DE1489966A1 - Selbstausheilfaehiger elektrischer Kondensator mit aufmetallisierten Belaegen und Zusatz-Dielektrikum aus halogenierten Kohlenwasserstoffen - Google Patents
Selbstausheilfaehiger elektrischer Kondensator mit aufmetallisierten Belaegen und Zusatz-Dielektrikum aus halogenierten KohlenwasserstoffenInfo
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Description
- "Selbstausheilfähiger elektrischer Kondensator mit aufmetallisierten Belägen und Zusatz-Dielektrikum aus halogenierten Kohlenwasserstoffen." Die Hohlräume im Dielektrikum eines elektrischen Kondensators, d.h. im Raum zwischen Belägen mit verschiedenem Spannungspotential, sind im allgemeinen als nachteilig und schädlich anzusehen. Aus diesem Grunde werden sie in vielen Fällen mit einem Zusatzdielektrikum ausgefüllt, wozu die Kondensator (-;'Vickel)-körper in ein mit einer geeigneten Isolierflüssigkeit gefülltes Kondensatorgehäuse eingebaut oder in bzw. mit einer solchen Flüssigkeit getränkt werden. Die früher üblichen Vineral- oder Pflanzenöle oder anorganischen Tränkmittel sind heute weitgehend durch synthetische Stoffe ersetzt, wobei diese je nach Verwendungsart und -ort entweder ihren Flüssigkeitszustand beibehalten oder sich nach der Durchtränkung mehr oder weniger verfestigen. Unter den Kohlenwasserstoffen haben die halogenierten, insbesondere chlorierten Verbindungen wegen ihrer Unbrennbarkeit oder zumindest flammhemmenden Wirkung bei elektrischen Durchschlägen besondere Bedeutung erlangt. Als besonders vorteilhaft haben sich die chlorierten Diphenyle, unter dem Handelsnamen "Clophen" bekannt, erwiesen, weil sie in Verbindung mit einem Papierdielektrikum wegen der fast gleichen DK der Zellulosefaser ein weitgehend homogen aufgebautes Dielektrikum ergeben. Dieser sogenannte Glophenkondensator zeichnet sich sowohl durch seine hohe Glimmfestigkeit als auch im Falle eines elektrischen Durchschlages durh_ seine Unbrennbarkeit aus.
- Während bei dem vorstehend beschriebenen Kondensatortyp die Entwicklung und Konstruktion auf Verbesserung der elektrischen Eigenschaften und der Betriebssicherheit gerichtet war und ist, hatte sich in dem Streben nach immer kleineren Abmessungen ( und Gewicht), ohne daß sich dadurch die elektrischen Eigenschaften in Größe, Konstanz und Zuverlässigkeit ändern sollten ein anderer Kondensatortyp entwickelt, bei dem die Beläge nicht mehr aus kompaktem Metall, selbat;.ndigen oder mit dielektrisch beanspruchbaren Isolieratoffolien mehr oder weniger einschlußfrei verbundenen, z. B. verklebten, oder mit einschlußfrei festhaftenden, z. B. aufgespritzten, -gestäubten, -gedampften Isolierstoffschichten überzogenen Metallfolien, sondern aus sehr dünnen, auf Trägerfolien o. dgl. aufgespritzten, -gestäubten, -gedampften Metallseichten bestehen. Da ursprünglich als Träger und gleichzeitig als Dielektrikum nur Papier verwendet worden war, hatte sich für diesen neuen Kondensatortyp aus metallisierten Papieren die Bezeichnung "MP-Kondensator" allgemein eingebürgert. Mit .fieser. sehr dünnen Belägen aus aufmetallisierten Schichten ergab sich nun eine weitere neue Eigenschaft des Kondensators, die zu dem Siegeszug des MP-Kondensatorswesentlich beigetragen hat. Bei einem Kurzschlu3 zwischen den Belägen wird der Kondensator nicht - wie die übrigen Folien- oder Plattenkondensatoren - unbrauchbar, sondern heilt sich selbst aus und bleibt voll betriebsfähig, weil mindestens ein dünner Belag an der Kurzschlußstelle unter dem Einfluß des Kurzschlußströmes einfach verdampft und so den Kurzschluß wieder unterbricht.
