DE2949477A1

DE2949477A1 - Kondensator mit einem ester als dielektrische fluessigkeit

Info

Publication number: DE2949477A1
Application number: DE19792949477
Authority: DE
Inventors: Lyon Mandelcorn
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1978-12-19
Filing date: 1979-12-08
Publication date: 1980-07-03
Also published as: US4259708A; FR2445008A1; JPS5583220A; CA1121148A

Description

•Die Erfindung betrifft Kondensatoren, die aus einer Vielzahl von alternierenden Schichten aus Metallfolie und mit einer dielektrischen Flüssigkeit getränkter Kunststoffolie bestehen.

Bei der Entwicklung von dielektrischen Flüssigkeiten, die die polychlorinierten Biphenyle ersetzen sollten, die bisher für Transformatoren und Kondensatoren verwendet wurden, erwies es sich als gangbar, getrennt voneinander feuerwiderstandsfähige Flüssigkeiten zu entwickeln, die speziell für Transformatoren geeignet waren, sowie andere Flüssigkeiten, die für Kondensatoren gedacht waren und nicht die gleiche Widerstandsfähigkeit gegenüber Feuer aufwiesen. Polychlorinierte Biphenyle (PCB) wurden dagegen in beiden Anwendungsfällen benutzt, da sie sowohl gute dielektrische und physikalische Eigenschaften aufwiesen wie auch hohe Feuerwiderstandsfähigkeit, was insbesondere dann wichtig ist, wenn die Sicherheitsüberlegungen eine besondere Rolle spielen, wie das bei Verteilungstransformatoren der Fall ist, die innerhalb von Gebäuden angeordnet sind. Ihre Anwendung wurde jedoch abgebrochen, weil die polychlorinierten Biphenyle mögliche ökologische Schaden sowie Gesundheitsgefahren ergaben. Die nunmehr für Kondensatoren zur Verfügung stehenden

030027/0653

Flüssigkeiten sind hoch aromatisch, um gute Koronawiderstandsfähigkeit zu erhalten, wie "Wemcol" (Isopropylphenyl) oder sie haben ansonsten eine verhältnismäßig hohe dielektrische Konstante, wie es beispielsweise bei den Phthalatestern der Fall ist. Diese Flüssigkeiten besitzen keine besonders hohe Feuerwiderstandsfähigkeit, jedoch wurde dieser Kompromiß - wenn auch mit Zurückhaltung - zugelassen, der sich dadurch rechtfertigte, daß Kondensatoren nur verhältnismäßig kleine Mengen von Flüssigkeit enthalten und aus diesem Grunde keine ernsthafte Feuergefahr darstellen. Bei Transformatoren, die strengere Feuersicherheitsanforderungen erfüllen müssen, stehen zwei Flüssigkeiten zur Verfügung, Dimethylsilikon mit einer Viskosität von 50 χ 10 m /s (50 centistoke), sowie ein Kohlenwasserstoff mit hohem Molekulargewicht. Diese Flüssigkeiten besitzen Brennpunkte (fire point) gemäß dem Cleveland Open Cup Test, die oberhalb von 300 C liegen, welcher Wert den gegenwärtig minimal zugelassenen Wert für die Feuerfestigkeit von elektrisch isolierenden Flüssigkeiten darstellt (in den USA). Jedoch sind die dielektrischen Eigenschaften bei Verwendung in Kondensatoren verhältnismäßig schlecht, da sie verhältnismäßig niedrige dielektrische Konstanten und auch schlechte Koronawiderstandsfähigkeit besitzen. Offensichtlich ist es wünschenswert, eine dielektrische Flüssigkeit für einen Kondensator zu haben, die sowohl gegenüber Entflammung widerstandsfähig ist als auch zufriedenstellende elektrische Eigenschaften besitzt.

