DE1079203B

DE1079203B - Self-healing electrical capacitor

Info

Publication number: DE1079203B
Application number: DEB43928A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Helmut Maylandt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1957-03-16
Filing date: 1957-03-16
Publication date: 1960-04-07

Description

Selbstausheilender elektrischer Kondensator Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstausheilenden elektrischen Kondensator, insbesondere Wickelkondensator, -dessen Belegungen auf Papier oder Kunststoffbänder- aufmetallisiert sind und der mit einem Tränkmittel: getränkt ist.Self-healing electrical capacitor The invention relates to on a self-healing electrical capacitor, in particular a wound capacitor, -whose assignments on paper or plastic strips are metallized and the with an impregnating agent: is impregnated.

Als Tränkmittel für selbstausheilende Kondensatoren eignen sich nur solche Stoffe, die bei Durchschlägen keine leitenden Rückstände hinterlassen. Derartige Tränkmittel sind z. B. Paraffin, Hartwachs, Vaseline und Mineralöle. Ganz unbrauchbar für den angegebenen Zweck sind dagegen nach den bisherigen Erfahrungen chlorierte Diphenyle, weil bei ihrer Anwendung in der üblichen Weise im Falle von Durchschlägen leitende Rückstände entstehen, welche die S elbstausheilung verhindern. Diese Tränkmittel sind dagegenwegen ihrer hohen Dielektrizitätskonstanten, ihrer guten Alterungsbeständigkeit und, weil sie unbrennbar sind, zur Tränkung von Kondensatoren mit Belegungen aus selbsttragenden Metallfolien,- die bei Durchschlägen nicht selbst ausheilen können, sehr beliebt.Only suitable as impregnating agents for self-healing capacitors those substances that do not leave any conductive residues in the event of a breakdown. Such Impregnating agents are z. B. paraffin, hard wax, petroleum jelly and mineral oils. Quite useless on the other hand, according to previous experience, chlorinated ones are used for the stated purpose Diphenyls, because when they are used in the usual way in the case of breakthroughs conductive residues arise which prevent self-healing. These impregnants are on the other hand because of their high dielectric constant and their good resistance to aging and, because they are incombustible, to impregnate capacitors with coatings self-supporting metal foils - which cannot heal themselves in the event of a breakdown, very popular.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wege zu finden,-die es erlauben, Tränkmittel mit schlechten Ausbrenneigenschaften auch für selbstausheilende Kondensatoren verwendbar zu machen. Diese Aufgabe läßt sich gemäß der Erfindung dadurch lösen, daß mindestens eine der aufmetallisierten Kondensatorbelegungen in an sich bekannter Weise in über Sicherungsstege angeschlossene Teilflächen unterteilt und daß der die Sicherungsstege umfassende Bereich der Belegungen durch- eine Schutzschicht vor der Einwirkung des Tränkmittels geschützt ist.The invention is based on the object of finding ways that allow Impregnating agent with poor burnout properties also for self-healing capacitors to make usable. According to the invention, this object can be achieved by that at least one of the metallized capacitor assignments is known per se Way divided into sub-areas connected via securing bars and that the the area of the coverings encompassing the safety bars by a protective layer is protected from the effects of the impregnating agent.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt, und zwar in -Fig. 1 im Schnitt durch einzelne Windungen eines Wickelkondensators, bei dem nur die Ränder an den beiden Kondensatorstirnseiten mit einem Schutzmittel gegen den Zutritt des Tränkmittels versehen sind; Fig. 2 zeigt einen Abschnitt eines für das Beispiel nach Fig. 1 geeigneten Dielektrikumbandes; das- eine. gemusterte Metallschicht trägt.The drawing shows an exemplary embodiment of the subject matter of the invention shown schematically, namely in -Fig. 1 in section through individual turns a wound capacitor in which only the edges on the two capacitor faces are provided with a protective agent against the ingress of the impregnating agent; Fig. 2 Figure 3 shows a portion of a dielectric tape suitable for the example of Figure 1; the one. patterned metal layer.

