DE2334415A1

DE2334415A1 - Stabilisiertes ester-impraegnierungsmittel

Info

Publication number: DE2334415A1
Application number: DE19732334415
Authority: DE
Inventors: John Walker Eustance
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-08-16
Filing date: 1973-07-06
Publication date: 1974-03-07
Also published as: JPS4985599A; FR2196508A1; FR2196508B1; NO143439C; AU5926673A; SE7606385L; YU215573A; IT992734B; GB1441803A; DE2341356C2; SE429801B; ES442635A1; FI64023B; DE2341356A1; ES417909A1; FI64023C; CH595684A5; NO143439B; IN139569B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stabilisiertes flüssiges Ester-Imprägnierungsmittel für elektrische Geräte und insbesondere ein verbessertes stabilisiertes aromatisches Ester-Imprägnierungsmittel, das vor allem "für die Verwendung in elektrischen Kondensatoren geeignet ist. Die Erfindung betrifft auch Kondensatoren, die mit dem erfindungsgemäßen stabilisierten flüssigen Ester-Imprägnierungsmittel imprägniert sind sowie ein Verfahren zum Imprägnieren.

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Das erfindungsgemäße dielektrische flüssige Imprägnierungsmittel für die Verwendung in einer elektrischen Vorrichtung umfaßt einen flüssigen aromatischen Ester, zu dem man ein Epoxydmaterial hinzugegeben hat, das mit nachteiligen Verunreinigungen, die in elektrischen Apparaten vorhanden sind oder während deren Betrieb erzeugt werden, reagieren kann, um den Abbau des aromatischen Esters zu vermeiden.

Der aromatische Ester kann vorteilhafterweise ein Derivat der Phthalsäure sein und für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist der bevorzugte Ester das Reaktionsprodukt der Phthalsäure mit 2-Äthylhexy!alkohol, das als Di(2-äthylhexyl)phthalat oder einfach als Dioctylphthalat - nachfolgend abgekürzt 'DOP genannt - bekannt ist.

Wechselstromversuche an Kondensatoren haben gezeigt, daß DOP als Imprägnierungsmittel für Hochspannungswechselstromkondensatoren nicht geeignet ist, obwohl es gewisse vorteilhafte Eigenschaften aufweist,, wie Kondensatorverträglichkeit, hohe Dielektrizitätskonstante und biologische Abbaubarkeit. Diese guten Eigenschaften werden jedoch durch die Instabilität bei hoher elektrischer Belastung und der sich daraus ergebenden kurzen Lebensdauer überschattet. Ein Anzeichen,der kurzen Lebenszeit in einem Kondensator ist ein rasch ansteigender oder hoher Verlust- oder Leistungsfaktor. Der Leistungsfaktor, der ein Maß für die elektrischen Verluste in einem Kondensator ist, ist im allgemeinen ein kritischer Punkt in mit hoher Spannung belasteten Wechselstrom-Leistungskondensatoren. Die elektrische Instabilität führt zu einem frühen Durchbruch oder Ausfall, und dies ist kritisch für Kondensatoren mit langer Lebensdauer, wie den gegenwärtigen mit chloriertem Diphenyl imprägnierten Leistungskondensatoren.

Die Stabilisierung des Imprägnierungsmittels schließt üblicherweise die Zugabe geringer Mengen eines weiteren Materials zum Imprägnierungsmittel ein, welche das Imprägnierungsmittel verbessern, indem sie die Verunreinigungen, die in Kondensatoren vorhanden sind oder dort erzeugt werden und die einen Abbau ver-

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Ursachen, neutralisieren. Normalerweise ist das zu verbessernde Imprägnierungsmittel bereits ein gutes und wirksames Kondensator-Imprägnierungsmittel und das Stabilisatoradditiv schafft eine graduelle Verbesserung. DOP ist ein flüssiges Material, das bei seiner Verwendung als' Imprägnierungsmittel in Kondensatoren,, die erhöhten Temperaturen und hohen Spannungsbelastungen ausgesetzt sind, ein rasches Anwachsen des Leistungsfaktors zeigt und demgemäß rasch zu einem Ausfall des Kondensators führt. In erster Linie aus diesen Gründen ist die Entwicklung von DOP als praktischem und kommerziell.anerkanntem Imprägnierungsmittel für einen elektrischen Kondensator unterblieben.

Es ist jedoch in der Erfindung erkannt worden, daß DOP wirksam stabilisiert werden kann, so daß es als einziges oder Hauptimprä'gnierungsmittel in einem Wechse'lstromkondensator und unter hohen Spannungsbelastungen verwendet werden kann. Im einzelnen ist festgestellt worden, daß Epoxyde, die früher nur als zum Entfernen von Chlor oder Chlorwasserstoff geeignet angesehen wurden, auch in anderer Weise wirken können, so daß sie DOP in einem Kondensator stabilisieren, in dem Chlorwasserstoff oder Chlor normalerweise nicht in den Materialien vorhanden sind oder aus ihnen erzeugt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung unter'Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen -zeigen:

Figur 1 einen beispielhaften Kondensatorwiekel, bei dem Papier als Dielektrikum verwendet wird,

Figur 2 einen vollständigen Kondensator in Form eines abgedichteten Behälters, der den Wickel nach Figur 1 enthält/

Figur 3 einen Querschnitt eines Teils eines Kondensatorwickels,' bei dem ein Film aus einem synthetischen Harz als" Dielektrikum verwendet wird,

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_ Ji _

Figur k einen Querschnitt eines Teiles eines Kondensatorwickels,· bei dem sowohl Papier als auch ein Film aus einem synthetischen Harz als Dielektrikum verwendet werden,

Figur 5 einen Querschnitt eines Teiles eines Konäensatorwickels, bei dem ein Film aus einem synthetischen Harz in einer anderen dielektrischen Anordnung in einem Kondensator verwendet wird,' und

Figur 6 eine stark verkleinerte Abbildung eines Beispiels eines Leistungskondensafcors» der eine Vielzahl von Wickeln enthält, wie er üblicherweise als großer Phasenschieber--_t Hochfrequenz-Kondensator oder zum Induktionsheizen verwendet wird.

DOP ist ein Material, das als Weichmacher für synthetische .Kunststoffe bekannt ist und das man von einer Reihe von Herstellern käuflich erwerben kann, so unter der Bezeichnung "Flexol" von der Union Carbide Company. Eine Beschreibung von DOP als Weichmacher ist in der Veröffentlichung von Arthur K. Doolittle "Die Technologie von Lösungsmitteln und Weichmachern" unter der Überschrift "Eigenschaften einzelner Weichmacher" auf den Seiten bis 964 zu finden, die 195^ durch die Union Carbide Company herausgegeben wurde. Darüberjhinaus ist eine mehr ins einzelne gehende Beschreibung dieses Produktes in der US-Patentschrif t 1.923.938 enthalten. Typische Eigenschaften dieses Produktes sind in der. folgenden Tabelle 1 aufgeführt.

