FI73098B - Foerfarande och anordning foer impregnering av en elektrisk kondensator. - Google Patents

Description

rD1 M1 KUULUTUSJULKAISU Γ77ΠΠΟ [Β] (11) UTLÄGGNINGSSKRIFT 73098 C l it:·.. Lti i y 3::.: tty (45) Γ“ t "i rt 1 r 1 : t 10 CO 1C37 (51) Kv.lk.Vmt.CI4 H 01 G 13/00

SUOMI-F INLAND

(Fl) (21) Patenttihakemus - Patentansökning 762605 (22) Hakemispäivä - Ansökningsdag 10.09.76

Patentti-ja rekisterihallitus (23) Alkupäivä - Giltighetsdag 10.09 76

Patent- och registerstyrelsen (41, Tullut julklseksi _ Blivit offentlig 11*03.77 (44) Nähtäväksipanon ja kuul.julkaisun pvm - ig qk 0-7

Ansökan utlagd och utl skriften publicersd ^ ‘ ' ' (86) Kv. hakemus - Int. ansökan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus - Begärd pnontet 10.09.75 USA(US) 612028 (71) McGraw-Edison Company, 333 West River Road, Elgin, Illinois, USA(US) (72) John Lapp, Franklin, Wisconsin,

John Robert Willy, Greenwood, South Carolina, USA(l)S) (Jk) Oy Kolster Ab (5^) Menetelmä ja laite sähkökondensaattorin kyllästämiseksi - Förfarande och anordning för impregnering av en elektrisk kondensator

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä ja laite sähkö-kondensaattorin kyllästämiseksi, jossa kondensaattorisssa on ulkovaip-pa, joka sisältää polymeeristä eristysainetta ja sähköä johtavat kerrokset, jolloin eristysaine pidetään alle 60°C:n lämpötilassa eris-tysaineen kyllästysvaiheen aikana, ja jossa menetelmässä poistetaan kaasu eristysnesteestä kierrättämällä neste suljetun järjestelmän läpi ja kohdistamalla nesteeseen alipaine sen kiertäessä suljetussa järjestelmässä, ja kohdistetaan vaipan sisätilaan alipaine sen tyhjentämiseksi sekä johdetaan eristysneste, josta kaasu on poistettu, vaippaan kun alipaine on alennettu noin 100 mikronin alapuolelle, eris-tysaineen kyllästämiseksi.

Tyypillinen kondensaattori koostuu kondensaattoripakkojen sarjasta, jolloin jokainen pakka käsittää metallilehdestä kierretyt kerrokset, jotka eristyskerros erottaa. Elektrodit on yhdistetty lehtikerroksiin, ja eri pakkojen elektrodit on yhdistetty toisiinsa lopullista liitäntää varten kondensaattorin napaan.

Sähkölaitteen, kuten kondensaattorin, kyllästäminen on erittäin 73098 tärkeä halutun tehon ja luotettavuuden aikaansaamisen kannalta ja sitä tehtäessä johdetaan eristysnestettä vaipan sisäosaan jonka nesteen tehtävänä on eristyskerrosten kyllästäminen. Aiemmin kyllästys on suoritettu sijoittamalla aluksi joukko kondensaattoreita autoklaaviin ja kuumentamalla kondensaattorit lämpötilaan, joka on yleensä alueella 80-115°C, samalla kun autoklaaviin vedetään tyhjö ilman ja vesihöyryn poistamiseksi kondensaattorin sisäosasta. Joissakin tapauksissa on aiemmin myös yhdistetty erillinen tyhjöjohto kondensaattorin vaippaan tyhjentämisvaiheen tehon lisäämiseksi. Kun kondensaattorit ovat olleet alipaineen alaisina ja kohotetussa lämpötilassa noin neljän päivän ajan, eristysneste johdetaan vaippaan kondensaattorin eristysai-neen kyllästämiseksi. Normaalissa työstössä kondensaattorien annetaan imeytyä tyhjössä ja lämpötilassa 50-90°C usean päivän ajan eristyskerrosten perusteelliseksi kyllästämiseksi eristysnesteellä. Tämän imey-tysjakson jälkeen kondensaattorit suljetaan, ja ne ovat valmiit muita valmistusvaiheita varten.

