DE748179C

DE748179C - Verfahren zum Impraegnieren von Kondensatoren

Info

Publication number: DE748179C
Application number: DEJ62933D
Authority: DE
Inventors: Bertold Springer
Original assignee: RICHARD JAHRE SPEZIALFABRIK FU
Current assignee: RICHARD JAHRE SPEZIALFABRIK FU
Priority date: 1938-11-20
Filing date: 1938-11-20
Publication date: 1944-10-27

Description

Verfahren zum Imprägnieren von Kondensatoren Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Imprägnieren von Kondensatoren niit bei Raümtemperatür festen Imprägnierinitteln,wie z. B. Paraffin, Ozokerit, Vaseline tt. dgl.
Bekanntlich erfolgt die Imprägnierung von statischen Kondensatoren u. dgl. in der Weise, claß man die Kondensatorwickel, die beispielsweise aus Metallfolien mit zwischengelegten imprägnierbaren Isolierfolien bestehen, nachdem sie unter Anwendung von Vakuum bei erliöliter Temperatur getrocknet sind, finit dein geschmolzenen Imprägniermittel überflutet.
Die bisherigen Imprägnierverfahren weisen den :Fachteil auf, daß sich infolge des bei der Erstarrung .des Imprägniermittels auftretenden Volumenschwunds die elektrischen Eigeilschaften der fertigen Kondensatoren. insbesondere bei längerer Lagerung, sehr verschlechtern. Dies ist u. a. darauf zurückzuführen, daß infolge des Volumenschwundes während des Erstarrens an den Enden des fertigen Wickels das erstarrte Imprägniermittel von einer Reihe mehr oder weniger feiner Risse durchzogen wird. Das aus der Luft in diese Risse allmählich eindringende Wasser bewirkt dann die Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften des Kondensators. Bei bestimmten Wicklungsarten, wie z. B. für induktionsfreie Kondensatoren, kann sich der Einfluß der Risse besonders störend auswirken. Bisher suchte man die mit dieser Störung verbundene Herabsetzung der Durchschlagsfestigkeit dadurch unschädlich zu machen, daß man die Isolierfolien merklich breiter als die Metallfolien ausbildete.

Es ist bereits bekannt, zum Zwecke der Imprägnierung von Kondensatoren mit einem bei Raumtemperaturen festen Imprägniermittel dieses Imprägniermittel auf eine oberhalb des Schmelzpunktes liegende Temperatur zii erhitzen und während des Imprägnierens einem hohen Druck auszusetzen. Dabei wurde durch Zuführung eines Kühlmittels in ein System

roll Kiihlröhren, welches den Kondensator um-

gibt, angestrebt. die IJrstarrungszone des I111-

präglliernlittts langsam von der der Zufüh-

rungsstelle für den IAuck abgewandten Seite

des Kondensators durch den ganzen Konden-

sator hindurch wandern zu lassen. Dies ge-

schah in der Absicht, stets ein \ achsträmen

noch flüssiger Isoliermasse in den Raum, wel-

cher infolge des Voluincilschwundes bei (leg

Erstarrung frei wird, zu ernlüghciwn. Irak-

tisch fuhrt dieses Zerfahren aber insofern

nicht zu befriedigenden Ergebnissen, als einer-

seits tvegen der verschiedenen «-iirmeldtMhig-

keit der im Kondensator enthaltenei Metall-

tand Isolationsschichten die Lage der Erstar-

rengszone nicht von außen genügend be-

herrscht werden kann und als andererseits

wegen der Inhomogenitäten des Imprägnier-

mittels zu befürchten ist, daß bestimmte Vo-

lunieleinente im Imprägniermittel erst erstar-

ren, nachdem sie bereit: von anderen schon

früher erstarrten tolunlelementen eingeschlos-

sen sind. Das zuerst erwähnte Volunieleinent

erfährt dann einen Volumenschwund, der frei

gewordene Raunt wird aber nicht durch Nach-

strömen des flüssigen Imprägniermittels aus-

gefüllt. lis ist Also bei diesem bekannten Ver-

fahren gleichwohl noch die Bildung von Hohl-

riitlinen iil(lgllcll.

