DE3117317A1

DE3117317A1 - Elektrischer kondensator mit ungiftigem dielektrischen medium

Info

Publication number: DE3117317A1
Application number: DE19813117317
Authority: DE
Inventors: Vandos Indianapolis Ind. Shedigian
Original assignee: Emhart Industries Inc
Current assignee: Emhart Industries Inc
Priority date: 1980-09-16
Filing date: 1981-04-30
Publication date: 1982-04-08
Also published as: JPS5755009A; CA1153193A; SE8102329L

Description

Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kondensator, insbesondere einen elektrischen Wechselspannungskondensator.
Flüssige Imprägniermittel für elektrische Kondensatoren müssen eine hohe Dielektrizitätskonstante besitzen, einen kleinen Verlustfaktor beibehalten und mit anderen im Kondensator verwendeten Materialien verträglich sein.
Gleichzeitig muß das Imprägniermittel für eine lange Lebensdauer des Kondensators bei ausgezeichneten elektrischen Eigenschaften erhöhte und wechselnde Temperaturen, Drücke und Spannungsbelastungen aushalten können. Polychlorinierte Biphenyle als Kondensator-Imprägniermittel erfüllen diese Forderungen, so daß sie für mehrere Jahrzehnte zu wesentlich zufriedenstellenden Ergebnissen geführt haben. Diese polychlorinierten Biphenyle werden in weitem Maße als PCB-Stoffe bezeichnet. In jüngerer Zeit wurde ihre Anwendung jedoch aus ökologischen Gründen beschränkt, wobei auch die mit ihnen verbundenen Kosten gestiegen sind. Daher ist nach einem geeigneten nicht-giftigen Ersatz für ein Kondensator-Imprägniermittel gesucht worden, das mit den Imprägnierungseigenschaften von chlorinierten Diphenylen vergleichbare Imprägnierungseigenschaften und gute elektrische Eigenschaften besitzt sowie mit den beiden heute wichtigsten festen Kondensator-Dielektrika, namlich Papier und Polypropylen verträglich ist.
Hinsichtlich eines nicht-giftigen flüssigen Imprägniermittels müssen auch die gasabsorbierenden Eigenschaften und der starke Geruch in Betracht gezogen werden, der bei Verwendung des Kondensators für längere Zeiten mit höheren Temperaturen auftreten kann. Gute gasabsorbierende Eigenschaften verlängern die Lebensdauer des Kondensators.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ungiftiges dielektrisches Imprägniermedium für Kondensatoren anzugeben, bei dem die Bildung eines starken Geruches vermieden wird.
Diese Aufgabe wird bei einem Kondensator der eingangs genannten Art durch ein Sojaöl und eine geringe Menge eines Zusatzes von butyliertem Hydroxyanisol enthaltendes dielektrisches Medium gelöst.
In Weiterbildung der Erfindung ist dabei ein weiterer Zusatz vorgesehen, welcher gute gasabsorbierende Eigenschaften für das Sojaöl besitzt. Als ein derartiger Zusatz kommt ein Olefin, wie beispielsweise Decen, Dodecen, Tetradecen und Hexadecen und insbesondere a-Dodecen-Tetradecen in Frage.
Weitere Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die vorliegende Erfindung sieht also einen elektrischen Kondensator mit einem dielektrischen Medium vor, das Sojaöl und eine geringe Menge eines Zusatzes von butyliertem Hydroxyanisol vor. Das dielektrische Medium kann einen weiteren Zusatz eines Olefins enthalten, das aus der Stoffklasse gewählt ist, die im wesentlichen Decen, Dodecen, Tetradecen und Hexadecen, insbesondere a-Dodecen-Tetradecen, umfaßt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigt: Fig. 1 einen Wickelkörper eines Wechselspannungskondensators in teilweise aufgewickeltem Zustand, um die Struktur aus dielektrischbem Kunststoffilm und Folienelektroden sichtbar zu machen; Fig. 2 den Wickelkörper des Wechselspannungskondensators nach Fig. 1 mit an ihm befestigten Zuleitungen; und Fig. 3 den in einem Gehäuse dicht eingeschlossenen Wechselspannungs-Kondensatorkörper.
Gemäß Figur 1 besitzt ein Wechselspannungskondensator-Wickelkörper 10 ein Paar von dielektrischen Folien 11 und 12 mit darüberliegenden Elektroden 13 und 14. Diese Elektroden 13 und 14 bestehen aus einem geeigneten Metall, wie beispielsweise Aluminium. Freie Ränder 15 und 16 dienen zur Vermeidung eines Kurzschlusses zwischen den Elektroden.
Gemäß Figur 2 sind an sich gegenüberliegenden Enden 21 und 22 des Kondensatorkörpers 10 Anschlußleiter 23 und 24 an den Elektroden 13 und 14 befestigt. Als Leitermaterial kann beispielsweise mit Lötmetall beschichtetes Kupfer Verwendung finden.
Die dielektrischen Kunststoffolien 11 und 12 sollen eine hohe dielektrische Festigkeit, zur Vermeidung eines thermischen Laufens einen kleinen Verlustfaktor, gute thermische Eigenschaften in einem großen Temperaturbereich und Widerstandsfähigkeit gegen das dielektrische Medium besitzen sowie frei von Gasporen und leitenden Partikeln sein.
Geeignete dielektrische Folien 11 und 12 können aus Papier, einer Kombination aus Papier und einem Polymer oder aus einem Polymer hergestellt werden.
Gemäß den Figuren 2 und 3 wird der Kondensatorkörper 10 zur Bildung eines Kondensators 41 vorzugsweise dicht in ein Gehäuse 40 eingebracht. Der Kondensator 41 umfaßt dabei das Metallgehäuse 40 sowie Anschlüsse 42 und 43.
Bei dem im Gehäuse 40 befindlichen Kondensatorkörper 10 steht die Anschlußleitung 23 mit dem Anschluß 42 und die andere Anschlußleitung 24 mit dem Anschluß 43 in elektrischem Kontakt.
Wie oben bereits ausgeführt, sollen dielektrische Imprägniermedien für elektrische Kondensatoren eine hohe Dielektrizitätskonstante besitzen, einen kleinen Verlustfaktor aufrechterhalten und mit den anderen im Kondensator verwendeten Materialien verträglich sein. Das erfindungsgemäß zur Imprägnierung des Kondensatorkörpers 10 verwendete dielektrische Medium erfüllt nicht nur diese Bedingungen, sondern es ist darüber hinaus auch ungiftig. Ein brauchbares Sojaöl ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein bl mit geringem Säuregehalt und einem Entflammungspunkt von etwa 3250C, das in kommerziellen Mengen erhältlich ist.
Um zu verhindern, daß das Sojaöl ranzig wird, wenn Kondensatoren über längere Zeit bei erhöhten Temperaturen benutzt werden und dabei einen starken Geruch abgeben, wird dem Sojaöl eine geringe Menge von butyliertem Hydroxyanisol hinzugefügt. Die zugefügte Menge sollte zwischen etwa 0,05 bis 10 Gew.-% des Gesamtgewichtes des dielektrischen Mediums betragen.
Ein weiteres Problem bei dielektrischen Medien in Kondensatoren ist die Gaserzeugung, welche in hochbelasteten "Gasporen'LBereichen auftritt und evtl. zu Kondensatorausfällen führen kann. Daher sollte dem dielektrischen Imprägnierungsmittel im Kondensator ein Zusatz eines gut gasabsorbierenden Mediums hinzugefügt werden. Die in Kondensatoren der beschriebenen Art hauptsächlich erzeugten Gase bei Verwendung von Sojaöl als dielektrisches Imprägniermittel sind Peroxyde und Wasserstoff. Es hat sich gezeigt, daß bei diesen Bedingungen Olefine, wie beispielsweise Decen, Dodecen, Tetradecen und Hexadecen, gute gasabsorbierende Stoffe sind.
Ein speziell brauchbarer Zusatz zum Sojaöl ist a-Dodecen-Tetradodecen in einer Menge von etwa 0,1 bis 50 Vol.-% der Gesamtmenge des dielektrischen Mediums, wobei 10 % bevorzugt sind.
Es wurden Lebensdauertests über 1000 h für 8 elektrische Kondensatoren der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Art unter Verwendung von Sojaöl als dielektrisches Imprägniermedium durchgeführt. Für 4 der Kondensatoren wurde ein dielektrisches Medium verwendet, das einen Zusatz von 1,0 Gew.-% des Gesamtgewichtes des dielektrischen Mediums an butyliertem Hydroxyanisol (Gruppe I) enthielt. 4 der Kondensatoren enthielten einen weiteren Zusatz von 10 Vol.-% des Gesamtvolumens des dielektrischen Mediums an a-Dodecen-Tetradecen (Gruppe II). Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben, welche die mittleren Kapazitäten und die Verlustfaktoren angibt.
Tabelle Eigenschaften elektrischer Kondensatoren Kapazität und %-Verlustfaktor-Stabilität bei Lebensdauertest bei 459 VAC betriebener Kondensator mit 25 ßF und 370 VAC 800 C-Lebensdauertest 10 2 Dielektrikumsschichten mit 1,143 ' 10 3 cm + 2 Papierschichten mit 1,016 * 10 3 cm Gruppe I Gruppe II Kapazität ßF am Beginn nach 1000 h am Beginn nach 1000 h 250C 17,6 17,6 18,0 18,0 650C 17,2 17,3 17,6 17,6 850C 17,1 17,0 17,5 17,6 Verlustfaktor in % 250C 0,165 0,292 0,164 0,206 650C 0,122 0,233 0,131 0,216 850C 0,119 0,245 0,130 0,216 Bei einem Lebensdauertest von 1000 h zeigt sich, daß die Kondensatoren eine gute Stabilität besitzen. Es waren keine Anzeichen für starke Gerüche oder "Gasporen" aufgrund einer Gaserzeugung vorhanden.