Viime aikoina polymeerikalvoa, kuten polypropyleeniä tai poly-etyleeniä, on yhä enemmän käytetty sähkölaitteiden eristysaineena. Tavanomaisia kyllästysmenetelmiä ei voida menestyksellisesti käyttää kon-densaattoreihin, joissa eristysaineena on polymeerikalvo, koska kohotetut lämpötilat aiheuttavat polymeerikalvon molekyylirakenteen paisumisen ja paisuminen vaikuttaa haitallisesti eristysnesteen polymee-rikalvoon leviämiseen.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että kohdistetaan ylipaine vaipan sisällä olevaan nesteeseen, josta kaasu on poistettu, ja tämän jälkeen suljetaan vaippa samalla kun pidetään vaippa ylipaineen alaisena. Kun haluttu kapasitanssi on saavutettu, kyllästys on valmis ja yksikkö suljetaan. Keksinnön mukaisen laitteen pääasialliset tunnusmerkit on esitetty patenttivaatimuksessa 4.

Keksinnön mukainen kyllästys voidaan suorittaa huoneen lämpötilassa, ja se tekee tarpeettomaksi aiemmin käytettyjen kalliit kuu-mennuslaitteet, kuten uunit ja autoklaavit.

Keksinnön mukaisesti kyllästetyillä kondensaattoreilla tai muilla sähkölaitteilla on parannetut eristysominaisuudet ja ne ovat entistä käyttövarmempia. Käyttämällä eristysnestettä, josta kaasu on täysin poistettu ja tarkoin säätämällä tyhjöolosuhteita saadaan eri osien eristysominaisuudet yhtenäisemmäksi kuin aiemmilla menetelmillä ja laitteilla.

3 73098

Piitustukset esittävät keksinnön erästä edullista suoritusmuotoa .

Piirustuksissa kuvio 1 on perspektiivikuvanto kondensaattorista, josta joitakin osia on leikattu pois ja joka on yhdistetty kyllästysjärjestelmään ja kuvio 2 on juoksukaavio, joka esittää keksinnön mukaista kyllästysmenetelmää .

Kuvio 1 esittää tyypillistä kondensaattoria 1, jossa on ulko-vaippa 2, jonka muodostavat sivuseinät 3, pohjaseinä 4 ja kansi 5. Toinen sivuseinistä 3 tai vaihtoehtoisesti kansi 5 on varustettu sul-kuaukolla 6, joka on suljettu sopivalla tulpalla, kun kondensaattori on kyllästetty. Kaksi napaa 7 ulkonee kannesta 5 ja on eristetty kannesta .

Sarja kondensaattoripakkoja 8 sijaitsee vaipan 2 sisällä. Jokainen kondensaattoripakka muodostuu kierteisesti kierretyistä vuorot-taisista metallilehtikerroksista 9, jotka ovat eristyskerrosten 10 erottamia. Elektrodit 11 on yhdistetty metallilehteen 9, ja eri pakkojen elektrodit on kytketty keskenään sarjaan ja kytketty lopuksi napoihin 7.

Lehtikerrokset 9 voivat olla mitä tahansa sähköä johtavaa ainetta, yleensä metalliainetta, kuten alumiinia tai sen tapaista. Kerrokset 9 voivat olla sileitä levyjä tai niissä voi olla pinnan epätasaisuuksia, kuten sarja lehden toisella puolella olevien syvennysten ja toisella puolella olevien vastaavien kohoumien muodostamia deformaatioita, kuten US-patentissa 3 746 953 esitetään.

