<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensators, bei dem ein Bandwickel aus wechselweise aufeinanderfolgendem Elektrodenmaterial und aus Polyolefinharz gebildet wird, der Bandwikkel in ein Gehäuse eingebracht, das Gehäuse evakuiert und anschliessend mit einer chlorierten Diphenylverbindung gefüllt wird, wonach die Anordnung auf Atmosphärendruck gebracht und nach vollständiger Imprägnierung des Bandwickels das Gehäuse luftdicht verschlossen wird.
Das Aufkommen immer komplizierterer elektrischer Geräte und der Trend nach einer höheren Wirtschaftlichkeit der vorhandenen Geräte hat dazu geführt, dass an die Kondensatorteile solcher Geräte immer strengere Anforderungen gestellt werden. Beispielsweise besteht ein starker Bedarf an höher belastbaren, kleineren und dazu billigeren Kondensatoren, wobei insbesondere Wechselstromkondensatoren mit einer be-
EMI1.1
Aus der franz. Patentschrift Nr. 1. 079. 287 ist die Verwendung von biaxialen Kunstharzfolien als Isolerschichte in Kondensatoren bekanntgeworden. Diese bekannte Isolierschicht kann den heutigen hohen Anforderungen hinsichtlich hoher Durchschlagsspannung und hoher Koronaentladung nicht gerecht werden.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines Kondensators, der eine sehr hohe Durchschlagsfestigkeit, eine hohe Koronaanfangs- und Löschspannung und einen geringen Leistungsfaktor besitzt und als Hochspannungskondensator verwendet werden kann.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass als Polyolefin ein Polypropylen verwendet wird, dass der Wickel beim Imprägnieren einer Temperatur von etwa 65 bis etwa 1000C ausgesetzt wird, und die Temperatur auf diesem Wert über eine Zeitspanne aufrecht erhalten wird, die Gleichgewichtszustände der Polypropylenlösung in dem chlorierten Diphenyl und eine im wesentlichen vollständige Imprägnierung des Polypropylens gewährleisten, und dass danach die Temperatur herabgesetzt wird.
Dadurch wird eine Imprägnierung des Kunstharzes erzielt, welche, in Zusammenwirkung mit andern Eigenschaften des Materials, zu einer bedeutenden Verbesserung der wichtigsten elektrischen Eigenschaften von Kondensatoren, wie Durchschlagsfestigkeit, Koronaanfangs- und -löschspannung, lange Lebensdauer und hohe Spannungsbelastung und geringer Leistungsfaktor, führen.
Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 einen vergrösserten Querschnitt eines im wesentlichen vollkommen imprägnierten Kunstharzdielektrikums, Fig. 2 in schaubildlicher Darstellung einen teilweise abgewickelten Wickelkondensator, Fig. 3 einen fertig zusammengebauten Kondensator, welcher aus dem in Fig. 2 dargestellten Kondensator und einem Behälter hiefür besteht, Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Teil eines elektrischen Kondensators mit einem imprägnierten Harzfilm als eine Komponente des Dielektrikums, als Vollschichtkonstruktion bezeichnet, Fig. 5 einen Quer-
EMI1.2
Komponente des Dielektrikums, Fig. 6 einen Querschnitt eines Teils eines weiteren elektrischen Kondensators mit einem relativ dicken imprägnierten Harzfilm in seinem Dielektrikum, als Halbschichtkonstruktion bezeichnet, Fig.
7 eine abgeänderte Ausführungsform einer Halbschichtkonstruktion eines Kondensators mit mehreren nebeneinanderliegenden imprägnierten Harzfilmen als Komponenten des Dielektrikums und Fig. 8 einen Querschnitt durch einen Teil eines elektrischen Kondensators, bei dem das Dielektrikum nur aus imprägnierten Harzfilmen besteht.
Die Fig. 1 zeigt eine vorzugsweise Ausführungsform eines Dielektrikums --10-- eines nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Kondensators, wobei das dielektrische Material-12-- aus einein festen Polyolefinharz besteht, das zahlreiche inhomogene Stellen --11-- in Form von Öffnungen, Hohlräumen oder Lücken --13-- aufweist, deren Gegenwart für das Harz als charakteristisch gilt. Dieses Material wird als nicht porös bezeichnet, weil nur wenige oder überhaupt keine Poren oder Gänge vorhanden sind, die die Seitenflächen verbinden und eine Wanderung der Imprägnierflüssigkeit von einer Seite nach der andern ermöglichen würden.
Das Polyolefinmaterial wird mit einem dielektrischen flüssigen Imprägniermittel ge-
EMI1.3
schenderweise führt die Art der erfindungsgemässen Imprägnierung in Kombination mit den besonderen Materialien zu einer Art synergistischem Effekt, dessen Ergebnis die Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit des Materials ist. Die Imprägnierung erhöht die elektrischen Isoliereigenschaften des harzartigen Dielektrikums, wenn in das Harz ein die inhomogenen Stellen ausfüllendes Imprägniermaterial mit einer höheren Durchschlagsfestigkeit als Luft oder Gas eingebracht wird.
Unerwartet gute Ergebnisse werden mit dem in Fig. 1 gezeigten Dielektrikum bei dessen Verwendung in einem Kondensator erzielt, insbesondere für einen Hochspannungs-Wechselstromkondensator, wobei bestimmte Kombinationen von Polyolefinmaterial und Imprägniermitteln zur Anwendung gelangten. Obgleich bereits zahlreiche Kombinationen von andern Materialien als Polyolefinen und andern als bei dem erfindungsgemässen Verfahren verwendeten Imprägniermitteln beschrieben wurden, haben diese Kombinationen nicht zu den gewünschten Eigenschaften und Ergebnissen geführt, welche für die Verwendung in den zurzeit hergestellten, hochentwickelten und komplizierten Geräten Voraussetzung sind.
Die Materialien, welche beim erfindungsgemässen Verfahren die besten Ergebnisse liefern, sind die synthetischen Harze aus der Gruppe der
<Desc/Clms Page number 2>
Polyolefinharze, u. zw. Polypropylen.
Die allgemein vorteilhaften Eigenschaften der Polyolefine sind ihre elektrischen Eigenschaften als ge- wöhnliche Dielektrika, eine gute Temperaturstabilität und gute mechanische Eigenschaften, wie leichte Ver- arbeitung und Verformung, insbesondere zu dünnen Filmen. Wenngleich diese vorteilhaften Eigenschaften zu 5 zahlreichen Verwendungsarten Anlass gaben, war die Verwendung in dielektrischen Systemen, wie z. B. Kon- densatoren, auf Grund der geringen Durchschlagsfestigkeit, geringen Koronaanfangsspannung und geringen
Lebensdauer unter Hochspannungsbelastung stark begrenzt. Die Durchschlagsfestigkeit ist von grösster Be- deutung und ist ein Mass für die Fähigkeit des Materials, Spannungsbelastungen zu widerstehen.