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Tabelle 1 Typische Eigenschaften des flüssigen DOP

Di(2-äthylhexyl)phthalat C^ H₃₈ t)^, Molekulargewicht = 391 Dichte bei 25 °C O₇987 g/cm^
Brechungsindex N I₇4859

Siedepunkt 229 °C bei 5 mm Hg

Fließpunkt -55 ⁰C

Dielektrizitäts-

konstante (DK) 5,24 bei 25 C

% Verlustfaktor 7,7 %, 8,5 SS bei 100 ⁰C und 100 Hz,

gemessen in etwa 200 1 (entsprechend 55 US-Gallonen)-Fässern

Viskosität 30 es bei 3δ ⁰C (entsprechend 100 ⁰F) "

4,2 es bei 99 ⁰G (entsprechend 210· ⁰F)

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist DOP als einziges Imprägnierungsmittel in Kondensatoren verwendet worden, die entweder nur Papier oder nur synthetisches Harz oder beides als dielektrische Materialien enthielten»

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensator.s schließt einen oder mehrere Kondensatorwickel ein, die ziemlich fest in einem Behälter enthalten sind, der mit einem flüssigen Imprägnierungsmittel gefüllt und abgedichtet ist. Ein Kondensatorwickel umfaßt abwechselnd Streifen aus dielektrischem und Elektrodenmaterial, die in verschiedenen schichtartigen Anordnungen oder Strukturen vereinigt sein können, wie dies z. B. in der US-Patentschrift 3-363.156 beschrieben ist.

In Figur 1 ist ein beispielhafter Kondensatorwickel 10 mit einem Paar Elektrodenfolien 11 und 12 und Papierstreifen 13 und 14 als Dielektrikum gezeigt. Die Elektrodenfolien 11 und 12 können auch als Metallbeschichtungen auf den Papierstreifen 13 und 14 ausgebildet sein oder auf separaten und zusätzlichen dielektrischen Streifen aus verschiedenen Materialien, einschließlich Papier

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und Kunststoffen. Cxeeignete elektrische Leiter oder Abgriffe 15 und 16 werden dazu verwendet, die Elektrodenfolien 11 und 12 mit geeigneten Kondensatoranschlüssen 18 und 19 zu verbinden. Der Wickel 10 ist in dem Behälter 17 der Figur 2 angeordnet und nach geeignetem Trocknen und Evakuieren des Behälters wird dieser mit einem flüssigen Imprägnierungsmittel-gefüllt und abgedichtet. Die Anschlüsse 18 und 19 des Behälters sind mit den Abgriffen 15 und l6 des Wickels 10 verbunden.

Jeder dielektrische Papierstreifen 13 und Ik i.ann durch eine Vielzahl von Papierstreifen ersetzt werden, um ein dickeres Dielektrikum 2SU erhalten oder den elektrischen Vorteil der Verwendung einer Vielzahl von Streifen zu haben. Auch kann jeder Streifen 13 und 14 durch ein oder mehrere Streifen 20 und 21 aus synthetischem Harz ersetzt werden, wie dies in Figur 3 gezeigt ist, oder durch ein gemischtes Dielektrikum aus einem Papierstreifen und einem Harzstreifen 20, wie in den Figuren k und 5 dargestellt. Weitere typische Konstruktionen und Ausfuhrungsformen und deren Beschreibungen sind in der vorgenannten US-Patentschrift 3 363 enthalten.

In diesen typischen Ausführungsformen wird das dielektrische flüssige Imprägnierungsmittel veranlaßt im wesentlichen in alle Spalten, Poren und Räume in und zwischen den dielektrischen Streifen 13 und lH einzudringen, diese zu durchdringen und zu füllen. Diese Art der Imprägnierung, die als im wesentlichen vollständige Imprägnierung bezeichnet wird, ist notwendig, um das Auftreten beschädigender Coronaentladungen in Wechselströmkondensatoren bei ihrer Nenn- oder Anwendungsspannung zu verringern und die Licjhtbogenbildung zu vermeiden. Das im elektrischen Feld zwischen den Elektroden befindliche Imprägnierungsmittel ist hohen elektrischen Belastungen, Coronaentladungen und erhöhten und sich verändernden Temperaturen und anderen beschädigenden Umgebungsbedingungen unterworfen. Man geht jedoch davon aus, daß diese Bedingungen z. B. in Leistungskondensatoren keinen Ausfall des Kondensators während einer Gebrauchsdauer von 10 bis 20 Jahren verursachen.

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Demgemäß wurde auf dem Gebiet der Kondensatoren große Sorgfalt angewendet, hochreine und verträgliche Materialien, wie Papier und chloriertes Diphenyl zu schaffen und es werden große An- . strengurigen unternommen¹, um Gase und Wasserdampf durch Hochtemperaturtrocknen und Evakuieren eü entfernen. Verunreinigungen, die in den Materialien und der Struktur eines Kondensators vorhanden sein können, sind Gase* Wasserdampf und feste Verunreinigungen, wie chemische Elemente um} Verbindungen^die in· anderen Materialien vorhanden sind_f wie z. B* im Papier oder im Polypropylenfilm. Diese chemischen Elemente und Verbindungen können fremder Art sein oder sie können bfci dtr Herstellung ^der anderen ".Materialien verwendet werden und aus diesem Grunde in diese gelangt sein. Eine Quelle für Verunreinigungen des Kondensators ist der Katalysator, der bei der Herstellung von Polypropylen verwendet wurde. Ein typischer Katalysator kann Verunreinigungen in Form von Salzen von Aluminium und Titan mit sich bringen. Solche Verunreinig gungen können von dem Imprägnierungsmittel freigesetzt werden· So ist ein Imprägnierungsmittel aus chloriertem Diphenyl ein Lösungsmittel, welches Verunreinigungen löst und überträgt und aus dem Dielektrikum Verunreinigungen auslaugt, die für den Kondensator schädlich sind. Diese Verunreinigungen reagieren in ungünstiger WEise mit dem Imprägnierungsmittel oder kombinieren in anderer Weise, um mit dem Imprägnierungsmittel zu reagieren, was zu einem Abbau führt, der bei einem Kondensator zuerst durch den Anstieg des Leistungsfaktor bemerkt wird.

in

Die erhöhten Temperaturen bei einem/Betrieb befindlichen Kondensator" " und die geringen vorkommenden elektrischen und Coronaentladungen aktivieren die Verunreinigungen mit nachfolgender Beeinträchtigung des Kondensators. Hauptelemente, die bekannterweise einen früheren Kondensatorausfall verursachen, sind Wasserstoff und Chlor, die unter Bildung z. B. von Chlorwasserstoff miteinander reagieren. Chlor wurde bisher als ein in Kondensatorimprägnierungsmitteln oder in anderen Kondensatormate Men unerwünschtes- Element angesehen. Unglücklicherweise ist es aber

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BAD ORIGINAL

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■ - 8 -

aus anderen Gründen als kritischer Bestandteil in beträchtlichen Mengen in den besten erhältlichen Imprägnierungsraitteln für Wechsels tromkondensatoren, z. B. polychloriertem Diphenyl, geblieben. Aus diesen Gründen sind viele Additive für chlorierte Diphenyliraprägnierungsmittel vorgeschlagen wurden, um zur Entfernung von HCl, Chlor oder V/asserstoff zu dienen und so die Wirksamkeit und die Lebensdauer der Kondensatoren zu verlängern. Zu diesen Additiven gehö.ren Zinn-tetraphenyl, Anthrachinon und Epoxyde.