Die Erfindung geht von dein Gedanken aus.

die Bildung v(ln Hohlräumen dadurch zu ver-

meidet-. dali nian bei hoher Temperatur bereit:

einen so großen Druck anwendet, daß die Vo-

lumcliverminderung, welche normalerweise

iie#ini Erstarren auftritt, bereits vorwegge-

noininen wird. Zti diesem Zweck wird der

Druck so weit gesteigert, beispielsweise auf

@o@)o bis 30o(, Atm., daß das Volumen des

flüssigen oder teils'flü:sigen und teil: festen

Inipriignierinittels auf dasjenige Volumen ge-

bracht wird. (las es ini festen Zustand bei

_@tnl<;spllüren(trurl: einnimmt.

Das gekemzeichnete Glerfallrrn soll ini fol-

gunden an den in einer rein schematischen

Zeichnung dargestellten Isobaren für den flüs-

sigen und festen Zustand eines reinen Im-

l)r;igitierniittt°ls wilier erläutert werden. wobei

«tler l:enlerlct wird, daß bei diesem Verfahren

auch linprägnierinittel. die aus Genfischen be-

stelicn. verwendet werden.

Die Kurve pi stellt die Lobare einer be-

stirlinlterl -Menge eines Impragrllersto'HeJ 1r11

testen 11n(1 11l1 flüssigen Zustand bei Atlifospha-

r en(lruck dar. Das Volumen dieser Menge

l:ei Raumtemperatur ist mit zy. bezeichnet. Die

Kurven p, und p;, stellen die Isobaren dersel-

i)en StoEmelMe hei den stark erhöhten

Druckcri P= bzw. p;1 dar. Die bei den jewei-

ligenclnnelztemperaturen 7'i. T= und T.i auf-

tretenden Voluinenünderungen sind mit "", mg

und rei bezeichnet, die. wie aus der Zeichnung

ersichtlich, mit :teilenden Drucken abnehmen.

Da., gel:eniizeicliitete Verfahren zum lin-

prägnieren von Kondensatoren wird je nach

,In Zustandsdaten des jeweils verwendeten

hnl-(rägniennittels verschieden verlaufen.

Das Imprägniermittelwirdbei Atmosphären-

druck auf eine Tiber :einem Schmelzpunkt und

oberhalb von T3 gelegene 7-'einperatilr erhitzt

'(vgl. Abb. 1 ), bei konstanter Temperatur der

I)rtwle von p, auf p,1 erhöht. wobei (las Ini-

lrägniermittel flüssig bleibt und ein @cineln

Volumen bei Rauniteinperatur gleiche: Vo-

lumen annimmt. Hierauf wird es bei 1,(iii-

stantem Volumen auf Rauniteinl#erattir ab-

gekühlt.

Dadurch, (lall bei-dein vorstellend beschrie-

benen Ausführungsbeispiel das hnprägnier-

mittel im flüssigen Zustand.auf da: gewünschte

-'olumen zy. gebracht wird, erfolgt die frei der

, ;#ns schließenden Abkühlung eintretende Erstar-

rung, ebenso wie (lies weitere Abkühlung auf

Raumttnlperatur, ohne jegliche < oltllnenarlde-

rung. die zu störenden Rißbildungen Anlaß

geben könnte.

1)a bei crem beschriebenen Verfahren im all-

gemeinen verhältnismäßig hohe Drucke und

entsprechend erhöhte Temperaturen ange-

wandt werden müssen, wird zweckmäßig in

der Weise verfahren. dar) man die zti verarbei-

tenden Ilnprägnierrnittel bei einer- Temperatur

oberhalb ihres Schmelzpunktes (bei ;ho Torr)

einem solchen Druck aussetzt, (lall (las lin-

prägniermittel fest wird, worauf inan es 1)e1

(kniselben oder bei einem höheren Druck i:o-

lmr auf das I@olunien (res Stoffe: bei Raum-

teinl)eratur abkühlen läßt.

