DE2446422A1 - LIQUID DIELECTRIC IMPRAEGNATION PREPARATION FOR ELECTRICAL APPARATUS - Google Patents
LIQUID DIELECTRIC IMPRAEGNATION PREPARATION FOR ELECTRICAL APPARATUSInfo
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Flüssige dielektrische Imprägnierungszubereitung für elektrische ApparateLiquid dielectric impregnation preparation for electrical apparatus
Die Erfindung betrifft stabilisierte flüssige Esterimprägnierungsmittel für elektrische Vorrichtungen und insbesondere verbesserte, mit Antioxidantien stabilisierte aromatische Esterimprägnierungsmittel, die insbesondere für die Verwendung in elektrischen Kondensatoren geeignet sind.The invention relates to stabilized liquid ester impregnants for electrical devices and in particular improved aromatics stabilized with antioxidants Ester impregnating agents particularly suitable for use in electrical capacitors.
Ganz allgemein gibt es eine grosse Anzahl von flüssigen Dielektrika, die als Imprägnierungsmittel für KondensatorenIn general, there are a large number of liquid dielectrics used as impregnating agents for capacitors
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geeignet wären, ausser dass sie einen hohen Leistungsfaktor und eine kurze Lebensdauer aufweisen; einige von ihnen sind auch nicht für den Großteil von Kondensatortypen generell verwendbar. Viele der bekannten Kondensatorimprägnierungsmittel leiden auch unter ihrer begrenzten Verwendbarkeit in bestimmten Kondensatoren. Beispielsweise ist die Verwendung von Rizinusöl im allgemeinen auf Gleichstromkondensatoren begrenzt. Wegen dieser Nachteile wurde eine Anzahl von Stabilisatoren als Zusatz für Kondensatorimprägnierungsmittel entwickelt, um deren Stabilität zu verbessern. Vorrangig sollte der Zusatzstoff die Lebensdauer des Kondensators verlängern und gleichzeitig den Leistungsfaktor des Imprägnierungsmittels oder des Kondensators nicht nachteilig beeinflussen.would be suitable except that they have a high power factor and a short lifespan; some of them cannot be used in general for the majority of capacitor types. Many of the known capacitor impregnants also suffer from their limited utility in certain capacitors. For example, the use of castor oil is generally limited to DC capacitors. Because of these disadvantages, a number of stabilizers have been developed as additives to capacitor impregnants in order to improve their stability. Primarily, the additive should extend the life of the capacitor while not adversely affecting the power factor of the impregnating agent or the capacitor.
Eine Anzahl von Imprägnierungsmittel·! aus der Klasse von Materialien, die als Ester bekannt sind, sind schon als Kondensatorimprägnierungsmittel beschrieben worden.A number of impregnating agents ·! from the class of materials, known as esters have already been described as capacitor impregnants.
Es wurde nun gefunden, dass bestimmte, in Kondensatoren verwendbare Antioxidationsmittel verwendet werden können, um flüssige Ester, die als Kondensatorimprägnierungsmittel verwendet werden sollen, wirkungsvoll zu stabilisieren. Bestimmte Klassen von Verbindungen wie beispielsweise Naphthylamine, Chinoline, Chinone und die Mono- und Polyphenole können besonders gut angewendet werden, um flüssige Ester gegen thermische Zersetzung in einem Kondensator oder einer elektrischen Vorrichtung wirkungsvoll zu stabilisieren. Diese stabilisierten Ester, insbesondere die aromatischen Ester, ergeben einen Kondensator, der gegen Oxidation bei erhöhten Temperaturen äusserst widerstandsfähig ist.It has now been found that certain antioxidants which can be used in capacitors can be used, to effectively stabilize liquid esters which are to be used as capacitor impregnation agents. Certain Classes of compounds such as naphthylamines, quinolines, quinones and the mono- and polyphenols can Particularly well applied to liquid esters against thermal decomposition in a condenser or a to stabilize electrical device effectively. These stabilized esters, especially the aromatic esters, result in a capacitor that is extremely resistant to oxidation at elevated temperatures.
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Eine Ausführungsform dieser Erfindung betrifft die Kombination eines Oxidationsmittels mit einem flüssigen organischen Ester, der als Imprägnierungsmittel für elektrische Kondensatoren geeignet ist. Besonders bevorzugte Ester sind aromatische Ester, insbesondere Derivate der Phthalsäure. Ein Beispiel eines bevorzugten Esters,der erfindungsgemäss verwendet kann, ist das Reaktionsprodukt von Phthalsäure und 2-Jvthylhexylalkohol, das als Di(2-äthylhexyDphthalat oder Dioctylphthalat (DOP) bekannt ist. Der Ausdruck DOP, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, steht für Di(2-äthylhexyl)phthalat.One embodiment of this invention relates to the combination an oxidizing agent with a liquid organic ester acting as an impregnating agent for electrical capacitors is suitable. Particularly preferred esters are aromatic esters, in particular derivatives of Phthalic acid. An example of a preferred ester according to the invention can be used is the reaction product of phthalic acid and 2-ethylhexyl alcohol, which is known as di (2-ethylhexyl phthalate or dioctyl phthalate (DOP) is known. The term DOP as used in this application stands for di (2-ethylhexyl) phthalate.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel des Wicklungsteiles eines Kondensators, der Papier als Dielektrikum verwendet .Fig. 1 shows an example of the winding part of a capacitor using paper as a dielectric .
