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DE3041049A1 - Elektrische vorrichtungen und elemente mit impraegniertem isoliermaterial - Google Patents

Elektrische vorrichtungen und elemente mit impraegniertem isoliermaterial

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DE3041049A1
DE3041049A1 DE19803041049 DE3041049A DE3041049A1 DE 3041049 A1 DE3041049 A1 DE 3041049A1 DE 19803041049 DE19803041049 DE 19803041049 DE 3041049 A DE3041049 A DE 3041049A DE 3041049 A1 DE3041049 A1 DE 3041049A1
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DE
Germany
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ede
cpe
electrical
impregnated
film
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DE19803041049
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English (en)
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DE3041049C2 (de
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Nobuo Iwaki Fukushima Ahiko
Yoshinori Ohtsu Shiga Hayashi
Akira Ito
Sadayoshi Katano Osaka Mukai
Mineaki Kyoto Nishimatsu
Osamu Takatsuki Osaka Yamaguchi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kureha Corp
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Kureha Corp
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority claimed from JP14512679A external-priority patent/JPS5669709A/ja
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Publication of DE3041049C2 publication Critical patent/DE3041049C2/de
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Description

Die Erfindung betrifft elektrische Ausrüstungen, insbesondere Kondensatoren und Kabel, deren elektrische Teile Isolierschichten aus Papier und synthetischem Harz oder Schichten aus synthetischem Harz aufweisen, die mit 1-Phenyl-2-ethylphenyl-ethan und/oder 1-Phenyl-2-isopropylphenyl-ethan imprägniert sind.
Bisher wurde in elektrischen Ausrüstungen, wie Transformatoren, Kabeln und Kondensatoren Mineralöl als Isolieröl verwendet. Wegen der hohen Viskosität und des hohen Gießpunktes des Mineralöls sowie seiner geringen Fähigkeit, hohen Spannungen zu widerstehen, ist die Miniaturisierung der zuvor erwähnten elektrischen Ausrüstungen jedoch an ihre Grenze gelangt. Zur Verbesserung der Eigenschaft dieser elektrischen Ausrüstungen, hohen Spannungen zu widerstehen, wurden dementsprechend verschiedene Isolieröle entwickelt.
Als synthetische Isolieröle wurden verschiedene Verbindungsarten vorgeschlagen, zum Beispiel solche vom Diarylalkantyp, vom Alkylnaphthalintyp, u.a. Isolierende Öle vom Diarylalkantyp, die auch erfindungsgemäß verwendet werden, sind zum Beispiel in der japanischen Patentveröffentlichung 1642/80 beschrieben. Hier werden als Isolieröle vom Diarylalkantyp 1-Phenyl-1-ethylphenylethan,
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1-Phenyl-i-isopropylphenylethan und 1-Phenyl-i-xylylethan angegeben, die 1,1-Diarylethane darstellen. Von diesen wird seit kurzem "l-Phenyl-1-xylylethan, das nachfolgend als 1,1-PXE bezeichnet wird, praktisch angewendet. Obgleich die 1,1-Diarylethane, zum Beispiel 1,1-PXE im Vergleich zu Mineralöl hohen Spannungen besser widerstehen, ist ihre Affinität zu Metallen nicht günstig Kupfer- und Bleilegierungen sind als Lötmetalle für solche imprägnierte elektrische Ausrüstungen unverzichtbar. Ein Isolieröl, das geringe Affinität zu diesen Metallen besitzt, verkürzt die Lebensdauer des mit Öl imprägnierten elektrischen Geräts. Wenn solches Öl in Kontakt mit den oben erwähnten Metallen kommt, steigt der dielektrische Verlust des Öls mit dem Ergebnis, daß der dielektrische Verlust des mit Öl imprägnierten Isolierelementes größer wird.
Da der dielektrische Verlust dem Heizwert einer dielektrischen Substanz direkt proportional ist, bedeutet das Ansteigen der dielektrischen Tangente einen Verlust an elektrischer Energie als thermischer Energie. Dieses Phänomen ist auch im Hinblick auf eine Energierationalisierung nicht günstig.
