erforderlichen Brennschutztemperatur (entspricht dem Siedebeginn der üblichen entflammbaren Isolierflüssigkeit) liegt, daß das Verhältnis der Mengen der Flüssigkeiten A und B zueinander im Bereich von 0,65 bis 1,5 zu 1,3 bis 0,5 liegt und daß die Summe der Mengen der Flüssigkeiten A und B zur Menge der üblichen entflammbaren Isolierflüssigkeit im Verhältnis von 0,00025 bis 0,1 zu 1 steht.
Bevorzugte Isolierflüssigkeiten sind:
1. Entflammbare Isolierflüssigkeiten mit Brennpunkt zwischen HO und 190 0C und Siedebeginn im Bereich von 250 0G bis
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300 C, zum Beispiel Alkylate, Polybutene und mineralisches Isolieröl mit etwa 56 <fo paraffinischen, 29 $ naphthenisehen und 15 i° aromatischen Anteilen.
2. Entflammbare Isolierflüssigkeiten mit Brennpunkt von ca... 250 °C und Siedebeginn bei ca. 300 0C, wie zum Beispiel Sebacate.
Bevorzugte Zusatzflüssigkeitsgemische für die erste Gruppe der Isoliermittel haben als Flüssigkeit A Trifluormethylperfluorhydroo?azin oder perfluoriertes Dimethyleyclohexan und als Zusatzflüssigkeit B einen Perfluoralkylpolyäther mit Siedepunkt von ca. 150 0C oder ca. 200 0C oder Trifluormethylperfluordecalin. Bevorzugte Zusatzflüssigkeitsgemische für die zweite Gruppe der Isoliermittel haben als Flüssigkeit A Perfluoralkylpolyäther mit Siedepunkt von ca. 150 0C oder Trifluormethylperfluordecalin und als Zusatzflüssigkeit B einen Perfluoralkyläther mit Siedepunkt von ca. 200 beziehungsweise ca. 225 G. - .
l)ie Vorteile vorliegender Erfindung sollen anhand der Figuren 1 und 2 erläutert werden:
In Figur 1 ist die Brennschutzdauer t-g für mineralisches Isolieröl' mit etwa 56 $ paraffinisehen, 29 $"naphthenischen und 15 % aromatischen Anteilen in Abhängigkeit von der Zusatzmenge Y von Trifluormethylperfluordecalin bei zwei verschiedenen Temperaturen, nämlich 200 0C und 300 0C, dargestellt.
In Figur 2 sind die Minimalmengen V .. perfluorierter Flüssigkeiten als Brennschutz von mineralischem Isolieröl in Abhängigkeit von dem Verhältnis T /T der Siedetemperatur T der Zu-
s ' ~ s
satzflüssigkeit zur Temperatur T 'des Isolieröles aufgetragen. VPA 9/HO/IOO9 - 4 -
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Wie aus der Figur 1 ersichtlich ist, ist für einen kurzzeitigen Brennschutz t-g die Zusatzmenge von Trifluormethylperfluordecalin um'so geringer, je höher die Temperatur des Imprägniermittels ist. Pur eine Brennschutzdauer von zum Beispiel fünf Sekunden sind demnach bei 200 0C drei YoI o/oo, bei 300 0C aber nur noch 0,3 YoI o/oo der Zusatzflüssigkeit notwendig. Ganz andere Verhältnisse liegen vor, wenn man eine längere Brennschutzdauer t-g fordert. Pur eine Schutzzeit von zum Beispiel 60 Sekunden wird bei 200 C eine Zugabe von 6 VoI o/oo. und bei 300 0C bereits eine von 100 VoI o/oo benötigt. Das verschiedene Verhalten ist darauf zurückzuführen, daß für die kurzzeitige Schutswirkung die Temperaturabhängigkeit des Dampfdruckes der Zusatzflüssigkeit bestimmend ist, während die Schutzdauer im zweiten Falle durch die Verdampfungsgeschwindigkeit begrenzt wird. Wie der Figur zu entnehmen ist, sind für den Brennschutz der mineralischen Isolierflüssigkeit bei niedrigen Temperaturen bereits beträchtliche Mengen der flammwidrigen Substanz Trifluormethylperfluordecalin erforderlich.
Es wurden eine Reihe weiterer perfluorierter Flüssigkeiten mit Siedepunkten im Bereich 50 .... 195 °C untersucht. Im einzelnen handelte es sich dabei um Trifluormethylperfluorhydrooxazin, perfluoriertes Dimethylcyclohexan und um zwei Perfluoralkylpolyather mit Siedepunkten von 152 0C beziehungsweise 194 0C sowie um das bereits erwähnte Trifluormethylperfluordecalin. .