Die Schwierigkeit beim Herausfinden bzw. Entwickeln einer derartigen Flüssigkeit läßt sich daran erkennen, daß oft sich widersprechende Eigenschaften notwendig bzw. gewünscht sind. Praktische und wirtschaftliche Gesichtspunkte erfordern, daß es sich um eine organische Flüssigkeit handeln muß. Die Flüssigkeit sollte polar oder aromatisch sein, um eine hohe dielektrische Konstante bei Niederspannungskondensatoren bzw. hohe Koronafestigkeit bei Hochspannungskondensatoren zu erhalten, außerdem sollte die Flüssigkeit eine niedrige Leitfähigkeit und damit einen kleinen Verlustfaktor besitzen. Bei 300° C sollte die Flüssigkeit einen niedrigen Dampfdruck aufweisen, ungefähr 5 Torr

03 0 027/0653

(6,7 mbar) oder weniger, um die Anforderungen bezüglich Feuerwiderstandsfähigkeit zu befriedigen. Dies bedeutet im allgemeinen, daß die Moleküle zumindest etwa 35 Kohlenstoffatome enthalten müssen. Das Fluid muß bei zumindest -30° C noch eine Flüssigkeit sein (d. h., darf nicht kristallin sein), und diese Eigenschaft wird begünstigt durch die Anwesenheit von aliphatischen Gruppen. Das Fluid sollte in ein eine Folie enthaltendes dielektrisches Wickel leicht imprägnierbar sein, beispielsweise in ein aus Folie und Papier oder nur aus Folie bestehendes Wickel, was im allgemeinen eine verhältnismäßig niedrige Viskosität und kleine molekulare Größe zu erfordern scheint. Aber eine molekulare Eigenschaft, die für die Erreichung einer dieser Eigenschaften verantwortlich ist, kann eine oder mehrere der anderen Eigenschaften negativ beeinflussen. Aromatizität, Polarität und hohes Molekulargewicht begünstigen die Verfestigung bei mäßigen Temperaturen. Auch behindern ein hohes Molekulargewicht und die damit verbundene hohe Viskosität das Imprägnieren einer Folie. Polarität führt zu einer Erhöhung der Leitfähigkeit. Aliphatische Gruppen verringern die Koronafestigkeit. Angesichts dieser Überlegungen ist die Auffindung eines Materials, das sowohl hohe Feuerwiderstandsfähigkeit wie auch ausreichend gute dielektrische Eigenschaften für die Verwendung bei Kondensatoren besitzt, eine reine Frage des Zufalls, d. h., daß ein derartiges Material nicht vorausgesagt werden kann.

Die US-Patentschrift 37 40 625 offenbart einen Kondensator, der mit einem Ester der trimellitischen Säure imprägniert ist, siehe Spalte 4, Zeilen 5 bis 18 dieser Druckschrift.

Die US-Patentschriften 39 48 787 und 38 55 508 offenbaren Kondensatoren, die mit Estern von Benzenkarboxylsäuren imprägniert sind.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer dielektrischen Flüssigkeit für einen Kondensator, die sowohl hohe Feuerwiderstandsfähigkeit als auch ausreichend gute dielektrische Eigenschaften besitzt.

030027/0653

Gelöst wird die Aufgabe durch einen Kondensator mit einer Vielzahl von alternierenden Schichten aus Kunststoffolie und Metallfolie, die mit einer dielektrischen Flüssigkeit imprägniert sind, die ein Ester einer Benzentri- oder Tetrakarboxylsäure ist, wobei eine Estergruppe die allgemeine Formel

aufweist, wobei η eine zwischen 7 und 10 liegende ganze Zahl ist.

Es wurde gefunden, daß bestimmte Ester von Benzentri- und Tetrakar boxy lsäuren, insbesondere Triisodecyltrimellitat ausreichend hohe Entflammungspunkte besitzen, um die für Kondensatoren gültigen Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. Die dielektrische Konstante ist höher als die von einigen anderen Fluiden, die für Kondensatoren benutzt werden oder doch als benutzbar angesehen werden, und der Verlustfaktor ist ausreichend niedrig. Die Widerstandsfähigkeit gegenüber Koronaentladung ist vergleichbar mit anderen annehmbaren Kondensatorflüssigkeiten.

Es hat überrascht, daß diese dielektrischen Flüssigkeiten sich für Kondensatoren so gut eignen, da der Stand der Technik (siehe die US-Patentschrift 37 40 62 5) nahelegt, daß deren Verwendung nicht sinnvoll ist.

