DE2704458A1 - Elektrischer kondensator - Google Patents
Elektrischer kondensatorInfo
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Description
Elektrischer Kondensator
Die Erfindung betrifft einen verbesserten elektrischen Kondensator,
der dielektrische flüssige Imprägnierungsmittel enthält, die mit einer Mischung zweier Additive kombiniert sind, von denen
eines einen erwünschten Dampf im Kondensator abgibt und von denen das andere Wasserstoff im Kondensator absorbiert.
ölgefüllte elektrische Kondensatoren sind üblicherweise mit der
Absicht bis zu einem hohen Grade imprägniert, alle Hohl- und Zwischenräume im wesentlichen vollständig mit einer dielektrischen
Flüssigkeit zu füllen. Koronaentladungen können dort leicht auftreten,
wo unter einer hohen dielektrischen Belastung Hohlräume in dem System vorhanden sind, da das in diesen Hohlräumen vorhandene
Gas ionisiert wird. Trotz der Vakuumimprägnierung und
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der verbesserten dielektrischen Flüssigkeiten treten Schwierigkeiten
verursachende Koronaentladungen noch immer allzu häufig auf. Eine Imprägnierung, mit der jeder Hohlraum in einem Kondensator
gefüllt werden kann, ist bisher noch nicht erreicht worden. Hohe Belastung und dielektrische Durchbrüche führen fortgesetzt
zur Entwicklang von gasförmigem Wasserstoff und zur Bildung von Hohlräumen, die dann Stellen für die Koronaentladung werden. In
dem verbesserten Kondensator nach der vorliegenden Erfindung sind die Hohl- und Zwischenräume mit einem dielektrischen flüssigen
Impagnierungsmittel gefüllt, zu dem ein Gemisch zweier Additive hinzugegeben ist, von denen eines einen hohen Dampfdruck
aufweist und einen elektronegativeη Dampf abgibt und das
andere ein Absorber für Wasserstoffgas ist.
Der elektrische Kondensator nach der vorliegenden Erfindung umfaßt
die fulgenden Bestandteile:
a. ein Gehäuse
b. einen Konuensatorabschnitt in dem Gehäuse und
c. ein das Gehäuse füllendes flüssiges Imprägnierungsmittel, wobei
d. das Imprägnierungsmittel eine Grundflüssigkeit zusammen mit
einer Audi t-iv-Miscnung umfaßt, bei der die Additiv-Mischung
folgende Bestandteile aufweist,
1. eine mit dem Kondensator verträgliche halogenierte Flüssigkeit auf der Grundlage von Benzol, Toluol und/oder Naphthalin,
wobei diese Flüssigkeit verschieden von der Grundflüssigkeit ist, und einen hohen Dampfdruck elektronegativen Dampfes
aufweist, und
2. eine monoolefinische Flüssigkeit, die verschieden von der Grundflüssigkeit und der vorgenannten halogenierten Flüssigkeit
ist, und die einen hohen negativen Wasserstoffgas-Wert hat.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform wird die vorgenannte Additiv-Mischung
zusammen mit einem Ester als Grundflüssigkeit eingesetzt.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die eine Komponente
der Additiv-Mischung Trichlorbenzol und die andere Kom-
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Komponente ist Tetradecen-1.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeif>n:
Figur 1 einen Kondensator mit einer einzigen V/icklung und dem
verbesserten flüssigen Imprägnierungsmittel nach der vorliegenden Erfindung und
Figur 2 einen Leistungskondensator für hohe Spannung mit mehreren Kondensatorwicklungs-Abschnitten, der mit dem verbesserten
Imprägnierungsmittel nach der vorliegenden Erfindung imprägniert ist.
In Figur 1 ist ein typischer kleiner Kondensator 10 für industrielle
oder Motoranwendung gezeigt, in dem das voiue^serte
Imprägnierungsmittel 11 der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist. Der Kondensat *r 10 umfaßt ein Gehäuse 12, in dem sich eine
Kondensatorwicklung/befindet, die durch geeignete, in der Zeichnung nicht dargestellte, Leitungen mit den äußeren Anschlüssen
lh und 15 in einem Deckel 16 verbunden ist. Der Deckel 16 ist
zum Gehäuse 12 hin abgedichtet und die Kondensatorwicklung 13 ist durch das Fülloch 17 mit dem verbesserten Imprägnierungsmittel
11 gefüllt und kann in dieses Imprägnierungsmittel 11, welches das Gehäuse 12 füllt, eingetaucht sein. Um ein Herauslecken
des Imprägnierungsmittels zu verhindern, ist der Deckel gut zu dem Gehäuse 12 hin abgedichtet und das Fülloch 17 ist
durch Verlöten dicht verschlossen.