Fig. 2 zeigt einen fertigen Kondensator in Form eines versiegelten Behälters, der einen Wickelteil gemäss Fig. 1 enthält.Fig. 2 shows a finished capacitor in the form of a sealed container which has a winding part according to FIG. 1 contains.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht eines Wickelteils eines Kondensators, dereinen synth. Kunstharzfilm als Dielektrikum verwendet,Fig. 3 is a cross-sectional view of a winding member a capacitor that uses a synthetic resin film as a dielectric,
Fig. 4 zeigt die Ansicht eines Wickelteils eines Kondensators, der sowohl einen synthetischen Kunstharzfilm als auch Papier als Dielektrikum verwendet .Fig. 4 shows the view of a winding part of a capacitor, which uses both a synthetic resin film and paper as a dielectric .
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht eines Wickelteils eines Kondensators, der einen synthetischen Kunstharzfilm in einer anderen dielektrischen Anordnung in einem Kondensator verwendet.5 is a cross-sectional view of a winding portion of a capacitor having a synthetic Resin film used in a different dielectric configuration in a capacitor.
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Fig. 6 ist eine stark verkleinerte Ansicht eines Hochleistungskondensators, der eine Vielzahl von Wicklungen aufweist, wie sie im allgemeinen für die Leistungsfaktorkorrektur in grossem Umfange, für die Induktionswärme und fürHochfrequenzkondensatoren verwendet werden.Fig. 6 is a greatly reduced view of a high performance capacitor having a plurality of of windings, as are generally used for power factor correction Used on a large scale, for induction heat and for high-frequency capacitors will.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Kondensators gemäss der vorliegenden Erfindung verwendet typischerweise eine oder mehrere Kondensatorwickelsektionen, die ziemlich dicht in einem engen Gehäuse oder Behälter,der mit einem flüssigen Imprägnierungsmittel versehen und der versiegelt ist, angeordnet, sind. Die Kondensatorwickelsektion enthält abwechselnd Streifen aus dielektrischem Material und Elektrodenmaterial, das auf verschiedene Art und Weise angeordnet sein kann.A preferred embodiment of a capacitor according to The present invention typically uses one or more capacitor winding sections that are fairly tight in a narrow housing or container which is provided with a liquid impregnating agent and which is sealed. The capacitor winding section contains alternating strips of dielectric material and electrode material, which on can be arranged in various ways.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Kondensatorwickelsektion 10, die ein Paar Elektrodenfolien 11 und 12 und dielektrische Papierstreifen 13 und 14 enthält. Die Elektrodenfolien können auch als metallisierte überzüge auf den Papierstreifen 13 und 14 oder an getrennten und zusätzlichen dielektrischen Streifen verschiedener Materialien ausgebildet sein. Geeignete elektrische Verbindungsstücke oder Vorsprünge 15 und 16 werden dazu verwendet, die Elektrodenfolien mit den Kondensatorenden zu verbinden. Die Wickelsektion 10 ist im Behälter 17 der Fig. 2 angeordnet und der Behälter ist mit einem flüssigen Imprägnierungsmittel versehen und versiegelt. Verbindungsstücke 18 und 19 des Behälters sind mit den Verbindungsstücken 15 und 16 der Wickelsektion 10 verbunden, um die elektrische Verbindung herzustellen. Jeder dielektrische Papierstreifen 13 und 14 kann durchFig. 1 shows an example of a capacitor winding section 10, the a pair of electrode sheets 11 and 12 and dielectric Contains paper strips 13 and 14. The electrode foils can also be used as metallized coatings on the paper strips 13 and 14 or on separate and additional dielectric strips of different materials. Suitable electrical connectors or projections 15 and 16 are used to connect the electrode foils to the To connect capacitor ends. The winding section 10 is disposed in the container 17 of FIG. 2 and the container is provided with a liquid impregnating agent and sealed. Connectors 18 and 19 of the container are with the connecting pieces 15 and 16 of the winding section 10 connected to make the electrical connection. Each dielectric paper strip 13 and 14 can pass through
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eine Vielzahl von Papierstreifen ersetzt werden, um ein dickeres Dielektrikum zu haben oder um den elektrischen Vorzug der Vielzahl von Bögen auszunutzen. Jeder Streifen 13 und 14 kann durch einen oder mehrere synthetische Kunstharzstreifen 20 und 21, wie sie in Fig. 3 gezeigt werden, oder auch durch ein gemischtes Dielektri—kum aus Papierstrei-a variety of paper strips can be replaced to make one to have thicker dielectric or to take advantage of the electrical virtue of the multitude of arcs. Every stripe 13 and 14 can be replaced by one or more synthetic resin strips 20 and 21, as shown in Fig. 3, or by a mixed dielectric made of paper
13
fen»und einem Kunstharzstreifen 20, wie sie in Fig. 4 und
5 gezeigt werden, ersetzt werden. Zusätzliche typische Konstruktionen und Ausführungsformen sind in der US-PS 3 363
(Cox) beschrieben.13th
fen »and a synthetic resin strip 20, as shown in Figs. 4 and 5, can be replaced. Additional typical constructions and embodiments are described in U.S. Patent 3,363 (Cox).
