DE2848180A1 - Starkstromkondensator und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Starkstromkondensator und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Starkstromkondensator gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kondensators.
Ein Starkstromkondensator ist normalerweise aus einer Vielzahl von
Kondensatorelementen aufgebaut. Die Kondensatorelemente 3ind in
Reihe und/oder parallelgeschaltet, so daß man die gewünschten Kapazitätswerte erhält. Gruppen von in Reihe geschalteten Kondensatorelementen
sind normalerweise mit Zwischenlagen aus Isoliermaterial, meistens Papier oder Preßspan, gegeneinander isoliert. Die Kondensatorelemente
sind ferner üblicherweise von einer gemeinsamen Außenisolation umgeben, welche meistens auch aus Papier oder Preßspan
besteht und welche die Kondensatorelemente gegenüber dem Kondensatorbehälter isoliert.
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Ein Kondensatorelement besteht aus mehreren Windungen eines Bandes,
das aus Schichten von Metallfolien, oftmals Aluminiumfolien, und aus Schichten von Isoliermaterial mit guten dielektrischen Eigenschaften,
oftmals Polymerfilme wie Polypropylenfilme und Papier aus Zellulose, zusammengesetzt ist» Die Kondensator elemente werden
nach dem Trocknen mit einer geeigneten dielektrischen Flüssigkeit, oftmals eine Mischung aus chloriertem Diphenylen, imprägniert,
damit alle in den Kondensator element en befindlichen Hohlräume ausgefüllt werden und ein Glimmen verhindert wirdo Es ist an sich
wünschenswert, die Verwendung von Papier aus Zellulose zu vermeiden, da die Verwendung solchen Papiers eine Verschlechterung der
Leistung des Kondensators bedeutet. Eines der schwierigsten Probleme bei der Herstellung von Kondensatoren mit einem nur aus Polymerfilm
bestehenden Dielektrikum besteht darin, eine vollständige Imprägnierung der Kondensatorelemente zu erzielen, so daß die
Kondensatorelemente keine Hohlräume enthalten. Die Probleme werden dadurch vergrößert, daß die Polymerfilme beim Trocknen der Kondensatorelemente
und ihrer Isolation zusammenkleben und daß die Polymerfilme beim Kontakt mit der dielektrischen Flüssigkeit
quellen, wodurch ein weiteres Eindringen von Flüssigkeit verhindert wird. Um das Eindringen der Flüssigkeit zu erleichtern, hat
man die Verwendung von Metallfolien und Polymerfilmen vorgeschlagen, die nicht glatt sind, sondern die mit Eindrücken oder mit äußeren
Unebenheiten versehen sind, so daß in den Kondensator elementen Kanäle für die Flüssigkeit gebildet werden. In der Praxis ist man
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jedoch darauf angewiesen, die anfangs genannten porösen Schichten in Form von Papier an die Polymerfilme zu legen. Die Papierschichten
wirken dabei wie Dochte, welche die dielektrische Flüssigkeit in die inneren Teile des Elementes saugen, so daß die
Polymerfilme dort imprägniert werden. Der Einbau der Papierschichten hat zur Folge, daß der Trocknungsprozeß sehr zeitraubend wird
und bei niedrigem Druck sowie hoher Temperatur mehrere Tage in Anspruch nimmt. Die Verwendung von Preßspan oder Papier in der um
die Kondensatorelemente herum angebrachten Isolation trägt in hohem Maße dazu bei, das Trocknen zeitaufwendig zu machen. Der
Einbau von Papierschichten hat auch den Nachteil, daß die äußeren Abmessungen eines Kondensators bei gegebener Spannung und gegebener
Kapazität bedeutend vergrößert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Starkstromkondensator
der eingangs genannten Art sowie ein Herstellungsverfahren für einen solchen Starkstromkondensator zu entwickeln, bei dem
eine gute Ausfüllung des Kondensatorelementes mit der dielektrischen Flüssigkeit ohne Verwendung von Papierschichten erreicht wird.
Zur Lösung dieser Aufgäbe wird ein Starkstromkondensator nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgenäß
die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat·
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Kondensators nach der Erfindung
ist im Anspruch 2 genannt.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensators nach der Erfindung
ist durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 3 genannten Merkmale gekennzeichnet.
Eine vorteilhafte Weiterbildung dieses Verfahrens ist im Anspruch 4 genannt.
Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, einen Starkstromkondensator
herzustellen, dessen Kondensatorelemente vollständig
mit dielektrischer Flüssigkeit ausgefüllt werden, ohne daß Papierschichten an den Polymerfilmen erforderlich sind. Die Trocknung
und Imprägnierung der Elemente des Kondensators mit dielektrischer
Flüssigkeit ist in kurzer Zeit und bei niedriger Temperatur möglich. Das Resultat gemäß der Erfindung wird durch die Anwendung
einer speziellen Kombination von Material für Polymerfilm, dielektrischer Flüssigkeit und Isolation zur Isolierung der Elemente
gegenüber dem Kondensatorbehälter (Außenisolation) erzielt.