Claims

Elektrischer Kondensator mit ungiftigem dielektrischen Medium Patentansprüche 1Kondensator, insbesondere elektrischer Wechselspannungskondensator, gekennzeichnet durch ein Sojaöl und eine geringe Menge eines Zusatzes von butyliertem Hydroxyanisol enthaltendes dielektrisches Medium.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz in einer Menge von etwa 0,05 bis 10 Gew.-% des Gesamtgewichtes des dielektrischen Mediums vorliegt.
3. Kondensator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz in einer Menge von 1 Gew.-% des Gesamtgewichtes des dielektrischen Mediums vorliegt.
4. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine geringe Menge eines weiteren Zusatzes in Form eines Gasabsorptionsmittels für das Sojaöl, wobei dieses Absorptionsmittel Peroxide und Wasserstoffe absorbiert.
5. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Zusatz Olefin ist.
6. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Olefin aus der Stoffklasse gewählt ist, die im wesentlichen Decen, Dodecen, Tetradecen und Hexadecen umfaßt.
7. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Zusatz a-Dedecen-Tetradecen ist.
8. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Zusatz in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 50 Vol.-% des Gesamtvolumens des dielektrischen Mediums vorliegt.
9. Kondensator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Zusatz in einer Menge von etwa 10 Vol.-% des Gesamtvolumens des dielektrischen Mediums vorliegt.