Das Imprägniermittel wird demgemäß hei

dein Druck p, (vgl. Abb. a-), der von Anno-

sphärendruck verschieden sein kann, auf die

der Isobare r; entsprechende Schnielzteinpe-

ratur T, erhitzt, dem Druck pi ausgesetzt,

wobei es :ich verfestigt, und isobar ei weit

abgekühlt. bis es (las gewünschte @"ohinien z,

einnimmt.

Die ini vorstehenden b@schriel)enc Arbeit:-

weise bewirkt, daß infolge des weit oberhalb

lom Atmophärendruck liegenden I)rtleke# p_

dcrN"nlumensrlnctmd n%, beim P.rsmmen merk-

lich kleiner als der. mg. heim Schmelal)unkt (liei

f()() Torr) ist. Der mit der isoharen Abküh-

lung des festen @te(ies beim Druck p, verbun-

rkne Ahlunienschwund ist lediglich der Vo-

lunicnschwund fester Körlor, hei dein die

beim Erstarren auftretende süirende hij.411i1-

dung an den linden des Kondensatorwickels

nicht mehr zu befürchten ist.

Zweckmüßig ist eine Arlleit:weise. 1>e1 dex

der zu verarbeiten(le Imprägnierstoff bei eilreg

hciill)el-:ittir oberhalb des Schmelzpunktes (1>e1

;ch"horr) einem Druck au#geset-r_t wird. IS

deal (las lnil)r:igillernlittel noch flüssig ist,

worauf es durch Abkühlung bei konstantem Volumen verfestigt und auf das Volumen bei Raumtemperatur gebracht wird.