Wie bereits erwähnt, wurden frühere Bemühungen, DOP zum Imprägnieren von Wechselstroml-condensatoren zu verwenden, dadurch verhindert, daß solche mit DOP imprägnierten V/echselstromkondensatoren einen hohen Leistungsfaktor und eine rasche Verschlecherung aufwiesen. Da DOP keine bekannten Chlorbestandteile enthielt, gab es" keinen zwingenden Anlaß für die Verwendung der aufgeführten Additive. Versuche an mit DOP imprägnierten Wechselstromkondensatoren, die hohen Spannungsbelastungen ausgesetzt waren, wie den im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschriebenen, zeigten anfänglich recht gute elektrische Ergebnisse. Bei beschleunigten Dauerversuchen bei erhöhten Temperaturen traten jedoch in steigendem Masse -unzulängliche Kondensatorausfälle auf, die in erster Linie durch steigende Leistungsfaktoren und nachfolgenden elektrischen Aus£_all angezeigt wurden. Die Untersuchungen wurden mit dem Kondensator der Figuren 3 und 4 wiederholt, der sich von dem Kondensator der Figur 1 dadurch unterscheidet, daß ein Film aus synthetischem Harz die Papierstreifen 13 und 14 der Figur 1 ersetzte oder zusammen mit diesen verwendet wurde. Es traten ähnliche Ausfälle auf, wie bei den Papierkondensatoren. Eine Untersuchung ergab in beiden Fällen, weder die Anwesenheit von HCl noch von Chlor, wie dies in mit chloriertem Diphenyl imprägnierten Kondensatoren zu erwarten gewesen wäre.

Es wurde überraschenderweise festgestellt, daß die Zugabe einer Epoxyd-Verbindung zum DOP, den mit DOP imprägnierten Kondensator wirksam gegen einen früheren Ausfall und nur kurze Gebrauchsdauer stabilisierte. Eine Wiederholung der obigen und anderen geei_t~-

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neter Tests unter Verwendung eines Epoxyds zeigte eine starke Verringerung der Ausfälle, wie in den folgenden Beispielen gezeigt -ist. In diesen Beispielen wurde DOP durch ein Kolonnenfiltrationsverfahren unter Verwendung von Aluminiumoxyd oder- Pullers-Erde als Piltriermaterial gereinigt. Das Imprägnierungsverfahren wurde im allgemeinen in der in der US-Patentschrift 3 363 156 beschriebenen Weise durchgeführt, einschließlich des Trocknens der Kondensatoren durch mehrstündiges· Erhitzen auf erhöhte Temperaturen, ■ wie oberhalb von 100⁰C und üblicherweise unterhalb von 125°C. Während dieses Zyklus standen die Kondensatoren unter einem Vakuum von weniger als 200 u Quecksilber. Nach dem Imprägnieren mit DOP, was bei etwa 70 - 80°C stattfand, dichtete man die Konden* satoren ab und tränkte sie in der Wärme für mehrere Stunden, z.B. . 4 - Io Stunden, bei etwa 100⁰C. In die angegebene Wärmetränkzeit, ■ ist die Zeit, die der Kondensator benötigte, um die gewünschte Temperatur zu erreichen und die Abkühlzeit auf Raumtemperatur nicht eingeschlossen. Die angegebenen Zeiten sind die Zeiten bei der genannten Temperatur.

Beispiel 1

Es wurden zwei Gruppen von Kondensatoren zu je 10 Stück, wie unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 beschrieben, zusammengebaut. Die dielektrischen Papierstreifen 13 und 14 umfassten je ein Paar Papierstreifen, von denen das eine eine Breite von etwa 2,5 cm (1 Zoll) und eine Dicke von 0,008 mm (0,3 Tausendstel Zoll) hatte und das andere eine Breite von etwa 2,5 cm und eine Dicke von 0,009 mm (0,35 Tausendstel Zoll). Die noch nicht abgedichteten Kondensatoren der Figur 2 wurden für mehrere Stunden unter Vakuum auf 125 C erhitzt. Danach wurden die Kondensatoren d'er Gruppe 1 mit gereinigtem DOP gefüllt und die Kondensatoren der Gruppe 2 wurden mit dem gleichen gereinigten DOP gefüllt, zu dem man

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- st -

jedoch 1 Gew.-% eines Epoxyds hinzugegeben hatte, das als Diglycidyläther von Bisphenol-A (Dow-Epoxydharz Nr. 330) bekannt ist. Mit diesen Kondensatoren wurden beim Dauertest folgende Ergebnisse erhalten:

Dauertest 380 Volt Wechselstrom IQO⁰C

Ausgefallene Kondensatoren nach Stunden

Gruppe 1 6 - 42GO

Gruppe 2 (Epoxyd) 0 - 4279

550 Volt Wechselstrom, 85°C

Gruppe 1 7-1130

Gruppe 2 2 - 4205

Diesen Ergebnissen kann entnommen werden, daß die Ausfälle beträchtlich verringert und die Lebensdauer solcher Kondensatoren die das Epoxyd-Additiv enthalten, verlängert wird. Beim ersten Lebensdauertest xiurden die Kondensatoren unter den harten Bedingungen von 100⁰C und 38Ö Volt Wechselstrom getestet. Trotz dieser Bedingungen fanden innerhalb von 4279 Betriebsstunden keine Ausfälle statt, während 6 der Kondensatoren, die kein Epoxyd enthielten, in 4200 Stunden ausgefallen waren. Unter den noch strengeren Bedingungen des zweiten Lebensdauertests waren die verbesserten Ergebnisse gleichermaßen überraschend.

Der merkliche Vorteil der Epoxydzugabe zu Papierkondensatoren ist erwähnenswert|Morinalerweise erscheint die bekannte Erzeugung von Wasserdampf durch das Papier und die bekannte Hydrolyse ionisierbarer Produkte des DOP-Esters unverträglich. Eine sehr geringe Menge des Epoxyds scheint jedoch eine vorteilhaftere Umsetzung zu bewirken, als auf Grund der stöchiometrischen Verhältnisse der Reaktanten zu erwarten wäre.

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In dem folgenden Beispiel wurden Kondensatoren der Figur 3, d. h. solche, die Polypropylenfilme 20 und 21 als Dielektrikum enthielten, ähnlichen Testbedingungen unterworfen.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wurden 2 Gruppen zu je 10 unabgedichteter Kondensatoren zusammengebaut, wie sie in den Figuren 1, 2 und 3

abgebildet sind. Das Dielektrikum bestand aus biaxial orientierte

ten isotaktischen Polypropylenstreifen von etwa 48 mm (entsprechend 0,35 Tausendstel Zoll). Die Kondensatoren wurden bei Zimmertemperatur im Vakuum getrocknet und bei Zimmertemperatur imprägniert. Die Kondensatoren der Gruppe 1 enthielten gereinigtes DOP ebenso wie die der Gruppe 2, wobei jedoch zu den Kondensatoren der Gruppe 2 noch 1 Gew.-% Diglycidylather des. Bisphenols-A zum DOP hinzugegeben worden war. Die Kondensatoren wurden nach dem Vakuum-Trocknen und Imprägnieren bei Zimmertemperatur abgedichtet

und zwei" Stunden bei 100 Ergebnisse:

wärmegetränkt. Man erhielt folgende

Kapazität/Leistungsfaktor bei 300 Volt Wechselstrom

und 85°C ·

100'

85^C

Gruppe 1 3,52/O_;39 3,58/0,34 Gruppe 2 3/54/0,28 3_;o0/0_;26

Gleichstrom-Durchschlagsfestigkeit in Kilovolt pro 0,025 mm Dicke des Polypropylen films '

5,49 5,57

Die gleichen Kondensatoren wurden einem Lebensdauertest unterworfen, wobei die folgenden Ergebnisse erhalten wurden: ^•entsprechend 17/8 Zoll) Breite und einer Dicke von etwa 0,009 mm