In den letzten Jahren wurden Kunstharzschichten in großem Umfange als Dielektrika verwendet, um den dielektrischen Verlust der die Dielektrika enthaltenden elektrischen
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Vorrichtungen herabzusetzen und ihre Eigenschaft, hoher Spannung zu widerstehen, zu verbessern. Demzufolge sollte das in den elektrischen Vorrichtungen zu verwendende Isolieröl nicht nur hohen Spannungen widerstehen und ausgezeichnete Affinität gegenüber Metallen aufweisen, sondern auch die Kunstharzschicht nicht auflösen oder aufquellen und außerdem eine geringe Viskosität haben. Die Imprägnierung mit den Ölen ist um so leichter je geringer die Viskosität des Öles ist, und Luftzwischenräume treten in geringerem Umfange auf. Wegen der geringeren Luftzwischenräume sowie der verbesserten Zirkulation des Öls zwischen den Folienschichten in der in Betrieb befindlichen elektrischen Vorrichtung ist die Eigenschaft, hoher Spannung standzuhalten, verstärkt.
Gegenstand der Erfindung ist eine mit Öl imprägnierte elektrische Vorrichtung mit ausgezeichneter dielektricher Festigkeit, das heißt Spannungsfestigkeit und Dauerhaftigkeit, ferner ein Isolieröl mit ausgezeichneter dielektrischer Festigkeit und guter Verträglichkeit mit Metallen und synthetischen Harzschichten.
Dieses Ziel kann dadurch erreicht werden, daß man den elektrischen Teil, insbesondere den die synthetischen Harzschichten enthaltenden Teil in einer elektrischen Vorrichtung mit einem Isolieröl imprägniert, nämlich
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mit 1-Phenyl-2-ethylphenyl-ethan und/oder 1-Phenyl-2-isopropylphenyl-ethan.
In den beigefügten Abbildungen zeigt Fig. 1 die Beziehung zwischen der Anfangsspannung der Korona (oder partiellen) -Entladung des Mehrfachkondensators und der Zeitdauer des Erhitzens eines Kondensators in dem ausschließlich aus Kunstharzschichten aufgebauten Mehrfachkondensator, die mit 1,2-EDE, 1,2-CPE bzw. 1,1-PXE imprägniert sind, und Fig. 2 die gleiche Beziehung in einem Kondensator mit Papier-Kunstharzschichten, die mit jedem der genannten Isoliermittel imprägniert sind.
Die erfindungsgemäß als Isolieröl verwendeten Verbindungen vom 1,2-Diarylethantyp, das heißt i-Phenyl-2-ethylphenyl-ethan, das nachfolgend als 1,2-EDE bezeichnet ist, und 1-Phenyl-2-isopropylphenyl-ethan, das nachfolgend als 1,2-CPE bezeichnet ist, haben die allgemeine Formel:
in der R eine Ethyl- oder Isopropylgruppe ist. Auf der anderen Seite haben die Verbindungen vom 1,1-Diarylethan typ, das heißt das oben angegebene 1,1-PXE die folgende chemische Struktur:
CH
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Der Unterschied in den Strukturformeln der Venbindungen vom 1,2-Diarylethantyp und vom 1,1-Diarylethantyp besteht darin, daß die 1,1-Diarylethane ein tertiäres Kohlenstoffatom in der aliphatischen Kette aufweisen, die die beiden Benzolringe verbindet, während die 1,2-Diarylethane kein solches tertiäres Kohlenstoffatom besitzen. Es wurde gefunden, daß die Gegenwart oder Abwesenheit des zuvor erwähnten tertiären Kohlenstoffatoms einen großen Einfluß auf die dielektrischen Eigenschaften der Isolieröle und dementsprechend auf die unter ihrer Verwendung hergestellten elektrischen Vorrichtungen hat, obgleich die chemische Struktur der 1,1-Diarylethane und der 1,2-Diarylethane sehr ähnlich ist. Wie später näher beschrieben ist, werden bei Verwendung von 1,2-EDE und/oder 1,2-CPE als Isolieröl gemäß der Erfindung anstelle des herkömmlichen 1,1-Diarylethans die Mangel beseitigt, die bei Verwendung des letzteren in einem elektrischen Bauteil auftreten. Das zuvor erwähnte 1,2-EDE oder 1,2-CPE kann allein als Isolieröl verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, Gemische der beiden einzusetzen .
Außerdem können übliche Zusätze, zum Beispiel ein Antioxydationsmittel mit dem Isolieröl gemäß der Erfindung vermischt werden.
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Die Eigenschaften von 1,2-EDE und 1,2-CPE sind in der Tabelle 1 zusammen mit denen von 1,1-PXE aufgeführt, das seit kurzem als Isolieröl praktische Anwendung gefunden hat.