Kondensatoren gemäß der vorliegenden Erfindung haben die allgemeine Struktur und Anordnung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, welche Figur eine perspektivische Ansicht eines teilweise abgewickelten Wickels eines Kondensators 1 darstellt, der getrennte Elektrodenfolien oder Armaturen 2 und 3 und mit diesen sich erstreckende dielektrische Abstandshalter 4 und 5 umfaßt, die eine Polypropylenfolie sowie Papier darstellen und auch auf der anderen Seite der Folie 3 erscheinen. Anschlüsse 6 und besitzen vergrößerte Oberflächen (nicht dargestellt), die mit den Elektrodenfolien 2 und 3 in Kontakt stehen. Die Elektroden-

030027/0653

294947?

folien 2 und 3 können aus einem Material oder auch aus einer Anzahl von verschiedenen Materialien bestehen, wobei diese Materialien im allgemeinen metallisch sind und beispielsweise aus Aluminium, Kupfer oder rostfreiem Stahl bestehen. Die Materialien für den dielektrischen Abstandshalter sowie die Hohlräume innerhalb und zwischen den Materialien und den Elektrodenfolien sind mit einer dielektrischen Flüssigkeit imprägniert.

In Fig. 2 ist eine zusammengebaute Kondensatoreinheit dargestellt, bei der ein Kondensatorwickel der in Fig. 1 dargestellten Art von einem Gehäuse umschlossen ist. Die Einheit umfaßt einen Behälter 8, eine hermetisch abgedichtete Abdeckung 9, die ein kleines Einfülloch 10 für dielektrische Flüssigkeit sowie ein Paar von Anschlüssen 11 und 12 umfaßt, welche durch eine Abdekkung oder Deckel 9 hindurchragen und von dieser isoliert sind. Innerhalb des Behälters 8 sind die Anschlüsse 11 und 12 mit den Verbindern 6 und 7, die in Fig. 1 gezeigt sind, verbunden. Obwohl nicht dargestellt enthält die in Fig. 2 dargestellte Einheit außerdem die dielektrische Flüssigkeit, die den verbleibenden Raum in Behälter 8 einnimmt, der vom Kondensatore lenient nicht eingenommen wird, außerdem imprägniert diese dielektrische Flüssigkeit die dielektrischen Abstandshalter 4 und 5.

Die erfindungsgemäßen Kondensatoren verwenden entweder sowohl Kunststoffolie als auch Papier als ein Dielektrikum, oder ausschließlich Kunststoffolie. Die Folie kann aus Polyäthylenterephthalat, Polyäthylenpolypropylen oder aus einem anderen geeigneten Kunststoff bestehen. Polypropylen wird vorgezogen, weil es preiswert ist und einen niedrigen Verlustfaktor aufweist. Da dickere Folien mit der erfindungsgemäßen dielektrischen Flüssigkeit schwieriger zu imprägnieren sind, übersteigt die gesamte Foliendicke vorzugsweise nicht den Wert von 100 Gauge (1 Gauge = 0,01 mil = 0,000254 mm) oder 0,0254 mm. Die Kondensatoren werden daher vorzugsweise Nennspannungen von weniger als 1500 V haben, da Kondensatoren mit höheren Nennspannungen dickere Folien erfordern.

030027/0653

Das erfindungsgemäße dielektrische Fluid ist ein Ester einer Benzentri- oder Tetrakarboxylsäure der allgemeinen Formel

-0-CH₂ - CH₂ - C_n

wobei "m" 3 oder 4 ist und "n" eine zwischen 7 und 10 liegende ganze Zahl darstellt. Ester von Benzentrikarboxylsäuren werden vorgezogen, insbesondere Ester der trimellitischen Säure, da diese Stoffe eine gute Ausgewogenheit zwischen hoher dielektrischer Konstante und niedrigem Verlustfaktor aufweisen. Triisodecyltrimellitat (im folgenden mit TDT bezeichnet) wird am meisten vorgezogen, da es im Handel erhältlich ist und sehr gut arbeitet.

Die Estergruppe besitzt 9 bis 12 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 10 bis 12 Kohlenstoffatome, da eine kleinere Anzahl von Kohlenstoffatomen zu einem Entflammungspunkt führt, der zu niedrig liegt, und weil mehr Kohlenstoffatome zu einem dielektrischen Fluid führen, das bei tiefen Temperaturen keine Flüssigkeit mehr ist, Größere Estergruppen können verwendet werden, wenn das dielektrische Fluid ausreichende Fluideigenschaften über dem gewünschten Temperaturbereich aufweist. Das dielektrische Fluid muß eine fließende Flüssigkeit bei Raumtemperatur sein, obwohl es sich bei tieferen Temperaturen verfestigen mag, jedoch sollte es bei Temperaturen von -20° C und vorzugsweise auch noch bei Temperaturen von -40° C sich nicht kristallisieren (devitrifizieren) .