In der Figur 2 ist ein Leistungskondensator 20 gezeigt, der ebenfalls
das verbesserte Imprägnierungsmittel nach der vorliegenden Erfindung benutzt. Leistungskondensatoren, die Phasenschieberkondensatoren
einschließen, werden üblicherweise nach Blind-kW
eingeteilt und können in der Größenordnung von je 150 - 200 Blind-kW (kilovar) liegen. Ein solcher Kondensator 20 weist
ein sehr großes Gehäuse 21 auf, indem eine Reihe einzelner Kondensatorwicklungsabschnitte
22 angeordnet ist. Diese Wicklungs-
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. 6.
abschnitte sind in geeigneter Weise elektrisch mit den Anschlüssen
23 und 2h verbunden. Das Gehäuse ist mit dem verbesserten Imprägnierungsmittel
11 nach der vorliegenden Erfindung gefüllt, das die Kondensatorwicklungsabschnitte im wesentlichen vollständig
imprägniert.
Ein über lange Zeit für die Kondensatoren der Figuren 1 und 2 zufriedenstellendes Imprägnierungsmittel ist chloriertes Diphenyl
gewesen, das sehr gute Imprägnierungseigenschaften und hervorragende Koronastart- und Koronaauslösch-Spannungen aufweist.
Probleme hinsichtlich der Reinhaltung der Umgebung haben jedoch dazu geführt, daß nach einem Imprägnierungsmittel gesucht wurde,
das die chlorierten Diphenyle ersetzen kann.
Einige dieser Ersatzimprägnierungsmittel haben Probleme bei der Erzielung der gewünschten Koronastart- und Koronalösch-Spannungen,
wie sie für Hochspannungskondensatoren und insbesondere Phasenschieberkondensatoren
mit Blind-kW-Werten oberhalb von 100 erforderlich sind, gezeigt. Andere Ersatzimprägnierungsmittel sind
wiederum nicht ausreichend koronabeständig.
Setzt man dagegen zusammen mit einem Grundimprägnierungsmittel eine Additiv-Mischung aus Trichlorbenzol (nachfolgend TCB genannt)
und einem Decen ein, dann erhält man eine verbesserte Lebensdauer für den Kondensator sowie eine merkliche Zunahme bei
der Koronastartspannung. Die Bezeichnung "Decen" wie sie in der vorliegenden Anmeldung benutzt wird, soll solche Monoolefine
umfassen, die 10 - 20 Kohlenstoffatome pro Molekül enthalten wie z. B. Decen, Undecen, Dodecen, Tridecen, Tetradecen usw.
Die erhaltenen Verbesserungen sind überraschend, da die Zugabe von Decen zu einer Mischung aus TCB und Dioctylphthalat (nachfolgend
DCP genannt) die Zunahme der Dielektrizitätskonstanten reduziert und sie weiter den TCB-Gehalt der Mischung reduziert.
Das Decenmaterial mit seiner geringeren Dielektrizitätskonstante
ersetzt das TCB, das eine höhere Dielektrizitätskonstante aufweist.
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Die Verbesserungen, die durch die Verwendung der Additiv-Mischung nach der vorliegenden Erfindung mit einem flüssigen Esterimprägnierungsmittel
erhalten werden, sind durch die folgenden Beispiele veranschaulicht. In diesen Beispielen wurde in dem Imprägnierungsmittel
ein Epoxid eingesetzt und zwar spezifisch 0,7 Gew.-? Dicyclohexandiepoxycarboxylat. Auch wurde ein Antic idationsmittel
bei der Handhabung und Reinigung des Imprägnierungsmittels vor der Imprägnierung benutzt. Dieses Antioxidationsmittel
war 2,6-Di-t-butylparacresol, das als Ionel-Antioxidationsmittel
von der Shell Chemical Co. erhältlich ist. Dieses Antioxidationsmittel verbleibt im Kondensatorimprägnierungsmittel.
