DE1804542C - Elektrischer Kondensator - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Konden- halogenieren aromatischen Djelektrikumsfliissigkeit

sator mit einer verbesseren, zwischen den Belägen zu. schaffen, der besonders bei erhöhten Temperaturefl

angeordneten halogenieren aromatischen Diejektri* öberhalblO0^oCauchnach500Betriebsstundenkeinerjei

kumsflüssigkeit, die ein Dieposyd als korrosjonsver- Erhöhung des Verlustfaktors des Dielektrikums zeigt,

hindernden Zusatz enthält, 5 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen

Halogenierte aromatische Verbindungen sind weit elektrischen Kondensator mit einer zwischen den verbreitet als dielektrische flüssige Tränkmittel in Belägen angeordneten halogenieren anmatischen elektrischen Apparaten, wie z, B, elektrischen Kon- Dielektrikumsflüssigkeit, die ein Epoxyd als kordensatoren, Kabeln und Transformatoren usw., ver- rosionsverhindemden Zusatz enthält, gelöst. Der wendet worden, um die dielektrische Festigkeit der io Kondensator ist dadurch gekennzeichnet, daß der Isoliermaterialien zu verbessern. Desgleichen sind sie Zusatz Bis-(2,3-epoxycycIopentyläther) ist,
zu Kühlzwecken verwendet worden. Diese Verbin- Es wurde auf diese Weise ein erheblich verbesserter düngen besitzen einen entscheidenden Voreil gegen- slektrischer Kondensator mit einer halogenieren über Mineralöl-Imprägniermitteln, da sie höhere aromatischen Dielektrikumsflüssigkeit geschaffen, der Dielektrizitätskonstanten aufweisen und im allge- 15 nach etwa 500 Betriebsstunden auch bei Temperaturen meinen nicht entflammbar sind. Ihre Verwendung oberhalb 100⁰C einen bedeutend niedrigeren Verlustführt jedoch zu Schwierigkeiten, da sie oft Zersetzungs- faktor besitzt als Vergleichskondensatoreumit gleichem produkte, insbesondere Chlorwasserstoff, bilden, Dielektrikum, jedoch ohne Stabilisator oder als Verwekhe die Eigenschaften der dielektrischen Flüssig- gleichskondensatoren, deren Dielektrikum die aus der keit nachteilig beeinflussen und im übrigen zu einer ao deutschen Patentschrift 1 245 014 bekannte Diepoxy-Beschädigung des Apparates führen. Um dieses verbindung als Stabilisator enthielt.
Problem zu überwinden, wurden der dielektrischen Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsge-Flüssigkeit Stabilisatoren zugefügt, um die Wirkung mäßen elektrischen Kondensatoren enthalten eine des Chlorwasserstoffes und anderer Zeisetzungspro- Konzentralion des Bis-(2,3-epoxycyclopentyläthers) dukte zu beseitigen oder zu neutralisieren. Die bekann- 35 zwischen 0,01 und 5 Gewichtsprozent, und als Diten und bisher zu diesem Zweck verwendeten Stabi- elektrikumsflüssigkeit ein chloriertes Diphenyl, vorlisatoren hatten jedoch verschiedene Nachteile. Sie zugsweise ein Trichlordiphenyl.
reagierten z. B. mit den ZcrseUungsprodukien zu Die F i g. 1 und 2 sind graphische Darstellungen langsam, oder sie beeinflußten die Eigenschaften der und zeigen die Kurven für den Verlustfaktor von dielektrischen Flüssigkeil nachteilig, insbesondere 30 elektrischen Kondensatoren bei hohen Temperaturen, hinsichtlich des steigenden Ver'ustfaktors bei erhöhten welche die erfindungsgemäße Dielektrikumsflüssigkeit Betriebstemperaturen der Apparate, beispielsweise enthalten.