Das dielektrische Fluid umfaßt vorzugsweise 0,001 bis 2 % (alle hier genannten Prozentwerte stellen Gewichtsprozent dar) eines Antioxidationsmittels, um thermische Stabilität zu erreichen. Der vorzugsweise Anteil liegt zwischen 0,5 bis 1 % und besonders günstige Antioxydationsmittel sind Di-t-butyl-paracresol, Dit-butyl-phenol oder Mischungen davon.

030027/0653

Das Fluid umfaßt vorzugsweise auch 0,1 bis 2 %, besonders günstig ist der Bereich 0,1 bis 0,5 % Wasserstoffakzeptor, um eine verbesserte Koronawiderstandsfähigkeit zu erhalten. Ein Anthraquinon wie yS-Methylanthraquinon, Anthraquinon oder /β-Chloranthraquinon können benutzt werden. ß> -Methylanthraquinon wird vorgezogen, da es leicht erhältlich und besser löslich ist.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele noch näher erläutert:

Beispiel 1

Die folgende Tabelle gibt verschiedene Eigenschaften von Triisodecyltrimellitat wieder, wie auch zum Zwecke des Vergleichs zwei gegen Entflammung widerstandsfähige Silikon- und Kohlenwasserstoff fluide .

03ü027/0653

Eigenschaft

ο cn cn to

Flammpunkt (Flash point) C Brennpunkt (Fire point) ⁰C

Dielektrische Konstante bei 100° C Verlustfaktor bei 100° C, % Widerstand bei 100° C, JIx cm

Dielektrische Festigkeit, ASTM D877, kV

Gasen bei 10 kV, H~, ASTM D 2300, ,u l/min

Gießpunkt, ⁰C Aussehen bei -40° C und -60° C

Neutralisationszahl, mg KOH/g

Triisodecyl- Trimellitat	50-cs-Dimethyl- Silikon, DC 561	RTE-Corp.- Kohlenwasser stoff
274	285	278
310	342	300
3,8	2,7	2,2
1,5	0,9	1,3

χ 10¹¹
48

-28 bis -30

35

13

-55

durchgehend fluid- durchgehend fluidartig, auf der Ober- artig, Oberseite seite flach flach

Viskosität bei 100 F, es (37,8° C; 1 es = 1 χ 10"⁶ πΤ/s) 0,03

50 <0,01

37

5 -28

etwas trübe, trichterartige Einsenkung auf der Oberseite

150 0,01

Entsprechend diesen Fluiddaten ist Triisodecyltrimellitat mit einem Brennpunkt (Fire point) von 310° C als feuerwiderstandsfähige Kondensatorflüssigkeit nützlich für Umgebungstemperaturen bis herab zu -40° C und tiefer. Die dielektrische Konstante von TDT beträgt 3,8, das ist wesentlich mehr als die von den anderen zwei Fluiden, so daß TDT bei Benutzung für Kondensatoren einen zusätzlichen Vorteil aufweist gegenüber den anderen Flüssigkeiten. Auch der Verlustfaktor von TDT ist ausreichend niedrig, um es in Kondensatoren zu verwenden. Der Gasungskoeffizient der drei Fluide ist ziemlich gleichartig, etwa 0, jedoch ist der Gasungskoeffizient von TDT negativer als der von den anderen, was zeigt, daß TDT gegenüber Koronaentladung etwas widerstandsfähiger ist. Jedoch wurde gefunden, daß die Gasungskoeffizienten von Di-2-Äthylhexylphthalat, die für Niederspannungskondensatoren verwendet werden, bei -30 l/min und -11 l/min liegen, also nicht viel negativer als die von TDT sind. Jedoch hat, zum Vergleich, Wemcol, Isopropylbiphenyl, einen Gasungskoeffizienten von -150 bis -200 l/min, und dieser Stoff besitzt ausgezeichnete Koronawiderstandskraft für Hochspannung, wo diese Eigenschaft sehr wichtig ist. Obwohl die Viskosität von Triisodecyltrimellitat ziemlich hoch ist, stellt dies bei der Imprägnierung von Film-Papier-Kondensatoren kein Problem dar. Dem Augenschein nach besitzt Triisodecyltrimellitat gute Fluideigenschaften bis herab zu Temperaturen von -60° C, wie es auch für Silikon zutraf. Keiner dieser beiden Fluide erzeugte einen Trichter auf der Oberseite, wie es bei dem RTE-Kohlenwasserstoff bei einer Temperatur von -40 C der Fall war. Dieser letztgenannte Effekt könnte für die Isolationseigenschaften des Fluids bei tiefen Temperaturen nachteilig sein, da sich Flüssigkeit möglicherweise von wichtigen Bereichen mit hoher Spannungsbelastung zurückzieht.