In der folgenden Tabelle 1 sind die Minimalmengen Vm*n dieser perfl.uorierten Flüssigkeiten zur Verhinderung des Entflammens mineralischen Isolieröles mit etwa 56 $> paraffinischen, 29 i° naphthenischen und 15 $ aromatischen Anteilen für eine Brennschutzdauer von fünf Sekunden im Bereich von 200 .... 300 0C angegeben.
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Tabelle 1:
Minimalmengen V- perfluorierter Flüssigkeiten zur Verhinderung des Entflammens von mineralischem Isolieröl im Bereich 200 300 0C '
Perfluorierte Flüssigkeit Trifluormethylperfluor-
hydrooxazin		 Siedepunkt
0C		 200 bei Hin / Vol-o/oo
Öltemperatur:		 0C 300 0C
perfluoriertes Dime
thyl eye loh exan		 0 0C 250 ,25 0,25
1. Perfluoralkylpolyather 50 - 60 0 ,5 0 ,25 0,25
2. Trifluormethylperfluor-
decalin		 102 2 ,5 0 ,5 ; 0,25
3. Perfluoralkylpolyather 152 3 0 0,5
4. 160 10 1 1
5. 194 5
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich,-daß die Zugabemenge um so größer ist, je niedriger die Temperatur des Isolieröls und je höher der Siedepunkt der perfluorierten Flüssigkeit ist.
Die Brennschutzzeiten t^ für mineralisches Isolieröl der oben-
X)
genannten Zusammensetzung bei Zugabe von 10 VoI ,ό/οο perfluo-
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rierter Flüssigkeit im Bereich von 200 .. folgenden Tabelle 2 zusammengefaßt.
500 C sind in der
Tabelle 2:
Brennschutzzeit t-g für mineralisches Isolieröl bei Zugabe von 10 Vol-o/oo perfluorierter Flüssigkeit im Bereich von 200 300 0O
Perfluorierte Flüssigkeit Siedepunkt
0C		 bei
200 0C		 tB / se
Öltempe
250 0C		 !C
ratur:
300 0C
1. Trifluormethylperfluor-
hydrooxazin		 50 - 60 18 12 -
2. perfluoriertes
Dirnethylcyclohexan		 102 20 20 10
3. Perfluoralkylpolyäther 152 70 50 20
4. Trifluormethylperfluor-
decalin		 160 320 80 22
5. Perfluoralkylpolyäther 194 45 12 8
Wie aus der Tabelle ersichtlich, nimmt die Brennschutzdauer t-o bei gleicher Zusatzflüssigkeit mit zunehmender Temperatur des Isolieröls ab. Für unterschiedliche Substanzen nimmt sie dage-
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gen zunächst mit steigendem Siedepunkt zu, während sie für-den Perfluoralkylpolyäther mit Siedepunkt von 194 0C wieder zurückgeht. Dieses läßt sich dadurch erklären, daß nicht mehr genügend Moleküle in die Gasphase übergehen, wenn der Siedepunkt der Zusatzflüssigkeit zu hoch ist. ,
In Figur 2 sind die Minimalmengen Y. , das heißt die Zusatzmengen, die einen Brennschutz von fünf Sekunden gewährleisten, der verschiedenen Substanzen logarithmisch als Funktion des Reziprokwertes der Gemischtemperatur T, bezogen auf die Siedetemperatur T der jeweiligen Zusatzflüssigkeit, aufgetragen. s
Die verschiedenen Zusatzflüssigkeiten sind mit den Ziffern 1-5 versehen. Diese entsprechen der Bezeichnung der Tabellen 1 und 2. Wie leicht zu erkennen ist, liegen die Meßpunkte der jeweiligen Zusatzflüssigkeiten näherungsweise auf der Geraden:
In Vmin = const. (Τβ/Τ).
Daraus folgt, daß die Zusatzmenge der perfluorierten Flüssigkeit um so größer sein inuß, je höher der Siedepunkt T des Zusatzes und je niedriger die Temperatur T des Imprägniermittels ist. Bei T=TS» das heißt, wenn die Siedetemperatur T der perfluorierten Flüssigkeit und die Temperatur T des Imprägniermittels gleich sind, benötigt man ca. TO Yol-o/oo der Schutzsubstanz für eine Brennschutzdauer von -fünf Sekunden. Dagegen ist aus Figur 2 auch leicht zu entnehmen, daß bei einer perfluorierten Flüssigkeit, die bereits bei dem .0,8-fächen Betrag der Temperatur T des Imprägniermittels siedet, nur noch eine Zusatzmenge von 1 Yol-o/oo benötigt wird, um den gleichen Schutz zu gewährleisten.