Benzylneokaprat hat die Formel
fi
R2-C-
R3
wo R1 , Rp und R, Alkylgruppen sind, die zusammen 8 Kohlenstoffatome
haben.
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Vorzugsweise wird als Polymerfilm Polypropylenfilm und als
Polymerfaser in dem porösen Material der Außenisolation Polypropylenfaser oder Polyäthylenfaser verwendet. Als Beispiel für
andere anwendbare Polyolefine im Polymerfilm können Polyäthylen, Kopolymerisat aus Äthylen und Propylen sowie Polymethylpentylen
und in den Polymerfasern Kopolymerisat aus Äthylen und Propylen sowie Polymethylpentylen genannt werden.
Das poröse Material in der Außenisolation ist normalerweise bogenförmig
und kann ein sogenanntes "non-woven fabric" sein. Es kann aus Polymerfasern aufgebaut sein, die beliebig in einer Ebene
orientiert sind, und zwar genauso wie Zellulosefasern in einem Papier, oder die in bestimmten Richtungen in der Ebene orientiert
sind. Die Fasern können aneinander gebunden sein, u.a. auf mechanischem
Weg durch Zusammenfilzen oder durch Schmelzung oder mit einem Adhäsiv, z.B, einem Kopolymerisat aus Butadien und
Akrylnitril oder einem Kopolymerisat aus Butadien und Styrol. Das Material in der Außenisolation hat durchgehende Poren, so daß es
bei der Evakuierung des Inhaltes des Kondensatorbehälters leicht gase und Feuchtigkeit hindurchläßt und beim Imprägnieren der Elemente
ohne Schwierigkeit die dielektrische Flüssigkeit passieren §.äßt. Die Porosität liegt bei 10 - 60, vorzugsweise bei 10 - 30,
Volumenprozent. Im Gegensatz zu Papier aus Zellulose neigt die
Außenisolation nach der vorliegenden Erfindung sehr wenig dazu, Wasser zurückzuhalten, ve&ä sie kann leicht von Wasser befreit werden.
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Das vorteilhafte Resultat gemäß der vorliegenden Erfindung beruht zum größten Teil auf der Zusammenwirkung zwischen dem Benzylneokaprat
und dem Polyolefinmaterial im Film und in der Außenisolation. Das Benzylneokaprat dringt gut in die Elemente ein, was einerseits
an der niedrigen Viskosität und andererseits daran liegt, daß die Polyolefinfilme nicht quellen, bevor die Flüssigkeit zwischen die
Filme eingedrungen ist. Nachdem ein solches Eindringen stattgefunden
hat, erfolgt ein Quellen, welches jedoch das Imprägnieren nicht mehr stört. Irgendein Herauslösen von Bestandteilen aus dem Film
oder der Außenisolation, welche die Flüssigkeit negativ beeinflussen könnten, findet nicht statt.
Das beschriebene günstige Eindringen des Benzylneokaprates hat zur
Folge, daß es durch die vorliegende Erfindung möglich ist, auch glatte Filme aus Polyolefin anzuwenden. Aus denselben Gründen ist
es auch möglich, Filme mit geeigneter Dicke und somit Filme zu wählen, die großen Beanspruchungen standhalten. Da das Benzylneokaprat
gute Glimmeigenschaften in Verbindung mit hoher Festigkeit hat, hat die Anwendung dieser Flüssigkeit zur Folge, daß man sich
die Eigenschaft eines bestimmten Dielektrikums,bei einer bestimmten
Dicke höheren Beanspruchungen standzuhalten, zunutze machen kann. Der Raum zwischen zwei nahe aneinanderliegenden Folien im
Element wird zweckmäßigerweise höchstens zu 90 %, vorzugsweise zu
80 - 88 % von Polymerfilm ausgefüllt, um sicherzustellen, daß das
Eindringen der Flüssigkeit ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden kann.
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Es ist möglich, Zusatzmittel, wie Stabilisatoren der dielektrischen
Flüssigkeit beizufügen. Als verwendbare Stabilisatoren, können Epoxyverbindungen wie Diglycidyläther aus Bisfenol A, 1-Epoxyäthyl-3,4-Epoxycyklohexan,
Styroloxid, 1-3-bis-(2,3-Epoxypropoxy)Benzen und di-2-Äthylhexyl-4,5-Epoxytetrahydrophtalat genannt werden.
Die Stabilisatormenge kann vorzugsweise 0,01 - 1 Prozent des Flüssigkeitsgewichtes betragen.
