NO316348B1 - Anvendelse av minst et isolerende fluid for selvhelende kapasitorer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår visse isolerende fluider for impregnering av spolevikhngene i selvhelende kapasitorer med metalhserte plater

Med selvhelende kapasitorer menes innenfor herværende ramme kapasitorer som inklu-derer minst en plate bestående av et meget tynt sjikt av metall med en tykkelse på noen få hundre ångstrøm, hvis hovedegenskap er at når kapasitoren bryter sammen flyktegjø-res platen på det punkt der sammenbruddet skjer Denne plate kan enten være et tynt sjikt av metall som aluminium eller sink, eller en legering av disse to metaller, avsatt direkte på en polymerfilm som polypropylen eller polyester, som utgjør det faste dielekt-rikum, eller kan være avsatt på begge sider av et papir idet denne plate er forbundet med en eller flere polymerfilmer som virker som et dielektnkum I det sistnevnte tilfelle virker det dobbelt-metaluserte papir ikke som dielektnkum

Spolevikhngene i disse kapasitorer er fortrinnsvis impregnert med et isolasjonsfluid Impregneringen skjer karakteristisk efter at det faste materialet er viklet opp, ved inn-føring under redusert trykk av et isolerende fluid som, på impregnenngstidspunktet, foreligger i form av en lav-viskositetsvæske Når impregneringen er ferdig kan kapasitorene underkastes en varmebehandling Dette er nødvendig når det isolerende fluid består av systemer med to polykondenserbare og/eller fornettbare komponenter som i større eller mindre grad er fylt med en inert væske for å minimalisere krympingen

Foreliggende søkere har observert at, når impregneringen av de metalhserte polymerfilmer av spolevikhngene for selvhelende kapasitorer gjennomføres ved bruk av visse aromatiske væsker som blandinger av mono- og dibenzyltoluen, p-xylyletaner, har kapasitorene en meget kort levetid under spenning

Det er nu ifølge oppfinnelsen funnet at det, for impregnering av de metalhserte polymerfilmer i viklinger for selvhelende kapasitorer, er mulig å anvende minst et isolerende fluid omfattende fornettbare blandinger omfattende minst en polydienpolyol, minst et polyisocyanat og minst et kjemisk inert, flytende fyllstoff

Når det gjelder de fornettbare blandinger som kan benyttes ifølge oppfinnelsen er det foretrukket å benytte de som omfatter minst en polydienpolyol, minst et polyisocyanat med en funksjonalitet over 2 og en mengde av inert, flytende fyllstoff mmst lik 80 vekt-% av blandingen, for å holde viskositeten på mindre enn 100 mPa s under varigheten av impregneringen

Den kjemisk lnerte flytende charge er en isolerende væske som fullstendig kan oppløse polydien-polyolene og polyisocyanatene og som er valgt blant alkylbenzener som decyl-benzener og dodecylbenzener, dielektnske estere som for eksempel er produkter av om-setningen av polyvalente alkoholer som pentaerytntol med monovalente karboksylsyrer som n-heptansyre, ahfatiske estere som dioktylsebacat, dioktyladipat og dibutylsebacat, alkylftalater som dibutylftalat og dioktylftalat, alkylpolyaromatiske forbindelser som monoisopropyl-bisfenyl (MIPB), vegetabilske oljer som colza-oljer, mais-oljer og soya-oljer, såvel som kombinasjonen av minst to av de ovenfor nevnte, isolerende væsker

Fortrinnsvis benyttes ahfatiske estere som dibutylsebacat og dioktyladipat, alkylftalater som dioktylftalat, eller vegetabilske oljer som colza-oljer, som kjemisk inerte, flytende fyllstoff