Beispiel 2

Es wurden Versuche mit Kondensatoren durchgeführt, die mit Film-Papier-Dielektrikum versehen waren, welches mit Triisodecyltrimellitat getränkt war. Diese Kondensatoreinheiten waren von der kleinen ovalen Bauart, wie sie für Ballastzwecke benutzt

030027/0653

werden, und nur der äußere Teil des Wickels war aktiv, mit einer Kapazität von 0,1 bis 0,2 ,uF. Die Film-Papier-Einheiten, bestehend aus einer Schicht Polypropylenfolie mit einer Dicke von 33 Gauge (0,0083 mm) und einer Papierschicht mit einer Dicke von 35 Gauge (0,0089 mm), wurden 40 Stunden lang bei einer Temperatur von 130 C evakuiert und dann bei 80 C imprägniert. Das Imprägnierungsmittel, Triisodecyltrimellitat, enthielt 0,5 % /3-Methylantraquinon plus 0,2 % Di-tert-Butylparacresol.

Die Nennspannungen für diese Kondensatoren wurden auf die ihrer polychlorinierten biphenylimprägnierten Gegenstücke bezogen, um das gleiche Produkt aus Kapazität mal Spannung zum Quadrat zu erhalten.

Die Versuchsergebnisse mit diesen Kondensatoren aus imprägnierter Polypropylenfolie-Papier-Dielektrikum zeigen, daß Triisodecyltrimellitat mit Polypropylenfolie und mit Papier kompatibel ist, um ein zusammengesetztes Isolatorsystem zu bilden.

Die Koronaentladungsunterdrückung sowie die Löschspannungen dieser Kondensatoren sind zufriedenstellend, wie sich aus der folgenden Tabelle ergibt. Die Tabelle gibt auch die Entladungsimpulsgrößen in Pico-Coulombs (pC) wieder. Ein mit Wemcol, Isopropylbiphenyl imprägnierter Kondensator ist zu Vergleichszwecken ebenfalls angeführt.

Korona-Entladungs-Spannung, V

AFpA* 33-35

Kondensatoren Unterdrückung Auslöschung

imprägniert mit bei 25°C bei -40°C bei 25°C bei -40⁰C

Triisodecyltrimellitat 1600(300 pC) 1000(50 pC) 500 9OO

Wemcol 2400(200 pC) 1300(40 pC) 2000 700

•^Aluminium - Polypropylenfolie-Papier-Aluminium (Folie 33 Gauge, Papier 35 Gauge dick)

030027/0653

Dies zeigt, daß Triisodecyltrimellitat Film und Papier leicht imprägniert, da keine besonderen Anstrengungen bei der Imprägnierung gemacht wurden. Hier wie auch bei Verwendung von 100 %ig Papier ist die Koronaunterdrückungsspannung von mit Triisodecyltrimellitat imprägnierten Kondensatoren hoch genug, um das Auftreten von Koronaentladung bei Überspannungen von bis zum 2,6-fachen der Nennspannung (im vorliegenden Falle betrug die Nennspannung 600 V) zu vermeiden. Ihre niedrige Auslöschungsspannung ist jedoch ein Zeichen für schlechte Koronawiderstandsfähigkeit verglichen mit Kondensatoren, die mit dem Stoff Wemcol imprägniert sind. Dieser Nachteil wird möglicherweise durch die Feuerwiderstandsfähigkeit von Triisodecyltrimellitat bei bestimmten Anwendungen aufgehoben.