Das Trocknen der Kondensatorelemente und des übrigen Inhaltes des
Kondensatorbehälters wie auch die Imprägnierung mit dem Benzylneokaprat erfolgt vorzugsweise bei Zimmertemperatur, kann jedoch auch
bei etwas niedriger oder etwas höherer Temperatur durchgeführt werden. Die Temperatur soll jedoch beim Trocknen bei höchstens
70° C liegen. Die Temperatur der Flüssigkeit und des Dielektrikums
soll beim Imprägnieren bei höchstens 50° C liegen. Dadurch, daß man bei so niedriger Temperatur arbeiten kann, vermeidet man die
Gefahr, daß Polymerfilme in den Elementen zusammenkleben sowie die Gefahr, daß das Benzylneokaprat ein Quellen der Polymerfilme
verursacht, bevor das Neokaprat eingedrungen ist und die Elemente vollständig imprägniert sind. Beim Trocknen und Imprägnieren läßt
die Außenisolation, wie bereits erwähnt, das Passieren von Gasen bzw. der dielektrischen Flüssigkeit zu, ohne daß Wasser an die
Flüssigkeit abgegeben wird.
Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispieles eines Kondensators nach der Erfindung soll diese näher erläutert werden.
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Es zeigen:
Fig. 1 einen zellulosefreien Kondensator gemäß der Erfindung im Schnitt senkrecht zur Längsrichtung der Kondensatorelemente
,
Fig. 2 einen Schnitt durch ein aus Metallfolien und Polymerfilm
bestehenden Bandes, aus dem jedes Kondensatorelement mit mehreren Windungen gewickelt ist.
In dem Kondensator nach Fig. 1 sind die Kondensatorelemente mit bezeichnet. Jede Windung in den Elementen besteht gemäß Fig. 2 aus
zwei Aluminiumfolien 11 bzw. 12 sowie aus vier Polypropylenfilmen 13, 14, 15 und 16. Jede Aluminiumfolie hat eine Dicke von 5 10
jum, und jeder Polypropylenfilm hat eine Dicke von 10 - 20 μΐη.
Aus Fig. 2 geht hervor, daß die Folie 11 von dem einen Rand 17 des Bandes und die Folie 12 von dem anderen Rand 18 des Bandes
nach innen verschoben ist. Das fertige Kondensatorelement erhält dadurch auf herkömmliche Weise Freikanten an den Stirnseiten, um
einen Überschlag zwischen den Elektroden zu verhindern. Ein Überschlag zwischen den Elektroden am Anfang und Ende des Bandes wird
zweckmäßigerweise durch das Einlegen von separaten Polymerfilmen oder dadurch verhindert, daß eine der Folien im Verhältnis zu der
anderen Folie etwas verschoben abgeschnitten wird.
Zwischen benachbarten Kondensatorelementen sind Zwischenlagen 20 aus zwei Schichten eines 25 Jim dicken Polypropylenfilms eingelegt.
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Nur zwei solche Zwischenlagen sind in Fig. 1 gezeigt. Die eine Hälfte
der Kondensatorelemente ist untereinander zu einer ersten Gruppe 21 parallelgeschaltet, und die restlichen Kondensatorelemente
sind untereinander zu einer zweiten Gruppe 22 parallelgeschaltet. Die beiden Gruppen sind miteinander in Reihe geschaltet. Die beiden
Gruppen sind mit einer Zwischenlage 23 aus vier Schichten eines 25 pm dicken Polypropylenfilms gegeneinander isoliert. In jeder
Gruppe ist die auf der einen Seite herausragende Folie an jedem Element über eine Sicherung 24 an eine Sammelschiene 25 bzw. 26
angeschlossen. Unter jeder Sammelschiene liegt ein Streifen 27 bzw. 28 aus Polypropylenfilm. Die Sammelschiene 25 ist mit der
Spitze 30 der Durchführung 29 verbunden. In entsprechender Weise ist die Sammelschiene 26 mit der Spitze einer anderen, nicht
dargestellten Durchführung gleicher Art verbunden. Auf der Rückseite der Kondensatorelemente ist die dort aus jedem Element
herausragende Folie mit einer für die Gruppen gemeinsamen, nicht gezeigten Sammelschiene verbunden. Das Paket von Elementen ist
auf allen Seiten, also auch auf der dargestellten Vorderseite und der abgewandten Rückseite, mit einer Außenisolation 32
umgeben, die das Paket gegenüber dem Kondensatorbehälter 31 isoliert. Die Außenisolation besteht aus zehn Schichten eines
68 jum dicken, bogenförmigen porösen Materials aus Polypropylenfaser,
bei dem die Fasern ohne Bindemittel zusammengehalten werden. (Z.B. Wibril E 1488 von The Kendali Company, USA).
