DE3117318A1 - Electrical capacitor with a non-toxic dielectric medium - Google Patents
Electrical capacitor with a non-toxic dielectric mediumInfo
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Abstract
Description
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kondensator, insbesondere einen elektrischen Wechselspannungskondensator.The present invention relates to a capacitor, in particular an AC electrical capacitor.
Flüssige Imprägniermittel für elektrische Kondensatoren müssen eine hohe Dielektrizitätskonstante besitzen, einen kleinen Verlustfaktor beibehalten und mit anderen im Kondensator verwendeten Materialien verträglich sein.Liquid impregnating agents for electrical capacitors must have a have a high dielectric constant, maintain a small dissipation factor and be compatible with other materials used in the capacitor.
Gleichzeitig muß das Imprägniermittel für eine lange Lebensdauer des Kondensators bei ausgezeichneten elektrischen Eigenschaften erhöhte und wechselnde Temperaturen, Drücke und Spannungsbelastungen aushalten können. Polychiorinierte 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, nämlich Papier und Polypropylen verträglich ist.At the same time, the impregnating agent must have a long service life Capacitor with excellent electrical properties increased and changing Can withstand temperatures, pressures and tension loads. Polychored Biphenyls as capacitor impregnation agents meet these requirements, so that they have produced substantially satisfactory results for several decades. These polychlorinated biphenyls are widely referred to as PCB substances. More recently, however, their use has been restricted for ecological reasons, and the associated costs have also increased. Hence, after one a suitable non-toxic substitute for a capacitor impregnation agent has been sought, comparable to the impregnation properties of chlorinated diphenyls Has impregnation properties and good electrical properties as well as with the two most important solid capacitor dielectrics today, namely paper and Polypropylene is compatible.
Es hat sich gezeigt, daß Sojaöl gute elektrische Eigenschaften als dielektrisches Imprägnierungsmedium besitzt und nicht giftig ist. Ein brauchbares Sojaöl ist beispielsweise ein raffiniertes säurearmes öl mit einem Entflammungspunkt von etwa 3250C, das in kommerziellen Mengen verfügbar ist.Soybean oil has been shown to have good electrical properties as possesses dielectric impregnation medium and is non-toxic. A useful one For example, soybean oil is a refined low acid oil with a flash point of about 3250C, which is available in commercial quantities.
Eines der Probleme bei der Verwendung von Sojaöl ist jedoch dessen Dünnflüssigkeit oder dessen sonstige Beweglichkeit. Speziell kann die Beweglichkeit von leitenden Ionen oder Verunreinigungen des Sojaöls zu einer Beschichtung der Metallfolie in Kondensatoren führen oder örtlich hohe Belastungen im Kondensator bewirken.However, one of the problems with using soybean oil is this Thin liquid or its other mobility. Specifically, mobility can from conductive ions or impurities of the soybean oil to a coating of the Lead metal foils in capacitors or locally high loads in the capacitor cause.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein nicht giftiges dielektrisches Imprägnierungsmedium anzugeben.The present invention is based on the object of a non-toxic specify dielectric impregnation medium.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in einem Kondensator der eingangs genannten Art ein Sojaöl und eine geringe Menge eines Zusatz eines Phenol-Antioxidants enthaltendes dielektrisches Medium vorgesehen.To solve this problem, the capacitor mentioned at the beginning is used in a capacitor Kind of a soybean oil and a small amount of a phenolic antioxidant added dielectric medium provided.
Der Zusatz dient dabei dazu, eine Gelbildung des Sojaöls herbeizuführen.The purpose of the additive is to cause the soybean oil to gel.
Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung, ist als Zusatz eine Alkylhydroxyphenylalkanol-Hydrazin-Verbindung vorgesehen.According to a particular feature of the invention, is an additive Alkylhydroxyphenylalkanol hydrazine compound provided.
Weitere Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet.Further refinements of the inventive concept are set out in further subclaims marked.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert.The invention is explained below with reference to in the figures of the drawing illustrated embodiments explained in more detail.
Es zeigt: Fig. 1 einen Wickelkörper eines Wechselspannungskondensators in teilweise aufgewickeltem Zustand, um die Struktur aus dielektrischem 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.It shows: FIG. 1 a winding body of an alternating voltage capacitor partially coiled around the structure of dielectric plastic film and make foil electrodes visible; Fig. 2 shows the winding body the AC voltage capacitor of Figure 1 with leads attached to it; and FIG. 3 shows the AC voltage capacitor body sealed in a housing.
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.According to Figure 1 has an AC capacitor winding body 10 a pair of dielectric sheets 11 and 12 with overlying electrodes 13 and 14. These electrodes 13 and 14 are made of a suitable metal such as for example aluminum. Free edges 15 and 16 are used to avoid a short circuit between the electrodes.