Diese mit Triisodecyltrimellitat imprägnierten Kondensatoren arbeiteten jedoch in speziellen Uberspannungsversuchen zufriedenstellend. Ein Testkondensator wurde wiederholt alle 3 Minuten einer überspannung von 6 Zyklen bei einer Frequenz von 60 Hz ausgesetzt, die das Dreifache der Größe einer fortlaufend angelegten 60 Hz-Spannung, V , betrug. Nach etwa 1500 derartigen Überspannungen von jeweils 6 Zyklen wurde die ständig anliegende Spannung successive in Schritten von 100 V angehoben. Die Versuchsergebnisse werden in der folgenden Tabelle angegeben, wobei die ohne Versagen noch ausgehaltenen ständigen Spannungen, V , angegeben sind. Ein Vergleich wird gemacht zwischen Kondensatoren, die mit TDT bzw. mit Wemcol imprägniert sind.

Imprägnierungsmittel Höchste ständige Entladungsimpulse

Spannung, V_ß, wobei während dieser

Überspannungen von Überspannungen,

3 χ V_B ausgehalten pC wurden, in Volt

Triisodecyltrimellitat

Wemcol

700, 800
900, 900

16 χ 10"

30 χ 10"

Es ist offensichtlich, daß das mit TDT imprägnierte Dielektrikum gemäß diesem Test für die vorgeschlagene Nennspannung von 600 V

03C027/0653

ausreichende Koronafestigkeit besitzt, d. h. , das Dielektrikum würde viele Überspannungen der unwahrscheinlichen Größe des Dreifachen der Nennspannung überstehen. Dieses Dielektrikum war nicht viel weniger koronaresistent als das mit dem bekannten koronawiderstandsfesten Imprägnierungsmittel, Wemcol, imprägnierte

Dielektrikum.

Die Größe der Koronaunterdrückungsspannung bei -40° C zeigt, daß Triisodecyltrimellitat bei dieser Temperatur wirksam isoliert.

Diese Kondensatoren wurden auch bezüglich der Alterungsstabilität bei 100 C und einer anliegenden Spannung von 700 V untersucht. Mit "Wemcol" imprägnierte Einheiten wurden eingeschlossen, weil von ihnen bekannt ist, daß sie im Betrieb stabil arbeiten und daher eine Basis zum Vergleich liefern. Die Alterungsergebnisse sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben.

AFpA* 3 3-35 Leistungsfaktor, %, bei 100°C, 700 V

Kondensatoren nach Alterung (Tagen)

imprägniert mit 1 10 16 24 30

Triisodecyltrimellitat 0,13 0,14 0,16 0,19 0,20

Wemcol 0,13 0,15 0,16 0,16

■^Aluminium - Polypropylenfolie - Papier - Aluminium

Aus diesen Daten ist zu erkennen, daß mit Triisodecyltrimellitat imprägnierte Folie-Papier-Kondensatoren bei Normalbetrieb genau so stabil sind wie die, die mit Wemcol imprägniert sind.

Aus allen diesen Kondensatortesten ergibt sich, daß Triisodecyltrimellitat oder eine dazu ähnliche Flüssigkeit ein Niederspannungskondensatorimprägnierungsmittel mit guter Feuerwiderstandsfähigkeit darstellt.

03 C 027/0653

294947?

- 15 Beispiel 3

Ein in großem Umfang angewendeter Test für die Entflammbarkeit ist der "Cleveland Open Cup Test (ASTM D-92)". In diesem Test wird die Flüssigkeit langsam erhitzt und nach Erhöhung der Temperatur um jeweils 5° C über der Flüssigkeit eine Flamme vorbeigeführt. Die Temperatur, bei der die Flüssigkeit sich entzündet (Flammpunkt) und die (höhere) Temperatur, bei der die Flüssigkeit fortlaufend brennt (für zumindest 5 s), als Brennpunkt bezeichnet, werden aufgezeichnet (in den USA wird die erstgenannte niedrigere Temperatur mit Flash point, die zweite, höhere Temperatur mit Fire point bezeichnet). Gemäß diesem Test wird einer Flüssigkeit eine ausreichende Entflammungsfestigkeit zugesprochen, wenn der Brennpunkt (Fire point) höher als 250° C lie*
Brennpunktes brennt.