Die Korona- anfangsspannung und die Koronalöschspannung sind die Spannungen, bei denen schädliche Koronaentladungen ) beginnen und gelöscht werden können.
Es wurde gefunden, dass die Polyolefine, und insbesondere Polypropylen, in einem unerwartet hohen Aus- mass mit halogenierten Kohlenwasserstoffen imprägniert werden können und dassbei einer solchenimprägnie- rung die Einzelkomponenten zusammenwirken, um das verbesserte Dielektrikum bei einem nach dem erfin- dungsgemässen Verfahren hergestellten Kondensator zu bilden. Ein bevorzugtes Material aus der Gruppe der Polyolefine ist das Polypropylenharz, insbesondere ein isotaktischer, biaxial orientierter Polypropylenfilm, der beispielsweise in Applied Plastics, November 1961, S. 35 bis 64, und in Modem Dielectric Materials,
Beck, J. B., London Heywood and Co., 1959, S. 140 bis 142, genauer beschrieben ist.
Die in diesen Artikeln beschriebenen Polyolefinmateriallen können als lineare, reguläre Kopf-Schwanz-
Polymere von ungesättigten Kohlenwasserstoffen der Formel
CH2 = OHR d. s. Alphaolefine, wobei R ein gesättigter aliphatischer, ein alicyclischer oder ein aromatischer Rest ist, als Copolymere der ungesättigten Kohlenwasserstoffe untereinander und als Copolymere der ungesättigten
Kohlenwasserstoffe mit wenigstens einem andern damit copolymerisierbaren Monomeren, angesehen werden.
Dieses Polyolefinmaterial ist als nicht porös zu betrachten, weil im wesentlichen keine zusammenhängenden
Durchlässe vorhanden sind, durch welche die beim erfindungsgemässen Verfahren verwendeten Imprägnier- mittel unter den derzeit bekannten Betriebsbedingungen von Kondensatoren hindurchtreten könnten.
Als bevorzugtes Imprägniermittel kann bei dem erfindungsgemässen Verfahren ein halogeniertes organi- sches Material, u. zw. gewöhnlich Verbindungen mit 1 bis 5 Halogensubstituenten, wie Chlor und 1 bis 3 Aryl- gruppen, wie insbesondere Trichlordiphenyl, welches im Handel unter der Warenbezeichnung "PyranoI1499" (Schutzmarke der Firma General Electric Company) erhältlich ist, verwendet werden. Dieses Material be- sitzt eine hohe Koronaanfangs- und -löschspannung.
Die Kombination von Pyranol 1499 als dielektrische Flüssigkeit mit einem nichtporösen Polypropylenfilm als imprägniertes diekeltrisches System führt zu den besten Ergebnissen. Diese Materialien wurden bisher als unverträglich oder ungeeignet betrachtet und daher bei dielektrischen Systemen nicht verwendet, da Po- lypropylen offensichtlich leicht von halogenierten organischen Verbindungen, wie flüssigem Pyranol 1499, gelöst und von den erwähnten Imprägniermitteln auch nicht benetzt wird. Weiters wurde angegeben, dass das
Lösen von Polypropylen in einer nicht polaren Flüssigkeit zu Plastifizierungseffekten, wie einer Quellung und Herabsetzung der Zugfestigkeit, Anlass gibt.
Es wurde jedoch gefunden, dass, ausgenommen bei sehr ho- hen Temperaturen, die oberhalb etwa 1000C liegen, Polypropylen in halogenierten aromatischen Stoffen nur in einem begrenzten Ausmass löslich ist und dass diese teilweise Löslichkeit überraschenderweise die Kon- densatoreigenschaften nicht nachteilig beeinflusst. Diese teilweise Löslichkeit des Polypropylenfilms in Tri- chlordiphenyl unter kontrollierten Temperaturbedingungen unterhalb etwa 1000C ist vielmehr ein wesentli- ches Merkmal der Erfindung. Die teilweise Löslichkeit, welche auf Grund von Versuchsergebnissen nach dem ersten Eindringen des Imprägniermittels in den Film stattfindet, unterstützt die Migration des Imprä- gniermittels in den Film und in die Löcher und Hohlräume desselben.
Diese bessere Imprägnierung zeigt sich in einer äusserst hohen Koronaanfangsspannung des imprägnierten Systems, u. zw. auch in Abwesenheit eines Dochtes oder einer porösen Schicht an beiden Seiten des Films.
Proben von mit Pyranol imprägnierten dielektrischen Polypropylenfilmen, die einem Kapazitätsversuch unterworfen wurden, zeigten, dass eine enge Beziehung zwischen der Art und dem Ausmass der Imprägnierung und der Koronaanfangsspannung besteht und dass eine im wesentlichen vollkommene Imprägnierung wichtig ist. Die Kombination von Polypropylen und Pyranol als dielektrische Flüssigkeit ist für eine Imprägnierungsart, welche im Zusammenhang mit der Erfindung als Vollimprägnierung bezeichnet wird, vorteilhaft. Wenn die Löcher und Hohlräume des Materials im wesentlichen mit dem flüssigen Imprägniermittel gefüllt sind und bei der Imprägnierung sowohl eine Adsorption des Imprägniermittels durch das Material als auch eine teilweise Lösung des Materials in der Imprägnierflüssigkeit stattfindet, wird das Material als im wesentlichen vollkommen imprägniert bezeichnet.
Versuche mit Polypropylen mit verschiedenem Imprägnierausmass haben gezeigt, dass sehr hohe Koronaanfangsspannungen nahe der gemessenen, berechneten oder absoluten
<Desc/Clms Page number 3>
Koronaanfangsspannung bei Dielektrika auftreten, bei denen der Imprägnierungsprozess verlängert oder anderswie bis zur Erzielung einer im wesentlichen vollkommenen Imprägnierung unterstützt wurde. Eine zu einer im wesentlichen vollkommenen Imprägnierung führende Methode besteht darin, dass man den Polypropylenfilm in Pyranol bei einer Temperatur von etwa 90 C taucht. Mit dieser Massnahme werden relativ stabile Bedingungen in etwa 6 bis 20 Tagen erreicht, wobei etwa 1, 0 Gew. -% Polypropylen im flüssigen Pyranol únd etwa 11 Gew.-% flüssiges Pyranol vom Polypropylen aufgenommen werden.
Die Art und das Ausmass der Imprägnierung können auch durch die Koronaanfangsspannung des Systems gemessen werden, wobei die sich einem Maximum nähernden Werte die vollkommene Imprägnierung anzeigen.
