DE1564792B2

DE1564792B2 - Impraegnierter elektrischer kondensator mit kunststoff folie als dielektrikum

Info

Publication number: DE1564792B2
Application number: DE1966S0107565
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Phys Lauber Josef Dr Preißinger Karl Heinz Dipl Phys 8000 München Rheindorf Hans Heinz Dipl Phys 7920 Heidenheim Behn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-12-23
Filing date: 1966-12-23
Publication date: 1971-06-16
Also published as: CH482279A; NL147569B; YU36410B; DE1564792C3; SE7505726L; DE1564792A1; ES348497A1; NL6713373A; BE708428A; YU246567A; GB1191299A; SE402835B

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen imprägnierten Papier bestehen und liegt während des Betriebs im

elektrischen Kondensator, dessen Dielektrikum aus feldfreien Raum.

Kunststoffolien besteht, wobei die Kunststoffolien Das Imprägniermittel, welches sich in den Spalten

vom Imprägniermittel angequollen sind. zwischen den Folien befindet, diffundiert in die Folien,

Elektrische Kondensatoren, insbesondere solche für 5 die infolgedessen zu quellen beginnen und die Spalte

Wechselspannungsbetrieb, werden bekanntlich im- mehr und mehr ausfüllen.

prägniert, um Hohlräume im Kondensatorkörper, die Geringe verbleibende Ölreste zeigen keine merkzu Sprühentladungen führen, auszufüllen. Hohlräume liehen Sprüherscheinungen, da erstens die Durchbefinden sich z. B. zwischen den Oberflächen der Schlagsfestigkeit dünner Ölschichten mit abnehmender Dielektrikumsfolien und den Belegungen, da diese io Dicke zunimmt und zweitens die Sprüherscheinungen Oberflächen nie völlig glatt sind. Außerdem befinden mit abnehmender Gasblasengröße abnehmen,
sich im Dielektrikum Poren — bei porösem Papier Bei einer speziellen Anwendung der Erfindung besehr viele, bei Kunststoffolien verhältnismäßig we- steht das Dielektrikum aus Polypropylenfolie, welche nige —, die genau wie der Luftspalt zwischen Belegung aus der ETZ-B 14 (1962), S. 675, als anquellbar be- und Dielektrikumsfolie mit Imprägniermittel aus- 15 kannt ist, und als Imprägniermittel wird ein Isolieröl gefüllt werden müssen. verwendet. Das Isolieröl enthält 15 bis 20 % aro-

Aus der französischen Patentschrift 897 310 ist ein matische Anteile, die insbesondere Wasserstoff binden

elektrischer Kondensator mit Polystyroldielektrikum können, etwa 30% naphthenische Anteile und zwi-

bekannt, bei dem das Polystyrol teilweise angequollen sehen 50 und 60% paraffinische Anteile. Bei einem

ist. Dieses Anquellen dürfte deshalb nachteilig sein, 20 derartig quellfähigen System ergibt sich als günstigste

weil beim Imprägnieren die stirnseitigen Randbereiche Imprägniertemperatur eine Raumtemperatur bis etwa

des Dielektrikums angequollen sind und im Konden- 6O⁰C. Bei 110⁰C z. B. ist bei normaler Wickelhärte

satorinneren Luftspalte überbleiben. Die Konden- keine Imprägnierung mehr möglich, da die Quellung

satoren sind nach mehr oder weniger langer Betriebs- so schnell vonstatten geht, daß trotz der bei dieser

zeit ausgefallen. 25 Temperatur sehr niedrigen Viskosität des Öls sich die

Aus der französischen Patentschrift 1 405 163 ist Stirnseiten dicht schlossen, bevor das Kondensatoreine elektrischer Kondensator mit entrecktem Dielek- innere mit Öl vollgelaufen war.
trikum bekannt, welcher vor der vollständigen Ent- Für jedes System von quellbarem Kunststoffreckung imprägniert ist, damit das Imprägniermittel dielektrikum und Imprägniermittel besteht eine bebesser in den Kondensator eindringen kann. Nach der 30 stimmte maximale Quellung. Diese Quellung sollte Imprägnierung erfolgt unter Wärmeeinfiuß die voll- ausreichen, um den gesamten Spalt auszufüllen. Anständige Entreckung. Bei diesem Kondensator sind dererseits kann man den Spalt durch die Wickelhärte die Folienzwischenräume durch Imprägniermittel aus- des Kondensators beeinflussen. Mit zunehmender gefüllt. Wickelhärte wird der Spalt enger. Die Wickelhärte