Die in diesem Beispiel 1 eingesetzte Estergrundflüssigkeit ist die in der US-PS 3 751* 173 beschriebene Flüssigkeit. Z. B. ist
die Flüssigkeit ein Phthalatester, der als 2-Äthylhexylphthalat
bekannt ist und manchmal als Dioctylphthalat oder abgekürzt DOP bezeichnet wird. Zu dieser Grundflüssigkeit gab man das Additiv-Gemisch
aus etwa 20 Vol.-? Trichlorbenzol und etwa 10 Vol.-t
Tetradecen-1. Die Mischung aus Es ter^ Trichlorbenzol und Decen, die
nachfolgend abgekürzt als ETD bezeichnet ist, wurde gereinigt und zum Imprägnieren von 10 Kondensatoren der in Figur 1 gezeigten
Art benutzt, in denen das dielektrische System zwei Folien aus etwa 0,012 bis etwa 0,013 dickem Polypropylen und einer Zwischenfolie
aus etwa 0,01 mm dickem Papier umfaßte. Diese Kondensatoren hatten in einem ovalen Gehäuse mit Abmessungen von etwa 3,2 χ
10 cm eine Kapazität von 0,8 Mikrofarad und eine Spannung von
1400 Volt. Weitere Gruppen von 10 Kondensatoren wurden mit DOP oder DOP plus TCB und mit einem im Handel erhältlichen polychlorierten
Diphenyl, das als Monsanto 1016 von der Monsanto Company USA erhältlich ist, imprägniert.
Es wurden folgende Werte erhalten:
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- $ - | Koronalösch- |
i' | Spannung |
Koronastart- | _ |
Spannung | 500 Volt |
3200 Volt | 1620 Volt |
2100 Volt | 1270 Volt |
2750 Volt | |
2600 Volt | |
mittel
DOP + TCB
Wie die vorstehenden Ergebnisse zeigen, bewirkt das (.-rfindungsgemäße
Imprägnierungsmittel eine merkliche Zunahme in der Koronastartspannung. Die Versuchsergebnisse wurden mit Kondensatoren
erhalten, die die gleiche Konstruktion aufwiesen, und vergleichbar behandelt wurden. Unter Anwendung der vorliegenden Erfindung
können daher kleinere wirtscha i't liehe und wirksamere Kondensatoren
gebaut werden. Für das Imprägnierungsmittel ETD ist keine Koronalöschspannung angegeben, da bis zu dem Meßwert von 3200
Volt keine Koronaentladung aufgetreten war.
Die Kondensatoren dieses Beispiels waren ähnlich denen im Beispiel
1. Zu Vergleichs zwecken wurde als Imprägnierungsmittel
das von der Monsanto Company erhältliche M 1238 eingesetzt, das ein Isoprcpylbiphenyl vermischt mit einem Sulfon umfaßt, das in
der US-PS 3 796 93^ angegeben ist. Das M 1238 wurde zusammen mit
20 Vol.-? TCB und 10 Vol.-? Tetradecen-1 eingesetzt.
Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:
Flüssiges Imprägnierungs- Koronastart- Koronalöschmittel Spannung Spannung
ETD 3100 Volt 23OO Volt
1016 283O Volt 2100 Volt
M 1238 26OO Volt 1800 Volt
M 1238 + TCB + DOP 29OO Volt I9OO Volt
Auch den obigen Ergebnissen kann entnommen werden, daß das verbesserte
Imprägnierungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung
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270U58
— 1 —
im Vergleich mit ähnlichen Kondensatoren eine verbesserte Koronastartspannung
gegenüber dem Imprägnierungsmittel 1016 ebenso wie gegenül r M 1238 ergibt. Bei der Auswahl eines olefinischen
Materials sollte darauf geachtet werden, daß eine Kondensatorverträglichkeit vorhanden ist, insbesondere wenn es in einer
Menge von 30 Vol.-J? des Imprägnierungsmittels eingesetzt wird.
Weiter* sollte das olefinische Material deutlich gasnegativ, d. h.
Gas-absorbierend gegenüber dem Grundimprägnierungsmittel sein und bei der Betriebstemperatur des Kondensators bleiben. So hat
z. B. Hexadecen einen gasnegativen Wert von -16 bis -18 bei einer Temperatur im Bereich von 40 - 60 0C, während DOP im gleichen
Temperaturbereich einen_negativen Gaswert von -4,4 bis-3,9 hat.