Der im Zusammenhang mit der Erfindung verwendete Polypropylenfilm besteht aus isotaktischem Polypropylen. Dieses ist ein stereoreguläres kristallines Material mit hohem Molekulargewicht, welches zusätzlich zur vorherrschenden kristallinen Phase eine amorphe oder nicht kristalline Phase aufweist. In einigen handelsüblichen isotaktischen Polypropylenen kann die amorphe Phase bis zu 30% des gesamten Harzes ausmachen. Aus diesen Harzen können für die erfindungsgemässen Zwecke beispielsweise durch Walzen, Strangpressen, Pressen, Lösungsguss und Schmelzguss Filme hergestellt werden. Um die mechanischen Eigenschaften des Harzfilms zu verbessern, wird gewöhnlich solchen Filmen durch Strecken und Hitzehärtung eine Art einer orientierten Struktur vermittelt.
Die Streckung erfolgt vorzugsweise abwechselnd in zueinander senkrechten Richtungen, d. h. sowohl in Längs- als auch in Querrichtung des Films, um den Film biaxial zu orientieren. Die Filme können uniaxial, biaxial und ausgeglichen biaxial orientiert sein.
In den Polyolefinfilmen, insbesondere in den Polypropylenfilmen, sollen, wenn überhaupt, nur wenige Verunreinigungen vorhanden sein, welche dem Dielektrikum ein hohes Mass des Leistungsverbrauches in einem gegebenen Material verleihen können. Die Verunreinigungen können auch Fremdmaterialien, die während der Filmherstellung aufgenommen werden, oder Katalysatorrückstände sein. Diese Verunreinigungen können durch Lösen des Polyolefinmaterials und Entfernung der Verunreinigungen durch Fällung-, Extraktions-und Adsorptionsmethoden entfernt werden. Ausgezeichnete Ergebnisse werden jedoch bei der Verwendung von handelsüblichen Polypropylenharzen, wie z. B. Profax 6520 F Resin (Hercules Powder Co.) und Shell 5500 F Resin (Shell Oil Co.) erzielt.
Kondensatoren, welche nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt sind, wie z. B. die gemäss den Fig. 2 und 3 der Zeichnungen, können die gleiche allgemeine Form haben wie die derzeit bekannten Kondensatoren. Die Fig. 2 zeigt einen Wickelkondensator --14--, der aus getrennten Elektrodenfolien oder Be-
EMI3.1
--15trodenfolien --15 und 16-- können aus einem oder mehreren einer Anzahl verschiedener Materialien, gewöhnlich metallischer Natur, wie z. B. Aluminium, Kupfer und Tantal, bestehen. Die dielektrischen Einlagen --17 und 18-- bestehen gewöhnlich aus einem Schichtkörper, der wenigstens eine imprägnierte Harz- schicht --11-- (Fig. 1) aufweist. Das Kondensatorelement ist durch eine dielektrische Einlage --17-- und durch die metallischen Elektrodenfolien --15, 16-- gebildet.
Die Fig. 3 zeigt einen zusammengebauten Kondensator --23--, in den ein Wickelkondensator der in Fig. 2 gezeigten Art eingesetzt ist. Dieser Kondensator weist weiters ein Gehäuse --24--, einen hermetisch abgedichteten Deckel --25--, der ein kleines Fülloch --26-- für die dielektrische Flüssigkeit besitzt, sowie ein Paar Anschlüsse-27 und 28-auf, die durch den Deckel, gegen diesen isoliert, herausragen. Innerhalb des
EMI3.2
verbunden. Der in Fig. 3 gezeigte Kondensator enthält weiters eine (nichtdargestellte) dielektrische Flüssigkeit, welche den verbleibenden freien, nicht vom Komdensatorelement eingenommenen Raum im Behälter - 24-ausfüllt und die dielektrischen Einlagen --17 und 18-- (Fig. 2) imprägniert.
Gemäss einer allgemeinen Imprägniermethode, wie sie in den USA-Patentschriften Nr. 2, 864, 982 und Nr. 2, 307, 488 beschrieben ist, werden die erfindungsgemässenKondensatoreinheiten oder eingekapselte Kon- densatoren --23--, wie sie beispielsweise in Fig. 3 dargestellt sind, gewöhnlich vakuumgetrocknet, um vorhandene Restfeuchtigkeit zu entfernen. Die Trockentemperatur schwankt in Abhängigkeit von der Länge des Trockenzyklus, liegt jedoch gewöhnlich in einem Bereich von 60 bis 150 C. Bei zu niedrigen Temperaturen ist eine zu lange TrockEn zeit erforderlich, wogegen zu hohe Temperaturen zu einer Zersetzung der Papierkomponente der dielektrischen Einlage führen können.
Das Loch --26-- ermöglicht die Entfernung der Feuchtigkeit aus dem Inneren des Gehäuses --24-- während des Trocknungsprozesses.
Die imprägnierte dielektrische Flüssigkeit wird in die Kondensatoranordnung durch das Loch --26--, vorzugsweise während sich die getrocknete Anordnung noch in einem entsprechend evakuieren Gefäss befindet, in einer solchen Menge eingebracht, dass zumindest die Kondensatorelemente im Behälter in ihr untertauchen. Der Druck in dem Gefäss wird sodann auf atmosphärischen Druck gebracht und die Anordnung mehrere Stunden stehen gelassen, um ein gutes Eindringen der Imprägnierflüssigkeit zu erzielen. Nach der Imprägnierung kann die Kondensatoreinheit durch Verlöten des Loches --26-- verschlossen werden.
Wenn das hnprägniermittel aus einem polymerisierbaren harzartigen Material besteht, so wird die Kondensatoranordnung einer erhöhten Temperatur ausgesetzt, um eine Polymerisation und Verfestigung des Materials
<Desc/Clms Page number 4>
herbeizuführen. Ausser der vorerwähnten Methode können andere Verfahren, bei denen gewöhnlich Wärme und/oder Druck angewendet wird, verwendet werden. Beispielsweise werden bei einer Anzahl von Verfahren
Druckzyklen, Temperaturzyklen oder beide angewendet, um den Imprägnierprozess zu unterstützen. Durch
Wärme und Druck kann die Imprägnierung durch Veränderung der relativen Benetzbarkeit, Viskosität und
Löslichkeit dieser Materialien beschleunigt werden.
Weiters kann eine Expansion und Kontraktion der ein- zelnen Komponenten des Systems, welche eine Folge der Anwendung von Wärme und Druck sein können, als
Treibkraft zur Bewirkung der Migration der Flüssigkeit in das feste Dielektrikum, insbesondere bei ver- schlossenem Loch --26--, wirken.