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-jilt

Lebens_dauertest
500 Volt Wechselstrom 85⁰C

Stunden bis zum Ausfall

Gruppe 1 nach 256 Stunden blieben 3

•Kondensatoren

Gruppe 2 (Epoxyd) nach 256 Stunden blieben 7

Kondens atoren

Beispiel 3

In diesem Beispiel wurden die erfindungsgemäßen Kondensatoren
mit bekannten ähnlichen Kondensatoren verglichen, die als Imprägnierungsmittel chloriertes Diphenyl enthielten, dem etwa 0,3 Gew.-/ Ep.oxyd hinzugefügt worden waren. Es wurden 3 Gruppen zu je 10
Kondensatoren entsprechend der Konstruktion "der Figur 3 zusammengebaut. Das Dielektrikum bestand aus einem Polypropylenfilm von
etwa 48 mm Breite und 0,009 mm Dicke, wie in Beispiel 2. Die Kondensatoren wurden bei Raumtemperatur im Vakuum mehrere Stunden getrocknet und dann tei Raumtemperatur mit dem angegebenen Imprägnierungsmittel imprägniert, dem 1 Gew.-% Diglycidylather des Bisphenols-A zugegeben worden war. Danach dichtete man die Kondensatoren ab und unterwarf sie einer 4 Stunden dauernden Wärmetränkung bei 100⁰C. Lebensdauertests und Messungen der Durchschlagfestigkeit bei einer Anstiegsgeschwindigkeit von I80 Volt Gleichstrom pro Sekunde bei 85⁰C sind nachfolgend aufgeführt:

Ursprüngliche Zahl der ausgefallenen Kon-

Durchschlagfe- densatoren pro Zahl der ge-

Gruppe 1
gereinigtes
DOP ohne Epoxyd

stigkeit 85 C in Kilovolt durchschnittlich	1206	nach Stunden	110a uurcii
	bei 300 Volt Wechselstrom	bei 550 Volt Wechselstrom
1>92	100⁰C	85⁰C .
yd 4 0 9 810/	7/IO-256	6/9-256

Ursprüngliche

Durchs chlagfe-

stigkeit

85⁰G in Kilovolt,

durchschnittlich

Zahl der ausgefallenen Kondensatoren pro Zahl der getesteten Kondensatoren nach Stunden

bei 300 Volt
Wechselstrom

100⁰C

bei 550 Volt Wechselstrom

85

⁰C

Gruppe 2

Gereinigtes 1_;95 DOP mit 1 % Epoxyd

Gruppe 3

chloriertes 1,76 Diphenyl und Epoxyd

6/9-867 , 7/9-835 (erster Ausfall
nach 39¹» Std.)

8/9-256 9/9-177

Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, daß das in erfindungsgemäßer Weise stabilisierte DOP den Lebensdauertest bei hoher Temperatur besser besteht, als die anderen Kondensatoren. Dabei ist zu bemerken, daß der erste Ausfall eines Kondensators mit DOP-Epoxyd bei 38O Volt Wechselstrom und 100⁰C nach 394 Stunden Betriebsdauer eintrat, während bei den nicht stabilisierten DOP-Kondensatoren in 256 Stunden 7 Ausfälle zu verzeichnen waren und bei den Kondensatoren mit chloriertem Diphenyl als Imprägnierungsmittel in 256 Stunden 8 Kondensatoren ausfielen.

Es wurden noch weitere Kondensatoren zusammengebaut und mit DOP behandelt, das bis zu 10 Gew.-% des Diglycidyläthers von Bisphenol-A enthielt. So wurde z.B. ein kleiner Kondensator mit der Struktur der Figur 5 zusammengebaut, der DOP als Imprägnierungsmittel enthielt und nach den Angaben der US-Patentschrift 3 363 156 imprägniert worden war, und man erhielt gute Ergebnisse.

Den vorstehenden Beispielen ist zu entnehmen, daß das Epoxyd eine bedeutende Rolle für die Betriebsdauer des Kondensators spielt. Der Epoxyd-Stabilisator nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch charakterisiert, daß er in seiner speziellen Um-

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gebung in der Lage ist, mit solchen chemischen Elementen oder Verbindungen in Wechselwirkung zu treten, die üblicherweise in elektrischen Kondensatoren vorhanden sind oder während des Betriebes erzeugt werden, um diese Verbindungen daran zu hindern, das DOP abzubauen. Diese Elemente und Verbindungen sind solche, die in einem Kondensator erzeugt werden, der DOP als Imprägnierungsmittel verwendet und dies in Abwesenheit irgendwelcher Materialien, die HCl erzeugen könnten. Die meisten bekannten Epoxyde, die in anderer Weise mit Kondensatoren verträglich sind, scheinen das gewünschte Ergebnis¹ in verschiedenem Maße zu ergeben. In der Kondensatorumgebung sind sowohl Wasser als auch Säuren vorhanden oder werden gebildet. Die Ester können unter Bildung von Säuren und Alkoholen gespalten werden. Es wird angenommen, daß das Epoxyd mit solchen Säuren reagiert und so die Säure daran hindert, den Ester abzubauen oder den Ausfall des Kondensators zu verursachen. Das Epoxyd scheint auch das Hydro^seproblem zu verringern, indem es sich mit dem Wasser im System verbindet. Das Epoxyd scheint auch Beschädigungen in der Folie zu passivieren oder zu bedecken» In Kondensatoren mit einem Papier-Dielektrikum kann das Epoxyd unter Stabilisierung des Systems mit der Cellulose reagieren. Die'Punktion des Epoxyds scheint eine beträchtlich andere zu sein, wenn nur ein Film-Dielektrikum, d. h. kein Papier-Dielektrikum im Kondensator vorhanden ist. Ein Grund dafür ist, daß in dem Film verschiedene Materialien vorhandensind, wie Stearate und Antioxydantien, die im Papier nicht vorkommen und es liegt außerdem am geringen Wassergehalt des Films. Auf diese Weise kann die Stabilisierung eines Ester-imprägnierten, ausschließlich Film als Dielektrikum enthaltenden Kondensators mittels eines anderen Mechanismus erreicht werden, der jedoch zur Zeit noch nicht vollständig bekannt ist.

Während die Funktion des Epoxyds sich letztendlich auf einen im Betrieb befindlichen Kondensator bezieht, spielt es auch eine wesentliche Rolle in dem Ester, in dem es gelöst ist. In diesem Ester wirkt das Epoxyd mit den Abbauprodukten des Esters und ver-

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ringert so das Hydrolyseproblem. Das Epoxyd kombiniert sich auch mit Verunreinigungen im Ester, denen der Ester vor seiner Verwendung in einem Kondensator z. B. während der Lagerung, dem Transport und der Handhabung ausgesetzt sein kann.

Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendbare Epoxyd-Verbindung kann im allgemeinen dadurch charakterisiert werden, daß sie die folgende Gruppe enthält:

CH CH

die z. B. in Glycidyläthern und Derivaten von Äthylenoxyd vorhanden ist. Spezielle Beispiele dieser Verbindungen sind Phenoxypropylenoxyd (Phenyl-glycidyl-äther), Glycidyl-allyl-äther, Benzyl-äthylenoxyd, Styrol-oxyd_} 1,3-Bis(2,3-epoxy-propoxy)benzol und 4,4'-Bis(2,3-epoxy-propoxy)diphenyldimethylmethan. Außerdem sind noch käuflich erhältliche Epoxyde im Rahmen der vorliegenden Erfindung brauchbar, wie das unter der Bezeichnung EPI07 bekannte Di(2-äthylhexyl)-4,5-epoxy-tetrahydrophthalab, das unter dar Bezeichnung EP2O1 bekannte 3,4-Epoxy-6-methylcyclohexylmethyl-3,^- epoxy-6-methyl-cyclohexancarboxylat und das' unter der Bezeichnung EP2O6 bekannte 1-Epoxyäthyl - 3,4-epoxycyclohexan. Wenn es ggwünscht ist, kann man auch Mischungen von zwei und mehr/Epoxyd-Verbindungen anwenden. Ein oder mehrere dieser Epoxyde sind z. B. in den US-Patentschriften 3 3β2 908, 3 242 401, 3 242 402 und 3 170 986 der Anmelderin beschrieben.