Polyisocyanatet som benyttes for å fremstille den brukbare, fornettbare blanding ifølge oppfinnelsen, kan velges blant aromatiske, ahfatiske og cykloahfatiske polyisocyanater og de polyisocyanater som i sitt molekyl inneholder en lsocyanurat-nng, med minst to funksjonelle isocyanatgrupper i molekylet, idet disse er i stand til å reagere med funksjonelle hydroksylgrupper av en polyol for å danne et tredimensjonalt polyuretan-netttverk som bnnger blandingen til gel-dannelse

Som illustrasjon på aromatiske polyisocyanater skal nevnes 4,4'-difenylmetan-dnsocyanat (MDI), polymere MDI'er og tnfenylmetan-tnisocyanat

Som illustrasjon på et ahfatisk polyisocyanat skal nevnes biurete av 1,6-dnsocyanat-heksan

Som illustrasjon på cykloahfatiske polyisocyanater skal nevnes lsoforon-dusocyanat ØPDI), cykloheksyl-dusocyanat (CHDI) og 4,4'-dicykloheksylmetan-dnsocyanat

Som illustrasjon på polyisocyanater som i sitt molekyl inneholder lsocyanurat-nngen kan nevnes tnmerer av heksametylendusocyanat som markedsføres av Rhone-Poulenc under betegnelsen TOLONATE HDT samt tns[l-(isocyanatometyl)-l,3,3-tnmetyl-cykloheksan] lsocyanurat som er kommersielt tilgjengelig fra HULS under betegnelsen VESTANATT 1890/100

Mengden av polyisocyanat velges på en slik måte at molforholdet NCO OH er ca 1 og fortrinnsvis mellom 0,85 og 1,15

Polydien-polyolene er en hydroksytellekelisk, konjugert dien-ohgomer som kan oppnås ved forskjellige prosesser som for eksempel radikalpolymensenng av et konjugert dien med fra 4 til 20 karbonatomer i nærvær av en polymensenngsinitiator som hydrogenpe-roksyd eller en azoforbindelse som 2,2-azobis-[metyl-2, N-(hydroksy-2-etyl)propion-amid], eller den anioniske polymensenng av et konjugert dien med fra 4 til 20 karbonatomer i nærvær av en katalysator som di-litium-naflalen

Ifølge oppfinnelsen blir det konjugerte dien av polydienpolyolene valgt blant gruppen omfattende butadien, isopren, kloropren, 1,3-pentadien og cyklopentadien

Det er også mulig å benytte hydroksy-tellekeliske ohgomerer av konjugerte diener som er epoksydert langs kjeden, såvel som hydroksy-tellekehsk, hydrogenerte ohgomerer av konjugerte diener

Polydien-polyolene kan ha tall-midlere molekylmasser på høyst lik 7000 og fortrinnsvis mellom 1000 og 3000 De har funksjonahteter i området 1,8 til 3 og en dynamisk viskositet, målt ved 30°C, på minst hk 600 mPa s

Som illustrasjon på polydien-polyoler skal nevnes de hydroksylerte polybutadiener som markedsføres av ELF ATOCHEM S A under betegnelsen PolyBd® 45 HT og PolyBd® 20 LM

Den fornettbare blanding kan i tillegg til polydienpolyolen, inneholde en eller flere polyoler med lavere molckylmasse

Med polyoler med lav molckylmasse menes polyoler med molare masser i området 50 til 800

Som illustrasjon på slike polyoler skal nevnes etylenglykol, propylenglykol, diety-lenglykol, dipropylenglykol, polyeterpolyoler, 1,4-butandiol, 1,6-heksandiol, 2-etyl-l,3-heksandiol, N,N-bis(2-hydroksypropyl)-anilm, 3-metyl-l,5-pentandiol, tnmetylolpro-pan, pentaerytntol, propoksylert bisfenol A, markedsført av Akzo under betegnelsen DIANOL 320, og blandingen av mmst to av de ovenfor nevnte polyoler

Hvis det benyttes en polyol med lav molar masse må NCO OH-molforholdet beregnes ved å ta i betraktning de funksjonelle hydroksylerte grupper som tilveiebringes av po-lyolen med lav molmasse