Kondensatoren, in denen die dielektrische Flüssigkeit Besonders vorteilhaft sind erfindungsgemäß elek-

enthalten ist. trische Kondensatoren, welche metallisierte Beläge

Aus der deutschen Auslegeschrift 1098 559 ist 35 mit den damit verbundenen Vorteilen der selbst-

bereits ein Verfahren zur Stabilisierung eines halogen- heilenden Eigenschaften in Kx. mbination mit einer

haltige, feste, flüssige oder gasförmige Aryl- und Al- stabilisierten dielektrischen Flüssigkeit verwenden,

kylverbindungen sowie Verbindungen der VI. mit der Der Selbstheilungseffekt wird durch momentane

VII. Gruppe der ersten und zweiten Periode des Stromerhöhungen bewirkt, die an den Defektstellen

Periodischen Systems enthaltenden Dielektrikums 40 in den dielektrischen Abstandsmaterialien auftreten,

für elektrische Geräte bekannt. Bei diesem Verfahren Diese bewirken, daß der metallische Belag an der

wird durch den Zusatz ungesättigter reiner Alkyl- Stelle wegbrennt und die dieleku'.che Festigkeit in

Kohlenwasserstoffe in Mengen bis zu 20% eine Bin- diesem Bereich wieder hergestellt wird. Wenn jedoch

dung von abgespaltenem Halogen und Halogenwasser- ein wirksamer Stabilisator fehlt, werden halogenhal-

stoff erreicht. Bei Zimmertemperatur haben dabei 45 tige Abbauprodukte erzeugt, wenn ein selbstheilender

die entstehenden Verbindungen nur niedrige dielek- Durchschlag auftritt. Diese sind für den dünnen Belag

trische Verluste. und ebenso für die dielektrische Flüssigkeit und das

In der deutschen Auslegeschrift 1 216 395 ist als dielektrische Abstandsmaterial sowie andere Bestand-Stabilisator für eine dielektrische Flüssigkeit auf der teile des Kondensators schädlich. Bei Anwendung Grundlage einer aromatischen Halogen verbindung ein 50 dieser Erfindung erhält man somit wirksamere Kon-Zusatz von Dipentendioxyd beschrieben, wodurch densatoren mit metallisierten Belägen, die ein relativ das Dielektrikum bei erhöhten Temperaturen in der geringes Volumen und die Vorteile der Selbstheilung Größenordnung von 100⁰C nur einen geringen An- aufweisen.

stieg des Verlustfaktros bei einer Lebensdauerprüfung Gemäß dieser Erfindung enthält die halogenierte

nach einigen 100 Stunden aufweist. 55 aromatische Dielektrikumsflüssigkeit des elektrischen

In der deutschen Patentschrift 1 245 014 werden Kondensators, die in einer Ausführungsform Tri-

isolieröle auf der Basis von chlorierten Aromalert, chlordiphenyl ist, eine DiepoxydVerbindung mit Bis-

insbesondcre von Trichlordiphenyl, beschrieben, die (2,3-epöxycyclopentyläther) mit der folgenden Struk-

einert besonders schnell mit Chlorwasserstoff reagie- turformel:

renden Stabilisator besitzen, welcher aus einem Zu- 60 q^ ^ ^-.p|. q.t

satz von Diepoxydmaterial in Form von 1-Epoxy- ^a ν * / ' '

äthyl-3,4-epoxycyclohexan besteht. Bei Verwendung CH--Ö—HC

des Isolieröls für Kondensatoren wurde die Lebens- / \

dauer der Kondensatoren im Vergleich zu Konden* CH -CH CH CH

saforefi mit dem gleichen Dielektrikum ohne Stabi* 65 \q/ "^O^"
lisatorzusatz verlängert.

Es ergab sich die Aufgabe, einen elektrischen Kon- Die crflndungsgemäß verwendeten Diepoxyde be-

(tensator mit einer zwischen den Belägen angeordneten wirken nicht nur eine markante Verbesserung des

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Schutzes, des elektrischen Kondensators gegenüber d,en Wirkungen der Zersetzungsprodukte der halogenieren aromatischen Dielektrikumsverbindung, sondern sie verbessern und stabilisieren auch unerwarteter^ weise den Verlustfaktor des Kondensators bei hohen Temperaturen,

Es wurden Prüfungen hinsichtlich der Lebensdauer γοη Kondensatoren gemäß der Erfindungdurchgeführt, Die Ergebnisse dieser Prüfungen wurden mit einer anderen Kondensatorgruppe verglichen, die als K.ontrolle diente. Die Kondensatoren dieser Gruppe enthielten die gleiche Dielektrikumsflussigkeit ohne irgendeinen Diepoxydstabilisator, Die Kondensatoren waren aus Belägen aus Aluminiumfolie aufgebaut, die durch zwei Papierstreifen mit einer Dicke von 0,1 mm voneinander getrennt und mit geringen Mengen der zugehörigen dielektrischen Flüssigkeit getränkt waren. Deren Zusammensetzung ist in der nachfolgenden Tabelle I aufgezeigt. Die Kondensstoren waren auf 4/iF und 300 Volt Wechselspannung bemessen.