Versuche haben ergeben, daß die spezielle Art des Epoxyds nicht kritisch ist. Es können verschiedene Epoxyde oder Mischungen von Epoxy den verwendet werden, so lange man eine v/irksame Menge davon zugibt. Wie groß diese wirksame Menge ist, hängt in erster Linie von dem Molekulargewicht, der Reaktionsgeschwindigkeit und

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der Löslichkeit im Imprägnierungsmittel ab. Epoxyde mit höherem Molekulargewicht sind in größeren Mengen zu verwenden als solche Epoxyde mit geringerem Molekulargewicht. Im allgemeinen sind Mengen oberhalb von 0,01 Gew.-% und vorteilhaft zwischen etwa 0,01 und etwa 10 Gew.-% des Epoxyds brauchbar. Die Epoxyde wirken in einer Weise, die, so wird angenommen, für alle Epoxyde wegen ihrer chemischen Struktur die gleiche ist. Ihre Reaktionszeit und ihre Wirkung sind für das DOP im Kondensator vorteilhaft. In den obigen Beispielen wurde die Hauptaufmerksamkeit auf Vergleichsergebnisse von DOP mit und ohne Verwendung von Epoxyden gerichtet.

Das Epoxyd kann auf verschiedene Weise in den Kondensator eingeführt werden. Es kann während der Herstellung des dielektrischen Polypropylenmaterials in dieses eingeführt werden oder man kann es zum flüssigen DOP hinzugeben, bevor oder nachdem man dieses in das Kondensatorgehäuse eingeführt hat.· Vorzugsweise wird das Epoxyd mit dem DOP als Lösung kombiniert und diese Lösung wird zur Imprägnierung des Kondensators verwendet. Ein Hauptgrund für dieses Vorgehen ist der, daß die Ester, einschließlich DOP, empfindlich gegenüber erhöhten Temperaturen sind und daß sie bei steigenden Temperaturen starken Änderungen unterworfen sein können. Daher stabilisiert die Zugabe des Epoxyds zum Ester vor dem Erhitzen, insbesondere während des Imprägnierungsverfahrens, den Ester, ganz abgesehen von der Stabilisierung im Kondensator. Das Epoxyd kann auch in Form bestimmter epoxydierter Materialien, wie einem epoxydierten Leinsamenöl oder epoxydiertem Ester hinzugegeben werden, der als Hauptimprägnierungsmittel dienen kann.

DOP ist sowohl mit dem Polypropylenfilm-Dielektrikum allein, als auch zusammen mit Papier verträglich. Die bevorzugte Art der Imprägnierung ist in der US-Patentschrift 3 363 156 beschrieben und sie wird als im wesentlichen vollständige Imprägnierung bezeichnet. Eine Form der im wesentlichen vollständigen Imprägnierung schließt das Erwärmen des imprägnierten Kondensators auf erhöhte Temperatur , vorzugsweise oberhalb von 85⁰C über eine

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längere Zeit ein, um bei diesem sogenannten Wärmetränken das DOP nicht nur zu veranlassen, in die Molekularstruktur des Polypropy-'lens einzudringen, sondern das Polypropylen auch zu einer Art semi-permeabler Membran für das DOP umzuwandeln und so dem DOP zu gestatten, den Film zu durchdringen. DOP durchdringt den Polypropylenfilm langsamer als chloriertes Diphenyl. Die besten Ergebnisse wurden erhalten, wenn eine intensivere Evakuierung oder Trocknung angewandt wurde. Ein' 24-stündiger Trocknungszyklus mit Temperaturen von I30 bis l40°C wurde erfolgreich angewandt, wobe.i die Einführung des DOP in den Kondensator bei 100⁰C stattfand .

Das Wärmetränken kann als spezifischer Zyklus nach dem Imprägnie- · ren und Abdichten des Kondensators fortgesetzt werden und es ist ein wichtiges Kriterium. Das Wärmetränken kann bei Temperaturen oberhalb von 85⁰C und vorzugsweise im Bereich von 100 - 120⁰C stattfinden. Die besten Ergebnisse wurden bei den größeren und schwieriger zu imprägnierenden Kondensatoren erhalten, wenn eine Vielzahl von Wärmetränkungen nach der Imprägnierung angewandt wurde. So wurde eine erste Wärmetränkung ausgeführt, indem man die Kondensatoren in einem Ofen anordnete und die Temperatur auf etwa HO⁰C erhöhte. Nach 8 Stunden bei dieser Temperatur ließ man sich die Kondensatoren auf etwa Raumtemperatur abkühlen. Danach erhöhte man die Temperatur des Ofens auf HO⁰C und hielt diese Temperatur für weitere 8 Stunden aufrecht. Vergleichsuntersuchungen zeigten, daß das beschriebene mehrfache Wärmetränken zu besseren Ergebnissen führt, als ein einziges über 16 Stunden durchgeführtes Wärmetränken. Ein bevorzugtes Verfahren für die Herstellung mit DOP imprägnierter Kondensatoren, in denen Papier verwendet wird, schließt ein bei etwa 120 bis 1.40⁰C durchgeführtes Trocknen unter Vakuum ein, anschließend ein Imprägnieren bei oberhalb von 100⁰C und anschließendes mehrfaches Wärmetränken, wie beschrieben. Verwendet man nur.Filme als Dielektrikum, kann das Trocknen bei geringeren Temperaturen und für kürzere Zeiten durchgeführt werden.

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Der Polypropylenfilm, wie er in der US-Patentschrift 3 3o3 156 beschrieben ist, ist ein stereoregulär kristalliner, biaxialorientierter PiIm₃ der auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt ist und in allen Beispielen verwendet wurde. Unter kristallin ist zu verstehen, daß das Material einen beträchtlichen kristallinen Anteil hatte und die Kristallinität die physikalischen Eigenschaften des Materials bestimmt. Die Verwendung von DOP ist nicht auf die angeführten Dielektrika begrenzt und es können andere Glieder der Polyolefin-Gruppe, ebenso wie andere synthetische Harze, wie Polycarbonat, Polysulfon und Polyester als Dielektrika verwendet werden. Das bedeutende Merkmal

ist die Verwendung des DOP zusammen mit einem Epoxyd-Stabilisator.

