DE2426577A1 - Polypropylenschichtkondensator - Google Patents

Description

Patentanwälte

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31. Mai 19Ä

MiTSHSKITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO., LTD. Osaka, Japan

Polypropylenschichtkondensator ·

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kondensator, "bei dem als dielektrisches Material Polypropylenschichten vorgesehen sind, die mit einem Isolieröl durchtränkt sind, wobei dieser Kondensator jedoch bessere Betriebseigenschaften zeigt.

Bei der Herstellung von Polypropylenschichtkondensatoren, die mit Isolierölen getränkt sind, verwendet man seit einiger Zeit als Isolieröl statt der chlorierten Biphenyle wie bei spiel sue i se Diphenyltrichlorid oder Diphenylpentachlorid Stoffe wie etwa Kohlenwasserstoff-Isolieröle , so-z.B. Mineralöle, Polybuten, Alkylbenzole, Alkylnaphthaline , Diallylalkane usw. Diese Isolieröle haben eine schwache Polarität und sie sind daher in ihrem dielektrischen Verhalten recht gut geeignet. Ihre Dielektrizitätskonstante, die für die Abmessungen des Kondensators bestimmend ist, ist allerdings gering und be läuft sich allenfalls auf etwa 40 bis 50 Prozent der eines chlorierten Diphenyls. Infolgedessen fällt auch die Dielektrizi-

tätskonstante

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tätskonstante des Kondensators insgesamt niedriger aus und für eine gegebene elektrostatische Kapazität ist daher mehr Material erforderlich, als "bei Kondensatoren, die mit einem chlorierten Diphenyl getränkt sind.

Ferner ist auch die Dielektrizitätskonstante dieser Isolieröle fast die gleiche wie die des Polypropylens, und falls ein Kondensator unter Verwendung solcher Isolieröle hergestellt ist, wird an das Isolieröl und an das Polypropylen nahezu die gleiche Spannung angelegt, was für das Isolieröl eine erhebliche Belastung ist.

In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß sich die Durchschlagsspannung dieser Isolieröle höchstens auf etwa 25 bis 50 Υ/μ beläuft, während die des Polypropylens etwa 500 bis 400 v/u beträgt.

Mt anderen Worten, bei den Isolierölen kommt es eher zum dielektrischen Durchschlag als bei dem eigentlichen Kondensatormaterial.

Zur Ausschaltung der genannten Mängel jener Isolieröle ist eine Tränkung der Polypropylenschicht mit Isolierölen erwünscht, die eine höhere Dielektrizitätskonstante haben.

Heine , nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff aufgebaute Kohlenwasserstoffverbindungen mit einer so hohen Dielektrizitätskonstante wie jene erstgenannten Isolieröle lassen sich indessen nur schwer verfügbar machen.

Isolieröle der Ester- oder Ätherklasse haben eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante, doch enthalten diese Isolieröle Sauerstoff, was eine Alterung der Polypropylenschicht infolge Oxidation bedingt.

Anders ausgedrückt, die Alterung des Polypropylens in dem Isolieröl hängt natürlich stark von der Menge des in dem Isolieröl enthaltenen Sauerstoffs ab.

Fig. 1 zeigt beispielhaft das Beziehungsgefüge zwischen dem Anteil des in dem Isolieröl vorhandenen Sauerstoffs und der Zeitdauer bis zur vollständigen Alterung der Polypropylenschicht in dem Isolieröl bei 95°C. Aus Fig. 1 ist zu entnehmen, daß sich die Alte-

rungszeit

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_ 3 -rungszeit mit steigendem Saue rs to ff an teil verkürzt.

Bei Verwendung von Isolierölen der Ester- oder Itherklasse für Polypropylenschichtkondensatoren tritt zudem infolge der dielektrischen Beanspruchung im elektrischen Feld eine örtliche Zersetzung der Isolieröle ein.

Besonders zeigt sich diese Erscheinung bei selbstheilenden Kondensatoren, die ihr Isoliervermögen nach einem Teildurchschlag zurückgewinnen. Hierbei wird der in den Ester- oder Äthergruppen der Isolieröle enthaltene Sauerstoff freigesetzt und oxidiert nun das Polypropylen, so daß sich die Lebensdauer des Kondensators verringert.