Tabelle I

Gruppe

Dielektrische Flüssigkeit

1 Kontrolle, Trichlordiphenyl ohne Zusatz

2 Trichlordiphenyl + 0,1 % Bis-(2,3-epoxycyclopentyläther)-Isomeres (weiß, fest)

Trichlordiphenyl + 0,5% Bis-(2,3-epoxycyclopentyläther)-Isomeres (gelb, flüssig)

Jede der drei Kondensatorgruppen wurde unter den gleichen Bedingungen der Lebensdauerprüfung unterworfen. Sie wurden zunächst 100 Stunden lang bei 85°C und 880 Volt Wechselspannung und hinterher etwa 400 Stunden lang bei 85°C und 660 Volt Wechselspannung geprüft. Messungen des Verlustfaktors bei hoher Temperatur wurden am Beginn und am Schluß der Lebensdauerprüfungen durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt.

Tabelle II

Gruppe

7„ Verlustfaktor

100^c

vorher

nachher

0,318
0,370
0,347

0,380
0,338
0,336

125'

vorher

C nachher

0,364 0,416 0,393

0,468 0,406 0,427

Die F i g. 1 und 2 zeigen graphische Darstellungen der vorstehenden Ergebnisse bei 100 bzw. 125°C. In den Kurven ist der prozentuale Verlustfaktor über der Zeit in Stunden der Lebensdauerprüfung aufgetragen. Die Kurve A zeigt den Verlauf für die Trichlordiphenyl-Dielektrikumsflüssigkeit ohne irgendeinen Diepoxydstabilisator und dient zur Kontrolle. Kurve B gibt den Verlauf für das mit Bis-(2,3-epoxycyclopentylätherHsomerem (weiß, fest) stabilisierte Trichlordiphenyl wieder, und Kurve C zeigt den Verlauf für Trichlordiphenyl, das mit Bis-(2,3-cpoxy-> cyclopentyläthcr)'isomcrcm (gelb, flüssig) stabilisiert ist.

Wie· den Kurven der Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist. verbessern die Bis*(2,3-epöxycyclopentyläther)* Slabilisatorzusätze zu der Dielektrikumsflüssigkeit bedeutend den fiachtemperatHr-Verlustfaktor bei janger Betriebszeit der Kondensatoren, Es ist nesorjcjers bezeichnend, daß im Vergleich zvi dem Kontroll-Dielektrikum der relative Verlustfaktor des diepoxyd-

haltigen Dielektrikums mit steigender Lebensdauer abnimmt. Dieses Ergebnis war ferner deshalb unerwartet, weil bezeichnenderweise höhere Verlustfaktoren durch höhere Konzentrationen an Zersetzungsprodukten hergestellt werden, deren Konzentrationen

ίο im allgemeinen bei steigender Lebensdauer erhöht werden. Somit ist ein sehr wesentlicher Faktor, der zur Verkürzung der Lebensdauer der Kondensatoren beiträgt, vermindert oder eliminiert. Es ist auch er-

. ^vähnenswert, daß der Verlustfaktor der Konden-

satoren mit diepoxydhaitigen Dielektrikumsfliissigkeiten stabiler ist als der Verlustfaktor der Kondensatoren, die nicht stabilisiertes Trichlordiphenyl enthalten.

Ein weiterer Gesichtspunk: besonderer Bedeutung

ao kann aus F i g. 1 ersehen werden, in der gezeigt ist, daß die absoluten Werte des Verlustfaktors für die Kurven B und C mit wachsender Lebensdauer des Kondensators fortlaufend abnehmen. Dies zeigt eine markante Verbesserung sogar gegenüber den neuesten

Fortschritten auf dem Gebiet der Dielektrikumsflüssigkeiten mit Stabilisatoren. Obwohl der Verlustfaktor des Kontroüdielektrikums, dessen Verlauf durch die Kurve A dargestellt ist, anfangs besser ist als der Verlustfaktor der diepoxydhaitigen Dielektrika,

so wird der Verlustfaktor der letzteren fortlaufend verbessert, wogegen der Verlustfaktor des Kontrolldielektrikums fortschreitend schlechter wird. Somit zeigen erfindungsgemäße Kondensatoren beieits nach kurzer Zeit einen günstigeren Verlustfaktor bei 100⁰C,

als er bei Kondensatoren erhalten werden kann, in denen eine übliche Trichlordiphenyl-Dielektrikumsflüssigkeit ohne den Diepoxydzusatz verwendet wird, selbst wenn der Trichlordiphenylkondensator ohne den Diepoxydzusatz anfänglich besser war.