Das stabilisierte Imprägnierungsmittel nach der vorliegenden Erfindung, insbesondere DOP, ist ein verbessertes Imprägnierungsmittel für solche Kondensatoren, die hohen Spannungsbelastungen und hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Eine hohe Spannungsbelastung für das Dielektrikum, wenn dieses ein Film aus einem synthetischen Harz, wie Polypropylen, ist, liegt bei etwa 750 Volt pro 0,025 mm (entsprechend 1/1000 Zoll) Dicke des Polypropylens bis zu 1200 Volt pro 0,025 mm, wobei der kritischere Teil der hohen Belastung in einem Bereich liegt, der bei etwa 900 Volt pro 0,025 mm beginnt und sich bis zu etwa 1400 Volt . pro 0,025 mm erstreckt. Außerdem vrerden solchen Belastungen ausgesetzte Kondensatoren in einer V/eise imprägniert, die in der US-Patentschrift 3 363 156 beschrieben und als im wesentlichen vollständige Imprägnierung bezeichnet ist und die eine gewisse Reproduzierbarkeit der Ergebnisse bedingt, die z. B. eine hohe Coronastartspannung mit sich bringt, die in Beziehung zur Dicke des Dielektrikums steht. In Leistungskondensatoren für hohe Spannungen für Nebenschlußanwendungen, in denen die gesamte Dicke des Dielektrikums zwischen den Elektroden in der Größenordnung von 0,025 nun liegen kann_s muß die Dorona-Startspannung bei Raumtemperatur im allgemeinen oberhalb von 2000 Volt liegen

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und in vielen Fällen muß sie höher als 2500 Volt liegen. Pur Anwendungen bei geringen Spannungen, bei denen dünnere Dielektrika verwendet werden, kann die Corona-Startspannung geringer sein. Die Corona-Startspannung liegt üblicherweise beim 1 1/2-bis 2 1/2-fachen der höchsten Spannungsbel%tung im Dielektrikum bei der Anwendungsspannung·des Kondensators bei Baumtemperatur und sie ist unter variablen Betriebsbedingungen des Kondensators stabil.

DOP ist brauchbar für viele verschiedene Arten dielektrischer Systeme mit einem einzigen dielektrischen Material, wie nur Papier, nur Film oder auch für Mischungen davon. Ein Beispiel eines gemischten dielektrischen Systems ist in der Anordung der Figur, k dargestellt.» bei der ein Blatt Papier 13 benachbart der einen Elektrode 11 liegt. Der Ausführungsform der Figur 5 kann entnommen werden, daß andere gemischte Dielektrika zwei Filme 20. und 21 mit einem dazwischen liegenden Blatt Papier 13 "umfassen oder daß umgekehrt zwei Blätter Papier mit einem dazwischen liegenden Film verwendet werden.

Figur 6 gibt einen Phasenschieberkondensator für hohe Spannung wieder, für den ein geringer Leistungsfaktor erforderlich ist. Der Kondensator 22 umfaßt einen großen Behälter 23 mit einem Volumen von etwa 23 !(entsprechend 0,8 US-Fuß^), in dem eine große Zahl (10 - UO) langgestreckter Wickel 10 angeordnet sind. Diese Wickel 10 können eine Länge von etwa 25 - 64 cm (10 - 25 Zoll) aufweisen. Um wirksam zu sein, muß das DOP-Imprägnierungsmittel und das Additiv durch jeden Wickel .10 gedrungen sein, da der Ausfall nur eines Wickels 10 den Ausfall des gesamten Kondensators verursacht. Daher werden diese Eeistungskondensatoren 22 außergewöhnlichen Trocknungsbedingungen unterworfen, z.B. werden sie 15 bis 30 Stunden bei einem Druck von etwa 200 u Quecksilber Temperaturen von 100 bis 15O⁰C ausgesetzt. Sie werden, während sie noch unter Vakuum stehen und sich bei erhöhter Temperatur befinden, mit dem Imprägnierungsmittel gefüllt, üblicherweise

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befindet sich das Imprägnierungsmittel beim Einfüllen in die Gehäuse auch auf einer Temperatur von etwa 70 - 80°C. Dann wird der Kondensator üblicherweise abgedichtet und wieder erhöhten Temperaturen von etwa 80 - 120⁰C für längere Zeiten ausgesetzt, die von der Größe des Kondensators und der Art des verwendeten dielektrischen Materials abhängen. Alle Papier-Kondensatoren erfordern eine Mindestzeit, nicht jedoch ein nachfolgendes Erhitzen. Alle Film-Kondensatoren können ein Wärmetränken für 16 - 24 Stunden erfordern.

Beispiel 4

Es wurden Untersuchungen mit anderen aromatischen Estern als Imprägnierungsmittel gemacht, die Epoxyd-Additive enthielten. Ein solcher Test wurde mit typischen Kondensatoren, wie in den obigen Beispielen durchgeführt, bei dem das Dielektrikum Polypropylen war und als Imprägnierungsmittel Dicaprylphthalat verwendet wurde. Das Epoxyd war EP2O6 und wurde in einer Menge von 1 Gew.-% eingesetzt. Diese Kondensatoren wurden bei 550 Volt Wechselstrom und 85°C bei einer extrem hohen Filmbelastung von 1570 Volt pro 0,025 mm Polypropylendicke getestet, überraschenderweise arbeiteten diese Kondensatoren nach 9500 Stunden Betriebsdauer noch genau so gut wie Kontrollkondensatoren, bei denen chloriertes Diphenyl als Imprägnierungsmittel verwendet wurde.

Beispiel 5

Es wurden Kondensatoren mit der Konfiguration nach den Figuren und 5 hergestellt. Das Dielektrikum bestand aus einem Streifen etwa 0,012 mm (0,5/1000 Zoll) dicken Papiers mit einer Breite von etwa 92 mm (3,625 Zoll) und 2 Streifen etwa 0,017 mm (0,7/1000 Zoll) dicker Polypropylenfolie gleicher Breite. Die Kapazität betrug etwa 0,5 Uf. Die Kondensatoren wurden 24 Stunden unter Vakuum bei I30 - 14O⁰C getrocknet und dann bei 100⁰C imprägniert. Man untersuchte 2 Gruppen von Kondensatoren. Die eine Gruppe enthielt als Imprägnierungsmittel DOP mit 1 Gew.-% Epoxyd und die andere Gruppe verwendete als Imprägnierungsmittel 80 Gew.-% DOP und 20 Gew.-% Dodecylbenzol. Zu dieser Mischung gab man

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1 Gew.~% des Epoxyds EP2O6. Danach wurden die Kondensatoren abgedichtet und* für 8 Stunden bei 1OQ°C wärme ge tränkt. Die Kondensatoren wurden, einem Corona-Startspannungs-Test unterworfen und für weitere ß.Stunden wärmegetränkt'. Dann führte man an den Kondensatoren wieder einen Corona-Startspannungs-Test aus. Dabei zeigte sich ein starker Anstieg der Corona-Startspannung. D. h. die Corona-Startspannung wurde durch den zweiten WärmetränkVorgang merklich erhöht, was erforderlich "war, um den Kondensator

auf einen zufriedenstellenden Stand der Corona-Startspannung zu bringen und der für das Imprägnierungsmittel aus DOP und Dodecylbenzol höher war als für das DOP als.Imprägnierungsmittel ■ allein.

Nicht alle dielektrischen Flüssigkeiten sind als Imprägnierungsmittel für Kondensatoren zufriedenstellend. Eine dielektrische Flüssigkeit sollte die folgenden allgemeinen Eingeschaften haben; sie sollte in gereinigter oder reinigbarer Form vorliegen, einen Siede- und Gefrierpunkt außerhalb der Betriebstemperaturen des Kondensators haben und einen Entflammungspunkt oberhalb von 175°C. Darüberjhinaus sollte die Flüssigkeit einen Dampfdruck unterhalb des Atmosphärendruckes bei Temperaturen bis zu 2OQ⁰C und vorzugsweise bis zu 300⁰C haben sowie eine Dielektrizitätskonstante oberhalb von 2, insbesondere bei synthetischen Film-Dielektrika, wie Polypropylen, und vorzugsweise 4 und mehr für Papier-Dielektrika. Außerdem sollte die Flüssigkeit eine relativ geringe Viskosität haben, nämlich weniger als 1000 Centistokes bei 25°C und bis zu -40⁰C flüssig bleiben.

Der Leistungsfaktor oder Verlustfaktor ist ein extrem wichtiges Kriterium für einen Kondensator, insbesondere für einen Wechselstrom-Phasenschieberkondensator, da er üblicherweise bei erhöhten Temperaturen arbeitet, und solchen Temperaturen normalerweise beim Herstellen ausgesetzt ist. Der Leistungsfaktor steigt rasch mit der Temperatur an. Der Leistungsfaktor des gereinigten .Imprägnierungsmittels selbst sollte beträchtlich geringer als

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10 % sein und vorzugsweise weniger als 5■%, gemessen bei 10O⁰C und 100 Hz, so daß der Leistungsfaktor im Kondensator auf weniger als etwa 1 % verringert werden kann. Dieser geringe Leistungsfaktor muß für lange Lebensdauern beibehalten werden, die sich bis auf mehrere Jahre erstrecken.

Darübeijhinaus sollte das Imprägnierungsmittel mit den anderen Materialien des Kondensators verträglich sein und es sollte den sich ändernden Betriebstemperaturen bei hohen Spannungsbelastungen widerstehen können. Eine leichte Handhabung, Imprägnierung und andere physikalische Eigenschaften sind erwünscht. Zusätzlich ist es. sehr erwünscht, daß das Imprägnierungsmittel leicht biologisch abbaubar ist, verglichen mit chlorierten Diphenylen, und einen geringen Toxizitätsgrad hat.

Die für die Zwecke der vorliegenden Erfindung am meisten geeigneten aromatischen Ester erfüllen die genannten Kriterien und sind daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Bevorzugte Ester, die in anderer Weise geeignete dielektrische Tests erfüllen, sind das Reaktionsprodukt einer aromatischen Säure mit einem Alkohol. Eine typische Verbindung hat die folgende .Formel:

-C-OR

worin R ein aromatischer Substituent ist, wie Pyromellityl, Terephthallyl, Phthallyl, Trimellityl, Trimesyl, Phenyl, Naphthyl, Biphenyl, ToIyI usw. und worin R¹ eine Alkyl oder Ary!gruppe sein kann, wie Methyl, Äthyl, Propyl, But_yl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, und Decyl^usw. Dies sind gradkettige Alkylgruppen. Es können jedoch auch verzweigte Alkylgruppen verwendet v/erden, beispielsweise 2-Äthylhexyl, Isopropyl, Isobutyl, Isooctyl usw. Beispiele von aromatischen Estern der Phthalsäure, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung brauchbar sind, schließen -Dimethyl-, Diäthyl-, Dipropyl-Ester usw. ein. Ein Beispiel eines Esters

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der Be_nzoe^{säure ist} Butyl-benzoat.

Außer den Estern organischer Säuren können auch die Reaktionsprodukte anderer Säuren ,insbesondere der Phosphorsäure mit den oben genannten Alkoholen verwendet werden. Spezielle Beispiele schließen Trieresy!phosphat und Triphenylphosphat ein. Sie sind auch dem Abbau durch Hydrolyse oder Oxidation zugänglich und daher wirkt sich auch bei ihnen die Anwesenheit der Epoxyde vorteilhaft aus. Die aromatischen Ester sind in der vorliegenden Erfindung einzigartig, da die Reaktionseigenschaften vorhersagbar ähnlich sind, insbesondere für die Phthalat-Ester, so daß, wenn die andere Komponente, sofern eine vorhanden ist, in anderer V/eise ein gutes Kondensatorimprägnierungsmittel ist, die Kombination des aromatischen Esters und des Epoxyds brauchbar ist.

Die Ester der vorliegenden Erfindung können Mischungen von Estern oder Mischungen von Estern und anderen, in anderer Weise zufriedenstellenden Imprägnierungsmitteln umfassen. Es ist am meisten bevorzugt, daß die verwendeten Imprägnierungsmittel den Ester der vorliegenden Erfindung als Hauptbestandteil enthalten. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung kann eine Mischung Mischungen von Estern nach der vorliegenden Erfindung umfassen, beispielsweise DOP und Dibutylphthalat sowie DOP und Didodecylphthalat. Die Mischung kann auch einen Ester nach der 'vorliegenden Erfindung zusammen mit einem aliphatischen Ester, wie Dibutylsebacat oder Castoröl, umfassen. Weiter kann die Mischung den Ester der vorliegenden Erfindung und einen Kohlenwasserstoff allgemein, wie ein Mineralöl, Alkyl-naphthaline, Polybutene und ähnliche umfassen. Spezielle Beispiele dieser Mischungen sind DOP und Mineralöl sowie DOP und Dodecy!benzol. Die Mischungen können auch andere Ester, wie Phosphate, z. B. Tricresylphosphat und Tri- ' phenylphosphat umfassen. Die Mischungen werden verwendet, um das Imprägnierungsmittel mit Eigenschaften zu versehen, die von denen der Ester nach der vorliegenden Erfindung verschieden sind, wie einer erhöhten Dielektrizitätskonstante. Das zugegebene Material

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kann auch in Form eines Verdünnungsmittels oder einer Imprägnierungshilfe, z. B. einem Benetzungsmittel verwendet werden. Ein Beispiel eines Materials, das eine Vielzahl von Punktionen erfüllt, ist Dodecylbenzol, das als Benetzungsmittel und als Imprägnierungsmittel wirkt und daher in relativ großen Mengen verwendet werden kann. Während es bevorzugt ist, daß der Ester nach der vorliegenden Erfindung in der Mischung, soweit die elektrischen Eigenschaften betroffen sind, dominiert, liegt es auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß geringere Mengen des Esters der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. So können 10 bis 40 Gew.-% des Esters der vorliegenden Erfindung zu anderen Imprägnierungsmitteln hinzugegeben werden, um deren Eigenschaften zu ändern. Im Zusammenhang mit Mischungen in der vorliegenden Erfindung kann die Mischung große Mengen eines geeigneten Epoxyds umfassen, wobei das Epoxyd beiden Punktionen dient, d.h. ein Stabilisator und ein Imprägnierungsmittel zu sein.

Die Erfindung wird speziell mit aromatischen Estern, wie sie beschrieben sind, ausgeführt, die die am meisten verbesserten Ergebnisse zeigen. Ein mit Epoxyd stabilisierter aromatischer Ester, wie DOP,,ergibt ein Imprägnierungsmittel, das in unerwarteter Weise gleich oder in einigen Fällen besser ist als das derzeit beste Imprägnierungsmittel, chloriertes Diphenyl.

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Claims

Patentansprüche

"1. Dielektrisches flüssiges Imprägnierungsmittel für die Verwendung in elektrischen Geräten, gekennzeichnet durch einen flüssigen aromatischen Ester, dem ein Epoxydmaterial hinzugegeben wurde, das mit nachteiligen Verunreinigungen, die in elektrischen Vorrichtungen vorhanden sind oder während des Betriebes erzeugt werden können, in Wechselwirkung treten kann, um den Abbau des aromatischen Esters . zu vermeiden.

2. Imprägnierungsmittel nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß es als Hauptbestandteil einen Ester¹ der Formel

R / -C-O-R¹

0 / X

enthält, worin R ein aromatischer Substituent und R' eine Alkyl- oder Arylgruppe ist, in dem ein Stabilisator gelöst ist, der durch die folgende Gruppe charakterisiert ist

— CH — CH —

3. Imprägnierungsmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,' daß der aromatische Ester ein Ester der Phthalsäure mit einem Alkohol ist.

4. Imprägnierungsmittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Phthalsäure-Ester ein Ester von 2-Äthylhexylalkohol ist.