In diesen typischen Ausführungsformen wird das dielektrische flüssige Imprägnierungsmittel dazu veranlasst, im wesentlichen alle Spalten, Hohlräume und Lücken, die in und zwischen den dielektrischen Streifen 13 und 14 vorliegen, auszufüllen, in sie einzudringen oder durchzusickern. Diese Art von Imprägnierung, wie sie in der vorher angegebenen Patentschrift beschrieben wird, ist für viele Kondensatoren notwendig, um das Auftreten von schädlicher Koronaentladung in Wechselstromkondensatoren, beispielsweise bei ihrer Verwendungsspannung, zu reduzieren und um eine Lichtbogenbildung zu'verhindern. Das Imprägnierungsmittel,das im elektrischen Feld zwischen den Elektroden liegt, ist hohen elektrischen Belastungen ausgesetzt, einer Koronaentladung inIn these typical embodiments, the dielectric liquid waterproofing agent causes essentially all of the crevices, voids and gaps that are in and between the dielectric strips 13 and 14 are present to be filled in, penetrated into or oozed out. This type of impregnation, as described in the aforementioned patent, is necessary for many capacitors to the occurrence of harmful corona discharge in AC capacitors, for example, to reduce their voltage in use and to prevent arcing. The impregnation agent, which in the electric field between the electrodes is exposed to high electrical loads, a corona discharge in
geringem Umfange, erhöhten und schwankenden Temperaturen und anderen schädlichen Umwelteinflüssen. Andere Kondensatoren mögen weniger strengeyOaer^ auch Imprägnierungsmittel anderer Art verwenden.small scope, elevated and fluctuating temperatures and other harmful environmental influences. Other capacitors Less strict yOaer ^ also like impregnating agents use another type.
Es wurde gefunden, dass der Zusatz bestimmter, in einem Kondensator verwendbarer Antioxidationsmittel . zu DOPIt has been found that the addition of certain antioxidants useful in a condenser. to DOP
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in einem Wechselstromkondensator dazu beitrug, die Stabilisierung des Kondensators gegenüber Wärmezersetzung und anderen schädlichen Faktoren, die dazu neigen, während der Lebensdauer des Kondensators anzuwachsen, zu erhöhen. Zusätzlich zu der stabilisierenden Funktion des Antioxidationsmitteltyps, wie es erfindungsgemäss verwendet wird, muss das Antioxidationsmittel relativ rein sein und im allgemeinen gegenüber anderen Verbindungen bzw. Materialien in der Kondensatorausführung inert sein, in kleinen Mengen während der langen Lebenszeit des Kondensators wirksam sein und darf die elektrischen Charakteristiken des Kondensators nicht nachteilig beeinflussen. Unter den am meisten bevorzugten Antioxidationsmitteln, die erfindungsgemäss verwendet werden können, sind gehinderte Phenole,in an AC capacitor helped stabilize the capacitor against thermal decomposition and other deleterious factors that tend to increase over the life of the capacitor. In addition to the stabilizing function of the antioxidant type as used according to the invention, the antioxidant must be relatively pure and generally relative to other compounds or materials be inert in the capacitor design, effective in small quantities over the long life of the capacitor and must not adversely affect the electrical characteristics of the capacitor. Among the am Most preferred antioxidants that can be used in the present invention are hindered phenols,
zu nennen, Chinone und substituierte Chinone / von denen herausgefunden wurde, dass sie mit dem Kondensator unter den spezifischen Kondensatorbedingungen verträglich sind. Ein Antioxidationsmittel kann unmodifiziertem DOP, d.h. DOP, welches keine weiteren Kondensatorstabilisierungszusätze enthält, oder DOP, welches durch den Zusatz eines Epoxids modifiziert wurde, zugesetzt werden. Vorzugsweise wird das Antioxidationsmittel einem durch Epoxid modifizierten DOP zugesetzt. Versuche haben jedoch ergeben, dass die Antioxidationsmittel auch in Abwesenheit eines Epoxids wirksam sind. Entsprechende Tests zeigen bemerkenswerte Wirkungen, wie es in den folgenden Beispielen gezeigt wird.to mention quinones and substituted quinones / of which figured out that they are compatible with the condenser under the specific condenser conditions. An antioxidant can be unmodified DOP, i.e. DOP which does not contain any contains other capacitor stabilization additives, or DOP, which is modified by the addition of an epoxy was added. Preferably the antioxidant is added to an epoxy modified DOP. However, experiments have shown that the antioxidants are also effective in the absence of an epoxide. Appropriate Tests show remarkable effects, as in the following Examples is shown.
In diesen Beispielen wurde das DOP durch ein Säulenfiltrationsverfahren unter Verwendung von Tonerde oder Fullererde als Filtrationsmaterial gereinigt, so dass es im wesentlichen frei von Verunreinigungen und insbesondere vonIn these examples the DOP was obtained by a column filtration method using alumina or fuller's earth as a filtration material, so that it is essentially purified free from impurities and in particular from
— 7 —- 7 -
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-τ--τ-
Wasser war. Im allgemeinen entsprechen die Imprägnierungsverfahren dem in der US-PS 3 363 156 (Cox) beschriebenen Verfahren, womit auch das Trocknen der Kondensatoren eingeschlossen ist, in welchem man sie erhöhten Temperaturen, die von 75°C bis über etwa 125°C variieren können, für mehrere Stunden unterwirft, Während dieses Zyklusses standen die Kondensatoren unter Vakuumbedingungen von weniger als etwa 200 ,u Quecksilber. Nach der Imprägnierung mit DOP, die bei etwa 70 bis 800C erfolgte, wurden die Kondensatoren versiegelt und dann mehrere Stunden lang, d.h. von H bis 16 Stunden, bei etwa 100°C in der Hitze getränkt. Diese Hitzetränkungszeit schliesst weder die Verzögerung ein, die notwendig ist, damit der Kondensator den gewünschten Temperaturbereich erreicht, noch die Abkühlzeit auf Raumtemperatur. Die gegebenen Zeiten betreffen die Zeiten bei der Temperatur.Water was. In general, the impregnation processes correspond to the process described in US Pat. No. 3,363,156 (Cox), which also includes the drying of the capacitors, in which they are subjected to elevated temperatures, which can vary from 75 ° C to above about 125 ° C, Subjected for several hours, during this cycle the capacitors were under vacuum conditions of less than about 200, u mercury. After impregnation with DOP, which was carried out at about 70 to 80 0 C, the capacitors were sealed and then for several hours, that is impregnated from H to 16 hours, at about 100 ° C in the heat. This heat soak time does not include the delay necessary for the condenser to reach the desired temperature range, nor does it include the time to cool down to room temperature. The times given relate to the times at temperature.