Ausgezeichnete Ergebnisse werden erzielt, wenn nach dem Imprägnieren und Verschliessen ein Erhit- zungszyklus angewendet wird, um ein höheres Ausmass an Imprägnierung oder eine im wesentlichen voll- kommene Imprägnierung des dielektrischen Systems, insbesondere des Kondensators, zu erreichen oder zu gewährleisten. Beispielsweise werden gewickelte und zusammengebaute Kondensatoren zuerst durch Erwär- men und Evakuieren der zusammengebauten Kondensatoren imprägniert und sodann mit einer dielektrischen
Imprägnierflüssigkeit, welche vorerwärmt sein kann oder nachher zur Förderung der Imprägnierung erwärmt wird, gefüllt oder in diese eingetaucht. Nach dieser Behandlung werden die Kondensatoren verschlossen und die verschlossenen Einheiten längere Zeit einer erhöhten Temperatur ausgesetzt.
Ein günstiger Erhitzungszyklus besteht in einer kontrollierten Erhitzungsperiode unter Anwendung er- höhter Temperaturen im Bereich von 65 bis 950C während einer Zeitdauer von 4 bis 6 h. HochspannungsWechselstromkondensatoren mit einer aus Polypropylenfilm und Papier aufgebauten dielektrischen Einlage und mit Pyranol 1499 als dielektrische Imprägnierflüssigkeit wurden in einem Temperaturbereich von 85 bis 950C 4 bis 16 h lang erhitzt. Diese Kondensatoren hatten eine konstant hohe Koronaanfangsspannung.
Die Dauer der Erhitzung und die Höhe der Temperatur werden derart gesteuert, dass eine teilweise Lö- sung des Polyolefins in der dielektrischen Flüssigkeit stattfindet und dielektrisches Imprägniermittel im Harz gelöst wird, um eine im wesentlichen vollkommene Imprägnierung zu erzielen. Eine bessere Durchdringung eines Polypropylenfilms kann beispielsweise dadurch gefördert werden, dass die amorphen oder niedermolekulargewichtigen Anteile des Polypropylens in der Flüssigkeit bei etwa 85 bis 95 C gelöst werden. Höhere und beständigere Koronaanfangsspannungen konnten festgestellt werden, wenn die Kondensatoren dem vorerwähnten Imprägnierverfahren mit Temperaturkontrolle unterworfen wurden.
Die Imprägnierung kann weiters durchModifizierung der physikalischen Eigenschaften der Komponenten des imprägnierten dielektrischen Systems verbessert werden. Insbesondere können Gemische dielektrischer Flüssigkeiten oder Zusätze im dielektrischen flüssigen Imprägniermittel zugegen sein oder es kann das feste dielektrische Material in einer Weise behandelt werden, dass die Imprägnierfähigkeit des Systems beeinflusst wird. Beispielsweise kann das vorwiegend aus Trichlorbenzol bestehende Pyranol als dielektrische Flüssigkeit der dielektrischen Flüssigkeit Pyranol 1499 in einer Menge von beispielsweise 25 Gew.-% zugegeben werden. Andere im Gemisch mit Pyranol verwendbare dielektrische Flüssigkeiten sind beispielsweise Mineralöl und Silikonöl.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Kondensatoren besitzen bestimmte dielektrisehe Eigenschaften. Diese Eigenschaften unterteilen sich allgemein in drei Kategorien, nämlich erhöhte Durchschlagsfestigkeit, geringer Energieverlust im Dielektrikum und hohe Koronaanfangsspannung, welche auf die Imprägnierung zurückzuführen ist. Die Imprägnierung ist von grösster Wichtigkeit, da durch die Art und das Ausmass der Imprägnierung die erreichbare Koronaanfangsspannung des Systems gesteuert wird. Die erhöhte Durchschlagfestigkeit ist insoferne wichtig, als dadurch ein wirksameres Dielektrikum erhalten und die Verwendung eines kleineren Volumens oder Gewichts an dielektrischem Material ermöglicht wird.
Der Energieverlust ist ebenfalls ein wichtiger Faktor, da er im System den elektrischen Wirkungsgrad der Einheit nachteilig beeinflusst und zu einer physikalischen Beschädigung der Konstruktionsmaterialien auf Grund der Umwandlung der vernichteten Energie in Wärme führen kann.
Insbesondere können diese bedeutend verbesserten Eigenschaften in Wechselstromkondensatoren, die mitHochspannung belastbar und nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt sind, ausgenutzt werden.
Es wurden Wechselstromkondensatoren hergestellt, die eine lange Lebensdauer bei einer Hochspannungsbelastung von mehr als etwa 48000 V/mm Dielektrikum und eine Koronaanfangsspannung von etwa 750 bis über 3000 V hatten. Bisher war die Entwicklung von Hochspannungs-Wechselstromkondensatoren wegen der relativ kurzen Betriebslebensdauer des Dielektrikums unter Hochspannungsbelastung stark beschränkt. Beispielsweise können die bisherbekanntenwechselstromkondensatoren für langdauemdenbetrieb Im allgernel- nen nur Spannungsbelastungen von weniger als etwa 500 V ausgesetzt werden und bei Stossbelastungen, welche eine nur kurze Lebensdauer ermöglichen, nur etwa 750 V erreichen.
Weitere Beispiele von Kondensatoren, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt sind, sind in den Fig. 4 bis 8 dargestellt. Die Fig. 4 zeigt einen Abschnitt --29-- eines Kondensators, der aus einem imprägnierten dielektrischen Harzfilm --11--, welcher zwischen einem Paar von imprägnierten porösen dielektrischen Streifen --30 und 31-- liegt, und aus einem Paar von Elektrodenfolien --15 und 16-- besteht.
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
<Desc/Clms Page number 6>
mit relativ hohen Koronaanfangsspannungen erstmals hergestellt werden können.
Zur Veranschaulichung der verbesserten Eigenschaften der dielektrischen Systeme gemäss der Erfindung wurde eine Anzahl von Kondensatorelementen von der in den Fig. 1 bis 8 gezeigten Art hergestellt und genormten Tests für elektrische Kondensatoren unterworfen und auf ihre Betriebslebensdauer geprüft, wobei Vergleichsmessungen angestellt wurden.
Bekanntlich haben synthetische Harze eine hohe spezifische Durchschlagfestigkeit. Beispielsweise hat der in der Erfindung verwendete imprägnierte Polypropylenfilm eine Betriebsdurchschlagfestigkeit von über 48000 V Imm, obgleich seine spezifische Durchschlagfestigkeit über 800000 V Imm, bezogen auf eine Fläche von 0, 64 mm2, beträgt. Imprägniertes Papier, welches das derzeit in Wechselstromkondensatoren zumeist verwendete dielektrische Material ist, hat eine Betriebsdurchschlagfestigkeit von etwa 16 000 V/ mm.