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5. Imprägnierungsmittel nach Anspruch 2, d a du r c h gekenn z- ei c h η e t, daß der Ester ausgewählt ist aus Dimethylphthalat, Diäthylphthalat, Dipropylphthalat, Dibutylphthalat, Diallylphthalat, Dihexylphthalat, Diheptylphthalat, Dioctylphthalat, Dinonylphthalat, Didecylphthalat, Dicaprylphthalat, einem Ester der Benzolsäure mit einem Alkohol, einem Ester eines aromatischen Alkohols, der eine Phosphorsäure enthält oder Tricresylphosphat. j

6. Imprägnierungsmittel nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxyd in einer Menge von mehr als etwa 0,01 Gew.-% vorhanden ist.

7. Imprägnierungsmittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxyd in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 10 Gew.-% vorhanden ist.

8. Imprägnierungsmittel nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Epoxyd-Stabilisator ein Derivat von Äthylenoxyd ist.

9. Imprägnierungsmittel nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxyd ein Derivat des Glycidyläthers ist.

10. Imprägnierungsmittel nach den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxyd der Diglycidyläther des Bisphenols-A ist.

11. Imprägnierungsmittel nach den Ansprüchen 2 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Zusammensetzung den Ester in einer Mischung enthält, wobei der Ester in der Mischung in dem dielektrischen Gerät als Imprägnierungsmittel wirkt.

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12. Imprägnierungsmittel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung einen Ester und einen Kohlenwasserstoff einschließt.

13. Imprägnierungsmittel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenwasserstoff ein Alky!benzol ist.

lH. Imprägnierungsmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzei chnet, daß es einen flüssigen aromatischen Ester des 2-Äthylhexylalkohols umfaßt, dem ein Derivat des Glycidyläthers in einer Menge von etwa 0,01 bis 10 Gew.-% als Stabilisator zugegeben wurde.

15· Imprägnierungsmittel nach Anspruch 1*1, dadurch, gekennzei chnet, daß der Ester Dioctylphthalat ist und das Epoxyd ein Diglycidyläther des Bisphenols-A.

16. Kondensator langer Lebensdauer mit einem abgedichteten Gehäuse, mindestens einem Kondensatorwickel in dem Gehäuse, wobei der Kondensatorwickel ein Paar Elektroden und ein dielektrisches Material dazwischen umfaßt und ein nicht-halogeniertes Imprägnierungsmittel in dem Gehäuse vorhanden ist und den Kondensatorwickel imprägniert, " dadurch gekennzei chnet, daß das Imprägnierungsmittel einen flüssigen aromatischen Ester und ein Epoxyd-Additiv um-_ faßt, das mit Verunreinigungen, die in dem Kondensator vorhanden sind oder während dessen Betrieb erzeugt werden können, in Viechseiwirkung treten kann, um die elektrische Verschlechterung, des Kondensators zu vermeiden.

1-7:,. Kondensator nach Anspruch 16, dadurch g e k e η n- -zeichne t, daß das Additiv ein flüssiges Epoxyd hohen Molekulargewichtes und geringer Flüchtigkeit ist.

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18. Kondensator nach den Ansprüchen 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß der aromatische Ester ein Phthalsäure-Ester ist.

19. Kondensator nach Anspruch 18, dadurch geke η nzeichnet, daß der aromatische Ester ein Ester des 2-Äthylhexylalkohols. ist.

20. Kondensator nach den Ansprüchen 16-19, dadurch gekennzei chnet, daß das Epoxyd ein Diglycidyläther des Bisphenols-A ist.

21. Kondensator nach Anspruch 20, dadurch gekenn-/ zeichnet, daß das Epoxyd in einer Menge, von mehr als 0,01 Gew.-% und vorzugsweise in einer Menge zwischen 0,01 und etwa 10 Gew.-% vorhanden ist.

22. Kondensator nach den Ansprüchen 16-21, dadurch gekennzeichnet, daß ein Papierdielektrikum mindestens ein Teil des dielektrischen Materials ist.

23. Kondensator nach den Ansprüchen 16-21, dadurch gekennzeichnet, daß ein synthetisches Harz mindestens ein Teil des Dielektrikums ist.

24. Kondensator nach Anspruch 23, dadurch gekennzei ohne t, daß das synthetische Harz Polypropylen ist,

25. Kondensator nach den Ansprüchen 16 - 21, dadurch gekennzei chne t, daß das Dielektrikum ein Mischdielektrikum aus Polypropylen und Papier umfaßt.

26. Kondensator nach Anspruch 24, dadurch gekennzei chne t, / bei einer Wechselstromspannungsbelastung des Polypropylens bei der Anwendungsspannung des Kondensators

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von etwa 750 bis mehr als 1200 Volt pro 0,025 mm (1/1000 Zoll) Dicke des Polypropylens der Kondensator für eine lange Lebensdauer einen geringen Leistungsfaktor von weniger als etwa 1%, gemessen bei Zimmertemperatur hat.

27. Kondensator nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator bei einer Spannungs- belastung von mehr als 900 Volt pro 0,025 mm Polypropylen

einen Leistungsfaktor von weniger als 0,5 % hat.

28. Kondensator nach den Ansprüchen 23 und 24, dadurchgekennzeichnet, daß das Elektrodenpaar eine metallisierte Oberfläche auf dem Streifen aus synthetischem Harz umfaßt.

29. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) das Gehäuse und den Wickel zur Entfernung von Feuchtigkeit evakuiert und erwärmt,

b) das Gehäuse mit dem Imprägnierungsmittel füllt,

c) das Gehäuse lange genug auf eine erhöhte Temperatur erhitzt, um eine im wesentlichen vollständige Imprägnierung des Dielektrikums zu erreichen,

d) den Kondensator auf Zimmertemperatür bringt und

e) das Gehäuse vor oder nach Stufe (c) abdichtet.

30. Verfahren zum Imprägnieren eines elektrischen Kondensators nach Anspruch l6, mit einem aromatischen Ester-Imprägnierungsmittel» gekennzeichnet durch folgende Stufen:

a) Anordnen des Kondensators in einem Gehäuse,

b) Erwärmen des Kondensators unter Vakuum auf eine Temperatur von etwa 100 bis 14Q⁰C für mindestens etwa 8 Stunden,

c) Füllen des Gehäuses unte.r Vakuum und bei erhöhter Temperatur mit einem Ester-Imprägnierungsmittel» in dem eine

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" - 13-

E 'yd-Verbindung in einer Menge von mehr als 0,01 Gew«-# gelöst ist und

-d) Wärme tränken des Katalysators für mindestens k Stunden bei einer Temperatur von 85 bis 1JJQ⁰C, um eine im wesentlichen vollständige Imprägnierung zu erhalten.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator in seinem dielektrischen System Papier enthält, und daß das Erhitzen gemäß Stufe (b) für mindestens 24 Stunden durchgeführt wird.

32. Verfahren nach den Ansprüchen 29 und 30* dadurch ge ken η ζ e i chne t, daß der Kondensator nach dem Wärmetränken abgekühlt und das Wärmetränken danach wiederholt wird.

33. Verfahren nach den Ansprüchen 30 und 31» dadurch gekennzeichnet, . daß man das verwendete Imprägnierungsmittel aus einem aromatischen Ester mittels eines Kolonnenreinigungsverfahrensfunter Entfernung im wesentlichen aller Premdmaterialien reinigt, man zu dem aromatischen Ester mindestens 1 Gew.-% eines Epoxyds hinzugibt, um dieses im aromatischen Ester zu lösen und man anschließend den Kondensator gemäß Anspruch 30 imprägniert.

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