In den folgenden Beispielen wird ein Vergleich aufgestellt zwischen einem unmodifizierten DOP und einem mit einem Antioxidationsmittel und mit einem Epoxid modifizierten DOP.In the following examples, a comparison is made between an unmodified DOP and one with an antioxidant and with an epoxy modified DOP.
Verschiedene DOP Antioxi^dationsmittelkombinationen wurden in eine Zelle vom Balsbaugh-Typ eingegeben, die eine isolierte Zelle oder einen Behälter mit in Abstand angeordneten, konzentrischen, zylindrischen Elektroden darin enthielt. Die Balsbaugh-Zelle ist eine für diesen Zweck gut bekannte und verwendete Zelle. Eine eingehendere Beschreibung dieserVarious DOP antioxidant combinations were made put into a Balsbaugh-type cell that isolated one Cell or container with spaced, concentric, cylindrical electrodes contained therein. the Balsbaugh cell is one well known and well known for this purpose used cell. A more detailed description of this
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Zelle ist in ASTM Standards, Electrical Insulation Materials, 1970, ASTM D924, S. 483, gegeben. Der betreffende Abschnitt ist mit Standard Method of Test for Power Factor and Dielectric Constant of Electrical Insulating Liquids betitelt.Cell is given in ASTM Standards, Electrical Insulation Materials, 1970, ASTM D924, p. 483. The one in question Section is with Standard Method of Test for Power Factor and Dielectric Constant of Electrical Insulating Liquids titled.
Die Zellejwurde mit einer unmodif izierten( aber gereinigten DOP-Flüssigkeit zwischen den Elektroden angefüllt und die Messungen wurden mit der Zelle bei 100 C durchgeführt.The cell was filled with an unmodified ( but purified DOP fluid between the electrodes and measurements were taken with the cell at 100 ° C).
Die Veränderungsrate des Verlustfaktors, wie er gemessen wurde, zeigte die Zersetzungsrate von DOP an. Für unmodif iziertes DOP stieg der Verlustfaktor von einer anfänglichen Ablesung von etwa 0,35 % auf etwa 0,575 % während einer Zeit von 80 Stunden bei 1OO°C. Dies zeigte, dass DOP eine thermische Instabilität bei höheren Temperaturen aufwies. Eine solche Zersetzung konnte in Kondensatorei erwartet werden, die bei einer niedrigeren Durchschnittstemperatur arbeiteten, weil lokalisierte heisse Flecken und Stellen mit hoher Belastung auftraten.The rate of change in loss factor as measured indicated the rate of degradation of DOP. For unmodified DOP, the loss factor increased from an initial reading of about 0.35% to about 0.575% over a period of 80 hours at 100 ° C. This showed that DOP had a thermal instability at higher temperatures. Such decomposition could be expected in condensers operating at a lower average temperature due to the appearance of localized hot spots and high stress points.
Das oben beschriebene Beispiel wurde wiederholt, ausser dass das verwendete DOP etwa 1,0 % eines gehinderten Phenol-Antioxidationsmittels, das als 2,6-Di-tert-butyl-p-cresol (butyliertes Hydroxytoluol) beschrieben ist, darin gelöst enthielt.Dieses Antioxidationsmittel ist im Handel unter dem Handelsnamen Ionol der Shell Chemical Company erhältlich. Es wurde überraschenderweise gefunden, dass unter denThe example described above was repeated except that the DOP used is about 1.0% of a hindered phenolic antioxidant, that as 2,6-di-tert-butyl-p-cresol (butylated hydroxytoluene) dissolved therein. This antioxidant is commercially available under available under the trade name Ionol from Shell Chemical Company. It was surprisingly found that among the
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gleichen Bedingungen, wie sie in Beispiel I beschrieben wurden, der Verlustfaktor leicht abfIeI1 und zwar von einem Anfangswert von etwa 0,4 % auf etwa 0,3 5 % innerhalb von 80 Stunden bei 100°C.same conditions as described in Example I, the loss factor slightly abf IeI 1 namely from an initial value of about 0.4% to about 0.3 5% within 80 hours at 100 ° C.