Weiterhin ist es aus der deutschen Auslegeschrift 35 läßt sich aber nicht beliebig erhöhen, da der Spalt

1 043 511 bekannt, die Zwischenräume zwischen den sonst so eng wird, daß Imprägnierschwierigkeiten ent-

Kondensatorlagen durch eine zunächst flüssige, dann stehen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung

jedoch selbsttätig hart werdende Imprägnierung aus- fordert man deshalb eine Mindestquellung jeder quell-

zufüllen. Beim Aushärten besteht die Gefahr, daß in- baren Dielektrikumsfolie, die 0,3 μ beträgt,

folge der dabei auftretenden Volumenkontraktion 4° Durch die Quellung der Kunststoffolien können

Risse in der Imprägnierung entstehen. Schwierigkeiten beim Imprägnieren auftreten. Sobald

Die bekannten Kondensatoren weisen Nachteile auf, das Imprägniermittel in die Stirnseiten des Konden-

da die Durchschlagsfestigkeit der Imprägniermittel sators einfließt, beginnt dort die Quellung. Dadurch

gegenüber derjenigen von Kunststoffolien gering ist. wird der Spalt verengt und das Nachfließen vom

Wird darum eine gewisse Feldstärke im Kondensator 45 Imprägniermittel praktisch unterbunden. Die Quellung

überschritten, so finden in der Imprägniermasse, be- darf also erst dann voll zur Wirkung kommen, wenn

sonders im Spalt zwischen Belegung und Dielektri- der Kondensator bereits voll durchimprägniert ist.

kumsfolie, Teildurchschläge statt. Von der Imprägnier- In zweifacher Weise läßt sich das Zusammenspiel von

masse (ζ. B. Isolieröl) wird dabei Gas abgespalten. Es Imprägniergeschwindigkeit und Quellgeschwindigkeit

entstehen gasgefüllte Hohlräume, in denen Sprühent- 50 so steuern, daß immer eine gute Durchimprägnierung

ladungen zu weiterer Gasbildung und schließlich zur gewährleistet ist: Erstens läßt sich der Imprägnier-

Zerstörung des Kondensators führen. Vorgang durch die Temperatur beeinflussen, denn die

Die im elektrischen Feld befindliche und als Di- Quellgeschwindigkeit und die Viskosität des Im-

elektrikum wirkende Imprägnier masse ist also bezug- prägniermittels sind temperaturabhängig; man muß

lieh der Durchschlagsfestigkeit die schwächste Stelle 55 also eine Imprägniertemperatur suchen, bei der die

im Kondensatordielektrikum. Quellung im Vergleich zur Fließgeschwindigkeit des

Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die vom Im- Imprägniermittels im Spalt langsam verläuft. Zweitens

prägniermittel ausgefüllten Spalten möglichst weit- kann man auf den Imprägniervorgang durch die

gehend zu beseitigen. Wickelhärte, also über die Luftspaltdicke, einen Ein-

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß 60 fluß ausüben.

die Beläge eine rauhe Oberfläche aufweisen, und daß Da die Quellgeschwindigkeit und Fließgeschwindig-

sich die angequollene Dielektrikumsfolie dieser Ober- keit in den Spalten in Konkurrenz stehen, nehmen die

fläche anschmiegt. Imprägnierschwierigkeiten mit zunehmender Wickel-

Eine bevorzugte Anwendung findet vorliegende Er- länge beträchtlich zu. Längere Wickel brauchen

findung bei Kondensatoren, deren Dielektrikum aus 65 erheblich längere Imprägnierzeiten, so daß die Quel-

selbständigen Kunststoffolien besteht und bei denen lung am Wickelanfang schon zu stark fortgeschritten

eine beidseitig metallisierte Isolierstoffeinlage als Be- ist, ehe die Durchimprägnierung beendet ist. Genauere

legung dient. Die Isolierstoffeinlage kann z. B. aus Untersuchungen der Quellung bei Kunststoffolien.

hatten zum Ergebnis, daß nicht nur die Quellgeschvvindigkeit von der Temperaturhöhe beeinflußt wird, sondern auch die Stärke der Quellung. Einige Werte sind für Polypropylenfolien folgender Tabelle zu entnehmen:

	Quellvor-	20° C	Temperatur	75°C j 95°C	70	125° C
	Vlinuten..		40° C
Dauer des	Dickenzu-	150		70	11	70
ganges,	0/ /o		70
Relative		3		7	20
nähme,	4