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Beim Trocknen der Kondensatorelemente und des übrigen Inhalts
des Kondensators ist die Öffnung 33 an eine Vakuumpumpe angeschlossen, die einem Druck von beispielsweise 8 Pa erzeugt. Die
zum Trocknen erforderliche Zeit kann z.B. 12 Stunden betragen. Der Kondensator kann dabei auf Zimmertemperatur gehalten werden.
Nach Beendigung des Trocknens wird Benzylneokaprat, enthaltend 0,3 Gewichtsprozent Stabilisator in Form von 1-Epoxyäthyl-3,4-Epoxycyklohexan
während einer Zeit von 5 Stunden durch die Öffnung 33 hinzugefügt, während der getrocknete Kondensator fortwährend
unter dem genannten Vakuum gehalten wird. Die Verbindung mit dem Plüssigkeitsvorrat wird während weiterer 15 Stunden aufrechterhalten.
Der Kondensator wird dadurch ganz mit dem Benzylneokaprat ausgefüllt und seine Elemente werden vollständig damit imprägniert.
Beim Einfüllen des Benzylneokaprates wird der Kondensator ebenso wie das Neokaprat vorzugsweise auf Zimmertemperatur gehalten. Nach
dem Verschließen der Öffnung 33 wird der Kondensator mindestens 8 Stunden lang bei einer Temperatur von 90 wärmebehandelt, um
sicherzustellen, daß alle eventuell vorhandenen gasförmigen Stoffe im Kondensator vollkommen in der Flüssigkeit gelöst werden.
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Claims (4)
- PATENTANSPRÜCHE :Starkstromkondensator mit mehreren Kondensator elementen, von denen jedes aus Schichten aus Metallfolie und aus Schichten aus Polymerfilm besteht, welche Kondensatorelemente in einem Kondensatorbehälter angeordnet, gegenüber diesem durch eine Außenisolation isoliert sind, und mit einer dielektrischen Flüssigkeit
imprägniert sind, mit welcher der Kondensatorbehälter gefüllt
ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerfilm (13 - 16) aus einem Polyolefinfilm besteht, daß die dielektrische Flüssigkeit aus Benzylneokaprat besteht und daß die Außenisolation (32) aus einem porösen Material besteht, welches aus aneinander gebundenen Polyolefinfasern aufgebaut ist. - 2. Starkstromkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyelefinfilm aus Polypropylenfil besteht und daß die Polyolefinfasern aus Polypropylen- oder Polyäthylenfasern bestehen.
- 3. Verfahren zur Herstellung eines Starkstromkondensators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kondensator elemente durch Wickeln von Metallfolie und Polyolefinfilm hergestellt werden, daß die Kondensator elemente mit einer Außenisolation, die aus einem porösen Material aus Polyolefinfasern besteht, umgeben und in einem Kondensatorbehälter eingebracht werden, daß die Kondensatorelemente/12909821/0519ORIGINAL INSPECTED17.10.1978 20 550 P- 12 -unter Evakuierung des Kondensatorbehälters bei einer Temperatur von höchstens 70 C, vorzugsweise bei Zimmertemperatur, getrocknet werden und daß die Kondensatorelemente mit Benzylneokaprat imprägniert und der Kondensatorbehälter mit Benzylneokaprat gefüllt wird, wobei der Polymerfilm und das Benzylneokaprat eine Temperatur von höchstens 50° C, vorzugsweise Zimmertemperatur, haben.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator nach dem Einfüllen des Benzylneokaprates und dem Verschließen des Kondensators einer Wärmebehandlung derart unterzogen wird, daß alle eventuell in dem Benzylneokaprat vorhandenen gasförmigen Stoffe vollständig gelöst werden.909821/0519
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1978
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- 1978-11-16 GB GB7844803A patent/GB2009509B/en not_active Expired
- 1978-11-16 FI FI783506A patent/FI65003C/fi not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Schröter et al., "Taschenbuch der Chemie" Verlag Harry Deutsch, Zürich und Frankfurt, 2. Aufl. 1970, Tabelle 16 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4467397A (en) * | 1981-08-18 | 1984-08-21 | Westinghouse Electric Corp. | Multi-section power capacitor with all-film dielectric |
| US4480286A (en) * | 1982-01-25 | 1984-10-30 | Sangamo Weston, Inc. | Capacitor case insulation and method of installation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI783506A (fi) | 1979-05-18 |
| FI65003B (fi) | 1983-10-31 |
| SE408974B (sv) | 1979-07-16 |
| GB2009509A (en) | 1979-06-13 |
| GB2009509B (en) | 1982-02-10 |
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| SE7712984L (sv) | 1979-05-18 |
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