Umpinaiset eristyskerrokset 10 muodostuvat polymeerikalvosta, kuten polypropyleenistä, polyetyleenistä, polyesteristä tai polykarbonaatista. Eristyskerrokset 10 voivat olla sileäpintaisia liuskoja tai polymeeriliuskoja, kuten polypropyleeniä, joissa hienojen poly-olefiinien muodostama kerros on kiinni pinnassa, kuten US-patentissa 3 772 578 esitetään. Selityksessä käytetty termi "kokonaan kalvoa" merkitsee sitä, että eristyskerrokset on muodostettu kokonaan polymeerisistä aineista, mutta muut kondensaattorin komponentit saattaisivat olla paperia tai ei-polymeerisia aineita, jotka myös kyllästettäisiin nestemäisellä eristysseoksella.

On tärkeää, että polymeerikalvon 9 pinnassa ja/tai viereisessä metallilehden 9 pinnassa on pinnan epätasaisuuksia tai deformaatioita, 73098 niin että kaksi viereistä pintaa ei ole jatkuvassa läheisessä kosketuksessa. Pinnan epätasaisuudet antavat kapillaaritehon neste-eristeelle, niin että neste voi läpikotaisin kyllästää kalvon 10.

Eristysneste voi olla mitä tahansa tavanomaista lajia, jota käytetään yleisesti polymeerisiä eristysaineita sisältävissä sähkölaitteissa. Eristysneste voi esimerkiksi olla halogenoitua difenyyliä, kuten triklooridifenyyliä, polybuteenia, monohalogenoidun difenyyli-oksidin ja monohalogenoidun alkyylidifenyylioksidin seosta, jossa alkyyliryhmä sisältää 1-20 hiiliatomia yms.

Sarja kondensaattoreita 1 kyllästetään keksinnön menetelmän mukaisesti alle 60°C:n lämpötilassa ja edullisesti huoneen lämpötilassa. Taipuisa putki 12 on yhdistetty kussakin vaipassa 2 olevaan aukkoon 6 ja kuten kuviossa 1 esitetään, putki 12 on yhdistetty standardipika-katkaisuliittimellä 13 johtoon 14. Nesteen virtausta syöttöjohdon 14 läpi säätää venttiili 15. Johtoon 14 on yhdistetty tyhjöjohto 16, jossa on venttiili 17. Jokainen tyhjöjohto 16 on yhdistetty kokoomajoh-toon 18, joka on vuorostaan yhdistetty standardityhjöpumppuun 19. Tyh-jöpumpun käynti vetää tyhjön kokoomajohtoon 18 ja tyhjentää vaipan 2, kun venttiilit 17 ja 15 ovat auki.

Jokainen johto 14 on myös yhdistetty nesteen syöttöjohtoon 20, jossa on venttiili 21. Jokainen johto 20 on yhdistetty kokoomaputkeen 22, joka on vuorostaan yhdistetty nesteen varastosäiliöön 23, joka sisältää eristysnestettä, josta kaasu on poistettu.

Kuten kuviossa 2 esitetään, kokoomaputki 22 on suljettu johto, jonka molemmat päät on yhdistetty säiliöön 23. Kokoomaputkessa on pumppu 24 ja säätöventtiili 25. Säätöventtiili voi olla sellaista tyyppiä, joka voidaan säätää avautumaan määrätyssä paineessa ja joka siten säätää eristysnesteen painetta, jota eristysnestettä syötetään kokoomaputken 22 kautta kondensaattorin vaippoihin 2 syöttöjohtojen 20 kautta.

Säiliössä 23 olevasta eristysnesteestä on poistettu ilma ja muut höyrystyvät aineet tyhjöpumpulla 26, joka on johdolla 27 yhdistetty varastosäiliön ylätilaan. Varastosäiliössä 23 olevaa nestettä sekoitetaan kierrättämällä sitä suljetun johdon 28 kautta pumpulla 29. Kierrätys sekoittaa nestettä, niin että kaasu poistetaan siitä tehokkaammin tyhjöpumpun 26 toiminnan avulla, joka kehittää 10-100 mikronin tyhjön tankkiin 23. Kaasunpoiston tehokkuuden lisäämiseksi neste voidaan palauttaa säiliöön 23 sumutussuuttimen 30 kautta, 73098 joka on yhdistetty johtoon 28 ja sijaitsee säiliön 23 nestepinnan yläpuolella.