- Wie bei den übrigen Kondensatoren'ist es aber auch bei-dem mit einem Dielektrikum aus Papier oder anderen Isolierstoffen aufgebauten "MP"-Kondensator zuweilen notwendig, die darin vorhandenen -H"ohlräume mit einem Zusatzdielektrikum auszufüllen. Es lag nun nahe, die Vorteile des "Clophen"- Kondensators (hohe Glimmfestigkeit, gleichmäßig aufgebautes Dielektrikum, Unentflammbaxkeit usw.) und des MP-Kondensators (kleine Abmessungen, Selbstausheileigenschaft) in einem noch besseren Kondensator zu vereinen, doch das Ergebnis war und ist, wie noch in letzter Zeit angestellte Versuche gezeigt haben, niederschmetternd. Das Clophen bildet, wie alle derart aufgebauten Kohlenwasserstoff-Verbindungen, im Lichtbogen Zersetzungsprodukte, die auch nach Verdampfen der Metallschicht an der l"-urzschlußstelle als elektrisch leitende Brücken zwischen den Belägen den ursprünglich hohen Isolationswiderstand erheblich verschlechtern und außerdem ein Glimmen bewirken, das allmählich zur Zerstörung des Dielektrikums und zum Ausfall des Kondensators führen muß. Kan hat zwar durch bestimmte Zusätze (z.B. zum Tränkmittel) die Zersetzungsprodukte zu neutralisieren und dadurch unschädlich zu machen versucht, aber die Tatsache, daß für die Tränkung lieber auf Clophen verzichtet wird und dafür mechanische Sicherungen gegen eine mögliche Explosion des mit anderen, mehr oder weniger brennbaren Zusatz-Dielektrika getränkten Kondensators eingebaut werden, beweist die vorhandenen starken Bedenken und Vorurteile in der Fachwelt'gegen die Verwendung von Clophen bei MP-Kondensatoren.
- Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, daß es darauf ankommt, bei Verwendung von sonst vorteilhaften Kohlenwasserstoffeh oder -Verbindungen als Zusatzdielektrikum die bei elektrischem Durchschlag entstehenden leitenden Brücken zu verhindern. Gegenstand der Eriindmg ist daher ein selbstausheilfähiger elektrischer Kondensator mit sehr dünnen aüsbrennfähigen aufmetallisierten Belägen, der mit einem Zusatzdielektrikum aus halogenierten Kohlen-wasserstoffeng insbesondere chlorierten Diphenylen, getränkt ist, mit dem Kennzeichen, daß das Dielektrikum entweder durchweg.ozer mindestens eine Schicht oder Zage (Folie) üavon aus einem Isolierstoff besteht, der bei einem elektrischen Durchschlag keine leitenden Zersetzungsprodukte bildet und in seinem Bereich auch die Bildung von durchgehenden leitenden Brücken zwischen den @;egenpoligen Belägen verhindert. Auf diese Weise wird beim Durchschlag ein entsprechendes Stück des Entladungskanals zwar mit nichtleitenden Zersetzungsprodukten angefüllt-aber dadurch das Entstehen irgendwelcher unerwünschter Stromübergänge unnöl:-lich gemacht. Bei der.Auswahl der vorerwähnten Isolierstoffe ist selbstverständlich auf die Verträglichkeit mit dem Tränkmittel zu achten, wobei nicht nur Clophen, sondern auch alle übrigen für eine Selbstau: heilung geeigneten Tränkmittel in Frage kommen können. Die Richtigkeit dieser erfinderischen Überlegung ist durch entsprechende Versuche bestätigt worden: 10 MP-Kondensetorenmit Nischdielektrikum aus einer Zage Papier, Satinage A, 7 um, . und einer Zage metallinierter Propylen-Folie, 6 gm, getränkt mit Clophen A 30, wurden mit 1000 V- während 10 Sekunden geprüft. Alle 10 Kondensatoren waren nach jeweils mehreren Durchschlägen völl betriebsfähig. Anschließend v:urden sie mit j:30 V - (2"2 kV/mm-} bei n2umte:iperatur v..ährend 1000 Stunden geprüft. Alle Kondensatoren waren nc.ohher noch voll betriebsfähig. Im allgemeinen werden die Kondensatoren im Betrieb nicht höher als mit 20 kV/mm beansprucht.-Da bei den vorstehenden Versuchen die Kondensatorenreine Überbelastung von 29,2 kV -/mm ohne Ausfälle ausgehalten haben, kann die Betriebszuverlässigkeit als befriedigend angesehen werden.
- f . ' Um einen brauchbaren Clophen-Kondensator mit aufmetallisierten i Bblägen, die bei Kurzachluß an der Kurzschlußstelle verdampfen,. ohne daß die dabei entstehenden Zersetzungsprodukte durchgehende -. leitende Brücken zwischen den gegenpoligen Belägen bilden, zu erhalten, muß erfindungsgemäß das mit halogenierten Kohlenwasserstoffen, wie z.B. chlorierten Diphenylen, zu tränkende Dielektri= I. . kum entweder durchweg oder mindestens eine Schicht oder Zage (Folie) davon aus Polypropylen, Polyäthylen, Polyterephthalsäureester, ' Zellulosetriacetat oder dergleichen bestehen.