Der mehrmalige selbstausheilende Wickelkondensator nach Fig. 1 enthält Papierbänder 22 und 23 als Träger für die selbstausheilenden Metallbelegungen 20 und 21 sowie metallfreie Papierbänder 26, die zwischen die Bänder 22 und 23 eingelegt sind, und Tränkmittel 29 zwischen den Bändern 22, 23 und 26.The multiple self-healing wound capacitor according to FIG. 1 contains Paper tapes 22 and 23 as a carrier for the self-healing metal coverings 20 and 21 as well as metal-free paper tapes 26, which are inserted between the tapes 22 and 23 and impregnating means 29 between the belts 22, 23 and 26.

Von den aufmetallisierten Belegungen 20 und 21 ist die mit 20 bezeichnete entsprechend Fig. 2 in gleich große Teilflächen 201 unterteilt, von denen jede über einen Sicherungssteg 202 mit der durchlaufenden Randzone 200 leitend verbunden ist. Die Unterteilung der Metallbeläge ist zum Zwecke der gegenseitigen Entkopplung der Teilflächen bekannt. Ein Kondensator mit einer derartig gemusterten Belegung kann aber nur dann ohne Gefahr für seine dauernde Betriebsfähigkeit mit einem Tränkmittel getränkt sein, das an sich schlechte Ausbrenneigenschaften hat, wenn dafür gesorgt ist, daß die Belegungen im wesentlichen nur in ihrem die Sicherungsstege umfassenden Bereich durch mindestens eine Schutzschicht vor der Einwirkung des Tränkmittels geschützt sind. Ein bekannter Kondensator, dessen Belegungen unmittelbar auf das Dielektrikum aufmetallisiert und mit einem Feldkonzentrationen vermeidenden Überzug versehen sind, kann dagegen nicht mit einem Tränkmittel mit schlechten Ausbrenneigenschaften getränkt werden, weil in diesem Fall bei Durchschlägen entstehende leitende Rückstände aus dem Tränkmittel nicht vermieden werden können.Of the metallized coverings 20 and 21, the one denoted by 20 2 divided into sub-areas 201 of equal size, each of which has a securing web 202 is conductively connected to the continuous edge zone 200. The subdivision of the metal coverings is for the purpose of mutual decoupling Partial areas known. A capacitor with such a patterned assignment can but only then without any danger to its permanent operability with an impregnating agent soaked, which in itself has poor burnout properties, if taken care of is that the assignments are essentially only in their encompassing the safety bars Area with at least one protective layer against the effect of the impregnating agent are protected. A well-known capacitor whose assignments directly refer to the Metallized dielectric and with a coating that avoids field concentrations are provided, on the other hand, cannot be treated with an impregnating agent with poor burn-out properties soaked, because in this case conductive residues are formed in the event of breakdowns from the impregnating agent cannot be avoided.

Beim Kondensator nach Fig. 1 sind die Belegungen 20 und 21 ebenfalls unmittelbar auf die Papierbänder 22 und 23 aufmetallisiert, und zwar derart, daß sich die bemusterte Belegung 20 auf der einen und die nicht bemusterte Belegung 21 auf der anderen Kondensatorstirnseite annähernd bis zur äußersten Kante --der die- Belegungen tragenden Isolierstoffbänder 22 bzw. 23 erstreckt, auf welche Kontaktbrücken 24 und 25 zum Anschluß der Belegungen 20 und 21 aufgespritzt sind. Zwischen den metallisierten Isolierstoffbändern 22 und 23 und den nichtmetallisierten Isolierstofflagen 26 ist der Kondensator bis auf eine Randzone27, in der sich die Sicherungsstege202 erstrecken, mit einem chlorierten Diphenyl getränkt. In dieser Randzone 27 ist der Kondensatorwickel nach dem Aufspritzen der Kontaktbrücke 24 und nach vorheriger sorgfältiger Trocknung mit einem gut ausbrennenden, aushärtbaren Stoff, beispielsweise aus der Gruppe der Polyesterharze oder Polyurethane, imprägniert und hierauf nach dessen Aushärtung der übrige Teil des Kondensators vollständig mit chloriertem Dipheny129 durchtränkt. An Stelle von aushärtbaren Kunststoffen können für die Isolierung der Zone 27 auch Stoffe verwendet werden, die bis etwa 100°C fest sind und in dem Bereich von 100 bis 140° C flüssig werden, wie z. B. Schwefel. Für die Auswahl aller derartiger Schutzschichten ist wesentlich, daß sie sich im Tränkmittel nicht lösen.In the case of the capacitor according to FIG. 1, the assignments 20 and 21 are likewise metallized directly onto the paper tapes 22 and 23 in such a way that the sampled occupancy 20 on the one hand and the non-sampled occupancy 21 on the other capacitor face almost to the outermost edge - the The insulating strips 22 and 23 carrying the assignments extend to which contact bridges 24 and 25 for connecting the assignments 20 and 21 are sprayed on. Between metallized insulating strips 22 and 23 and the non-metallized insulating layers 26 is the capacitor apart from an edge zone27 in which the securing webs 202 stretch, soaked with a chlorinated diphenyl. In this edge zone 27 is the Capacitor winding after the contact bridge 24 has been sprayed on and after the previous one careful drying with a well-burning, hardenable material, for example from the group of polyester resins or polyurethanes, impregnated and then after the remaining part of the capacitor cures completely with it chlorinated Dipheny129 soaked. Instead of hardenable plastics you can use it for insulation the zone 27 also substances are used that are solid up to about 100 ° C and in which Range from 100 to 140 ° C are liquid, such. B. sulfur. For the selection of everyone It is essential that such protective layers do not dissolve in the impregnating agent.

