DE2718905C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kondensator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Kondensator ist durch die DE-OS 23 10 807 bekannt.

Die Verwendung von polychlorinierten Biphenylen als dielektrische Flüssigkeit kann, wie in der DE-OS 23 10 807 ausgeführt wird, selbst in abgedichteten elektrischen Ausrüstungen eingeschränkt sein wegen möglicher Schädigung der Umwelt durch Verschmutzung, die noch durch die niedrige biologische Abbaufähigkeit erhöht wird. Bemühungen während der letzten Jahre, dielektrische Flüssigkeiten zu entwickeln, die Trichlorobiphenyl als Imprägnierungsmittel von Polypropylenfolien-Papier-Kondensatoren, reinen Papier-Kondensatoren sowie reinen Folien-Kondensatoren ersetzen können, richteten sich hauptsächlich auf Materialien, die aromatische Gruppen aufweisen. Hocharomatische Flüssigkeiten wurden als Alternativen angesehen, die es ermöglichen, auch weiterhin die Kondensatoren bei hohen Spannungen zu betreiben, da diese Flüssigkeiten gute Korona-Eigenschaften aufweisen und die Betriebsspannungen von Leistungskondensatoren von deren Resistenz gegenüber koronaerzeugenden Überspannungen abhängen. Beispiele für potentiell gute Leistungskondensator-Flüssigkeiten sind Lösungen eines Phthalatesters, Diisononylphthalat und ein Aromat, Lösungen eines aromatischen Kohlenwasserstoffs und eines aromatischen Sulfons und Isopropylnaphthalen, das in Japan verwendet wird.

Diese Flüssigkeiten sind biologisch abbaubar, besitzen aber nicht den außerordentlich großen Widerstand gegenüber Verbrennung, sind also weniger "nicht entflammbar" als polychlorinierte Biphenyle. Jedoch liegen ihre Entflammungs- und Brennpunkte ebenso hoch, wie die von Mineralölen, die in weitem Umfang als elektrisch isolierende Flüssigkeit verwendet werden. Bei den meisten Leistungskondensatoren stellen sie keine ernsthafte Feuergefahr dar, weil diese Kondensatoren gewöhnlich im Freien montiert sind oder weil pro Einheit nur eine geringe Flüssigkeitsmenge vorhanden ist, die geringer als z. B. 10 l ist, die in bestimmten Ländern eine Feuersicherheitsgrenze für derartige Flüssigkeiten darstellt.

Die Bedeutung der Belastungen durch hohe Betriebsspannung ist besonders groß für die Nennwerte der Blindleistung von Folienpapier- Kondensatoren, wo die Größe der dielektrischen Konstante des Imprägnierungsmittels nicht sehr wichtig ist. Die Blindleistung ist proportional zum Produkt des Quadrates der Betriebsspannung und der Kapazität. Bei einem Folien-Papier-Dielektrikum wird die Kapazität nur unwesentlich von der dielektrischen Konstante des Imprägnierungsmittels beeinflußt, da die Kapazität von der Folie beherrscht wird, deren Dielektrizitätskonstante von dem Imprägnierungsmittel nicht wesentlich beeinflußt wird, weil nur eine kleine Menge Flüssigkeit von der Folie absorbiert wird. Die durchschnittliche dielektrische Konstante eines aus 75% Folie und 25% Papier bestehenden Dielektrikums wird nur um 10% vermindert, wenn als Imprägnierungsmittel statt Trichlorobiphenyl mit der relativen dielektrischen Konstante 4,9 ein Kohlenwasserstoff mit einer Dielektrizitätskonstante von 2,2 bis 2,6 verwendet wird. Andererseits wird bei einem Imprägnierungsmittel, das eine nur mäßige Erhöhung der Betriebsspannungsbelastung ermöglicht, die Blindleistung um ungefähr das Zweifache des prozentualen Spannungsbelastungsanstieges erhöht.

Die Höhe der Nennspannungsbelastung basiert auf der Erwartung, daß ein Leistungskondensator periodisch hohen Überspannungen ausgesetzt wird, die aufgrund von Schaltvorgängen und bestimmten Überschwingungsvorgängen der Kraftwerksleitungen entstehen und größenordnungsmäßig die dreifache Nennspannung erreichen können. Der Leistungskondensator muß den Einflüssen derartiger Überspannungen, die Korona-Entladungen in der Flüssigkeit erzeugen, in zweierlei Weise widerstehen. Die eine ist die, daß die Korona-Entladung nicht fortbestehen darf, wenn die Nennspannung wieder erreicht wird. Zum anderen sollte die bei Überspannung auftretende Koronaentladung das Dielektrikum nicht zerstören und zu keinem vorzeitigen Versagen führen, wobei die Betriebslebensdauer des Kondensators üblicherweise 20 bis 30 Jahre beträgt. Derartige Effekte können durch die Art des Imprägnierungsmittels sowie durch die Auswahl der isolierenden Zwischenschichten des Kondensator-Dielektrikums und der Elektroden-Geometrie beeinflußt werden.