höher als 250° C liegt, obwohl die Flüssigkeit oberhalb dieses

Fast jedes Material, selbst Polytretrafluoräthylen, wird bei irgend einer Temperatur brennen. Hinzu kommt, daß elektrische Lichtbogen sehr hohe Temperatur aufweisen. Wenn somit die Flüssigkeit der Luft ausgesetzt wird, wie es beispielsweise bei einem Versagensbruch der Fall ist, kann diese Flüssigkeit von einem elektrischen Lichtbogen entzündet werden und brennen, obwohl es gemäß dem Cleveland Open Cup Test "nicht brennbar" ist.

Aus diesem Grunde wird eine Flüssigkeit als "brennbar" gemäß der hier erwähnten Terminologie bezeichnet, wenn die Flüssigkeit oder das Fluid bei Temperaturen unterhalb ihres Siedepunktes brennt, nachdem sie einer Flamme oder einem Lichtbogen ausgesetzt wurde (eine Flüssigkeit kann nicht über ihren Siedepunkt erhitzt werden). Die Flüssigkeit mag entzündet werden, jedoch muß sie aufhören zu brennen, wenn die Flamme oder der Lichtbogen entfernt wird, wenn die Flüssigkeit als "feuerwiderstandsfähig" bezeichnet werden soll. Eine Flüssigkeit mit einer derartigen "Feuerwiderstandsfähigkeit" würde das Feuer nicht ausbreiten lassen, wenn die Flüssigkeit von der elektrischen Einrichtung verschüttet oder ausgeworfen wird, welche Einrichtung aufgrund

030027/0653

- 16 eines Hochstromlichtbogens versagt haben mag.

Gemäß einem modifizierten Cleveland Open Cup Test wurden verschiedene Flüssigkeiten langsam erhitzt und getestet, um die Temperatur bei Entzündung der Flüssigkeit festzustellen, wenn die Flüssigkeit einer Flamme ausgesetzt ist. Die Temperatur und die Zeit, nach der ein Brennen während der nachfolgenden Abkühlstufe auftritt, wurde ebenfalls festgestellt. Fig. 2 gibt die Ergebnisse in graphischer Form wieder. In der Fig. 2 ist die Flüssigkeit A Dimethyls!likon mit einer Viskosität von 50 es (50 χ 10~⁶ m²/s), Flüssigkeit B ist Trichlorobiphenyl, Flüssigkeit C ist RTE-Corporation's Kohlenwasserstoff (Molekulargewicht = 500 bis 700), Flüssigkeit D ist Mineraltransformatorenöl und Flüssigkeit E ist TDT. Die Flüssigkeiten A und C sind von Versicherungsgesellschaften als feuerwiderstandsfähige elektrische isolierende Flüssigkeiten anerkannt. Die kleinen Rechtecke am Ende einer jeden Kurve zeigen das Erlöschen der Flamme an. Die Figur zeigt, daß nur die Flüssigkeiten A und B bei einer höheren Temperatur entzündet werden, als TDT, und daß TDT nach 3 Minuten aufhört zu brennen, nachdem es auf etwa 260 C abgekühlt wurde. Dieser Test zeigt, daß TDT eine bessere Feuerwiderstandsfähigkeit aufweist, als die Flüssigkeit A, da es schneller auslöscht, und es ist hinsichtlich seiner Feuerwiderstandsfähigkeit äquivalent zu der Flüssigkeit C.

Beispiel 4

Folie-Papier-Testkondensatoren, die im Beispiel 2 beschrieben wurden, wurden mit TDT und verschiedenen Additiven imprägniert, 80 Tage lang bei 85° C und 100° C gealtert und dann hinsichtlich ihres Leistungsfaktors während der Alterungsperiode überprüft. Die Kondensatoren besaßen einen Kapazitätswert von etwa 0,12 ,uF und verwendeten Polypropylenfolie von 0,33 mil Dicke (0,0083 mm) sowie eine Papierschicht von 0,35 mil (0,0089 mm). Eine Wechselspannung von 700 V war ständig angelegt. Die folgende Tabelle gibt die Ergebnisse wieder.