Findet nun in einem derartigen Kondensator, z. B. an der in Fig. 1 mit 28 bezeichneten Stelle, ein Durchschlag zwischen den beiden Belegungen 20 und 21 statt, bei dem sich wegen der schlechten Ausbrenneigenschaften des verwendeten Tränkmittels leitfähige Rückstände bilden, die einen Kurzschlußstrom zwischen den beiden Belegungen zur Folge haben, so schmilzt gleichzeitig auch der in der geschützten Zone 27 liegende Sicherungssteg der Belegung 20 weg. Diejenige Teilfläche der Kondensatorbelegung 20, in welcher die leitfähige Durchschlagstelle liegt, wird dadurch abgetrennt und kann den Isolationswiderstand des Kondensators nicht mehr beeinträchtigen. Bei einem derartigen Kondensator mit einer unterteilten und über Sicherungsstege angeschlossene Belegung ist demnach diejenige Stelle, an welcher ein Durchschlag an einer schwachen Stelle des Dielektrikums unschädlich gemacht wird, von der Durchschlagstelle selbst wegverlegt. Dies wird durch die Bemusterung der Belegung 20 erreicht und dadurch, daß der die Sicherungsstege enthaltende Rand der Belegung 20 vor dem Zutritt des Tränkmittels mit den schlechten Ausbrenneigenschaftengeschützt ist. Werden dabei die Sicherungsstege der Belegung 20 und die Zone 27 mit dem Schutzmittel an den feldfreien Rand der Belegung 20 verlegt, so tritt eine Einwirkung des Schutzmittels auf die elektrischen Werte des Kondensators nicht ein.Now finds in such a capacitor, for. B. at the in Fig. 1 with 28 designated point, a carbon copy between the two assignments 20 and 21 instead, in which due to the poor burnout properties of the used Impregnating agent forms conductive residues that create a short-circuit current between the result in both assignments, the one in the protected one also melts at the same time Zone 27 lying securing bar of occupancy 20 away. That partial area of the capacitor occupancy 20, in which the conductive breakdown point lies, is thereby separated and can no longer affect the insulation resistance of the capacitor. At a Such a capacitor with a subdivided and connected via securing bars Occupancy is therefore the point at which a breakdown occurs on a weak one Place of the dielectric is rendered harmless by the breakdown point itself moved away. This is achieved by sampling the assignment 20 and thereby, that the edge of the occupancy 20 containing the safety bars before the entry of the Impregnating agent with the poor burnout properties is protected. Will be there the safety bars of the occupancy 20 and the zone 27 with the protective means on the If the field-free edge of the covering 20 is laid, the protective agent takes effect does not affect the electrical values of the capacitor.