Bisher ist nicht geklärt, warum aromatische Flüssigkeiten verhältnismäßig gute Korona-Eigenschaften besitzen, insbesondere verglichen mit aliphatischen Flüssigkeiten. Ihre guten Korona-Eigenschaften werden durch eine höhere Kondensator- Korona-Einsatzspannung und durch höhere Löschspannungen deutlich, sowie durch verhältnismäßig niedrige Gasungsneigung der Flüssigkeit unter Hochspannung bei Testversuchen. Eine ähnliche Situation herrscht hinsichtlich der Additive, wie beispielsweise Anthraquinon und Epoxiharzen, die die Korona-Eigenschaften von Flüssigkeiten verbessern. Hinsichtlich des Widerstandes gegenüber Effekten der Korona-Einsatzspannung, der Löschspannung und der niedrigen Gasung wird vermutet, daß die aromatischen Moleküle oder Bestandteile oder auch Additive mit den Produkten der Korona-Entladung reagieren und den Aufbau von Gasblasen aus Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen an der ursprünglichen Stelle der Korona verhindern, so daß dort die Korona-Entladung nicht bestehen bleiben kann. Diese allgemeine Erläuterung reicht jedoch nicht aus, um eine systematische Ordnung hinsichtlich des Widerstandes gegenüber Korona-Entladung zu liefern, und auch nicht dazu, um sie als Basis für die Auswahl von gegenüber der Korona-Entladung widerstandsfähigen Flüssigkeiten zu verwenden. Hinsichtlich der Höhe der Korona-Einsatzspannung ist auch ziemlich unklar, welche Effekte die Molekularfaktoren haben.

Aus der gattungsbildenden DE-OS 23 10 807 ist ein elektrischer Kondensator mit Metallfolienschichten und Isolierzwischenschichten aus Papier, Kunststoff etc. bekannt. Als Imprägnierflüssigkeit ist dort eine Mischung aus 70-90 Gew.-% Isopropylbiphenyl und 10-30 Gew.-% Tolylsulfon vorgesehen. Die Beimengung des Sulfons führt zwar zu einem verbesserten Dielektrizitätsfaktor. Nachteilig ist jedoch, daß das von dieser Substanz gebildete Dipolmoment und somit der Verlustfaktor des Kondensators erhöht ist, was bei großen Kondensatoren zu Schwierigkeiten bei der Verlustwärmeabfuhr führen kann.

Aus der DE-OS 23 35 692 ist es bekannt, der dielektrischen Flüssigkeit ein Antioxidationsmittel in einer Menge von 0,05 bis 5 Gew.-%, beispielsweise 0,1 bis 0,3 Gew.-%, Di-tert-butylparacresol, und eine Wasserstoffakzeptor-Verbindung in einer Menge von 0,3 bis 3 Gew.-%, beispielsweise Beta-Methylantraquinon, beizugeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kondensator der gattungsgemäßen Art mit verbesserten Hochspannungseigenschaften zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Das Antioxidationsmittel und der Wasserstoffakzeptor scheinen zusammenzuwirken und eine Erniedrigung der Korona-Einsatzspannung herbeizuführen, wenn einer von ihnen mit hoher Konzentration verwendet wird. Eine Zusammensetzung, bei der beide Bestandteile wirksam sind, enthält höchstens 0,2% Di-tert-butyl-paracresol und höchstens 0,5% Beta-Methylanthraquinon.

Die Firma Sun Oil Company hat unter der Bezeichnung "X489-17" eine Flüssigkeit vor dem Prioritätszeitpunkt vertrieben, die aus 95,5% Monoisopropyltriphenyl, 4% Diisopropylbiphenyl und 0,5% Biphenyl bestand und zur Herstellung von sogenanntem "Carbonless"-Papier verwendet worden ist.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Figur erläutert.

Die Figur stellt eine geschnittene perspektivische Ansicht eines Kondensators dar, bei dem ein hermetisch abgedichteter Behälter 1 eine oder mehrere Wicklungen leitender Folie 2 sowie eine leitende Folie 3 enthält, die schmäler ist und abgerundete Kanten besitzt. Diese Folien wechseln mit zwischengelegten Schichten aus Isoliermaterial 4, hier als Folie 5, Papier 6 und Folie 7 dargestellt, ab. Die erfindungsgemäße dielektrische Flüssigkeit 8 füllt den Behälter 1 und imprägniert den Kondensatorwickel. Elektrodenanschlüsse können gemäß üblicher Verfahren vorgesehen sein. Die dielektrischen Schichten werden dazu neigen, sich an die zur Verfügung stehenden Räumlichkeiten anzupassen, so daß die in der Zeichnung dargestellten großen Leerräume wesentlich vermindert werden.

Es wurde gefunden, daß ein Kondensator mit der erfindungsgemäßen dielektrischen Flüssigkeit unerwartet gute Eigenschaften aufwies. Die Kondensatoren besaßen eine hohe Korona-Einsatzspannung und eine hohe Löschspannung, typischerweise etwa 7 kV bei einer 0,038 mm Polypropylen-Folie plus einem 0,013 mm dicken Papier, sowie niedrige Leistungsfaktorwerte. Sie zeigten gute thermische Stabilität und konnten bei niedrigeren Temperaturen betrieben werden als Kondensatoren des Standes der Technik.

Die bei den Kondensatoren verwendete dielektrische Flüssigkeit ist nicht giftig, besitzt einen weiten Viskositätsbereich und kann bei Bedarf leicht gereinigt werden. Ihre Entflammbarkeit ist annehmbar.

Claims (4)

1. Kondensator mit Metallfolienschichten und zwischengelegten Schichten aus Papier, Papier und Kunststoffolie oder Kunststoffolie, wobei der Kondensator mit einer Isopropylbiphenyl enthaltenden dielektrischen Flüssigkeit imprägniert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit folgende Zusammensetzung aufweist: 80-99 Gew.-%Monoisopropylbiphenyl, 20-1 Gew.-%Diisopropylbiphenyl, 0,01-0,2 Gew.-%Di-tert-butylparacresol, 0,1-0,5 Gew.-%Beta-Methylanthraquinon und weniger als 0,5 Gew.-%Biphenyl.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Flüssigkeit 0,05-1 Gew.-% eines Epoxiharzes enthält.

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede zweite Schicht der Metallfolie schmaler ist.

4. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede schmalere Metallfolienschicht abgerundete Kanten besitzt.