Es wurde festgestellt, daß Kondensatoren mit Bis-(2,3-epoxycyclopentyläther) als Stabilisator bei erhöhten Temperaturen einen besseren Verlauf des Verlustfaktors zeigen als diejenigen mit anderen Epoxydstabilisatoren. Es wurden Vergleichsprüfungen

bei 100 und 125° C mit identisch gewickelten Kondensatoren durchgeführt. Die Kondensatoren, die als Stabilisator l-Epoxyäthyl-S^-epoxycyclohexan enthielten, wurden unter der gleichen Bedingung betrieben wie die Kondensatoren der Gruppen 2 und 3 in Tabelle I. Dabei ergab sich, daß die Diepoxydkondensaioren nach dieser Erfindung zu Beginn im allgemeinen niedrigere Verlustfaktoren aufwiesen und nach einem Betrieb von etwa 500 Stunden durchweg niedrigere Verlustfaktoren besaßen. Tatsächlich zeigten

die l-Epoxyäthyl-3,4-epoxycyclohexan als Stabilisator enthaltenden Kondensatoren am Ende der Prüfung bei 100° C einen durchschnittlichen Anstieg des prozentualen Verlustfaktors von etwa 15%, wogegen die Diepoxydkondensatoren der Gruppe 2 und ? einen

durchschniUlichen Abfall des prozentualen Verlustfaktors von etwa 9 bzw. 3 % zeigten. Ähnlich stieg bei 125⁰C der prozentuale Verlustfaktor der Kondensatoren mit l-Epoxyäthyl-S^-epoxycyclohexan als Stabilisator während der Prüfzeit im Durchschnitt um etwa 14% an, wogegen die Kondensatoren der Gruppe 2 einen Abfall um etwa 2,5% und die Kondensatoren der Gruppe 3 nur einen Anstieg von 7,5% zcigtei.

Im allgemeinen kann der Stabilisator in einem ι Bereich Von etwa 0,01 bis 5 Gewichtsprozent verwendet werderij wobei ein bevorzugter Bereich ίϋί öpti-' male Zwecke zwischen etwa 0,1 Und 1 Gewichtsprö-' zent liegt, die¹ hälögeriierteri aromatischen Vefbiri-• düngen« in denen der beschriebene Epöxydstabiiisator verwendbar ist, körinen verschiedene Züsammen-' selzUrigerij wie z< B. das bereits erwähnte Trichlordiphenyl, Pentachlordiphenyl, HeXachlofdiphenyl, Trichlorbenzol, Tetrachlorbenzol und deren Mischungen sein.

j Zusätzlich zu den obengenannten Vorteilen zeigen ν die erfindungsgemäßen Kondensatoren eine relativ \ hohe Reaktionsgeschwindigkeit des Stabilisators mit i den Zersetzungsprodukten im Vergleich zu bekannten j Stabilisatoren einschließlich der Epoxyde, wie z. B.

; Phenoxypropylenoxyd allein oder in Verbindung mit

I einem beschleunigenden Katalysator wie einem Amin.

Auf Grund der verbesserten Eigenschaften bezüglich

des Verlustfaktors der erfindungsgemäß aufgebauten Kondensatoren besitzen derartige Kondensatoren eine wesentlich verbesserte Lebensdauer, insbesondere unter Bedingungen bei hoher Temperatur, und diese erwünschten Vorteile werden ohne den Verlust anderer elektrischer Eigenschäftenj wie L· B, der Kapazität erzielt, die über weite Temperaturbereiche stabil

bleibt,

Claims (3)

Patentansprüche i

1. Elektrischer Kondensator mit einer zwischen den¹ Belägen angeordneten halogenieren aromatischen Dielektrikümsflüssigkeit, die ein Diepoxyd als korrosionsverhindernden Zusatz enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz Bis-(2,3-epoxycycIopentlyäther) ist.

2. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1₍ dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Bis-(2,3-epoxycyclopentyläthers) zwischen 0,01 und 5 Gewichtsprozent liegt.

3. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die halogeniefte aromatische Dielektrikumsflüssigkeit ein chlorier-

ao tes Diphenyl ist.

4i Elektrischer Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die halogenierte aromatische Dielektrikumsflüssigkeit Trichlordiphenyl ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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