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Daraus ergibt sich eine abgewandelte Imprägniermöglichkeit. Man imprägniert bei so niedrigen Temperaturen, bei denen die Größe der Quellung noch relativ gering ist und sich der Spalt nicht schließt. Eine gute Durchimprägnierung ist damit immer gewährleistet, auch wenn infolge der erhöhten Viskosität des Imprägniermittels größere Zeiten dazu verstreichen, die aber nicht notwendigerweise in der Imprägnieranlage verbracht werden müssen. Auch im fertigen Kondensator, der unter Öl steht, kann die endgültige Durchimprägnierung erfolgen. Um restliche Ölspalte völlig zu verdrängen, kann der Kondensator nach dem Durchimprägnieren auf eine höhere Temperatur erwärmt werden. Dadurch nimmt die Größe der Quellung der Kunststoffolie zu, das Öl wird absorbiert, und wenn die Temperatur hoch genug ist, verschwindet der Ölspalt vollkommen. Diese Quellung ist irreversibel. Bei Abkühlung tritt der Ölspalt also nicht wieder auf. Dabei ist wichtig, daß beim Imprägniervorgang das Volumen der Kunststofffolie zusammen mit dem Ölspalt vor der Quellung möglichst genau so groß ist wie später die gequollene Kunststoffolie. Nimmt das Volumen der imprägnierten Folie gegenüber dem Ausgangsvolumen der ungequollenen Folie plus Ölspalt ab, so können Hohlräume entstehen, die zum Sprühen im Kondensator führen. Nimmt das Volumen an gequollener Folie gegenüber dem Volumen der ungequollenen Folie plus Ölspalt zu, so wird restliches Öl aus dem Kondensator herausgedrückt, und es entstehen mechanische Spannungen im Wickel. Es ist also am günstigsten, wenn das Volumen der gequollenen Folie identisch mit dem Volumen der ünimprägnierten Folie plus Ölspalt oder geringfügig größer ist.

An Hand der Figur soll die Erfindung näher erläutert werden. Zwischen den Oberflächen einer quellbaren Folie 1 und einer nicht quellbaren Folie 2, die die Belegung oder eine weitere Dielektrikumsfolie sein kann, bilden sich Hohlräume und Spalte 3 aus, die beim Imprägnieren ganz oder teilweise mit Imprägniermittel angefüllt sind. Beim Quellen der Folie 1 werden die aus der Oberfläche der Folie 2 ragenden Kuppen und Spitzen 4 flachgedrückt. Die Oberflächen der Folien schmiegen sich, wie es durch die strichlierten Linien schematisch dargestellt ist, aneinander. Geringe Imprägniermittelreste 5 schwächen die Durchschlagsfestigkeit des Kondensators nicht merklich, wie oben schon dargestellt ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Imprägnierter elektrischer Kondensator, dessen Dielektrikum aus Kunststoffolien besteht, wobei die Kunststoffolien vom Imprägniermittel angequollen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Beläge eine rauhe Oberfläche aufweisen, und daß sich die angequollene Dielektrikumsfolie dieser Oberfläche anschmiegt.

2. Imprägnierter elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beläge jeweils aus auf beiden Seiten mit Metallschichten, die dem gleichen Potential zugeordnet sind, versehenen Papierbändern bestehen.

3. Imprägnierter elektrischer Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Dielektrikum Polypropylenfolien und als Imprägniermittel ein Isolieröl, welches 15 bis 20°/₀ hauptsächlich Wasserstoff bindende aromatische Anteile, etwa 30% naphthenische Anteile und zwischen 50 und 60°/₀ paraffinische Anteile enthält, dienen.

4. Elektrischer Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede quellbare Dielektrikumsfolie mindestens 0,3 μ gequollen ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kondensators nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatorkörper bei einer Temperatur imprägniert wird, bei der die Quellung im Vergleich zur Fließgeschwindigkeit des Imprägniermittels langsam verläuft.

6. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Wickelkondensators nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit des Imprägniermittels durch die Wickelhärte gesteuert wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kondensators nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatorkörper bei einer Temperatur imprägniert wird, bei der die Kunststoffolie nur gering quillt.

8. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kondensators nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatorkörper bei 6O⁰C imprägniert wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kondensators nach einem der Ansprüche 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrikumsfolie nach der Imprägnierung bei erhöhter Temperatur nachgequollen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen