DE2222699B2

DE2222699B2 - Regenerierfaehiger elektrischer kondensator

Info

Publication number: DE2222699B2
Application number: DE19722222699
Authority: DE
Inventors: Josef Dr. 8000 München Kotschy
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-05-09
Filing date: 1972-05-09
Publication date: 1977-10-20
Also published as: CH596651A5; SE380384B; JPS4961655A; DE2222699A1; BR7303231D0; US3786324A; ES414524A1; NL7304405A; BE799318R

Description

Flüssigkeiten A und B zur Menge der entflammbaren Isolierflüssigkeit im Verhältnis von 0,00025 bis 0,1 zu 1

steht.
Bevorzugte Isolierflüssigkeiten sind:

1. Entflammbare Isolierflüssigkehen mit Brennpunkt zwischen 140 und 190⁰C und Siedebeginn im Bereich von 250°C bis 300⁰C, zum Beispiel Alkylate, Polybutene und mineralisches Isolieröl mit etwa 56% paraffinischen, 29% naphthenischen und 1Γ% aromatischen Anteilen.

2. Entflammbare Isolierflüssigkeiten mit Brennpunkt von ca. 25O⁰C und Siedebeginn bei ca. 300⁰C, wie zum Beispiel Sebacate.

Bevorzugte Zusatzflüssigkeitsgemische für die erste Gruppe der Isoliermittel haben als Flüssigkeit A Trifluormethylperfluorhydrooxazin oder perfluoriertes Dimethylcyclohexan und als Zusatzflüssigkeit B einen Perfluoralkylpolyäther mit Siedepunkt von ca. 150° C oder ca. 200³C oder Trifluormethylperfluordecalin. Bevorzugte Zusatzflüssigkeitsgemische für die zweite Gruppe der Isoliermittel haben als Flüssigkeit A Perfluoralkylpolyäther mit Siedepunkt von ca. 150⁰C oder Trifluormethylperfluordecalin und als Zusatzflüssigkeit B einen Perfluoralkyläther mit Siedepunkt von ca. 200 beziehungsweise ca. 225° C.

Die Vorteile vorliegender Erfindung sollen anhand der F i g. 1 und 2 erläutert werden:

In F i g. 1 ist die Brennschutzdauer tu für mineralisches Isolieröl mit etwa 56% paraffinischen, 29% naphthenischen und 15% aromatischen Anteilen in Abhängigkeit von der Zusatzmenge V von Trifluormethyperfluordecalin bei zwei verschiedenen Temperaturen, nämlich 200°C und 300⁰C, dargestellt.

In F i g. 2 sind die Minimalmengen V_n,,,, perfluorierter Flüssigkeiten als Brennschutz von mineralischem Isolieröl in Abhängigkeit von dem Verhältnis 77 Γ der Siedetemperatur T₅ der Zusatzflüssigkeit zur Temperatur Tdes Isolieröles aufgetragen.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, ist für einen kurzzeitigen Brennschutz fs die Zusatzmenge von Trifluormethylperfluordecalin um so geringer, je höher die Temperatur des Imprägniermittels ist. Für eine Brennschutzdauer von zum Beispiel fünf Sekunden sind demnach bei 200°C drei Vol.-%o, bei JOO⁰C aber nur noch 0,3 Vo!.-%o der Zusatzflüssigkeit notwendig. Ganz andere Verhältnisse liegen vor, wenn man eine längere Brennschutzdauer ta fordert. Für eine Schutzzeit von zum Beispiel 60 Sekunden wird bei 200⁰C eine Zugabe von 6 Vol.-%o und bei 300⁰C bereits eine von 100 Vol.-%o benötigt. Das verschiedene Verhalten ist darauf zurückzuführen, daß für die kurzzeitige Schutzwirkung 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 perforierter Flüssigkeiten mit Siedepunkten im Bereich 50... 195° C untersucht. Im einzelnen handelte es sich dabei um Trifluormethylperfluorhydrooxazin, perfluoriertes Dimethyicyciohexan und um zwei Feriluoralkylpoiyather mit Siedepunkten von 152° C beziehungsweise 194⁰C sowie um das bereits erwähnte Trifluormethylperfluordecalin.