Das Ausmass, bis zu welchem durch die Verwendung des erfindungsgemässen Harzdielektrikums mit höherer Durchschlagfestigkeit die Menge an dielektrischem Material reduziert werden kann, kann durch Vergleichsversuche mit verschiedenartigen gleich imprägnierten Dielektrika für elektrische Kondensatoren festgestellt werden. Die Kondensatoren, bei welchen nur Papierstreifen, Schichtgebilde aus Papier-Polypropylenfilm und nur Polypropylenfilm zwischen den Elektrodenfolien verwendet werden, sind in den Tabellen I und II zusammengefasst.
Tabelle I
EMI6.1
<tb>
<tb> Art <SEP> Zusammensetzung <SEP> Gesamtstärke <SEP> Harzanteil <SEP> Betriebsdurch <SEP> - <SEP>
<tb> (mm) <SEP> (% <SEP> der <SEP> gesamten <SEP> schlagfestigkeit
<tb> Einlagenstärke) <SEP> (V/mm)
<tb> Nur <SEP> Papier <SEP> Drei <SEP> Papiere <SEP> von <SEP> 0, <SEP> 0228 <SEP> 0 <SEP> 16000
<tb> 0, <SEP> 0076 <SEP> mm <SEP> (0, <SEP> 9 <SEP> mils) <SEP>
<tb> Vollschicht <SEP> 0,0076 <SEP> mm <SEP> Poly-0, <SEP> 0228 <SEP> 33 <SEP> 26 <SEP> 800 <SEP>
<tb> propylenfilm <SEP> zwisehen <SEP> zwei
<tb> 0, <SEP> 0076 <SEP> mm
<tb> Papierstreifen
<tb> Halbschicht <SEP> 0, <SEP> 0114 <SEP> mm <SEP> Papier <SEP> + <SEP> 0, <SEP> 0228 <SEP> 50 <SEP> 32 <SEP> 000 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 0114 <SEP> mm <SEP> Polypropylenfilm
<tb> Umkehr-0, <SEP> 0076 <SEP> mm <SEP> Papier <SEP> 0, <SEP> 0228 <SEP> 67 <SEP> 37200
<tb> schicht <SEP> zwischen <SEP> zwei
<tb> 0,
<SEP> 0076 <SEP> mm <SEP> Polypropylenfilmen
<tb> Nur <SEP> Film <SEP> 0,0228 <SEP> mm <SEP> Poly-0, <SEP> 0228 <SEP> 100 <SEP> 48000
<tb> propylenfilm <SEP> oder
<tb> zwei <SEP> 0, <SEP> 0114 <SEP> mm
<tb> Polypropylenfilme
<tb>
In Tabelle I wurde eine Standardstärke des Dielektrikums von 0, 0228 mm verwendet, da einige der Schichteinlagen drei Gesamtstärken entweder von Film oder Papier erfordern und die praktisch erreichbare Minimalstärke sowohl beim Film als auch beim Papier 0, 0076 mm beträgt. Die Spannung, bei welcher jede dieser Kombinationen unter Erwartung einer langen Betriebslebensdauer arbeiten kann, ist in Tabelle H angegeben und zeigt den Vorteil der Verwendung eines Polypropylenfilms entweder als Zusatz zum oder als Ersatz des bisher verwendeten Papierdielektrikums.
Diese Werte können in den verschiedenen Systemen durch das Ausmass und die Art der Imprägnierung und durch die Gleichförmigkeit der dielektrischen Eigenschaften des Systems beeinflusst werden. Diese Werte beinhalten eine angenommene Annäherung des Verhältnisses der Dielektrizitätskonstanten von imprägniertem Papier und imprägniertem Polypropylen. Es wurde ein Verhältnis von 3 : 1 angewendet. In diesem Zusammenhang wird bemerkt, dass die aus diesem Verhältnis der Dielektrizitätskonstanten resultierende Spannungsverteilung im System in einer Belastung der Filmkomponenten von etwa 48 000 V/mm resultiert, welche eine tragbare Durchschlagfestigkeit von Polypropylen bei langer Lebensdauer darstellt.
<Desc/Clms Page number 7>
Tabelle II
EMI7.1
<tb>
<tb> Art <SEP> Zusammensetzung <SEP> Gesamtstärke <SEP> Spannungs- <SEP> Volumetri- <SEP> Betriebs- <SEP>
<tb> (mm) <SEP> belastbar-sehe <SEP> Wirk- <SEP> spannung <SEP>
<tb> keit <SEP> des <SEP> samkeit <SEP> (V/mm)
<tb> Systems <SEP> p. <SEP> (f/mm)
<tb> Nur <SEP> Papier <SEP> dreimal <SEP> 0, <SEP> 025 <SEP> 0, <SEP> 075 <SEP> 1200 <SEP> 0, <SEP> 85. <SEP> 10 <SEP> 16000 <SEP>
<tb> Vollschicht <SEP> 0, <SEP> 0152 <SEP> mm <SEP> Film <SEP> 0, <SEP> 0456 <SEP> 1200 <SEP> 1, <SEP> 4. <SEP> 10-5 <SEP> 26800
<tb> zwischen <SEP> zwei
<tb> 0, <SEP> 0152 <SEP> mm <SEP>
<tb> Papierstreifen
<tb> Halbschicht <SEP> 0, <SEP> 019 <SEP> mm <SEP> Film <SEP> 0, <SEP> 038 <SEP> 1200 <SEP> 1, <SEP> 5.
<SEP> 10-5 <SEP> 32 <SEP> 000 <SEP>
<tb> + <SEP> 0, <SEP> 019 <SEP> mm <SEP>
<tb> Papierstreifen
<tb> Umkehr- <SEP> 0, <SEP> 0109 <SEP> mm <SEP> 0, <SEP> 0327 <SEP> 1200 <SEP> 1, <SEP> 7. <SEP> 10-5 <SEP> 37200
<tb> schicht <SEP> Papierstreifen
<tb> zwischen <SEP> zwei
<tb> 0, <SEP> 0109 <SEP> mm <SEP>
<tb> Filmen
<tb> Nur <SEP> Film <SEP> Ein <SEP> 0, <SEP> 0254 <SEP> mm <SEP> 0, <SEP> 0254 <SEP> 1200 <SEP> 2, <SEP> 1. <SEP> 10-5 <SEP> 48000
<tb> Film
<tb>
In Tabelle Il sind dieselben Dielektrika und ihre Stärke, die erforderlich ist, eine Gesamtspannung im
System von 1200 V auszuhalten, angegeben. Für diese Berechnung wurde die Stärke eines jeden Films und
Papierstreifens in jeder angegebenen Schichtart als gleich angenommen.
Für eine Anzahl von Verwendung- gebieten wäre eine wirksamere Anordnung die, eine minimale Papierstärke vorzusehen und diese geringe
Papierstärke durch Verwendung etwas dickerer Kunstharzfilme auszugleichen. Die Angaben in Tabelle n zeigen, dass eine geringere Menge an dielektrischem Material erforderlich ist, um einer gegebenen Spannungsbelastung widerstehen zu können, wenn der Anteil an Harzmaterial im Dielektrikum erhöht wird. Die
Tabelle II zeigt weiters die zu erwartende volumetrische Wirksamkeit bei Kondensatoren mit den angegebenen Dielektrikumeinlagen.