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.According to Figure 2 are at opposite ends 21 and 22 of the Capacitor body 10 connecting conductors 23 and 24 attached to electrodes 13 and 14. Copper coated with solder can, for example, be used as the conductor material Find.
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.The dielectric plastic sheets 11 and 12 should have a high dielectric Strength, to avoid thermal running a small loss factor, good thermal properties over a wide temperature range and resistance against the dielectric medium and free of gas pores and conductive particles be.
Geeignete dielektrische Folien 11 und 12 können aus Papier, einer Kombination aus Papier und einem Polymer oder aus einem Polymer hergestellt werden.Suitable dielectric films 11 and 12 can be made of paper, a Combination of paper and a polymer or made of a polymer.
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.According to FIGS. 2 and 3, the capacitor body 10 is used to form of a capacitor 41, preferably inserted tightly into a housing 40. The condenser 41 comprises the metal housing 40 as well as connections 42 and 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.In the case of the capacitor body 10 located in the housing 40 stands the connection line 23 with the connection 42 and the other connection line 24 with the terminal 43 in electrical contact.
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 erfinQungsgemäß zur Imprägnierung des Kondensatorkörpers 10 verwendete dielektrische Medium erfüllt nicht nur diese Bedingungen, sondern es ist darüber hinaus auch ungiftig. Das erfindungsgemäße dielektrische Medium enthält raffiniertes Sojaöl mit einem Zusatz, der es in kaltem Zustand in ein Gel überführt, um seine Dünnflüssigkeit oder Beweglichkeit zu binden. Es hat sich gezeigt, daß Phenol-Antioxidant-Verbindungen von Alkylydroxyphenylalkanol-Hydrazin für die Gelbildung des Sojaöls zwecksmäßig sind. Derartige Verbindungen sind beispielsweise in der US-PS 3 7,3 722 beschrieben. Eine zweckmäßige Verbindung wird von der Firma Ciba-Geigy Co. unter dem Namen Irganox MD-1024 (Warenzeichen) vertrieben. Die chemische Bezeichnung lautet: N,N'-Bis[3-(3',5'-di-tert.-butyl-4'-hydroxyphenyl)-propionyl]-Hydrazin.As already stated above, dielectric impregnation media should for electrical capacitors have a high dielectric constant, a Maintained small dissipation factor and with the others used in the capacitor Materials to be compatible. According to the invention for the impregnation of the capacitor body 10 dielectric medium used not only meets these conditions, but it is also non-toxic. The dielectric medium according to the invention contains refined soybean oil with an additive that turns it into a gel when cold, to bind its fluidity or mobility. It has been shown that Phenol antioxidant compounds of alkylydroxyphenylalkanol hydrazine for gel formation of soybean oil are useful. Such compounds are for example in the U.S. Patent No. 3,732,222. A suitable connection is provided by the company Ciba-Geigy Co. sold under the name Irganox MD-1024 (Trademark). The chemical name reads: N, N'-bis [3- (3 ', 5'-di-tert-butyl-4'-hydroxyphenyl) propionyl] hydrazine.
Es wurden über 50 Zusätze bei hohen Temperaturen ausgewertet. Die zur Gelbildung verwendeten Typen von Zusätzen waren: Phenylamine; Naphthylamine; Aminophenole; Monophenole; Polyphenole; Polyhydroxybenzole; Chinoline; Thiobisphenole; Epoxide und andere Stoffe.Over 50 additives were evaluated at high temperatures. the Types of additives used to form gels were: phenylamines; Naphthylamines; Aminophenols; Monophenols; Polyphenols; Polyhydroxybenzenes; Quinolines; Thiobisphenols; Epoxies and other substances.
Dem Sojaöl wurden derartige Zusätze einschließlich Irganox MD-1024 mit 0,1 bis 10 Gew.-t seines Gesamtgewichtes zugesetzt und eine Erwärmung in einem belüfteten Ofen bei 1250C oder höher für 16 h oder länger durchgeführt. In allen Stufen bei erhöhten Temperaturen befanden sich das Sojaöl und die Zusätze in flüssiger Form. Nach der Erwärmung wurden die Proben auf Raumtemperatur abgekühlt. Alle Medien mit Ausnahme des Irganox MD-1024 enthaltenden Mediums verblieben im flüssigen Zustand. Die den genannten Stoff enthaltenden Medien hatten eine Gelbildung erfahren.Soybean oil has been given such additives including Irganox MD-1024 with 0.1 to 10 wt. t of its total weight added and heating in one ventilated oven at 1250C or higher performed for 16 h or longer. The soybean oil and additives were in all stages at elevated temperatures in liquid form. After heating, the samples were cooled to room temperature. All media except the one containing the Irganox MD-1024 remained in the liquid state. The media containing the substance mentioned had a gel formation Experienced.