030027/0653

% Additiv	β-Methyl- anthraquinon	bei	Leistungsfaktor, %	85°C	bei	100°C
	0,5 0 0,5	anfängl	nach 80 Tagen	anfängl	. nach 80 Tagen
Di-tert- butyl- paracresol		0,13 0,12	0,16 0,14	0,13 0, 13 0,12	0,38 0,32 0,21
0,2 0,4 1

Die obige Tabelle zeigt, daß das Antioxidationsmittel, Di-tertbutylparacresol, die Stabilität der Kondensatoren verbessert, und zwar mit ansteigender Konzentration über dem untersuchten Bereich. Die Kondensatoren mit 1 % dieses Additivs waren am stabilsten. Dies ist überraschend, weil diese Kondensatoren hermetisch abgedichtet sind und ihr Inhalt daher keiner Oxidation ausgesetzt war.

Beispiel 5

Für verschiedene Anordnungen von mit TDT imprägnierten Polypropylenfolie-Papier-Testkondensatoren wurde die Koronaentladungsunterdrückungsspannung sowie die Leichtheit der Imprägnierbarkeit ermittelt. Die folgende Tabelle gibt die Resultate wieder.

030027/0653

Wicklungs- Folien- und Leichtigkeit konfiguration Papierdicke der Imprägnie-

(Gauge)^" rung (1 = am leichtesten) Korona-Entladungs-Unterdrückung Spannung kV Spannungsbelastung kV /mi I**

ο
σ>
cn

AFpA

AFpa_r
AFpFa_r
AFpFa_r
ApFpa_r
AFpFa_r
AFpFa_r
AFpa_r

33-35

33-35-33

45-100-45

50-45-50

75-45-75

100-45

1 1 2 2 3 3 4 5 1,6 2,7 2,0 3,3 3,9 3,8 3,8 2,3

3,2

5,5

2,4

4,0

2,75

3,0

* 1 Gauge = 0,01 mil = 0,000254 mm ^äquivalente Foliendicke

Die in Klammern gesetzten Entladungsunterdrückungsspannungen sind Werte, die unterhalb der Werte liegen, die für gut imprägnierte Kondensatoren erwartet werden.

In der obigen Tabelle bedeutet "a " in der Spalte, die die Wicklungskonfiguration bezeichnet, Aluminiumfolie, die schmäler ist, als die "A" Aluminiumfolie, und die abgerundete (gefaltete) Kanten besitzt. Die obige Tabelle zeigt, daß TDT als Imprägnierungsmittel für Folie-Papier-Kondensatoren mit Nennwerten bis zu etwa 1500 V verwendet werden kann, da die Koronaunterdrückungsspannung etwa doppelt so hoch wie die Nennspannung sein sollte.

ES/jn 3

Ö30027/0653

Leer seite

Claims

Kondensator mit einer Vielzahl von alternierenden Schichten aus Kunststoffolie und Metallfolie, der mit einem dielektrischen Fluid imprägniert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid ein Ester einer Benzentri- oder Tetrakarboxylsäure umfaßt, mit einer Estergruppe, die die allgemeine Formel

-C-O-CH₀-CH₀-C H₀ ,_Λ ι· 2 2 η 2η+1

besitzt, wobei η eine zwischen 7 und 10 liegende ganze Zahl ist.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Schicht von Papier jede Schicht von Kunststoffolie begleitet.
3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie aus Polypropylen besteht.
4. Kondensator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Flüssigkeit ein Ester einer Benzentrikarboxylsäure ist.

0 30027/0653 ^0RlGINAL inspected

294947?
5. Kondensator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trikarboxylsäure trimellitische Säure ist.
6. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß η in der Formel 8 beträgt.
7. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Flüssigkeit etwa 0,1 bis etwa 2 % eines Antioxidationsmittels umfaßt.
8. Kondensator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Antioxidationsmittel Di-tertbutylparacresol ist.
9. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Fluid etwa 0,1 bis etwa 2 % Wasserstoffakzeptor umfaßt.
10. Kondensator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffakzeptor Methylanthraquinon ist.
11. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdicke der Kunststoffolie zwischen den Metallfolienschichten bis zu 100 Gauge (0,0254 mm) beträgt.
12. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator eine Nennspannung bis zu 1500 V aufweist.

Beschreibung:

030027/0653