Diese Werte sind in Mikrofarad pro mm 3 der dielektrischen Einlage angegeben.
Einheiten mit einer Blindleistung sowohl von 50 als auch von 150 kVAr (Kilovoltampere reaktiv) wurden unter Anwendung der Erfindung konstruiert und über tausende Stunden in Betrieb genommen. Diese Einheiten wurden für Spannungsbelastungen ausgelegt und betrieben, welche in einer Belastung der Harzkomponenten des dielektrischen Systems von annähernd 48 000 V/mm resultieren. Die bedeutenden Verbesserungen, die aus den Tabellen I und If zu entnehmen sind, wurden tatsächlich erreicht.
Beispielsweise nimmt ein Kondensator mit einer Blindleistung von 50 kVAr, bestehend aus einer Konstruktion mit Polypropylen-Papier als Dielektrikum, imprägniert mit Pyranol 1499 als flüssigem Dielektrikum mit einem Gehalt an einer Epoxyverbindung als Stabilisator, ein um 40% geringeres Volumen ein als Vollpapierkonstruktionen ; ein solcher Kondensator ist also, mit andern Worten gesagt, etwas mehr als halb so gross. Wenn die erfindungsgemässen Kondensatoren so gross ausgelegt werden würden wie die bisherigen 50 kVAr-Kondensatoren, so hätten die erfindungsgemässen Kondensatoren eine bedeutend grössere Blindleistung. Beispielsweise hat eine nur mit Papierdielektrikum ausgeführte Einheit derselben Grösse wie der 50 kVAr-Kondensator mit Filmschichtaufbau eine Blindleistung von annähernd 30 kVAr.
Demgemäss wird durch die Erfindung eine bedeutende Gewichtsverminderung ermöglicht.
Ein Vergleich eines Kondensators mit einer Blindleistung von 150 kVAr mit Pyranol-Polypropylen-Papier-Dielektrikum mit einem 100 kVAr-Kondensator mit Pyranol-Papier-Dielektrikum zeigt, dass der erstere kleiner ist und 0, 315 kg pro kVAr wiegt. Der letzterwähnte Kondensator, der einen typischen Kondensator nach dem derzeitigen Stand der Technik darstellt, wiegt 0,580 kg/kVAr.
Obgleich das allgemeine Gewicht und Volumen nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellter elektrischer Kondensatoren von einer beliebigen gegebenen Grösse reduziert werden können, kann sich auch der Fall ergeben, dass eine maximale praktische Abmessung für einen Kondensator vorhanden ist und eingehalten werden kann, in welchem Falle es das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht, Kondensatoren von dieser Grösse herzustellen, die dann eine höhere Blindleistung haben. Bei all den oben aufgezählten Fällen kann der grössere Vorteil hinsichtlich Gewicht und Volumen der Einheiten der Verwendung einer Kombination
<Desc/Clms Page number 8>
von Materialien zugeschrieben werden, wobei die Belastung der Harzkomponente sich deren maximaler praktischer Belastbarkeit nähert.
Bei vielen Verwendungszwecken, wie beispielsweise bei Hochspannungskondensatoren, Ist es von gro- ssem Vorteil, die Energieverluste im dielektrischen System so weit wie möglich zu reduzieren. Die erfin- i dungsgemass hergestellten Kondensatoren sind für solche Verwendungsgebiete besonders geeignet. Der Lei- stungsfaktor eines solchen Kondensators liegt auch bei Temperaturen von bis zu 1000C zwischen etwa 0, 05 und etwa 0, 15% bei einer Spannung von über 660 V. Diese Tatsache stellt einen bedeutenden Fortschritt ge- genüber typischen imprägnierten Systemen des Standes der Technik dar, welche Leistungsfaktoren von 0, 2 bis 0, 5% besitzen, und ermöglicht eine Reduktion der Abmessungen um bis zu 40% Im Vergleich zu den beI kannten Kondensatoren.
Als Beispiel der reduzierten Energieverluste In dem imprägnierten Dielektrikum wurde mit einem er- findungsgemäss hergestellten 50 kVAr-Kondensator mit einer mit Pyranol 1499 imprägnierten Polypropylen- einlage ein Test durchgeführt. Dieser Kondensator war, wie bereits ausgeführt wurde, um 40% kleiner als sein 50 kVAr-Gegenstück mit einer nur aus Papier bestehenden Einlage. Die Grösse der in diesem Konden- sator vernichteten Energie wurde durch die Temperaturerhöhung des Dielektrikums, d. h. durch den im Di- elektrikum des Kondensators gemessenen Temperaturanstieg über die Raumtemperatur, angezeigt.
Bei die- sem Test wurde ein Temperaturanstieg im Dielektrikum von 25 C beim Filmkondensator gemessen, wogegen bei dem Kondensator, bei dem die Einlage nur aus Papier bestand, der Temperaturanstieg 4SoC betrug. Wel- ters betrug nach einem 5000 h-Test bei 55 bis 700C Betriebstemperatur der Verlustleistungsfaktor bei der erfindungsgemäss hergestellten Einheit etwa 0, 05%, wogegen er bei der Papierdielektrikumeinheit etwa 0, 2% betrug.
Als Beispiel der Stabilität des Verlustleistungsfaktors eines in Pyranol 1499 getränkten dielektrischen
Systems wurde ein Versuch mit einer Reihe von Kondensatoren mit Halpschicht-Dielektrikumeinlagen, be- stehend aus Streifen von 0, 0125 mm starkem Polypropylen und 0, 01 mm starkem Kraftpapier, imprägniert mit Pyranol 1499 als dielektrische Flüssigkeit mit einem Gehalt von etwa 1 Gew. -% 1-Epoxyäthyl-3, 4-epo- xycyclohexan, durchgeführt.
Diese Kondensatoren wurden bei Temperaturzyklen getestet und gealtert, wo- bei die folgenden Verlustleistungsfaktormessungen bei der angegebenen Kondensatorspannung, 460 V Wech- selstrom, 60 Hz, erhalten wurden :
Tabelle III
EMI8.1
EMI8.2
<tb>
<tb> Zeit <SEP> (Stunden) <SEP> % <SEP> Verlustleistungsfaktor
<tb> 250C <SEP> I <SEP> 650C <SEP> I <SEP> 850C <SEP>
<tb> Betriebstemperatur
<tb> 0 <SEP> 0, <SEP> 143 <SEP> 0, <SEP> 113 <SEP> 0, <SEP> 119 <SEP>
<tb> 519 <SEP> 0,120 <SEP> 0,091 <SEP> 0,096
<tb> 1524 <SEP> 0,119 <SEP> 0,094 <SEP> 0,093
<tb> 5008 <SEP> 0, <SEP> 113 <SEP> 0,084 <SEP> 0,090
<tb>
Diese Ergebnisse zeigen die hohe Stabilisierung des Verlustleistungsfaktors im System über einen Temperaturbereich von 25 bis 850C Betriebstemperatur und einer Verwendungsdauer von mehr als 5000 h.