Als weiteres Ergebnis der im lahmen der erfinderischen Bemühungen durchgeführten Untersuchungen mit dem Ziel der Verhinderung der Oxidation des Polypropylens, um so den Vorteil der hohen Dielektrizitätskonstante jener sauerstoffhaltigen Isolieröle -wahrzunehmen, konnte festgestellt werden, daß die Einbringung einer epoxidierten Verbindung in die Isolieröle ausgezeichnete Wirkungen zeitigt.

Als Beispiele der im Rahmen der Erfindung benutzten epoxidierten Verbindungen sind Epoxyharze zu nennen, bei denen es sich um Verbindungsprodukte von Epichlorhydrin und-Bisphenol, epoxidierte Produkte von Fetten und Ölen, von natürlichen Fetten und Ölen, von Alkyle stern der Harzsäuren, um Spoxyderivate von Cyclohexan usw. handelt.

Als Beispiele für die sauerstoffhaltigen Isolieröle seien organische Ester wie etwa die Ester aromatischer Säuren, die Ester alicycliseher Säuren, Fettsäureester, phosphorsäureester usw., ither-Öle, Öle der Ketonklasse u.dgl. genannt.

Hinsichtlich des Ifengenanteils der epoxidierten Verbindung ist man nicht an bestimmte Grenzen gebunden, doch wird sich deren Anteil vorzugsweise auf etwa 0,1 bis 10 Gewichtsprozent belaufen, bezogen auf die Lfenge des Isolieröls.

in folgenden bezieht sich der Begriff "Eestprozenteatz" ,auf die Prozentzahl der nicht zerstörten Kondensatoren, die' jeweils

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für die Stromzuführung in weiteren Versuchen zur Verfügung standen. In den Zeichnungen zeigen;

Fig. 1 eine graphische Darstellung, in der die zwischen dem Anteil (Volumverhältnis) des Sauerstoffs im Isolieröl und der Zahl der bis zur vollständigen Alterung der Polypropylenschicht verstrichenen Tage bestehende Beziehung wiedergegeben ist»

KLg. 2 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensators* und

Fig. 3 bis 6 graphische Darstellungen der Bestprozentsätze von Kondensatoren der in Fig. 2 gezeigten Art nach Anlegen einer flech sei spannung.

Die folgenden Ausführungsbeispiele dienen der Veranschaulichung der Erfindung.

Ausführungsbeispiel 1

Als Beispiel für ein Isolieröl aus der Stoffklasse der Ester wurde Dioctylphthalat gewählt. In dieses Isolieröl wurde ein Anteil von 1 Gewichtsprozent eines epoxidierten Sojabohnenöls eingebracht. Mit dem Isolieröl wurde ein selbstheilender Polypropylenschi ch tkondensa tor mit dem in Fig. 2 gezeigten Aufbau getränkt, wobei in dieser Figur mit der Bezugszahl 1 ein metallisiertes Papier bezeichnet ist, das durch Aufdampfen eines Metalls auf die beiden Flächen eines Isolierpapiers erzeugt war und das an beiden Flächen das gleiche Potential hatte, und mit der Bezugszahl 2 jeweils eine Polyp ropyle nschi ch t.

In Fig. 3 ist der Bestprozentsatz selbstheilender Polypropylenschichtkondensatoren a dargestellt, die mit Dioctylphthalat mit einem Gehalt an epoxidiertem Sojabohnenöl durchtränkt waren, und im Vergleich dazu die Änderungen der Sestprozentsätze selbstheilender Polypropylenschichtkondensatoren b, die nur mit Dioctylphthalat durchtränkt waren, und zwar jeweils unter der Voraussetzung, daß ständig bei 85 C eine Wechselspannung angelegt wurde.

Tft.3 aus Fig. 3 hsrvergeht, fielen die Best^iozentsätze der nur mit Dioctylphthalat getränkten Kondensatoren b äußerst rasch ab

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und es kam innerhalb kurzer Zeit zum vollständigen dielektrischen Durchschlag.

Bei den Kondensatoren a, die mit Dioctylphthalat mit einem Gehalt an epoxidiertem Sojabohnenöl getränkt waren, trat demgegenüber kein Durchschlag ein und der Eestprozentsatz belief sich noch nach 1000 Stunden auf 100 Prozent.

Diese Basultate lassen erkennen, daß das epoxidierte Sojabohnenöl den durch Anlagen der Spannung aus der Estergruppe erzeugten Sauerstoff aufnahm, so daß der Oxidation und Alterung der Polypropylenschi cht vorgebeugt wurde.