In der folgenden Tabelle 1 sind die Minimaimengen V_1111n dieser perfluorierten Flüssigkeiten zur Verhinderung des Entflammens mineralischen Isolieröles mi', etwa 56% paraffinischen, 29% naphthenischen und 15% aromatischen Anteilen für eine Brennschutzdauer von fünf Sekunden im Bereich von 200.. .300° C angegeben.

Tabelle

Minimalmengen V„„„ perfluorierter Flüssigkeiten zur Verhinderung des Entflammens von mineralischem Isolieröl im Bereich 200 ... 300⁰C.

40

45

Perfluorierie	Siedepunkt	V_m„/Vol.-%o	300 "C.
Flüssigkeit		bei öltemperatur	0,25
	¹C	200⁰C 250° C
1. Trifluor-	50-60	0,5 0,25
methylper-
fluorhydro-			0,25
oxazin
2. Perfluoriertes	102	0,5 0,25
Dimethyl			0,25
cyclohexan
3. Perfluoralkyl	152	2 0,5	0,5
polyäther
4. Trifluor	160	3 1
methylper			1
fluordecalin
5. Perfluoralkyl	194	10 5
polyäther

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 tu für mineralisches Isolieröl der obengenannten Zusammensetzung bei Zugabe von 10 Vol.-%o perfluorierter Flüssigkeit im Bereich von 200 ... 300⁰C sind in der folgenden Tabelle 2 zusammengefaßt.

Tabelle 2

Brennschutzzeit tu für mineralisches Isolieröl bei Zugabe von 10 Vol.-%o perfluorierter Flüssigkeit im Bereich von 200... 300°C.

(Kl

Perfluorierte	Trifluormethyl-	Siede	fß/sec bei	öltemperatur	300° C
Flüssigkeit	perfluorhydro-	punkt
	oxazin	⁰C	200°C	250° C
1.	Perfluoriertes	50-60	18	12
	Dimethyl				10
	cyclohexan
2.	Perfluoralkyl	102	20	20
	polyäther				20
	Trifluormethyl
3.	perfluordecalin	152	70	50	22
	Perfluoralkyl
4.	polyäther	160	320	80	8

5.	194	45	12

Wie aus der Tabelle ersichtlich, nimmt die Brennschutzdauer ffl bei gleicher Zusatzflüssigkeit mit

zunehmender Temperatur des Isolieröls ab. Für unterschiedliche Substanzen nimmt sie dagegen zunächst mit steigendem Siedepunkt zu, während sie für den Perfluoralkylpolyäther mit Siedepunkt von 194°C 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 F i g. 2 sind die Minimalmengen V_m/n, das heißt die Zusatzmengen, die einen Brennschutz von fünf Sekunden gewährleisten, der verschiedenen Substanzen logarithmisch als Funktion des Reziprokwertes der Gemischtemperatur Γ, bezogen auf die Siedetemperatur T_s der jeweiligen Zusatzflüssigkeit, aufgetragen. 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 V,_Vi„ = const. (TJT).

Daraus folgt, daß die Zusatzmenge der perfluorierten Flüssigkeit um so größer sein muß, je höher der Siedepunkt T₅ des Zusatzes und je niedriger die Temperatur Tdes Imprägniermittels ist. Bei T = T_s, das he'ßt, wenn die Siedetemperatur T₅ der perfluorierten Flüssigkeit und die Temperatur Tdes Imprägniermittels gleich sind, benötigt man ca. 10 Vol.-%o der Schutzsubstanz für eine Brennschutzdauer von fünf Sekunden. Dagegen ist aus F i g. 2 auch leicht zu entnehmen, daß bei einer perfluorierten Flüssigkeit, die bereits bei dem 0,8fachen Betrag der Temperatur Tdes Imprägniermittels siedet, nur noch eine Zusatzmenge von 1 Vol.-%o benötigt wird, um den gleichen Schutz zu gewährleisten.

Es hat zunächst den Anschein, als ob T_s möglichst niedrig gewählt werden soll, um mit der geringst möglichen Zusatzmenge auszukommen. Jedoch ist zu bedenken, daß die Verdampfungsgeschwindigkeit stark zunimmt, wenn die Siedetemperatur T_s der 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 TJ Tist.