Da für die Verhinderung des Auftretens von Koronaentladungen in einem festen Dielektrikum die Imprägnierung wesentlich ist, sind die Imprägnierungseigenschaften des erfindungsgemässen Systems von grosser Wichtigkeit. Bei einigen Verwendungszwecken, wie etwa bei Hochspannungskondensatoren, werden Koronaanfangsspannungen von über 2000 V gefordert. Obgleich viele physikalische Eigenschaften sowohl des harzartigen Materials als auch der dielektrischen Imprägnierflüssigkeit für die Imprägnierfähigkeit des Systems massgeblich sind, steht die Durchlässigkeit des Harzes in bezug auf die Flüssigkeit in einem Verhältnis zur Löslichkeit des Harzes in der Flüssigkeit.
Dieses Verhältnis wurde in einem Test nachgewiesen, bei dem eine Menge an Pyranol 1499-Imprägnierflüssigkeit in eine Tasche oder einen Sack aus nicht porösem Polypropylen-Harzfilm, wie er erfindungsgemäss verwendet wird, eingebracht und der Sack in einem Ofen einer Temperatur von etwa 750C ausgesetzt wurde. Die Durchlässigkeit durch den Boden des Sackes wurde gegeprüft, indem der Boden des Sackes über einen Mikroskop-Objektträger gezogen wurde. Sobald die dielektrische Flüssigkeit den Boden durchsetzt, würde sich auf dem Objektträger ein schmieriger Rückstand bilden. Unter Anwendung dieses Tests wurde nachgewiesen, dass der Polypropylenfilm von Pyranol 1499 als dielektrische Flüssigkeit nach vielen Stunden bei Raumtemperatur nicht durchsetzt wurde.
Eine Durchlässigkeit kann erst nach einigen Stunden beobachtet werden, wenn die Temperatur des Systems auf 750C oder dar- über erhöht wird.
<Desc/Clms Page number 9>
Wenn die Imprägnierung mit Druckanwendung, wie z. B. der Anwendung eines Aussendruckes oder Anwendung eines durch Erhitzen erzeugten Innendruckes kombiniert wird, so wird eine im wesentlichen vollkommene Imprägnierung, wie die konstant über 2500 V liegende Koronaanfangsspannung zeigt, auch bei schwierig zu imprägnierenden Einheiten erreicht. Beispielsweise ermöglicht ein breit und straff gewickeltes Kondensatorsystem, bei dem das dielektrische System neben einem nicht porösen Material, wie etwa einer Elektrodenmetallfolie, liegt, einen nur beschränkten Zutritt der dielektrischen Flüssigkeit zum dielektrischen System. Es ist aus diesem Grund vorteilhaft, zusätzlich zur Temperatur auch Druck anzuwenden, um eine optimale Imprägnierung zu erreichen.
Es ist von Bedeutung, dass sowohl beim Taschendurchlässigkeitsversuch als auch beim Kondensatorimprägnierungsversuch mit Pyranol 1499 als dielektrische Flüssigkeit der Effekt der dielektrischen Flüssigkeit auf den dielektrischen Film bei Raumtemperatur ein ganz anderer ist als bei Temperaturen im Bereich von 75 bis 850C.
Um die anhaltenden hohen Koronaanfangsspannungen nachzuweisen, die mit den erfindungsgemäss hergestellten Kondensatoren erreicht werden können, wurden drei für je 40 kVAr gewickelte Schichtkondensatoren, von denen jeder einen 0, 0076 mm starken Papierstreifen zwischen zwei 0, 0125 mm starken Polypropylenstreifen enthielt, mit Pyranol 1499 als dielektrischer Flüssigkeit, welche einen geringen Gehalt an einem epoxyartigen Stabilisator aufwies, imprägniert. Diese Kondensatoren waren 26 cm breit und hatten eine Koronaanfangsspannung von 750 bis 1050 V Wechselspannung. Die Einheiten wurden auf 1000C mehrere Stunden lang erhitzt und im wesentlichen vollkommen imprägniert, wie die Koronaanfangsspannungen von über 3000V zeigten. Die Ergebnisse dieses Versuches sind in Tabelle IV zusammengefasst.
Tabelle IV
EMI9.1
<tb>
<tb> Probe <SEP> Nr. <SEP> ursprüngliche <SEP> Koronaanfangs- <SEP> neuerlich <SEP> geprüfte <SEP>
<tb> Koronaanfangs- <SEP> spannung <SEP> nach <SEP> Koronaanfangsspannung <SEP> der <SEP> Heisstränkung <SEP> spannung
<tb> 1. <SEP> 1050 <SEP> > 3100 <SEP> > 3100
<tb> 2.750 <SEP> > 3050 <SEP> > 3100
<tb> 3.950 <SEP> > 3100 <SEP> > 3100
<tb>
Die extrem hohen Koronaanfangsspannungen in diesen Kondensatoren zusammen mit der erreichten Dauerhaftigkeit zeigen an, dass eine im wesentlichen vollkommene Imprägnierung erreicht wurde. Ein anderes Anzeichen hiefür ist, dass die gemessenen Werte der Koronaanfangsspannung sich den Werten nähern, die auf Grund mathematischer Berechnungen zu erwarten waren.
Mit Pyranol 1499 imprägnierte Polypropylen-Papier-Dielektrikumeinlagen sind gegen Koronabeschädi- gung viel widerstandsfähiger als herkömmliche imprägnierte Papierdielektrika. Testkondensatoren, wie z. B. von der in Fig. 5 gezeigten Art, welche 30 sec lang einer 300%igen Überspannung (d. i. das Dreifache ihrer berechneten Spannungskapazität) ausgesetzt wurden, zeigten relativ geringe Koronaschäden und einen verbesserten Leistungsfaktor. Diese Testkondensatoren bestanden aus einem mit Pyranol 1499 imprägnierten Polypropylen-Papier-Dielektrikum. Herkömmliche Kondensatoren mit Papier- oder anderem Papier-Harzdielektrikum zeigten bei demselben Versuch einen bedeutenden Anstieg des Leistungsfaktors und starke Koronaschäden.
Die Koronaschäden wurden in beiden Fällen durch Auseinandernehmen des Kondensators und visuelle Beobachtung festgestellt.