Ausführungsbeispiel 2

Als Isolieröl, das für die Stoffklasse der Äther beispielhaft ist, wurde ein Alkyl diphenyläther verwendet. In diesen Äther wurde ein Anteil von 1 Gewichtsprozent eines epoxidierten Sojabohnenöls eingebracht. Hiermit wurde der selbstheilende Polypropylenschichtkondensator mit dem in Fig. 2 gezeigten Aufbau getränkt.

In Fig. 4 ist der Eestprozentsatz der Kondensatoren a dargestellt, die mit dem Alkyldiphenyläther mit "dem Gehalt an epoxidiertem Sojabohnenöl getränkt waren, und es sind dem vergleichsweise die Änderungen der Bestprozentsätze des Kondensators b gegenübergestellt, die mit dem Alkyl diphenyläther getränkt waren, der von epoxidiertem Sojabohnenöl frei war, wobei auch hier bei 85 C ständig eine Wechselspannung angelegt wurde.

Aus Fig. 4 ist zu entnehmen, daß die Ergebnisse denen des Ausführungsbeispiels 1 entsprachen. Mit anderen Worten, der Alterung der Polypropylenschicht, die durch den beim Anlegen der Spannung aus der Äthergruppe freigesetzten Sauerstoff hervorgerufen wird, konnte durch Einbringen des epoxidierten Sojabohnenöls vorgebeugt werden.

In diesem Zusammenhang sei vermerkt, daß die gleichen Versuche wie in den Ausführungsbeispielen 1 und 2 auch mit selbstheilenden Polypropylenschichtkondensatoren durchgeführt wurden, die mit Mineralöl und mit einem Alkylbenzol getränkt waren, also mit reinen Kohle nwa s ser stoff verbindungen, die keinen Sauerstoff enthielten. Die Versuchsergebnisse sind in Fig. 5 und 6 dargestellt. Wie aus Fig. 5

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und 6 zu ersehen ist, lagen die Bestprozentsätze sowohl bei den Kondensatoren a hoch, die mit dem Isolieröl getränkt waren, welches das epoxLdierte Sojabohnenöl enthielt, als auch bei den Kondensatoren b, die nur mit dem reinen Isolieröl getränkt waren. Es ist anzunehmen, daß sich diese Besultate deshalb einstellten, weil in reinen Kohlenwasserstoff verbindungen wie Alkylbenzolen und Alkylnaphthalinen durch die dielektrische Beanspruchung kein Sauerstoff freigesetzt werden kann und weil es demzufolge auch nur schwer zu einer oxidationsbe dingte η Alterung des Polypropylens kommen kann.

He obenstehend ausgeführt wurde, hat sich gezeigt, daß bei der Tränkung eines Polypropylenschichtkondensators mit einem sauerstoffhaltigen Isolieröl durch die Einbringung einer epoxidierten Verbindung der Oxidation des Polypropylens in sehr wirksamer leise vorgebeugt werden kann.

In den obigen Ausführungsbeispielen wurde mit epoxidiertem Sojabohnenöl gearbeitet, doch lassen sich ähnliche Ergebnisse auch mit anderen epoxidierten Verbindungen erzielen. Auch kommen Kondensatoren jeglicher Art in Betracht, die als dielektrisches Material Polypropylenschichten aufweisen, also selbstheilende wie auch nicht selbstheilende Kondensatoren, beispielsweise Aluminiumfolienkondensatoren.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß der erfindungsgeaäße Polypropylenschichtkondensator vorteilhafte Betriebseigenschaften zeigt.

Sämtliche Kondensatoren a und b der obigen Ausführungsbeispiele hatten den in Fig. 2 gezeigten Aufbau.

P ate ntansp rüche

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   l.jMit einem sauerstoffhal ti ge η. Isolieröl getränkter und Polypropylenschichten als dielektrisches Material aufweisender Polypropylenschichtkondensator, gekennzeichnet durch die Einbringung einer .epoxidierten Verbindung in das Isolieröl.
2. 2. Polypropylenschichtkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die epoxidierte Verbindung ein Epoxyharz ist, bei dem es sich um ein Verbindungsprodukt von Epichlorhydrin und Bisphenol, das epoxidierte Produkt von Fetten und Ölen, von natürlichen Fetten und Ölen, von Alkylestern der Harzsäuren oder um ein Epoxy derivat von Cyclone xan handelt.

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