Ein Unterschied von -5v -10 ist ein bevorzugter Bereich zwischen
den beiden Materialien. Dieser Unterschied hängt auch von der Art und Menge des verwendeten Materials mit gasnegativem Wert
au. Von einem reinen Olefin oder einer einzigen Komponente/wie
den Decenen^ sollten mindestens 5 Vol.-? eingesetzt werden.
Das in dex1 vorliegenden Erfindung eingesetzte Trichlorbenzol
ist repräsentativ für eine Klasse von Materialien mit hohem Dampfdruck bei den Betriebstemperaturen des Kondensators und
in der KondensatorumgeLung. Der Dampfdruck des TCB in einem Temperaturbereich für einen Transformator, d. h. von 0 - 70 0C
liegt im Bereich von 0 - 4 mm Hg. TCB als im Handel erhältliches Material ist eine Mischung von Isomeren und wird im allgemeinen
als 1,2,4-Trichlorbenzol bezeichnet. Seine Dielektrizitätskonstante
bei 25°C und 100 Hz liegt bei etwa 5 und der Dampf ist elektronegativ. Diese Charakteristiken werden hauptsächlich in
den halogenierten Materialien mit Ausnahme der halogenierten Biphenyle gefunden. Typische andere Materialien sind halogenierte
Toluole, Naphthaline usw. Werden in dem Imprägnierungsmittel chlorierte Materialien eingesetzt, dann wird,wie auf diesem
Gebiete bekannt, vorzugsweise auch ein Epoxid hinzugegeben.
Sowohl das Decen als auch der halogenierte Kohlenwasserstoff
sollten kondensatorverträglich sein, insbesondere im Bereich der
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-M-
' 40-
Betriebstemperatur des Kondensators, z. B. zwischen l\0 und 1000C.
Da das TCB in relativ großen Mengen eingesetzt wird, d. h. von 30 - 10 Vol.-?, sollte es elektrische Eigenschaften ähnlich oder
besser als die Grundf]üssigkeit haben. So hat z. B. das DOP
eine Dielektrizitätskonstante von etwa 5,2 und auch TCB hat eine solche von etwa 5,2. Während die Mischung von TCB und DOP eine
verbesserte Dielektrizitätskonstante ergibt, verringert die Zugabe von 10 Vol.-? Decen zu der Mischung die Gesamtdielektrizitätskonstante
in Übereinstimmung mit der Regel, das sich die Dielektrizitätskonstante linear mit dem Volumenanteil des zugemischten
stoffes ändert.
Ein Grund für die so deutlich verbesserten Werte bei der Koronastartspannung,
wenn man das erfindungsgemäße Imprägnierungsmittel einsetzt, ist der, daß bisher eine der Hauptursaehen für
das Auftreten der Koronaentladung in einem Kondensator das Vorhandensein ungefüllter Hohlräume in dem dielektrischen System
war. Dieser Hohlraum konnte bereits bei der Kondensatorimprägnierung vorhanden sein oder während des Kondensatorbetriebes
erzeugt werden. Üblicherweise gelangen dann Gasmoleküle in den
Hohlraum, die unter den Bedingungen hoher Spannung ionisiert werden, und somit beginnt die Koronaentladung. Durch das Vorhandeiv-sein
des TCB gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Hohlraum mit TCB-Dampf gefüllt, da das TCB ein Material mit
niedrigem Siedepunkt und hohem Dampfdruck ist. Da es einen elektronegativen
Dampf abgibt, unterdrückt oder verringert es die Koronaentladung und die Lichtbogenbildung.
Wie bekannt führen die Bedingungen hoher Belastung und hoher
Temperatur zur Erzeugung von Wasserstoffgas im Kondensator,
das sich sehr nachteilig auswirkt. Dieses Wasserstoffgas verbindet
sich mit anderen Elementen unter Bildung von Säuren und Wasser, die zu einem Kondensatorversagen führen. Wichtiger jedoch
ist, daß das Wasserstoffgas leicht ionisiert wird und dann
eine Koronaentladung auftritt. Mit dem Beginn der Koronaent-
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' 4/1.
ladung verschlechtern sich die Materialien, weitere Gase entwickeln
sich und die Koronaentladung nimmt immer mehr zu. Dies ist besonders bedeutsam, wo Wasserstoff in einen der Hohlräume
gelangt und diese Gefahr wird durch die Anwesenheit von TCB-Dampf in diesen Hohlräumen nicht ausreichend gemildert. Durch
die vorliegende Erfindung wird die Gasbildung durch das Decenmaterial
unterdrückt, während gleichzeitig ein zu Beginn der Koronaentladung erzeugter Hohlraum mit TCB-Dampf gefüllt wird,
der nicht durch das Decen absorbiert wird. Ein Hohlraum in einem Kondensator, in dem Wasserstoff vorhanden ist, wird im Hinblick
auf das Gesetz von Paschen am besten mit einem elektronegativen Gas gefüllt, um die Ionisation des Wasserstoffes zu unterdrücken
und Zeit zu gewinnen, in der Wasserstoff absorbiert wird. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Additivmischung wird das
Waaserstoffgas daher absorbiert, um die Koronaentladung zu verhindern oder möglichst gering zu halten. Es findet daher eine
kombinierte Wirkung sowohl gegen einen Hohlraum als auch gegen Wasserstoffgas statt unabhängig davonrob sie zu einer gegebenen
Zeit an der gleichen oder an verschiedenen Stellen vorhanden sind.
Die Additivmischung aus Decen und TCB gemäß der vorliegenden Erfindung sollte als integrale Kombination verwendet werden
und sie kann zu vielen dielektrischen Grundflüssigkeiten hinzugegeben werden, die geeignet sind für die Verwendung in elektrischen
Kondensatoren. Das Grundmaterial ist im weiten Rahmen definiert als eines, in dem in einem Kondensator wahrscheinlich
Hohlräume vorhanden sind oder durch den Betrieb des Kondensators verursacht werden und in dem wahrscheinlich Wasserstoff
gas entwickelt wird. Beispielhaft für diese Grundflüssigkeiten sind die Mineralöle, als Akarelle bekannte nicht brennbare,
synthetische, elektrisch isolierende Flüssigkeiten, Ester, Silikone und synthetische Kohlenwasserstoffe, insbesondere solche,
die einige für Kondensatorimprägnierungsmittel brauchbare Eigenschaften haben. Die Additivmischung kann auch zu Grundflüssigkeiten
hinzugegeben werden, die oine Mischung sind, z. B. eine aus einem flüssigen Kohlenwasserstoff und einem SuIfon.
709I40/II3S
Leerseite
Claims (11)
1. einer kondensatorverträglichen halogenierten Flüssigkeit auf der Grundlage von Benzol, Toluol und/oder Naphthalin,
wobei diese Flüssigkeit von der Grundflüssigkeit verschieden
ist und einen hohen Druck elektronegativen Dampfes aufweist und
2. einer monoolefinischen Flüssigkeit, die von der Grundflüssig-
Jind
keitYder vorgenannten halogenierten Flüssigkeit verschieden
ist und einen hohen Wasserstoffgas-negativen Wert aufweist .
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die halogenierte Flüssigkeit eine
chlorierte Verbindung ist.
3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die halogenierte Flüssigkeit ein Benzol ist.
4. Kondensa or nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet,
daß die olefinische Flüssigkeit ein Decen ist.
5. Kondensator nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Additiv-Mischung aus
Trichlorbenzol und einem Decen besteht.
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ORIGINAL INSPECTED
27QU58
6. Kondensator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trichlorbenzol in einer Menge im
Bereich von 10 bis 30 Vol.-# vom Imprägnierungsmittel und
das Decen in einer Menge im Bereich von 10 bis 20 Vol.-% vom Imprägnierungsmittel vorhanden ist.
7. Kondensator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Grundflüssigkeit einen Ester einschließt.
8. Kondensator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundflussigkeit ein Phthalatester
ist.
9. Kondensator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Grundflüssigkeit Dioctylphthalat
ist.
10. Kondensator nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Grundflüssigkeit Sulfon
einschließt.
11. Kondensator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundflussigkeit ein
nicht-halogeniertes Biphenyl vermischt mit einem Sulfon ist.
709840/0636
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- 1977-03-16 GB GB11213/77A patent/GB1582312A/en not_active Expired
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