Das oben beschriebene Beispiel I wurde wiederholt, ausser dass etwa 1,9 % eines Epoxids (Diglycidyläther von Bisphenol-A, d.h. Dow Epoxid 330) dem unmodifizierten aber gereinigten DOP zugesetzt wurde. Der Verlustfaktor stieg an,und zwar von einem Anfangswert von etwa 0,28 % auf etwa 0,75 % nach etwa 80 Stunden bei 100 C, womit erwiesen ist, dass das Epoxid allein den Verlustfaktor nicht wesentlich stabilisieren konnte. Danach wurde dieses Beispiel wiederholt unter Zusatz von 1,0% Ionol Antioxidationsmittel zu dem DOP/Epoxid. Der Verlustfaktor nach 80 Stunden bei 1OO°C lag im wesentlichen konstant bei etwa 0,37 5 %·Example I described above was repeated, except that about 1.9% of an epoxide (diglycidyl ether of bisphenol A, i.e. Dow Epoxy 330) was added to the unmodified but purified DOP. The loss factor increased from an initial value of about 0.28% to about 0.75% after about 80 hours at 100 C, which shows that the epoxy alone does not significantly reduce the loss factor could stabilize. This example was then repeated with the addition of 1.0% Ionol antioxidant to the DOP / epoxy. The loss factor after 80 hours at 100 ° C was essentially constant at around 0.37 5%
Die Säurezahl von Estern stieg ebenfalls an mit der -thermischen Alterung. Vorzugsweise sollte die Säurezahl eines Kondensatorimprägnierungsmittels unterhalb eines Maximums von etwa 0,1 liegen. Es wurde gefunden, dass im Falle von DOP die Säurezahl durch den Zusatz von Antioxidationsmitteln stabilisert wurde. Die folgende Tabelle illustriert dieses.The acid number of esters also increased with the thermal value Aging. Preferably the acid number of a capacitor impregnant should be below a maximum of about 0.1. It has been found that in the case of DOP, the acid number is reduced by the addition of antioxidants has been stabilized. The following table illustrates this.
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DOP + 1 % Ionol DOP + Epoxid DOP + Epoxid + 1 % Ionol Anfängliche Säurezahl Säurezahl # nach 16 Std. ■(mgs.KOH/g Ester) Φ 100°CDOP + 1% Ionol DOP + epoxy DOP + epoxy + 1% Ionol Initial acid number Acid number # after 16 hours ■ (mgs.KOH / g ester) Φ 100 ° C
Di-tert-butylhydrochinon p-Benzochinon HydrochinonDi-tert-butyl hydroquinone p-benzoquinone hydroquinone
4,4-Thiobis-(3-methyl-6-tertbutylphenol) 4, 4-thiobis (3-methyl-6-tert-butylphenol)
1/2-Dihydro-2J2J4-triraethylchinolin Half-dihydro-2 J 2 J 4-triraethylchinolin
2j6-Di-tert-butyl-4-hydroxymethyl-2j6-di-tert-butyl-4-hydroxymethyl-
phenol 2 ,6-Di-tert-butyl-p-cresolphenol 2,6-di-tert-butyl-p-cresol
(butyliertes Hydroxytoluol) Phenyl-alpha-naphthylamin Dilaurylthiodipropionat N,N -Disalicyliden(butylated hydroxytoluene) phenyl-alpha-naphthylamine Dilauryl thiodipropionate N, N -disalicylidene
nach 16-20 Std
S) 150°CAcid number ■ = &
after 16-20 hours
S) 150 ° C
0.0050.005
0.OO80.OO8
In anderen Versuchen wurden die Säurezahlen anderer Ester wie folgt verglichen.In other experiments, the acid numbers of other esters were compared as follows.
- 11- 11
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ImprägnierungsmittelImpregnation agent
zahlnumber
SäureY"#- nach 20 Std, bei 150OCAcidY "# - after 20 hours, at 150OC
Di-tridecylphthalat (DTDP) DTDP + 1 % Epoxid DTDP +.1 % Epoxid + 1 % Ionol Dibutylphthalat (DBP) DBP +1% EpoxidDi-tridecyl phthalate (DTDP) DTDP + 1% epoxy DTDP + 1% epoxy + 1% Ionol Dibutyl phthalate (DBP) DBP + 1% epoxy
DBP + 1 % Epoxid + 1 % Ionol Tricresylphosphat (TCP) TCP + 1% EpoxidDBP + 1% epoxy + 1% ionol tricresyl phosphate (TCP) TCP + 1% epoxy
TCP + 1% Epoxid + 1 % Ionol Di-isooctylphthalat (DIOP) DIOP + 1% Epoxid DIOP + 1% Epoxid + 1% IonolTCP + 1% epoxy + 1% ionol di-isooctyl phthalate (DIOP) DIOP + 1% epoxy DIOP + 1% epoxy + 1% Ionol
0.550.55
0.230.23
0.020.02
2.022.02
1 .791 .79
0.030.03
0.10.1
0.20.2
0.040.04
1 .121 .12
0.250.25
0.020.02
Verschiedene Kondensatoren wurden bei der praktischen Durchführung der Erfindung zusammengebaut. Diese Kondensatoren waren insbesondere denen der Fig. 1 und 2 ähnlich. Eine Gruppe von Kondensatoren verwendete zwei Papierbögen als Dielektrikum 13. Diese Papierbögen waren 12,7 ,um (0,5 mil ) dick und 4,318 cm (1,75 inches) breit; der vollständige Kondensator ist als Ballast-Kondensator bekannt. Ein gleicher Kondensator wurde hergestellt, in welchem das Dielektrikum 13 aus einem einfachen Bogen aus 8,12 ,um (0,32 mil) Polypropylen bestand. Kondensatoren beider Gruppe wurden unter VerwendungVarious capacitors were used in the practice of the Invention assembled. These capacitors were particularly similar to those of FIGS. A group of Capacitors used two sheets of paper as dielectric 13. These sheets of paper were 12.7 µm (0.5 mils) thick and 4,318 cm (1.75 inches) wide; the full capacitor is known as a ballast capacitor. An equal one Capacitor was manufactured in which the dielectric 13 from a simple sheet of 8.12 µm (0.32 mil) polypropylene duration. Capacitors from both groups were used
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von DOP, DOP mit einem Epoxid und DOP mit einem Epoxid und einem Antioxidationsmittel getestet,und zwar mit befriedigenden Ergebnissen.of DOP, DOP with an epoxy and DOP with an epoxy and an antioxidant tested with satisfactory Results.