Diese Irganox-MD-1024-Sojagelproben wurden in den Ofen zurückgebracht und für eine kurze Zeit erwärmt. Das Gel wandelte sich in eine Flüssigkeit um. Sie wurden erneut auf Raumtemperatur abgekühlt, wobei die Flüssigkeit in ein Gel überführt wurde. Wiederholtes Erwärmen und Abkiahlen führte zu den gleichen Ergebnissen. Verschiedene Proben mit Irganox MD-1024 wurden über Nacht bei 1300C in ein Vakuum gebracht, wobei die Wärme bei weiter vorhandenem Vakuum abgeschaltet wurde. Wenn diese Proben unter Vakuum auf etwa 55 0C abgekühlt wurden, ging das Sojaöl in ein Gel über. Das Vorhandensein von Sauerstoff beeinflußt daher die Gelbildung nicht. Dieses Phänomen ist durch eine physikaiische Reaktion bedingt, und beruht speziell auf Van Der Walls Kräften.These Irganox MD-1024 soy gel samples were returned to the oven and heated for a short time. The gel turned into a liquid. she were cooled again to room temperature, the liquid being converted into a gel became. Repeated heating and cooling gave the same results. Different Samples with Irganox MD-1024 were placed in a vacuum overnight at 1300C, whereby the heat was switched off when the vacuum was still present. If these samples are under Vacuum were cooled to about 55 0C, the soybean oil turned into a gel. The presence therefore, oxygen does not affect gel formation. This phenomenon is through a physical reaction, and is based specifically on Van Der Wall's forces.
Für die Verwendung als Zusatz in einem dielektrischen Medium für Kondensatoren nach den Fig. 1 bis 3 wird der Zusatz als Flüssigkeit mit flüssigem Sojaöl bei Temperaturen von etwa 850C gemischt und dann als Imprägniermittel in den Kondensator eingebracht. Beim Abkühlen geht das Sojaöl an Ort und Stelle in ein Gel über. Das Sojaöl verbleibt auch als Gel, da der Kondensator, wenn überhaupt, nur sehr selten länger oberhalb von 850C betrieben wird.For use as an additive in a dielectric medium for capacitors According to FIGS. 1 to 3, the additive is used as a liquid with liquid soybean oil at temperatures of about 850C and then introduced into the capacitor as an impregnating agent. As it cools, the soybean oil turns into a gel on the spot. The soybean oil remains also as a gel, since the capacitor, if at all, seldom stays above it for longer operated by 850C.
Mit vier elektrischen Kondensatoren gemäß den Figuren 1 bis unter Verwendung von Sojaöl als dielektrisches imprägniermittel mit einem Zusatz von 1 Gew.-% an Irganox MD-1024 des Gesamtgewichtes des dielektrischen Mediums wurden Lebensdauertests über 1000 h durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle I dargestellt, in der mittlere Kapazitätswerte und Verlustfaktoren angegeben sind Tabelle I Eigenschaften elektrischer Kondensatoren Kapazität und t-Verlustfaktor-Stabilität bei Lebensdauertest bei 459 VAC betriebener Kondensator mit 25 ßF und 370 VAC 0 80 C-Lebensdauertest -3 2 Dielektrikumsschichten mit 1,143 10 cm + 2 Papierschichten mit 1,016 10 3 cm Kapazität ßF am Beginn nach 500 h nach 1000 h 0 25 C 18,1 18,2 18,1 650C 17,8 17,9 17,9 850C 17,7 17,8 17,8 Verlustfaktor in % 0 25 C 0,172 0,196 0r195 650C 0,212 0,288 0,304 850C 0,308 0,A08 0,427 Es zeigt sich, daß der Kondensator bei einem Lebensdauertest über 1000 h eine gute Stabilität zeigt. Es waren keine Anzeichen für Gasporen oder andere Ausfälle vorhanden.With four electrical capacitors according to Figures 1 to below Use of soybean oil as a dielectric impregnation agent with a Addition of 1% by weight of Irganox MD-1024 to the total weight of the dielectric medium Endurance tests were carried out over 1000 hours. The results are in the following Table I shows the mean capacitance values and loss factors Table I are properties of electrical capacitors, capacitance and t-dissipation factor stability in the endurance test at 459 VAC operated capacitor with 25 ßF and 370 VAC 0 80 C life test -3 2 layers of dielectric with 1.143 10 cm + 2 layers of paper with 1.016 10 3 cm capacity ßF at the beginning after 500 h after 1000 h 0 25 C 18.1 18.2 18.1 650C 17.8 17.9 17.9 850C 17.7 17.8 17.8 Loss factor in% 0 25 C 0.172 0.196 0r195 650C 0.212 0.288 0.304 850C 0.308 0. A08 0.427 It can be seen that the capacitor shows good stability in a life test over 1000 h. There weren't any There are signs of gas pores or other failures.
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Also Published As
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|---|---|
| SE8105267L (en) | 1982-03-23 |
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