Zusätzlich zu den festen dielektrischen Materialien und der dielektrischen Flüssigkeit, mit welcher diese imprägniert sind, können die erfindungsgemässen Systeme zahlreiche andere Komponenten enthalten. So ist es oftmals vorteilhaft, eine als Stabilisator im imprägnierten dielektrischen System wirkende Komponente zuzusetzen. Gewöhnlich ist der Zweck des Zusatzes eines Stabilisators zum System der, gewisse Verunreinigungen oder Fremdstoffe, welche im System zugegeben oder gebildet worden sein können, zu neutralisieren. Solche Verunreinigungen können Katalysatorrückstände oder Katalysatoraktivatoren oder-neutralisie- rungsstoffe sein, welche von der Harzerzeugung zurückgeblieben sind.
Eine andere Quelle solcher Verunreinigungen sind Abbauprodukte, welche sich durch von der Umgebung oder der Spannung ausgelöste chemische Reaktionen im System gebildet haben. Die Stabilisierungsmittel haben sich zur Stabilisierung des Leistungsfaktors eines imprägnierten dielektrischen Harzsystems als äusserst wirksam erwiesen.
EMI9.2
Bereich von 0, 001 bis etwa 8, 0 Gew.-% verwendet. Ein vorzugsweiser Bereich ist der von 0, 35 bis 1, 0 Gew. -%, wenn ein Polypropylenfilm und Pyranol als flüssiges Imprägnierungsmittel verwendet werden.
<Desc/Clms Page number 10>
Insbesondere anorganische Stoffe, wie Tonerde, können ebenfalls als Stabilisierungsmittel zugegen sein.
Die Wirksamkeit dieser Stoffe hinsichtlich langzeitiger Korrektur des Leistungsfaktorabfalls und Verbesse- rung der Lebensdauer des Kondensators sowie hinsichtlich Verbesserung der Imprägnierfähigkeit ist einge- hender in der USA-Patentschrift Nr. 3, 340, 440 beschrieben.
Eine weitere Komponente, welche oftmals in den imprägnierten dielektrischen Systemen gemäss der Er- findung verwendbar ist, ist ein Streifen aus porösem dielektrischem Material, welcher neben den Harzfilm- streifen gelegt wird, um als Docht zu wirken und auf Grund der Kapillarwirkung das dielektrische flüssige
Imprägniermittel zu der dem Bereich der Kontaktfläche zwischen dem porösen dielektrischen Material und dem festen harzartigen dielektrischen Materialstreifen zu führen. Bei einem harzartigen Filmdielektrikum mit einem grossen Oberflächenbereich ist wenigstens eine solche, die Imprägnierung erleichternde Schicht von Vorteil.
Die Wirksamkeit einer solchen Massnahme zeigt sich insbesondere dann, wenn bei relativ gro- ssen und straff gewickelten Kondensatoren eine im wesentlichen vollkommene Imprägnierung oder extrem ho- he Koronaanfangsspannung erreicht werden soll.
Als poröses Material wird vorzugsweise Kraft-Kondensatorpapier mit einer Stärke von nicht mehr als etwa 0, 025 mm, vorzugsweise 0, 0078 mm, verwendet. Ein solches Papier hat eine Durchschlagfestigkeit, die im Vergleich zu andern Dielektrika relativ gut ist, obgleich sie wesentlich unter der der meisten festen
Harzmaterialien liegt. Weiters besitzt es eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante, welche die Spannungs- verteilung in einem Schichtsystem verbessert, so dass ein grösserer Anteil der Spannung am harzartigen Ma- terial mit der grösseren Durchschlagfestigkeit liegt. Es kann als Dochtelement auch ein synthetisches Harz oder Glasfaserpapier verwendet werden.
Die Auswirkung der Veränderung der physikalischen Eigenschaften der dielektrischen Imprägnierflüssig- keit zur Erzielung einer besseren und intensiveren Imprägnierung wurde an Hand von Tests festgestellt, bei denen Kondensatoren, welche ein nur aus Film bestehendes Dielektrikum, gebildet durch zwei Polypropylen- filmstreifen von je 0, 0071 mm, mit epoxymodifiziertem Pyranol 1499 imprägniert wurden. Gleichartige
Kondensatoren wurden mit einem Gemisch desselben Imprägniermittels mit einer andern dielektrischen
Flüssigkeit, die unter dem Markennamen Pyranol 1478 bekannt ist, imprägniert, wobei ein Mischungsver- hältnis von 3 Teilen Pyranol 1499 zu 1 Teil Pyranol 1478 angewendet wurde. Das zuletzt erwähnte Imprä- gnierungsmittel ist eine im Handel erhältliche dielektrische Flüssigkeit, welche vorwiegend aus Trichlorbenzol besteht.
Während die mit Pyranol 1499 imprägnierten Kondensatoren Koronaanfangsspannungen im Bereich von 400 bis 1000 V Wechselspannung hatten, betrug die der Kondensatoren mit der gemischten dielektrischen Imprägnierflüssigkeit mehr als 1500 V Wechselspannung, was das wesentlich verbesserte Imprägnierungsausmass anzeigt.
Beispiele von Imprägnierungen mit andern dielektrischen Flüssigkeiten, insbesondere von solchen, die vorher mit flüssigem Pyranol gemischt wurden, wie Mineralöl, Silikonöl und andere Pyranolflüssigkeiten, zeigen, dass diese Flüssigkeiten das gesamte oder den grössten Teil des Imprägniermittels bilden können. Andere Öle, welche für begrenztere Anwendungsgebiete verwendet werden können, umfassen Baumwollsamen- öl. Andere Kombinationen können für besondere Anwendungszwecke imprägnierte, vernetzte Polyäthylenoder Papiermaterialien, welche erfindungsgemäss mit dem Polyolefin imprägniert sind, wie z. B. Papier, welches mit einer Polypropylen enthaltenden Schmelze oder Lösung und hierauf mit einem Pyranol-Dielektrikum imprägniert wurde, enthalten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators, bei dem ein Bandwickel aus wechselweise aufeinanderfolgendem Elektrodenmaterial und aus Polyolefinharz gebildet wird, der Bandwickel in ein Gehäuse eingebracht, das Gehäuse evakuiert und anschliessend mit einer chlorierten Diphenylverbindung gefüllt wird, wonach die Anordnung auf Atmosphärendruck gebracht und nach vollständiger Imprägnierung des Bandwikkels das Gehäuse luftdicht verschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyolefin ein Polypropylen verwendet wird, dass der Wickel beim Imprägnieren einer Temperatur von etwa 65 bis etwa 100 C ausgesetzt wird, und die Temperatur auf diesem Wert über eine Zeitspanne aufrechterhalten wird,
die Gleichgewichtszustände der Polypropylenlösung in dem chlorierten Diphenyl und eine im wesentlichen vollständige Imprägnierung des Polypropylens gewährleisten, und dass danach die Temperatur herabgesetzt wird.