Der durch das Abschalten einzelner Flächenelemente der Belegung 20 verursachte Kapazitätsverlust hält sich dabei in engen Grenzen, zumal die neuen Kondensatoren vorzugsweise zum Betrieb in Wechselstromnetzen bestimmt sind und die Durchschlagshäufigkeit in Wechselspannungskondensatoren erheblich kleiner ist als in Gleichspannungskondensatoren. Da ferner Erfahrungen gezeigt haben, daß nur bei mit großen Energieumsetzungen verbundenen Durchschlägen in mit chloriertem Diphenyl getränkten Kondensatoren leitfähige Brücken an den Durchschlagstellen entstehen, kann es zweckmäßig sein, die Sicherungsstege der bemusterten Belegung so zu dimensionieren, daß sie bei Durchschlägen mit geringeren Energieumsetzungen nicht abschmelzen.The by switching off individual surface elements of the occupancy 20 The resulting loss of capacity is kept within narrow limits, especially the new Capacitors are preferably intended for operation in AC networks and the Breakdown frequency in AC capacitors is considerably less than in DC capacitors. Since experience has shown that only with breakdowns associated with large energy conversions in chlorinated diphenyl soaked capacitors create conductive bridges at the breakdown points, it may be useful to dimension the securing bars of the sample occupancy in such a way that that they do not melt in the case of breakdowns with lower energy conversions.

Vor der Einführung des Schutzmittels in die Zone 27 werden die Kondensatorwickel zunächst im Vakuum bei etwa 130° C getrocknet und dann bei einem Unterdruck von 100 bis 200 mm Hg beispielsweise mit einem Polyurethanlack behandelt, indem die Kondensatorwickel etwa 10 Minuten lang mit einer Stirnseite in eine Schale mit dem erwähnten Lack gestellt werden, so daß der Lack 5 bis 10 mm tief in die Kondensatorwickel eindringt. Nach Aushärtung des Lackes bei etwa 120° C und ebenfalls im Vakuum erfolgender Entgasung der Wickel kann die Tränkung mit dem vorgesehenen Tränkmittel stattfinden. Es hat sich gezeigt, daß die elektrischen Werte derartiger Wickel vor dem Ausbrennen schwacher Stellen des Dielektrikums sich nicht von denjenigen unterscheiden, die bei mit demselben Tränkmittel nachbehandelten Kondensatoren erreicht wurden, deren Randzone aber nicht mit einer das Tränkmittel fernhaltenden Schutzschicht versehen sind.Before the introduction of the protective agent into the zone 27, the capacitor windings are first dried in vacuo at about 130 ° C and then at a negative pressure of 100 to 200 mm Hg, for example, treated with a polyurethane varnish by the Capacitor winding for about 10 minutes with one end in a bowl with the mentioned varnish are made so that the varnish 5 to 10 mm deep into the capacitor winding penetrates. After the paint has hardened at around 120 ° C and also in a vacuum Degassing of the winding can take place with the impregnation agent provided. It has been shown that the electrical values of such windings before they are burned out weak points of the dielectric are no different from those that in the case of capacitors post-treated with the same impregnating agent, their However, the edge zone is not provided with a protective layer that keeps the impregnating agent away are.

Der technische Fortschritt, der sich aus der Isolierung der Randzone gegenüber dem Zutritt des Tränkmittels ergibt, ist durch eine Erhöhung der Durchschlagszahl auf etwa 200 gekennzeichnet, während Kondensatorwickel ohne geschützte Randzone bei sonst gleichem Aufbau schon nach einem Durchschlag eine unzulässige Leitfähigkeit aufwiesen.The technical progress that results from the isolation of the peripheral zone compared to the access of the impregnating agent, is due to an increase in the penetration rate marked to about 200, while capacitor winding without a protected edge zone with otherwise the same structure, an impermissible conductivity after a breakdown exhibited.

Claims

CLAIMS: 1. Self-healing electrical capacitor, in particular Winding capacitor which is impregnated with an impregnating agent, characterized in that that at least one of the metallized coverings in a known manner divided into sub-areas connected via securing webs and that the securing webs comprehensive area of occupancy by a protective layer against the action of the Impregnating agent is protected.

2. Capacitor according to claim 1, characterized in that that the securing bars in a manner known per se in the field-free space of the capacitor lie.

3. Capacitor according to claim 1 or 2, characterized in that the Protective layer is made of a substance that sticks at temperatures up to 100 ° C and is only liquid at temperatures above 100 ° C.

4. Capacitor according to claim 1 or 2, characterized in that the protective layer consists of a cured Made of plastic.

5. Capacitor according to claim 4, characterized in that the protective layer made of a substance from the group of polyurethanes or polyester resins consists. Considered publications: German Patent Specifications No. 876 274, 900 723, 918 099; Swiss patent specification No. 299 511.