Selv om bruken av en katalysator ikke absolutt er nødvendig vil det, i enkelte tilfeller og hvis ønskelig, være mulig å benytte en katalysator av metallorganisk type som dibutyl-tinn-dilaurat, dibutyl-tinn-acetat eller organiske derivater av vismut

Den brukbare, fornettbare blanding ifølge oppfinnelsen, kan fremstilles ved blanding ved romtemperatur (ca 20°C) av de forskjellige bestanddeler ved bruk av ethvert omrø-nngshjelpemiddel som er tilstrekkelig til å sikre god dispersjon av bestanddelene Den fornettbare blanding kan også inneholde et eller flere additiver som antioksydanter, et epoksyd eller antrakinon

Den inerte charge kan eventuelt underkastes en dielektnsk behandling på en adsorbe-rende leire Spolevikhngene som impregneres ved hjelp av de isolerende fluider ifølge oppfinnelsen har fordelen av å motstå høye spenningsgradienter

Når det gjelder de fornettbare blandinger har de oppnådde kapasitorer fordelen av at de ikke lenger inneholder fh væske som kan kontaminere omgivelsene ved lekkasje

I tillegg gir fraværet av fh væske disse kapasitorer forbedrede brannmotstands-egenskaper fordi det ikke lenger er noen mulighet for at brennende væske skal slynges ut hvis en kapasitorer eksploderer

Oppfinnelsen skal illustreres ved de følgende eksempler

I Kapasitorer med metalhsert film

—► Data angående kapasitorene

Spolevikhngene fremstilles fra en grov polypropylenfilm som vakuum-metalliseres ved bruk av en aluminium/sink-legenng, markedsført av BOLLORE under betegnelsen PP3M

Filmen hadde en tykkelse (i henhold til vekt) på 7,6 um

De rundviklede spoler sprayes med sink ved bruk av "Schoop"-prosessen for å tillate forbindelse

De viklede spoler anbnnges i krympede, sylindriske hus

-> Fremstilling av kondensatorer

Før impregnering underkastes kapasitorene behandling 14 timer ved 115°C, fulgt av, efter tilbakevenden til romtemperatur, elektrisk behandling for, fra den viklede spole før impregnering, å eliminere de vesentlige svake punkter i den metalhserte film Denne behandling gjennomføres ved hurtig utladning av en 30 |iF kapasitor, på forhånd ladet ved 150 V/likestrøm, i hver viklede spole

Benyttede isolasjonsfluider:

Jarylec C100 (heretter kalt JARYLEC) bestående av 75 vekt-% benzyltoluener

og 25 vekt-% benzyl-benzyltoluener med en viskositet ved 20°C på 6,5 mPa s

De fornettbare blandinger ble fremstilt ved bruk av følgende bestanddeler PolyBd® 45 HT (heretter kalt PolyBd), nemlig et hydroksylert polybutadien med Mn hk 2800 (bestemt ved stensk eksklusjonskromatografi), med et hydroksyl-tall loH» uttrykt i milhekvivalenter pr gram (meq/g) hk 0,83, en viskositet hk

5000 mPa s ved 30°C og en relativ densitet hk 0,90,

Tolonat HDT/LV (heretter kalt Tolonat), nemlig tns(6-isocyanatoheksyl) iso-cyanurat, med et NCO-innhold lik 23 %, en funksjonalitet på ca 3,4 og en viskositet ved 25°C lik 1200 (± 300) mPa s ,

Colza-olje av nænngskvahtet med en viskositet ved 20°C hk 69 mPa s,

DBS,

JARYLEC

Fremstilling av de fornettbare blandinger*

Fornettbare blandinger omfattende colza- olje som inert fyllstoff

Colza-oljen behandles på forhånd med attapulgjt For å gjøre dette blir colza-olje + 3 vekt-% attapulgit blandet ved 60°C 14 timer, filtrert under redusert trykk og så avgasset ved60°C