Es wurde in dieser Erfindung angedeutet, dass die flüssigen Esterimprägnierungsmittel empfindlich gegenüber Oxidationen und/oder Hydrolyse sind, wodurch sowohl deren Säurezahlen als auch deren prozentuale Verlustfaktoren mit der Zeit bei erhöhten Temperaturen anstiegen, insbesondere bei etwa 1000C und darüber. Diese Zersetzung (Oxidation, Hydrolyse) kann durch Wärme oder durch elektrische Entladungen induziert werden. Das Antioxidationsmittel wird jedoch hauptsächlich verwendet, um die chemischen Effekte der Oxidation auszugleichen. Eine bedeutende Stabilisierung wurde .bei der Verwendung eines Oxi-It was indicated in this invention that the liquid ester impregnation agents are sensitive to oxidation and / or hydrolysis, as a result of which both their acid numbers and their percentage loss factors increased over time at elevated temperatures, in particular at about 100 ° C. and above. This decomposition (oxidation, hydrolysis) can be induced by heat or by electrical discharges. However, the antioxidant is mainly used to offset the chemical effects of oxidation. Significant stabilization was achieved when using an oxide
zusammeη
dationsmitterVmit einem Esterimprägnierungsmittel allge-togetherη
dationsmitterV with an ester impregnation agent in general
zusammen mein beobachtet und insbesondereifmit aromatischen Estern.together my observed and especiallyif with aromatic esters.
Als Antioxidationsmittel können in der vorliegenden Erfindung beispielsweise Di-tert-butylhydrochinon , p-Benzochinone, Hydrochinone, 4,4-Thiobis-(3-methyl-6-tert-butylphenol), 1,2-Dihydro-2,2,4-trimethylchinolin, 2,6-Di-tertbutyl-4-hydroxymethylphenol, 2,6-Di-tert-butyl~p-cresol (butyliertes Hydroxytoluol), Phenyl-alpha-naphthylamin, Dilaurylthiodipr^opionat, Ν,Ν'-Disalicyliden, p-Octylphenylsalycilat verwendet werden. Vorzugsweise wird das Antioxidationsmittel aus der Klasse der gehinderten Phenole, der Chinone und der substituierten Chinone gewählt.As antioxidants in the present invention, for example, di-tert-butylhydroquinone, p-benzoquinones, hydroquinones, 4,4-thiobis- (3-methyl-6-tert-butylphenol), 1,2-dihydro-2,2,4- trimethylquinoline, 2,6-di-tert-butyl-4-hydroxymethylphenol, 2,6-di-tert-butyl ~ p-cresol (butylated hydroxytoluene) , phenyl-alpha-naphthylamine, dilaurylthiodipropionate, Ν, Ν'-disalicylidene, p -Octylphenylsalycilate can be used. The antioxidant is preferably selected from the class of the hindered phenols, the quinones and the substituted quinones.
» Obwohl Antioxidationsmittel schon in kleineren Mengen von weniger als etwa 0,1 % wirksam sind, wurden in der Praxis der vorliegenden Erfindung vorzugsweise von etwa 0,1 Gew.% » Although antioxidants are effective in smaller amounts of less than about 0.1%, in the practice of the present invention it is preferred that about 0.1% by weight
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bis etwa 1,0 Gew.% zugesetzt. Zusatzmengen von etw.a 1 % und mehr sind über einen langen Zeitraum wirksam, ohne dass die elektrischen Eigenschaften des Imprägnierungsmittels nachteilig beeinflusst werden.up to about 1.0% by weight added. Additional amounts of about 1% and more are effective over a long period of time without affecting the electrical properties of the impregnant be adversely affected.
Versuche ergaben, dass die besondere Art des Antioxidationsmittels nicht kritisch ist. Verschiedene Antioxidationsmittel oder Mischungen von Antioxidationsmitteln können verwendet werden, solange wirksame Mengen zugesetzt werden. Die wirksame Menge hängt primär vom Molekulargewicht, von der Reaktionsrate und vcn dsrLöslichkeit des Imprägnierungsmittels ab. Im allgemeinen werden Mengen zwischen etwa 0,01 Gew.% bis zu etwa 10 Gew.% mit befriedigenden Ergebnissen eingesetzt. Jedoch liegt der bevorzugte Bereich zwischen etwa 0,1 % bis etwa 5,0 %. Die phenolischen Antioxidationsmittel üben eine Funktion aus, von der man annimmt, dass sie allen phenolischen Antioxidationsmitteln wegen . ihrer chemischen Struktur eigen sind. Ihre Reaktionszeit und ihre Wirksamkeit auf DOP in dem Kondensator sind äusserst zufriedenstellend·. Tests showed that the particular type of antioxidant is not critical. Various antioxidants or mixtures of antioxidants can be used as long as effective amounts are added. The effective amount depends primarily on the molecular weight of the Reaction rate and solubility of the impregnant away. In general, amounts between about 0.01% by weight up to about 10% by weight are used with satisfactory results. However, the preferred range is between about 0.1% to about 5.0%. The phenolic antioxidants perform what is believed to be because of all phenolic antioxidants. their chemical Structure are peculiar. Their response time and effectiveness on DOP in the capacitor are extremely satisfactory.