Das ' Imprägniermittel wird bei dem Druck p1 (vgl. Abb. 3), der gleich den! Atmosphärendruck oder verschieden davon sein kann, auf eine oberhalb der Temperatur T, gelegene Temperatur erwärmt, auf einen Druck oberhalb des zu 7'2 gehörigen - Schmelzdruckes p2 gebracht, wobei es flüssig bleibt, iscchor auf die Temperatur T@ abgekühlt, wobei das gesamte Imprägniermittel erstarrt, und dann isobar auf Raumtemperatur abgekühlt.
Da bei - dieser Art-der Durchführung des Verfahrens das Volumen, das die Füllmasse bei 7'. in festem Zustand einnimmt, schon vor Beginn der Erstarrung des Imprägniermittels erreicht wird, wird die Rißbildung beim Erstarren vollständig vermieden.
Bei der praktischen Ausführung des beschriebenen Verfahrens werden im allgemeinen nicht streng die an Hand der rein scheinatischen Zeichnung erläuterten Kreisprozesse befolgt werden. Die einzelnen `Fege in der (z,-T) Ebene werden nicht vollkommen isotlierin oder isobar verlaufen; beispielsweise wird die Isoinpression bei dem in Abb. 2 dargestellten Kreisprozeß II weder genau bei konstanter Temperatur T. noch die Abkühlung unterhalb 7'_ streng isobar bzw. parallel zur T-Achse erfolgen. .Zumeist wird bei der praktischen Durchführung auf Temperaturen- und Drucke Rücksicht zu nehmen sein, die finit den praktisch zur Verfügung stehenden Vorrichtungen gut zu beherrschen sind. So kann z. B. von folgenden Zahlen ausgegangen werden: Die Schmelztemperatur bei ;6o Torr sei T, - 5o' C; die Änderung der Schmelztemperatur finit dem Druck betrage d. # i o-3 Gra(1/- Atm. i g der Substanz nehme bei Raumtemperatur (las Volumen von i ccm ein. Die.Abhängigkeit des Volumens von Temperatur und Druck sei .für den festen und flüssigen Zustand die glciche, und zwar betrage der thermische Ausdehnungskoeffizient 5 # io-4 und die Kompressibilitä t 2 # io---'. Der Volumenschwund beim Erstarren unter Atmosphärendruck sei 5 # io-2 ccm%g und die Abnahme des Volumenschwundes mit dein Druck sei = d. # i o-1 ccm/atm.
Die vorstehend angegebenen Zustandsdaten stimmen mit denjenigen bekannter Substanzen, wie z. B. Cetvlallcoliol, Deltan tisw., angenähert überein, wie sich aus den Tabellen von Landolt-Börnstein, International Critical Tables usw. und den diesenTabellen zugrunde liegenden Originalarbeiten ergibt. Die in der 1'raxis,angewendeten Imprägniermittel zeigen kein grundsätzlich anderes Verhalten als reine Stolte.
Unter Zugrundelegung einer reinen Sttbstanz mit den vorstellend angegebenen Zustandsdaten ergibt sich für den in Abb. i durch I bezeichneten Kreisprozeß, der im Unterschied zu den in den Abb. 2 und 3 dargestellten Kreisprozessen über besonders hohe Drucke und Temperaturen führt, folgendes Bild: i g des Imprägniermittels wird bei einem Druck von ;6o Torr von Raumtemperatur auf seinen Schmelzpunkt von 5o`- erwärmt, wobei es sich uin etwa o,oi5 ccin ausdehnt. Die Volumenänderung beim Schmelzen beträgt o,o5 ccin. Das geschmolzene Imprägniermittel wird weiter auf etwa 61' C erwärmt, wobei es sich um o.boh ccm ausdehnt. Bei dieser Temperatur wird es einem Druck von angenähert etwa 25oo bis 3ooo Attn. ausgesetzt, wobei sich sein Volumeii auf das bei Raumtemperatur und' ;6o Torr eingenommene Volumen verringert.
Bei Verwendung von Substanzen, deren Volumenschwund sich stärker mit dein Druck ändert als bei der vorstellend zugrunde gelegten Substanz, kommt nian bei Kreisprozessen entsprechend den Ab b. 2 und 3 schon mit wesentlich geringeren Drucken, z. B. bis zti iooo Atin., aus.
Für ganz andere Zwecke, nämlich um die bei schlecht evakuierten hondensator`vickeln zurückgebliell-enen Gasreste unschädlich zu machen, hat man schon auf das flüssige Imprägniermittel einen geringeren Überdruck von wenigen Atmosphären zur Anwendung gebracht. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Anwendung gelangenden Drucke von ganz anderer Größenordnung sind.
In der Abb. d. sind in schematischer Weise die wesentlichen Teile einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung wiedergegeben. Der Imprägnierbehälter i besteht aus einei Anzahl von Druckkammern ?, die zur Aufnahme der Kondensatorwickel bestimmt sind und bei 3 druckfest abgeschlossen werden. Die Kammern z stehen durch die Bohrungen .I finit der Rohrleitung 5 in Verbindung. Diese Leitung ist über das Ventil 8 mit der Evakuiernngs= anlage c) verbunden. Durch das Ventil io wird sie von einem mit Imprägniermittel gefüllten Behälter i i und durch das Ventil 12 von dem Hochdruckteil 13 und dein 3l@itteldruckteil 15 einer Kompressionsanlage abgeschlossen.