TOLONAT oppløses i den behandlede colza-olje ved 60°C, PolyBd og DBTL, som katalysator, tilsettes og deretter avgasses blandingen under redusert trykk ved 60°C

Fornettbare blandinger omfattende DBS som inert-charge

TOLONAT oppløses ved romtemperatur i DBS behandlet med attapulgit i henhold til protokollen ovenfor for colza-olje hvoretter blandingen oppvarmes til 60°C, PolyBd og DBTL tilsettes og blandingen avgasses under redusert trykk ved 60°C

- Fornettbare blandinger omfattende JARYLEC som lnert- charge fikke ifølge oppfinnelsen)

Oppløst, separat Jarylec blir på den ene side PolyBd (blanding A) og på den annen side Tolonat (blanding B) Til hver av blandingene A og B settes 3 g attapulgit pr 1000 g blanding hvoretter blandingene omrøres separat ved romtemperatur 13 timer og blandingene filtreres under redusert trykk Deretter blir blandingene A og B bragt i kontakt med hverandre i en glass-reaktor med mulighet for omrøring

—> Impregnering av kapasitorene

Hvis det isolerende fluid er en fornettbar blanding blir denne blanding innført i kapasitorene under et redusert trykk ved 60°C Deretter holdes kapasitorene ved 60°C i 3 dager hvoretter de oppvarmes til 90° og holdes ved denne temperatur i 9 dager for geldannel-se

JARYLEC innføres i kapasitorene under redusert trykk ved romtemperatur hvoretter kapasitorene oppvarmes til 60°C, en temperatur som holdes i 3 dager, hvoretter kapasitorene oppvarmes til 90°C, en temperatur som holdes 11 dag

-> Aldring under økende likespenning

Det ble utført prøver under spenning For disse prøver ble kapasitorene underkastet hkespenninger med økning i trinn hver 24 time

Temperaturen holdes ved 60°C under prøveperioden (Under helgen bringes spenningen tilbake bl nivået i det første tnnn (1200 V = 160 V/um))

Levetiden for kapasitorene bedømmes i form av kurver for kapasitans = f (spennings-gradient) som er plottet i figurene 1 til 7 I disse figurer vises som ordinater endringen i kapasitans C, uttrykt i uF, ved 60°C, og som abcisse, spenningsgradienten, uttrykt i V/um

I tabell 1 vises for hver test

arten av det isolerende impregnenngsfluid,

Jarylec, testene 1 til 2,

fornettbare blandinger - > testene 9 til 14,

(prosentandelen av bestanddelene i de fornettbare blandinger er angitt i vekt-%), tallet på figuren og symbolet som benyttes for å representere den tilsvarende

kurve

I denne tabell betyr IO "ikke i henhold til oppfinnelsen"

Prøven utføres inntil kapasitoren bryter sammen eller stanses når kapasitans-fallet blir for stort

II Kapasitorer av MKV- tvpen

-> Data for kapasitorene

Det ble benyttet MKV-kapasitorer hvori det faste dielektnkum er en polypropylenfUm med tykkelse 10 nm og der platen er et papir som er metalhsert med sink på begge sider Deres gitte kapasitans er 6 uF og de er ment for installering under 660 V vekselstrøm

-> Benyttet isolerende fluid:

dioktyl-ftalat (heretter kalt DOP) med en viskositet ved 20°C hk 80 mPa s

De fornettbare blandinger ble fremstilt ved bruk av følgende bestanddeler:

DOP,

dodecylbenzen (heretter kalt D9),

JARYLEC,

Tolona,

PolyBd,

DBTL

DOP og de fornettbare blandinger ble fremstilt i henhold til følgende

protokoll:

Fremstilling av DOP

DOP med 3 vekt-% attapulgit omrøres ved 60°C 14 tuner, filtreres under redusert trykk og avgasses så under redusert trykk ved 60°C