Die erfindungsgemässen Imprägnierungsmittel können vorteilhafterweise in Kondensatoren mit einem Papierdielektrikum, Kondensatoren mit Polypropylenfilmen gemischt mit Papier und Kondensatoren mit Polypropylenfilm als alleinigem Dielektrikum verwendet werden. Ein Beispiel eines gemischten dielektrischen Systems ist in der Anordnung von Fig. 4 gezeigt, in welcher ein Papierbogen 13 unmittelbar neben einer Elektrodenfolie 12 und ein Polypropylenbogen 20 unmittelbar neben der anderen Elektrode 11 angeordnet sind. Daraus ist ersichtlich, dass andere gemischte Dielektrika, wie sie in Fig.The inventive impregnating agents can advantageously in capacitors with a paper dielectric, capacitors with polypropylene films mixed with paper and Capacitors with a polypropylene film can be used as the sole dielectric. An example of a mixed dielectric The system is shown in the arrangement of FIG. 4, in which a sheet of paper 13 is immediately adjacent to an electrode foil 12 and a polypropylene sheet 20 are arranged directly next to the other electrode 11. It can be seen from this that other mixed dielectrics, as shown in Fig.
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gezeigt werden, auch zwei Bögen von Filmen 20 und 21 mit einem dazwischenliegenden Papierbogen 13 enthalten können oder andererseits zwei Papierbögen einen dazwischenliegenden Kunststoffbogen oder Film aufweisen können.may also include two sheets of film 20 and 21 with a sheet of paper 13 therebetween or alternatively, two sheets of paper may have a plastic sheet or film therebetween.
Der Polypropylenfilm, wie er in der oben angegebenen US-PS 3 363 156 (Cox) beschrieben wird, d.h. ein stereoregulär kristalliner, biaxial orientierter Film,wird ebenfalls bevorzugt. Unter dem Ausdruck "kristallin" ist ein Material zu verstehen, das einen wesentlichen kristallinen Gehalt auf-The polypropylene film as disclosed in the above-identified U.S. Patent 3,363,156 (Cox), i.e., a stereoregular crystalline, biaxially oriented film, is also preferred. The term "crystalline" means a material that has a substantial crystalline content.
ütaer weist und in welchem die Kristallinität / die physikalischen Eigenschaften des Materials dominiert. Die erfindungsgemässen Imprägnierungsmittel sind nicht auf die beschriebenen Dielektrika begrenzt, auch andere Mitglieder der Polyolefingruppe, sowie andere Kunststoffe, wie Polycarbonate, Polysulfone und Polyester können als Dielektrika verwendet werden. Bekanntlich enthalten einige Polyolefinfilme ein Antioxidationsmittel als Ergebnis des Herstellungsverfahrens des Films. Gemäss der vorliegenden Erfindung wird das flüssige Imprägnierungsmittel ausserhalb des Kondensators stabilisiert;und die Verteilung des Antioxidationsmittels muss gleichmässig sein. In dem Kondensator ergänzt das Imprägnierungsmittel das Antioxidationsmittel in dem Film, wenn ein Filmdielektrikum verwendet wird und wenn der Film ein Antioxidationsmittel enthält.ütaer shows and in which the crystallinity / the physical Properties of the material dominates. The impregnating agents according to the invention are not limited to those described Dielectrics limited, also other members of the polyolefin group, as well as other plastics, such as polycarbonates, Polysulfones and polyesters can be used as dielectrics. It is known that some contain polyolefin films an antioxidant as a result of the process of making the film. According to the present invention stabilizes the liquid impregnant outside the condenser; and the distribution of the antioxidant must be even. In the capacitor, the impregnant complements the antioxidant in the film, when a film dielectric is used and when the film contains an antioxidant.
Das durch ein Antioxidationsmittel stabilisierte Imprägnierungsmittel gemäss der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Imprägnierungsmittel für solche Kondensatoren, die einer Belastung mit hohen Spannungen und hohen Temperaturen unterworfen sind. Eine hohe VoltbelastungThe impregnation agent stabilized by an antioxidant according to the present invention is an improved impregnating agent for such capacitors, that are subjected to high voltages and high temperatures. A high voltage load
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für das Dielektrikum, vorausgesetzt,, dass das Dielektrikum ein synthetischer Harzfilm wie Polypropylen ist, liegt bei etwa 750 Volt Wechselstrom/25,4 /Um (mil) Dicke des Polypropylenfilms bis zu mehr als 1200 Volt Wechselstrom/25,4 /Um (mil), wobei der kritische Teil des hohen Belastungsbereiches bei etwa 900 Volt/25,^JO ,um (mil) beginnt. Ein Beispiel eines, solchen Leistungskondensators ist in Fig. 6 gezeigt.for the dielectric, provided, that the dielectric a synthetic resin film such as polypropylene is about 750 volts AC / 25.4 / µm (mil) thickness of the polypropylene film up to more than 1200 volts AC / 25.4 / um (mil), with the critical part of the high load range starting at about 900 volts / 25, ^ JO, µm (mil). An example of such a power capacitor is shown in FIG.
Figur 6 zeigt einen Kondensator von der Art eines Konden-Figure 6 shows a capacitor of the type of condenser
für
sators zur Leistungskorrektur, dessen Verwendbarkeit ein niedriger Leistungsfaktor wesentlich ist. In Fig. 6 enthält
Kondensator 22 einen grossen Behälter oder Gehäuse 23, beispielsweise mit Abmessungen von 22,65 dm (0,8 cu.ft.)