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 Brenr.schutzdauer 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 verschiedenen Siedetemperaturen Tidem Imprägniermittel zuzusetzen.

Beispielsweise kann man als leichter flüchtigen Zusatz A Trifluormethylperfluorhydrooxazin (Siedepunkt 50 bis 60⁰C) und als schwerer flüchtigen Zusatz B Trifluormethylperfluordecalin (Siedepunkt 160⁰C) bei einem mineralischen Isolieröl mit 56% paraffinischen, 29% naphthenischen und 15% aromatischen Anteilen

ίο verwenden. Der Brennpunkt dieses Isolieröles beträgt ca. 185° C, während der Siedebeginn bei ca. 300° C liegt.

Wie weiterhin aus Tabelle 1 ersichtlich ist, beträgt die minimale Schutzmenge V_min, das heißt die Zusatzmenge, die einen Brennschutz von fünf Sekunden gewährleistet,

is im Falle des Trifluormethylperfluorhydrooxazin bei einer öltemperatur von 200⁰C 0,5 Vol.-%o. Ebenfalls 0,5 Vol.-%o Trifluormethylperfluordecalin werden benötigt, um bei 300⁰C die gleiche Brennschutzzeit f_ß zu gewährleisten. Das Verhältnis, in dem die beiden perfluorierten Flüssigkeiten zueinander stehen, beträgt also in diesem Falle 1:1. 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 benutzt, 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 Verhältnis der beiden Flüssigkeiten

A : B = 1,5 : 0,5.

Das Umgekehrte gilt sinngemäß, falls ein Imprägniermittel höheren Brennpunktes als 185°C 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 VerhäJinis
A : B = 0,65 : 1,3.

Maßgebend für die Dauer des Brennschutzes ist die Menge, die von den Zusatzflüssigkeiten dem Imprägniermittel beigegeben wird. Die gewünschte Brenn-

so si'hutzdauer te richtet sich nach dem Anwendungszweck des elektrischen Kondensators. Werden einige Sekun den als ausreichend erachtet, genügt es, daß die Summe der Mengen der beiden Flüssigkeiten A und B zui Menge der üblichen Isolierflüssigkeit im Verhältnh

ss 0,00025 : 1 steht. Für längere Schutzzeiten kann e: notwendig sein, dieses Verhältnis bis hin zu 0,1 : 1 auszudehnen.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regenerierfähiger elektrischer Kondensator der in einem dichten Gehäuse eingeschlossen ist und aus die Beläge bildenden Metallschichten und aus zwischen diesen befindlichen dielektrischen Lagen besteht und der mit einem flüssigen Imprägniermittel getränkt ist, das gute dielektrische Eigenschaften aufweist und das aus einem Gemisch mit überwiegendem Anteil einer entflammbaren Isolierflüssigkeit mit geringem Dampfdruck und einem Zusatzmittel besteht, wobei das Zusatzmittel aus einer Flüssigkeit besteht, die einen um etwa ?.wei bis sechs Zehnerpotenzen höheren Dampfdruck als die entflammbare Isolierflüssigkeit aufweist, deren Dampf unbrennbar ist, und die in solcher Menge vorhanden ist, daß im Gehäuse ihr Dampfanteil überwiegt, nach Patentanmeldung P 20 51 463.0, 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 entflammbaren Isolierflüssigkeit liegt der Siedepunkt der Flüssigkeit B ca. 100 K unterhalb der Temperatur des Siedebeginns der 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 entflammbaren Isolierflüssigkeit im Verhältnis von 0,00025 bis 0,1 zu 1 steht.

2. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine entflammbare Isolierflüssigkeit mit Brennpunkt zwischen 150 und 190⁰C und Siedebeginn im Bereich von 250 bis 300⁰C gewählt wird.

3. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine entflammbare Isolierflüssigkeit mit Brennpunkt von ca. 250"C und Siedebeginn von ca. 300⁰C gewählt wird.

4. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als entflammbare Isolierflüssigkeit mineralisches Isolieröl mit etwa 56% paraffinischen, 29% naphthenischen und 15% aromatischen Anteilen, Alkylate oder Polybutene einzeln oder gemeinsam gewählt werden.

5. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als entflammbare Isolierflüssigkeit Sebacate gewählt werden.

6. Elektrischer Kondensatoi nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzflüssigkeit A Trifluormethytperfluorhydrooxazin oder perfluoriertes Dimethjlcyclohexan und als Zusatzflüssigkeit B ein Perfluoralkylpolyäther mit Siedepunkt von ca. 150 oder ca. 200⁰C oder Trifluormethylperfluordecalin gewählt werden.

7. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzflüssigkeit A Perfluoralkylpolyäther mit einem Siedepunkt von ca. 150⁰C oder Trifluormethylperfluordecalin und als Zusatzflüssigkeit B ein Perfluoralkylpolyäther mit Siedepunkt von ca. 200 beziehungsweise 225° C gewählt werden.

Gegenstand der Patentanmeldung P 20 51 463.0-33 ist ein regenerierfähiger elektrischer Kondensator der in einem dichten Gehäuse eingescnlossen ist und aus die Beläge bildenden Metaüschichten und aus zwischen s diesen befindlichen dielektrischen Lagen besteht und der mit einem flüssigen Imprägniermittel getränkt ist, das gute dielektrische Eigenschaften aufweist und das aus einem Gemisch mit überwiegendem Anteil einer entflammbaren Isolierflüssigkeit mit geringem Dampf-

ιυ druck und einem Zusatzmittel besteht, wobei das Zusatzmittel aus einer Flüssigkeit besteht, die einen um etwa zwei bis sechs Zehnerpotenzen höheren Dampfdruck als die entflammbare Isolierflüssigkeit aufweist, deren Dampf unbrennbar ist, und die in solcher Menge

is vorhanden ist, daß im Gehäuse ihr Dampfanteil überwiegt.

Als Isolierflüssigkeit wird mineralisches Isolieröl mit etwa 56% paraffinischen, 29% naphthenischen und 15% aromatischen Anteilen genannt. Als Zusatzffüssigkeiten sind im Hauptpatent fluorierte Substanzen angegeben, wie perforiertes tertiäres Alkylamin, perfluoriertes Tribütylamin, perfluoriertes Butyltetrahydrofuran, perfluoriertes Methylhydrooxazin, Perfluorpentan, perfluoriertes Methylcyclohexan, perfluoriertes Methyldecalin

;s sowie Perfluoralkylpolyäther. Weiterhin werden dort als Zusaizflüssigkeiten chlorierte oder bromierte Substanzen, wie Tri- oder Tetrachlormethan, Di- und Tetrachloräthylen, Monobrommethan und Dibromäthan beziehungsweise gemischt substituierte Substan-

yo zen, nämlich sowohl chlor- oder brom- als auch fluorsubstituierte Kohlenwasserstoffe, insbesondere Trichlor-Trifluoräthan genannt.

Aus der DT-OS 19 24 331 ist Rizinusöl als Imprägniermittel für regenerierfähige Kondensatoren bekannt, dem oxidationsverhindernde und gegebenenfalls freie Säuren bindende Zusätze zugegeben sind. Eine Verringerung der Entflammbarkeit wird durch das bekannte Tränkmittel nicht erreicht.

Weiterhin sind aus deF DT-PS 6 74 200 und der US-PS 19 35 595 flüssige Isolierstoffe für elektrische Kondensatoren bekannt, die sich aber nicht zum Einsatz bei regenerierfähigen Kondensatoren eignen, da sie chlorierte Kohlenwasserstoffe wie Chlordiphenylen, Tri- und Tetrachlorbenzol enthalten. Bei Durchschlägen im Kondensator wird aus diesen Verbindungen Chlor abgespaltet, daß die regenerierfähigen Beläge zerstört.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Brennschutz bis zürn Siedebeginn der üblichen entflammbaren Isolierflüssigkeit mit geringst möglichen Zusatzmengen einer unbrennbaren, perfluorierten 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

ss möglichen Entflammungsursachen (Funken, Hitze) vorzubeugen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Kondensator gemäß der Hauptanmeldung 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 entflammbaren Isolierflüssigkeit liegt, der Siedepunkt der Flüssigkeit B ca. 100 K unterhalb der Temperatur des Siedebeginns der 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