Fornettbare blandin<g>er bestående av DOP som lnertfyllstoff

Separat oppløses på den ene side PolyBd (blanding A) og på den annen side Tolonat (blanding B) i DOP 3 % attapulgit settes til hver av blandingene og blandingene omrø-res over natten ved 60°C Hver blanding blir så filtrert og avgasset Deretter bnnges blandingene i kontakt med hverandre i en omrørt glassreaktor

Fornettbare blandinger omfattende en D9/DOP-blanding som lnert- fvllstoff

En oppløsning som på vektbasis inneholder 80 % D9 og 20 % DOP fremstilles Oppløst separat i denne oppløsning blir på den ene side PolyBd (blanding A) og på den annen side Tolonat (blanding B) 3 % attapulgit settes til hver av blandingene og blandingene omrøres over natten ved 60°C Hver blanding blir så filtrert og avgasset Deretter bnnges blandingene i kontakt med hverandre i en omrørt glass-reaktor

Fornettbare blandinger omfattende en DOP/J AR YLEC-blanding som inert fyllstoff

En oppløsning som på vekt-basis inneholder 50 % DOP og 50 % JARYLEC, blir fremstilt Separat oppløst i denne oppløsning blir på den ene side PolyBd (blanding A) og på den annen side Tolonat (blanding B) 3 % attapulgit settes til hver av blandingene og blandingene omrøres over natten ved 60°C Hver blanding blir så filtrert og avgasset Deretter bringes blandingene i kontakt med hverandre i en omrørt glass-reaktor

-> Betingelser for kapasitor-impregnering

Hvis det isolerende fluid er en fomettbar blanding blir denne innført i kapasitorene (tør-ket på forhånd ved 100°C under redusert trykk) ved 60°C under redusert trykk Deretter blir kapasitorene oppvarmet til 90°C og holdt ved denne temperatur 110 dager

Hvis det isolerende fluid er en væske som DOP blir fluidet innført i kapasitorene (på forhånd tørket ved 100°C under redusert trykk) ved 60°C under redusert trykk og deref-ter blir kapasitorene oppvarmet til 90°C og holdt ved denne temperatur 16 dager

-> Aldnngstest under veksel-spenning

Kapasitansene for kapasitorene ble målt ved 70°C Kapasitorene ble så underkastet en aldnngsprøve ved 70°C under en spenning på 825 V

Under denne test ble kapasitansen og tapene for hvert element målt regelmessig

Efter 1077 tuner ble spenningen hevet til 910 V Testen ble stanset efter 203 timer under denne spenning Resultatene er plottet i figur 8

I denne figur vises som ordinat variasjonen i kapasitans, AC/C, i % og som abscisse av tiden i tuner

I tabell 2 nedenfor er det for hver test indikert

arten av det isolerende lmpregnenngsfluid

DOP -> test 15

fomettbar blanding -> test 16 til 19 (prosentandelen av bestanddelen i de fornett

bare blandinger er angitt på vekt-basis,

symbolet som benyttes for representere kurven AC/C = f (tid), tilsvarende hver

test, plottet i figur 8

I tabellen betyr IO "ikke i henhold til oppfinnelsen"

Kapasitorene som var impregnert med JARYLEC/DOP-blanding, test 19, brøt sammen 5 timer efter at en spenning på 910 V ble lagt på

Det ble ikke observert noen sammenbrudd når det gjaldt de andre kapasitorer

ITT Kapasitorer med metallisert film

-> Data i forbindelse med kapasitorene

De viklede spoler ble fremstilt ved bruk av alumimum-metalhsert polypropylenfilm, kommersielt tilgjengelig fra Bolloré under betegnelsen PP2 Den "crenelerte" mentahse-nng av denne film hadde en overflateresistans på 2 Q/flateenhet (□)

Filmen hadde en tykkelse, på vektbasis, på 7,4 jim

Den utflatede, viklede spole besprayes med sink ved bruk av schoop-prosessen for å tillate forbindelse og den anbringes deretter, i grupper på 2, i parallell-epipediske hus