Volumen, in welchem eine grosse Anzahl (10-^0) von gestreckten Wickelsektionen 10 verwendet werden. Diese Wickelsektionen
10 können Abmessungen von 25,^10 cm (10 inches)
bis 63,50 cm (25 inches) in der Länge aufweisen. Um wirksam zu sein,muss das mit einem Antioxidationsmittel stabilisierte
Imprägnierungsmittel durch jede Wickelsektion 10 hindurchdringen, weil ein Versagen von nur einer einzigen Sektion
dazu führen würde, dass der ganze Kondensator versagt.for
sators for power correction, the usability of which a low power factor is essential. In Fig. 6, capacitor 22 contains a large container or housing 23, for example with dimensions of 22.65 dm (0.8 cu.ft.) volume, in which a large number (10- ^ 0) of elongated winding sections 10 are used . These winding sections 10 can range from 25.10 cm (10 inches) to 63.50 cm (25 inches) in length. To be effective, the anti-oxidant stabilized impregnant must penetrate through each winding section 10 because failure of just one section would cause the entire capacitor to fail.
Die erfindungsgemäss verwendeten Antioxidationsmittel können auf verschiedenen Wegen in den Kondensator eingebracht werden. Vorzugsweise wird das Antioxidationsmittel mit dem Ester als Lösung kombiniert und die Lösung dazu verwendet, den Kondensator zu imprägnieren. Der primäre Grund für diese vorzugsweise Ausführung liegt darin, dass das Esterimprägnierungsmittel empfindlich gegenüber erhöhten Temperaturen ist und mit steigenden Temperaturen unerwünschten Veränderungen unterworfen sein könnte. Entsprechend dient der Zusatz des Antioxidationsmittels zu dem Ester vor demThe antioxidants used according to the invention can be introduced into the condenser in various ways will. Preferably, the antioxidant is combined with the ester as a solution and the solution is used to to impregnate the capacitor. The primary reason for this preferred embodiment is that the ester impregnation agent is sensitive to increased temperatures and undesirable changes with increasing temperatures could be subject. Accordingly, the addition of the antioxidant to the ester serves before
5098 16/07625098 16/0762
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Erhitzen, insbesondere während des Imprägnierungsprozesses, dazu, den Ester zu stabilisieren; dieser Vorgang betrifft also nicht die Stabilisierung des Kondensators.Heating, especially during the impregnation process, to stabilize the ester; this process concerns so not the stabilization of the capacitor.
Das erfindungsgemäss verwendete Antioxidationsmittel muss mit dem Kondensator verträglich sein, was bedeutet, dass es unter den Betriebsbedingungen des Kondensators wirksam sein muss. Die Betriebsbedingungen sind beispielsweise erhöhte Betriebstemperaturen in Gegenwart von einem oder mehreren Materialien, wie beispielsweise Papier, Eisen, Kupfer, Zinn, Aluminium und die üblichen Verunreinigungen. Ausserdem sind unter den Betriebsbedingungen auch das Esterimprägnierungsmittel und dessen Bestandteile bei erhöhten Temperaturen vorhanden, sowie der Polypropylenfilm und dessen Bestandteile in Gegenwart des Esterimprägnierungsmittels. Der Polypropylenfilm ist erst ein kürzlich eingesetztes Dielektrikum für imprägnierte Kondensatoren, so dass deren Wirkungsweise noch nicht so im einzelnen erforscht ist wie jene von Papier.The antioxidant used according to the invention must be compatible with the capacitor, meaning that it will be effective under the operating conditions of the capacitor have to be. The operating conditions are, for example, increased operating temperatures in the presence of an or several materials, such as paper, iron, copper, tin, aluminum and the usual impurities. In addition, the ester impregnation agent and its constituents are also at increased under the operating conditions Temperatures present, as well as the polypropylene film and its components in the presence of the ester impregnation agent. The polypropylene film is a recently used dielectric for impregnated capacitors, so that whose mode of action has not yet been researched in as much detail as that of paper.
Einige Antioxidationsmittel sind in verschiedenen Kondensatoren verschiedenen Ausmasses wirksam durch indirekte Mechanismen oder Bedingungen. Beispielsweise können einige Chinone weniger wirksame Antioxidationsmittel sein als andere und ihre Charakteristiken können insbesondere im Bereich von Materialien, wie beispielsweise Butylhydrochinon und Dichloranthrachinon und ß-Chloranthrachinon verschieden ausfallen.Some antioxidants are effective in different capacitors to different degrees by indirect means Mechanisms or conditions. For example, some quinones may be less effective than antioxidants others and their characteristics can range in particular from materials such as butyl hydroquinone and dichloroanthraquinone and ß-chloroanthraquinone are different.
509816/076 2'509816/076 2 '
Claims (1)
enthält.Liquid dielectric impregnation agent preparation for electrical apparatus, characterized in that it contains a liquid ester and an antioxidant material dissolved therein
contains.
dadurch gekennzeichnet , dass der Ester ein aromatischer Ester ist.3. Preparation according to claims 1 or 2,
characterized in that the ester is an aromatic ester.
dadurch gekennzeichnet , dass das Antioxidationsmittel im wesentlichen aus Naphthylaminen, Chinolinen, Thiobisphenolen, Chinonen und/oder gehinderten Phenolen besteht.6. Preparation according to one of claims 1 to 5,
characterized in that the antioxidant consists essentially of naphthylamines, quinolines, thiobisphenols, quinones and / or hindered phenols.
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