Tabelle 1 Eigenschaften synthetischer Isolieröle
Isolieröl
1,2-EDE 1,2-CPE 1,1-PXE Eigenschaften
spezifisches Gewicht Flammpunkt, 0C Gießpunkt, °C
Viskosität, Centistoke bei 30°C O0C
- 20°C
- 40°C
sichtbares Gas erzeugende Spannung, V/.u 81 81 78
Dielektrizitätskonstante
bei 80°C und 60 Hz 2,45 2,44 2,49
Wie aus dieser Tabelle hervorgeht, sind das erfindungsgemäß verwendete 1,2-EDE und 1,2-CPE dem 1,1-PXE bezüglich der Viskosität, des Gießpunktes und der sichtbares Gas erzeugenden Spannung überlegen. Die Tatsache, daß die
0,971 0,963 0,988
148 154 148
- 67,5 - 65,0 - 47,5
4,1 5,4 6,5
9,2 10,5 22,3
33 35 75
145 170 1870
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sichtbares Gas erzeugenden Spannungen von 1,2-EDE und 1,2-CPE höher sind als die von 1,1-PXE, bedeutet, daß die beiden ersten höhere Spannung aushalten als 1,1-PXE.
Die Verträglichkeiten der oben genannten Verbindungen mit einem Polypropylenfilm sind in der Tabelle 2 zusammengestellt .
Tabelle 2 Verträglichkeit mit einem Polypropylenfilm
Isolieröl
Verträglichkeit
aufgrund 1,2-EDE 1,2-CPE 1,1-PXE
Quellung des Films,
Gew.% 1,4 1,4 2,9
Menge des im Öl gelösten Films, Gew.% 0,06 0,06 0,10
Die Werte der Tabelle 2 wurden dadurch erhalten, daß man den Polypropylenfilm 30 Tage bei 80°C in jedes Isolieröl eintauchte, wobei die Quellung des Films die Gewichtszunahme des Films aufgrund von Ölabsorption angibt und die Menge des im Öl gelösten Films den Gewichtsverlust des ursprünglichen Films aufgrund von Lösung wiedergibt.
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In dem Mehrfachkondensator mit Schichten aus synthetischem Harz bedeutet fehlendes Quellen des Films im Isolieröl, daß die Filmschichten durch das Öl nicht beeinträchtigt werden und leichte Zirkulation des Öls zwischen den Filmschichten, was die Eigenschaft, hoher Spannung standzuhalten, verbessert.
Die geringere Löslichkeit bedeutet auch eine Verbesserung der Ölzirkulation zwischen den Filmschichten, da eine Viskositätserhöhung des Öls verhindert wird.
Die Verträglichkeit des 1,2-EDE und des 1,2-CPE mit dem Polyproplylenfilm ist daher ausgezeichnet.
Die geringere Viskosität eines Isolieröls bedeutet auch eine größere Wirksamkeit bei der Ableitung der Wärme, die innerhalb eines elektrischen Gerätes entwickelt wird.
Darüber hinaus besitzt sowohl das 1,2-EDE als auch das 1,2-CPE eine größere Affinität zu Metallen, insbesondere zu Lötmetallen und das in den elektrischen Bauteilen verwendete Kupfer als 1,1-Diarylethane, wie 1-Phenyl-1-ethylphenyl-ethan, nachfolgend als 1,1-EDE bezeichnet, 1-Phenyl-i-isopropylphenyl-ethan, nachfolgend als 1,1-CPE bezeichnet und 1,1-PXE. Die zuvor genannten Metalle
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sind in elektrischen Geräten unverzichtbar, wo die Metalle als Bindemittel zwischen Metallen und als Kondensator wirken. Der Einfluß dieser Metalle auf die oben genannten Isolieröle, insbesondere auf die dielektrische Tangente ist in der Tabelle 3 gezeigt. Die Werte dieser Tabelle wurden durch 10-tägiges Erhitzen von jeweils 200 ml Isolieröl zusammen mit 0,5 g Lötmetall oder 5 g Kupfer in einer verschlossenen Glasampulle unter Stickstoff bei einer Temperatur von 80 C ermittelt.
Tabelle 3
Dielektrischer Verlust
Metall dielektrischer Verlust d Lötmetall
Isolieröl ohne Metall
1,2-Ethan 0,02
1,2-EDE 0,01 0,02
1,2-CPE 0,01
1,1-Ethan 0,45
1,1-PXE 0,01 0,43
1,1-EDE 0,01 0,42
1,1-CPE 0,01
Kupfer
0,02 0,02
0,13 0,11 0,12
Aus der Tabelle 3 ist deutlich ersichtlich, daß die Isolieröle vom 1,1-Diarylethantyp denjenigen vom 1,2-Diarylethantyp hinsichtlich der Verträglichkeit mit Metallen unterlegen sind. Dies bedeutet geringe Affinität zu
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Metallen, wahrscheinlich aufgrund der Gegenwart des tertiären Kohlenstoffatoms in der die beiden Benzolringe verbindenden Kohlenstoffkette.