Nach Beschicken der Kammern 2 mit Kondensatorwickeln wird der Behälter i durch die in seiner Isolierhülle 6 angebrachten elektrischen Heizkörper 7 erhitzt und zugleich durch Üffnen des Ventils 8 die Luft aus den Kammern abgepumpt. Nach Schließen des Ventils 8 wird das im Behälter i i geschmolzene Imprägniermittel durch Öffnen des Ventils io in die Leitungen 5 und d. eingelassen. die sämtlich heizbar und wärmeisoliert sind. je nach, der Art des durchzuführenden Prozesses und der verwendeten Imprägniermittel kann zunächst mit dein Druckerzeuger 15 ein mittlerer Überdruck in den Kämmern 2 erzeugt «-erden. die zugleich auf passende Tenipcratur erwärmt sind. Nach Schließen des @-entils io kann dann-der Hochdruckerzeuger 13 bei offenem Ventil i-. von dein Druckerzeuger 15 mit Imprägnierstoff unter mittlerem Druck gespeist werden und nach «ffnen des Ventils 12 die Kammern 2 unter den gewünschten Hochdruck gesetzt werden. Sä nitliche Hilfsgeräte. wie Fernthermometer, elektrische oder mechanische Druckmesser usw., sind in der Figur nicht besonders gezeichnet.
Wie eingangs schon erwähnt wurde. ist (las gekennzeichnete Verfahren mit besonderem Vorteil zum Imprägnieren induktionsfreier Kondensatoren bekannter Bauart anwendbar. Rin derartiger Kondensator ist in den Abh. 5. 5a und 5b schematisch ini Schnitt dargestellt.
Die eine Belegung des Kondensators wird von den -Metallfolien i;, die bei ig miteinander verbunden sind. die andere Belegung von den Folien ig, die bei 2o verbunden sind. gebildet. Benachbarte metallische' Windungen «-erden durch imprägnierbare, isolierende 7wischenlagen i< getrennt. je griißer die geforderte Durchschlagsfestigkeit des Kondensators sein soll, um so weniger dürfen sich die Lagen i; und ig überlappen: die durch den Abstand zwischen 2i und 22 gegebene Randfreiheit muli also entsprechend groß gewählt werden. wodurch die Länge des Kondensators anwächst. wenn die Kapazität einen bestinfiniten Wert behalten soll. Selbst bei großer Randfreiheit lassen sich Durchschläge nicht finit Sicherheit vermeiden. Zur Erläuterung dieser Tatsache sei auf die Abb. 5 a und 51) verwiesen, die (las innere Ende 22 des Gebietes der Randfreiheit in vergrößertem Maßstab wiedergeben, und zwar zeigt Abb. 5 a einen nach bekannten --erfahren und Abb. 5b einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren irnprä gnierten Kondensator, wobei (las [inprägnicrinittel mit 23 bezeichnet ist. Bei den bekannten linprägnierverfahren bilden sich infolge der starken Volumenkontraktion des 1 inprä gnierstoffes beim Erstarren feine Risse und größere Hohlräume aus (vgl. Abb. 5a), wodurch in denn Gebiet der Randfreiheit, besonders nach Rindringen von Feuchtigkeit in die Schwundrisse, keine Durchschlagssicherheit gewährleistet ist.
Durch das gekennzeichnete Imprägnierverfahi-en wird dagegen eine weitgehend gleichmäßige. rißfreie Ausfüllung (?3) des Gebietes der Randfreiheit erreicht (vgl. Abb. 5b). Wie Versuche ergaben. ist durch (las erfindungsgemäße Verfahren eine Vervielfachung der Durchschlagsfestigkeit erzielbar. Auch bei kleinerer Randfreiheit gewinnt man Sicherheit gegen Randdurchschläge. Demgemäß lassen sich induktionsfreie Kondensatoren bestimmter Kapazität bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit erheblich geringerer Länge als nach bekannten '\-erfahren anfertigen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Imprägnieren von Kondensatoren mit- einehi hei lZaumtenperatur festen Imprägniermittel. bei dem das Imprägniermittel auf eine oberhalb des Schmelzpunktes liegende Temperatur erhitzt wird und während des Imprä gnierens einem hohen Druck ausgesetzt «-ird. dadurch gekennzeichnet, dati der Druck so weit gesteigert wird, beispielsweise auf 2()0o bis 30oo Atin.. daß (las X-olunien des flüssigen oller teils flüssigen und teils festen linprägniermittels auf dasjenige Volumen gebracht wird, das es in festen Zustande bei Atmosliliä rendruck einnimmt.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gelcetinzeiclinet, daß man den Kondensator mit den zu verarbeitenden Stoffen bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes (bei ; (jo Torr) einem solchen Druck aussetzt, (lall das Imprägniermittel fest wird, worauf man es unter konstantem Druck auf (las Volumen des Stoffes bei 1Zauniteniperatur abkühlen läßt. 3. -'erfahren nach Anspruch i. dadurch gekennzeichnet, daß man den Kondensator mit den zti verarbeitenden Stoffen 1)-i einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes (bei ;(ioTorr) einem Druck aussetzt, bei dem das Imprägniermittel noch flüssig ist, worauf es durch Abkühlung bei konstantem Volumen verfestigt und auf das Volumen bei Rauinteniperatur gebracht wird.