Eristysnestettä syötetään varastosäiliöön 23 säiliöstä 31, joka on yhdistetty varastosäiliöön johdolla 32, jossa on venttiili 33. Säiliön 31 eristysnesteestä poistetaan myös kaasu tyhjöpumpulla 34, joka on yhdistetty säiliön 31 ylätilaan johdolla 35 ja joka kehittää 10-100 mikronin tyhjön säiliöön. Kuten varastosäiliössä 23, säiliön 31 nestettä sekoitetaan kierrättämällä sitä suljetun johdon 36 kautta pumpulla 37. Sumutussuutin 38 voidaan yhdistää johtoon 36 paluunes-teen sumuttamiseksi säiliön 31 ylätilaan.

Eristysneste syötetään säiliöön 31 johdon 39 kautta, ja johdossa 39 olevaa nestettä säätää venttiili 40.

Tässä järjestelmässä eristysnesteelle suoritetaan alustava kaa-sunpoisto säiliössä 31, minkä jälkeen sille suoritetaan toinen eli lopullinen kaasunpoistokäsittely säiliössä 23. Tämä kaksivaiheinen kaasunpoisto takaa, että eristysneste on olennaisesti vapaa ilman ja muiden kaasujen sulkeumista.

Johto 41 on myös yhdistetty jokaiseen johtoon 14, ja jokainen johto 41 on yhdistetty standardimalliseen tyhjötuntoyksikköön 42, joka osoittaa johdossa 14 ja vaipassa vallitsevan paineen. Venttiili 43 on yhdistetty jokaiseen johtoon 41. Tyhjötuntolaite 42 on vakiotyyp-piä oleva yksikkö, jossa ilmakehän paineen alapuolella oleva paine tai tyhjö voidaan todeta asteikolta tai muusta osoittimesta. Vaihtoehtoisesti johdot voidaan sulkea ja paineenkoettimet voivat sijaita johtojen suljettujen päiden vieressä. Tässä tapauksessa koettimet yhdistettäisiin sähköjohdoilla tyhjöilmaisumekanismiin, joka antaa lukeman tyhjöstä tai ilmakehän paineen alapuolella olevasta paineesta.

Kondensaattorin kapasitanssin mittaamiseksi kyllästyksen aikana sähköjohdot 44 on yhdistetty napojen 7 välille ja vakiomallinen kapasitanssin koetinyksikkö 45 antaa visuaalisen mittausarvon kondensaattorin kapasitanssista.

Kyllästystä suoritettaessa joukko kondensaattoreita 1 sijoitetaan pöydälle tai muulle tukipinnalle ja putki 12 yhdistetään jokaisen kondensaattorin vaipan täyttöaukkoon 6. Jokainen putki 12 on yhdistetty kytkimellä 13 vastaavaan johtoon 14. Jokaisen johdon 12 venttiilit 15 ja 17 avataan sen jälkeen tyhjön aikaansaamiseksi jokaisen vaipan sisäosaan. Tyhjötuntoyksikkö 42 antaa lukeman jokaisen vaipan tyhjön suuruudesta. On edullista alentaa jokaisen vaipan painetta 100 6 73098 mikronin tyhjöön tai sen alle, mikä normaalisti kestää noin 2 tai 3 päivää. Tämän tyhjennyksen aikana vaipan lämpötila pidetään 60°C:n alapuolella, edullisesti huoneen lämpötilassa, polymeeristen eristys-kerrosten molekyylien laajenemisen estämiseksi.