- Unter Berücksichtigung der Tatsaehet daß selbst das Kondensator-Papier nicht völlig gleichmäßig aufgebaut ist, sondern bereits ein aus breitgewalzten Zellulosefasern geschichtetes Dielektrikum darstellt, liegt es im Sinne der Erfindung, ein möglichst hochsatiniertes Papier zu verwenden, weil dann der Anteil der Zellulosefaser hinsichtlich Anzahl und Schichtung@entsprechend vergrößert ist. Diese Überlegungen konnten durch entsprechende Versuche bestätigt werden: 10 MP-Kondensatoren mit.metallisiertem Papierdielektrikum aus einer Zage Papier, Satinage A, 1,2 g/em3, 9 Eim, ___und einer Zage Papier, Satinage A, 1p2 g/em3,10 Ejm, getränkt mit Glophen A 30, wurden mit 1000 V- während 10 Sekunden geprüft.
- 5 Kondensatoren waren nach Selbstausheilung betriebsfähig, 5 Konden?atoren waren wegen Nicht-Selbstausheilung, d.h. wegen zu stark ab.gesunkenen Isolations-Widerstandes,ausgefallen. Aus diesem Ergebnis kann sowohl auf die Richtigkeit der durch die Erfindung gegebenen Lehre geschlossen als auch festgestellt werden, A aß der hnteil der "Sperr"-Schichten (Zellulose-Fasern) höchsti-.ahr3cheinlich zu gering (Papierdichte 1,20 g/cm3) unci ein günstigeres Ergebnis mit Papier von '2 1,3 g /em3 zu erwarten ist.
- In h'leiterbildung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, das Dielektrikum von selbstausheilfähigen Kondensatoren, die mit chlorierten Diphenylen getränkt werden, entv:eier ausschlie?lich oder zusätzlich in Verbindung mit vorerw:3hnten geeigneten Kunststoffschichten oder -folien mit einer oder mehreren Lagen möglichst hoch satiniertem Papier mit einer Dichte (spez. Gew.) von -- ' 1,3 g /cm 3 aufzubauen.
- Hierbei soll nicht unerwähnt bleiben, daß bei den Versuchen eine gewisse Abhängigkeit der Bildung von leitenden Zersetzungsprodukten vom Chlorgehalt des Clophens beobachtet@wurde. Solche *oder ähnliche schddliche Zersetzungsprodukte v.ie z.B. Salzsäure können an sich verhindert oder weitgehend unschädlich gemacht werden. Entsprechende, mehr oder weniger bekannte Maßnahmen und Mittel (z.B. bestimmte feste oder flüssige Zusatzstoffe) sind jedoch nicht Gegenstand der Erfindung.
- Zusammengefaßt ermöglicht die Erfindung, MP-Kondensatoren mit Clophen zu tränken, ohne daß die Selbstausheil-Eigenschaft verlorer, geht. Dadurch werden die komplizierten, teueren und doch nicht ganz zuverlässigen mechanischen Sicherheitsvorrichtungen überflüssig. Somit stellt die Erfindung einen wesentlichen technischen Fortschritt dar. ,
Claims (1)
- P a t e n t - A n s p r ü c h e 1.) Selbstausheilfähiger elektrischer Kondensator mit sehr dünnen ausbrennfähigen aufmetallisierten Belägen, der mit einem Zusatz-Dielektrikum aus ralogenierten tohlenwasserstoffen, insbesondere chlorierten Diphenylen, getränkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum entweder durchweg oder mindestens eine Schicht oder Lage (Folie) davon aus einem Isolierstoff besteht, der bei einem elektrischen-Durchschlag keine leitenden Zersetz- ungsprodukte bildet und in seinem Bereich auch die Bildung von durchgehenden leitenden Brücken zwischen den gegenpoligen Belägen verhindert. 2.) Selbstausheilfähiger elektrischer Kondensator nach Anspruch'l, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum entweder durchweg oder mindestens eine Schicht oder Lagd (Folie) davon aus Polypropylen, Polyäthylen, Polytherephthalsäureester, Zellulosetriazetat oder dgl. besteht. 3.) Selbstausheilfähiger elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum entweder durchweg oder mindestens eine Schicht oder Lage (Folie) davon aus möglichst hochratiniertem Papier mit einer Dichte (spez.Gew.) von 1 1,30 g/cm3 besteht.
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Cited By (1)
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US4170665A (en) | 1966-12-23 | 1979-10-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Method of making impregnated electrical capacitor employing plastic foil dielectric |
-
1965
- 1965-04-14 DE DE19651489966 patent/DE1489966A1/de active Pending
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SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 |