Es hat zunächst den Anschein, als ob T möglichst niedrig ge-
; S
wählt werden soll, um mit der geringst möglichen Zusatzmenge auszukommen. Jedoch ist zu bedenken, daß die Verdampfungsgeschwindigkeit stark zunimmt, wenn die Siedetemperatur T0 der
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perfluorierten Zusatzflüssigkeit weit unterhalb der Temperatur T des Imprägniermittels liegt, das heißt aber, daß bei einer Zerstörung des Kondensators die Brandschutzdauer um so kleiner ist, je geringer das Verhältnis T /T ist.
Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit soll die Brennverhinderung des Imprägniermittels mit möglichst geringen Zusatzmengen einer perfluorierten Flüssigkeit erreicht werden. Mit nur einer Substanz läßt sich dies aber nach dem oben Dargelegten nicht immer ausreichend verwirklichen, da Flüssigkeiten mit niedrigem Siedepunkt zwar schon bei geringer Konzentration eine ausreichende Dampfdichte gewährleisten, aber bei höherer Temperatur mit zu großer Geschwindigkeit verdampfen, wenn der Kondensator zerstört wird, so daß keine ausreichende Brennschutzdauer gewährleistet wird. Flüssigkeiten mit höherem Siedepunkt haben bei niedrigen Temperaturen einen zu geringen Dampfdruck, um ausreichenden Schutz zu gewähren.
Deshalb ist es vorteilhaft, ein Gemisch zweier perfluorierter Flüssigkeiten mit verschieb
prägniermittel zuzusetzen.
Flüssigkeiten mit verschiedenen Siedetemperaturen T dem Im-
Beispielsweise kann man als leichter flüchtigen Zusatz A Trifluormethylperfluorhydrooxazin (Siedepunkt 50 bis 60 0C) und als schwerer flüchtigen Zusatz B Trifluormethylperfluordecalin (Siedepunkt 160 °C) bei einem mineralischen Isolieröl mit 56 io paraffinischen, 29 $> naphthenisehen und 15 $> aromatischen Anteilen verwenden. Der Brennpunkt dieses Isolieröles beträgt ca. 185 0C, während der Siedebeginn bei ca. 300 C liegt'.
Wie weiterhin aus Tabelle 1 ersichtlich ist, beträgt die minimale Schutzmenge V . , das heißt die Zusatzmenge, die einen ,Brennschutz von fünf Sekunden gewährleistet, im Falle des Trifluormethylperfluorhydrooxazin bei einer Dltemperatur von
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200 0C 0,5 Vol-o/oo. Ebenfalls 0,5 Vol-o/oo Trifluormethylperfluordecalin werden benötigt, um bei 300 0C die gleiche Brennschutzzeit· tg zu gewährleisten. Das Verhältnis, in dem die beiden perfluorierten Flüssigkeiten zueinander stehen, beträgt also in diesem Falle 1 zu 1. Werden andere flammwidrige Flüssigkeiten beziehungsweise andere Imprägniermittel benutzt, so ist es zweckmäßig, die Schutzflüssigkeiten in anderen Mengenverhältnissen dem Imprägniermittel beizumischen.
Wird zum Beispiel ein Imprägniermittel benützt, dessen Brennpunkt bei einer niedrigeren Temperatur liegt als der des obengenannten mineralischen Isolieröls, also niedriger als 185 C, so ist es vorteilhaft, wenn zum Beispiel die gleichen flammwidrigen Substanzen verwendet werden sollen (Trifluormethylperfluorhydrooxazin als Flüssigkeit A und Trifluormethylperfluordecalin als Flüssigkeit B), mehr von der leichter flüchtigen Substanz beizumengen, zum Beispiel bis hin zu einem Ver- " hältnis der beiden Flüssigkeiten A : B= .1,5 : 0,5. Das Umgekehrte gilt sinngemäß, falls ein Imprägniermittel höheren Brennpunktes als 185 0C mit den beiden gleichen Flüssigkeiten A und B benutzt wird. Dann ist es zweckmäßig, mehr von der schwerer flüchtigen Substanz B zu verwenden, zum Beispiel bis hin zu einem Verhältnis A:B=O,65:1»3.