Sillä aikaa kun ilma poistetaan vaipoista, eristysnestettä lasketaan säiliöön ja kierrätetään johdon 36 kautta pumpulla 37, samalla kun tyhjö vedetään johdon 35 kautta, jotta kaasu tällä tavoin poistettaisiin eristysnesteestä. Sen jälkeen neste siirretään varastosäiliöön 23 avaamalla johdon 32 venttiili 33, ja jatkokaasunpoisto suoritetaan kierrättämällä eristysnestettä johdon 28 kautta pumpulla 29 samalla kun tyhjö vedetään johdon 27 kautta pumppua 26 käyttämällä.

Kun halutut tyhjöolosuhteet on saavutettu kondensaattorien vaipoissa, kuten tyhjötuntoyksikön 42 lukema ilmoittaa, venttiilit 17 ja 43 suljetaan ja pumppua 24 käytetään kaasuttoman eristysnesteen kierrättämiseksi kokoomaputken 22 kautta. Kokoomaputkessa olevan nesteen painetta säätää säätöventtiili 25.

Johtojen 20 venttiilit 21 avataan sen jälkeen eristysnesteen päästämiseksi vaippojen sisäosiin. Kokoomaputkessa 22 olevan nesteen paine saa aikaan positiivisen eli ilmakehän paineen yläpuolella olevan paineen, joka yleensä on 6,89-34,47 kPa, jokaisen vaipan nesteeseen, eristyskerrosten perusteelliseksi kyllästämiseksi nesteellä. Jokaisen kondensaattorin kapasitanssi luetaan määräajoin kapasitanssin koetusyksiköistä 45. Kun jokaisen kondensaattorin kapasitanssi on saavuttanut ennalta määrätyn vaaditun arvon, venttiilit 21 suljetaan, putket 12 irrotetaan vaipoista ja täyttöaukot suljetaan, jolloin kyllästäminen on valmis.

Vaikka eristyskerroksen oikea kyllästys voidaan päätellä kapa-sitanssilukemien avulla, kyllästystä voidaan myös säätää käyttämällä määrättyä aikajaksoa. Kokemuksen avulla voidaan päätellä, että vaadittu kapasitanssi voidaan saavuttaa tietynkokoiselle kondensaattorille tietyn ajan kuluessa. Vaadittu kapasitanssi voidaan niin ollen saavuttaa säätämällä kyllästys määrätylle aikajaksolle.

Keksinnön mukainen kyllästysjärjestelmä antaa parannetut eris-tysominaisuudet ja paremman täyttövarmuuden kondensaattoreille ja muille sähkölaitteille, joissa on käytetty kokonaan polymeeristä eristysai-netta. Koska kyllästys edullisesti suoritetaan huoneen lämpötilassa, ei kalliita kuumennuslaitteita, kuten uuneja tai autoklaaveja, tarvitse käyttää. Koska kyllästyksen olosuhteet ovat tarkoin säädeltyjä, saadaan kaikissa osissa aikaan entistä suurempi eristysominaisuuksien yhtenäisyys .

Claims (9)

1. Menetelmä sähkökondensaattorin kyllästämiseksi, jossa kondensaattorissa on ulkovaippa, joka sisältää polymeeristä eristyainet-ta ja sähköä johtavat kerrokset, jolloin eristysaine pidetään alle 60°C:n lämpötilassa eristysaineen kyllästysvaiheen aikana, ja jossa menetelmässä poistetaan kaasu eristysnesteestä kierrättämällä neste suljetun järjestelmän läpi ja kohdistamalla nesteeseen alipaine sen kiertäessä suljetussa järjestelmässä, ja vaipan sisätilaan kohdistetaan alipaine sen tyhjentämiseksi sekä johdetaan eristysneste, josta kaasu on poistettu, vaippaan kun paine on alennettu noin 100 mikronin alapuolelle, eristysaineen kyllästämiseksi, tunnettu siitä, että kohdistetaan ylipaine vaipan sisällä olevaan nesteeseen, josta kaasu on poistettu, ja tämän jälkeen suljetaan vaippa samalla kun pidetään vaippa ylipaineen alaisena.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ylipaine on 6,9 - 34,5 kPa ilmakehän paineen yläpuolella.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että se käsittää vaiheen, jossa laitteen eristysominai-suudet mitataan aika ajoin sen jälkeen kun neste on johdettu vaippaan ja että se on suorittanut loppuun kyllästyksen, kun mainitut eristys-ominaisuudet saavuttavat ennalta määrätyn arvon.

4. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, jolloin kondensaattorissa on ulkovaippa, joka sisältää polymeeristä eristysainetta ja sähköä johtavat kerrokset, kaasunpoisto-laite kaasun poistamiseksi eristysnesteestä, tyhjölaite vaipan sisäosan tyhjentämiseksi, tyhjötuntolaite tyhjön mittaamiseksi vaipassa, ja nesteen syöttölaite kaasuttoman eristysnesteen syöttämiseksi vaippaan, tunnettu painelaitteesta ylipaineen kohdistamiseksi vaipassa olevaan nesteeseen eristysaineen kyllästämiseksi tällä tavoin eristysnesteellä ja eristyksen tuntolaitteesta sähkölaitteen eristys-ominaisuuksien mittaamiseksi kyllästyksen aikana, jolloin kyllästys on suoritettu loppuun, kun eristysominaisuudet saavuttavat ennalta-määrätyn arvon.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että painelaite käsittää suljetun virtausjärjestelmän, joka sisältää eristysnestettä ja on sovitettu yhdistettäväksi vaippaan 8 73098 ja pumppulaitteen mainitussa suljetussa järjestelmässä.

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen laite sähkökonden-saattorisarjän kyllästämiseksi, jolloin jokaisessa kondensaattorissa on ulkovaippa, joka sisältää eristysainetta ja metallilehteä olevat kerrokset, ja jolloin laite käsittää kaasunpoistolaitteen kaasun poistamiseksi eristysnesteestä, tyhjölaitteen, johon kuuluu tyhjön lähde ja mainittuun lähteeseen yhdistetty tyhjökokoomajohto, tyhjö-johdon, joka yhdistää jokaisen vaipan tyhjökokoomajohtoon, ja ensimmäisen venttiililaitteen, joka on sovitettu jokaiseen tyhjöjohtoon, tunnettu suljetusta nestepainejohdosta kaasuttoman eristys-nesteen johtamiseksi, pumppulaitteesta nesteen pumppaamiseksi suljetun nestejohdon kautta, nesteen syöttöjohdosta, joka yhdistää jokaisen vaipan nestepainejohtoon, jokaiseen syöttöjohtoon sovitetusta toisesta venttiililaitteesta, tyhjöntuntolaitteesta, joka on yhdistetty jokaisen vaipan sisäosaan sen paineen mittaamiseksi, jolloin toinen venttiililaite on sovitettu avattavaksi kaasuttoman eristys-nesteen johtamiseksi jokaiseen vaippaan, kun vaipan paine saavuttaa ennalta määrätyn tyhjöarvon, ja jolloin mainittu neste kyllästää vaipan eristysaineen, ja kapasitanssin tuntolaitteesta jokaisen kondensaattorin kapasitanssin mittaamiseksi kyllästyksen aikana, jolloin kyllästys on suoritettu loppuun, kun kapasitanssi saavuttaa ennalta määrätyn arvon.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että se käsittää säädettävän mainitussa painejohdossa olevan kolmannen venttiililaitteen siinä vallitsevan paineen säätämiseksi.

7 73098

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että kaasunpoistolaite käsittää säiliön, joka sisältää mainittua nestettä, säiliöön yhdistetyn toisen tyhjölaitteen, kiertojohdon, jonka vastakkaiset päät on yhdistetty säiliöön, ja toisen pumppulaitteen, joka on sovitettu kiertojohtoon nesteen kiertämiseksi sen kautta .

9 73098