Benyttede isolerende fluider:

Jarylec C100 (heretter kalt C100),

dodecylbenzen (heretter kalt D9),

dioktylftalat (heretter kalt DOP)

Disse væsker ble behandlet på forhånd med 3 % aktivert attapulgit over natten og under omrøring, ved 20°C, og så filtrert og avgasset under redusert trykk

-> Fornettbare blandinger

Disse ble oppnådd ved å sette PolyBd og Tolonat til den isolerende væske

—> Impregnering av kapasitorene

Før impregnering undergikk kapasitorene en 48 timers behandling ved 70°C, under redusert trykk, og ble deretter avkjølt til romtemperatur (ca 20°C) Impregneringen ble gjennomført under redusert trykk Etter at impregneringen var ferdig ble kapasitorene bragt tilbake til atmosfærisk trykk og satt hen ved romtemperatur i ca 1 uke Deretter ble de underkastet en varmebehandling ved 60°C i minst 1 uke

-> Aldring av kapasitorene under likespenning

Det ble gjennomført prøver hvon kapasitorene ble underkastet hkespenninger som øket i trinn hver 24 time (under helgene ble spenningen bragt tilbake til nivået i det første tnnn) Temperaturen ble holdt ved 55°C under hele prøven Dette stanset når fallet i kapasitansen ble for stort Kapasitansen for den viklede spole måles ved slutten av hvert tnnn Levetiden for kapasitorene bedømmes i form av kurver, for kapasitansen = f (spenmngsgrad 1) som er plottet i figurene 9 til 11 I disse figurer vises som abcissen spenningsgradienten, uttrykt i V/|im, og som ordinater, variasjonen i kapasitans, AC/C, uttrykt i %

I tabell 3 er det, for hver test, oppført

arten av impregnenngsforbindelsen,

figur-nummere, og

symbolet som ble benyttet for å representere den tilsvarende kurve I denne tabell betyr IO "ikke i henhold til oppfinnelsen"

Claims (10)

1 Anvendelse av minst et isolerende fluid omfattende fornettbare blandinger omfattende minst en dienpolyol, minst et polyisocyanat og minst et kjemisk inert, flytende fyllmid-del, for impregnering av de metalhserte polymerfllmer i viklinger for selvhelende kapasitorer

2 Anvendelse ifølge krav 1 der den fornettbare blanding omfatter minst en polydienpolyol, minst et polyisocyanat med en funksjonalitet over 2 og en mengde av inert, flytende fyllstoff som minst er hk 80 vekt-% av blandingen

3 Anvendelse ifølge krav 2 der polydienpolyolen er en hydroksytellekehsk butadien-ohgomer med en tallmidlere molekylmasse minst hk 7000 og fortrinnsvis mellom 1000 og 3000, og at ohgomeren har en funksjonalitet i området 1,8 til 3

4 Anvendelse ifølge krav 1 og 2 der det inerte, flytende fyllstoff er valgt blant alkylbenzener, ahfatiske estere, alkylftalater og vegetabilske oljer

5 Anvendelse ifølge krav 4 av, som alkylbenzen, dodecylbenzen

6 Anvendelse ifølge krav 4 av, som ahfatisk ester, dibutylsebacat

7 Anvendelse ifølge krav 4, som alkylftalat, dioktylftalat

8 Anvendelse ifølge krav 4, som vegetabilsk olje, av colza-olje

9 Anvendelse ifølge krav 1 og 2 av, som polyisocyanat, aromatiske, ahfatiske og cykloahfatiske polyisocyanater og de polyisocyanater som i sine molekyler inneholder en iso-cyanurat-nng med mmst to funksjonelle lsocyanat-grupper

10 Anvendelse ifølge krav 9 av, som polyisocyanat, tns-(6-isocyanatoheksyl)isocyanurat