Maßgebend für die Dauer des Brennschutzes ist die Menge, die von den Zusatzflüssigkeiten dem Imprägniermittel beigegeben wird. Die gewünschte Brennschutzdauer t-o richtet sich nach dem Anwendungszweck des elektrischen Kondensators. Werden einige, Sekunden als ausreichend erachtet, genügt es, daß die Summe der Mengen der beiden Flüssigkeiten A und B zur Menge der üblichen Isolierflüssigkeit im Verhältnis 0,00025 : 1 steht. Für längere Schutzzeiten kann es notwendig sein, dieses Verhältnis" bis hin zu 0,1 : 1 auszudehnen.
7 Patentansprüche
2 Figuren
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Claims (7)

  1. - ίο -
    Patentansprüche
    ./Elektrischer Kondensator mit verringerter Entflammbarkeit, der in einem dichten, insbesondere becherförmigen Gehäuse eingeschlossen ist und aus zwischen regenerierfähigen dünnen metallischen Belegungen befindlichen, insbesondere dielektrisch wirksamen Zwischenlagen besteht, die mit einem flüssigen Imprägniermittel getränkt sind, das gegebenenfalls gute dielektrische Eigenschaften aufweist und die Materialien von Kondensator und Gehäuse nicht beeinträchtigt, wobei das Imprägniermittel aus einem Gemisch mit überwiegendem Anteil einer an sich üblichen, entflammbaren Isolierflüssigkeit mit geringem Dampfdruck (zirka 1 N/m bei v 75 C) und einem Anteil einer Zusatzflüssigkeit mit einem um etwa zwei bis sechs Zehnerpotenzen höheren Dampfdruck besteht/ deren Dampf unbrennbar ist, und die in solcher Menge vorhanden ist, daß im Gehäuse ihr Dampfanteil überwiegt, nach Patent (amtliches Aktenzeichen
    P 20 51 463.0; VPA 70/1190), dadurch gekennzeichnet , daß die Zusatzflüssigkeit aus einem Gemisch zweier Flüssigkeiten A und B mit hohem Dampfdruck besteht, daß der Siedepunkt der Flüssigkeit A 50 bis 100 K unterhalb des Brennpunktes der üblichen entflammbaren Isolierflüssigkeit liegt, der Siedepunkt der Flüssigkeit B zirka 100 K unterhalb der maximal erforderlichen Brennschutz temperatur (entspricht dem Siedebeginn der üblichen entflammbaren Isolierflüssigkeit) liegt, daß das Verhältnis .der Mengen der Flüssigkeiten A und B zueinander im Bereich von 0,65 bis 1,5 zu 1,3 bis 0,5 liegt und daß die Summe der Mengen der Flüssigkeiten A und B zur Menge der üblichen entflammbaren Isolierflüssigkeit im Verhältnis von 0,00025 bis 0,1 zu 1 steht,
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  2. 2. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine entflammbare Isolierflüssigkeit mit Brennpunkt zwischen 150 und 190 0C und Siedebeginn im Bereich von 250 bis 300 0C gewählt wird.
  3. 3. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet , daß eine entflammbare Isolierflüssigkeit mit Brennpunkt von ca. 250 0C und Siedebeginn von ca. 300 °0 gewählt wird.
  4. 4. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß als entflammbare Isolierflüssigkeit, mineralisches Isolieröl mit etwa 56 i° paraffinischen, 29 $ naphthenisehen und 15 $ aromatischen Anteilen, Alkylate oder Polybutene einzeln oder gemeinsam gewählt werden.
  5. 5. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß als entflammbare Isolierflüssigkeit Sebacate gewählt werden.
  6. 6. Elektrischer Kondensator-nach Anspruch 1,2 oder 4» dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzflüssigkeit A Trifluormethylperfluorhydrooxazin oder perfluoriertes Dimethyleyclohexan und als Zusatzflüssigkeit B ein Perfluoralkylpolyäther mit Siedepunkt von ca. 150 oder ca. 200 0C oder Trifluormethylperfluordecalin gewählt, werden.
  7. 7. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzflüssigkeit A Perfluoralkylpolyäther mit einem Siedepunkt von ca. 150 0C oder Trifluormethylperfluordecalin und als Zusatzflüssigkeit B ein Perfluoralkylpolyäther mit Siedepunkt von ca. 200 beziehungsweise 225 0C gewählt werden.
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