Die elektrischen Elemente mit Schichten aus synthetischem Harz umfassen solche mit Schichten aus synthetischem Harz und solche mit Schichten aus synthetischem Harz und Isolierpapier. Die synthetischen Harzschichten stellen die üblicherweise in herkömmlichen elektrischen Isoliermaterialien verwendeten dar und bestehen vorzugsweise aus einem Polyolefinfilm, zum Beispiel einem Polyethylen- oder Polypropylenfilm, einem Polyesterfilm oder einem Polyvinylidenfluoridfilm, wobei ein Polypropylenfilm bevorzugt wird. Ein bevorzugter Polyesterfilm ist ein Poly-(ethylenterephthalat)-^ Im.
Wenn das elektrische Gerät aus einem Kondensator für Wechselstrom besteht, bevorzugt man einen Film aus synthetischem Harz mit geringem dielektrischen Verlust, und wenn 1,2-EDE oder 1,2-CPE gemäß der Erfindung in Kombination mit solch einem synthetischen Harzfilm verwendet werden, bevorzugt man Polyolefinfilme und Polyesterfilme und insbesondere Polypropylenfilme.
Wenn auf der anderen Seite das elektrische Gerät aus einem Kondensator für Gleichstrom besteht, kann die
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dielektrische Tangente des Films vernachlässigt werden und dementsprechend werden Polyolefinfilme und Polyesterfilme sowie Polyvinylidenfluoridfilme bevorzugt.
Die Dicke der zuvor erwähnten Schichten aus synthetischem Harz hängt von der die Harzschicht enthaltenden elektrischen Vorrichtung ab und ist daher nicht begrenzt. Gewöhnlich bewegt sie sich jedoch in einem Bereich von 6 Mikrometer bis 100 Mikrometer. Das zusammen mit den synthetischen Harzschichten verwendete Isolierpapier besteht aus üblicherweise verwendetem Isolierpapier.
Die ölimprägnierten elektrischen Vorrichtungen gemäß der Erfindung umfassen zum Beispiel Kondensatoren, Kabel und Transformatoren.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel 1
Kondensatorelemente vom Papier-Folie Typ mit einer Kapazität von 12-uF wurden dadurch hergestellt, daß man eine Schicht aus Isolierpapier mit einer Dicke von 18 Mikro-
meter und einem spezifischen Gewicht von 0,80 g/cm
zwischen zwei Schichten aus Polypropylenfolie mit einer Dicke von 18 Mikrometern legte, die Isolierschicht und zwei Elektrodenzuleitungen zusammensetzte und das Ganze aufwickelte.
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Andere vollständig aus Kunstharzfolien aufgebaute Kondensatorelemente mit einer Kapazität von 10,uF wurden aus zwei Polypropylenfolien mit einer Dicke von 18 Mikrometer hergestellt. In jeweils ein Kondensatorgehäuse wurden die vorstehend genannten zwei Arten von Kondensatorelementen eingesetzt, worauf jeweils mit 1,2-EDE, 1,2-CPE bzw. 1,1-PXE (als Vengleich) aufgefüllt wurde. Die Dielektrizitätskonstante (£) bei 200C, die angewandte Spannungsbeanspruchung (G, V/Mikrometer) und die Energiedichte (£ G ) der so hergestellten Kondensatorelemente wurde ermittelt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 zusammengestellt.
Tabelle 4 Eigenschaften der Kondensatoren
angewandte Dielektri- Spannungsbe-..
Isolier- dielektrisches zitätskon- anspruchung 1C ? e> öl Material stante, £ G, V/.um £ G
1,2-EDE Papier-Kunstharz
folie		 2,67 40 4272
nur Kunst
harzfolien		 2,25 42 3969
1,2-CPE Papier-Kunstharz
folie		 2,67 40 4272
nur Kunst
harzfolien		 2,25 42 3969
1,1-PXE Papier-Kunstharz
folie		 2,67 38 3855
nur Kunst
harzfolien		 2.25 37 3080
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Die Tabelle 4 zeigt, daß der mit 1,2-EDE bzw. 1,2-CPE imprägnierte Kondensator eine größere Energiedichte besitzt als der mit 1,1-PXE imprägnierte. Da in den Kondensatorelementen der gleichen Kapazität das Volumen des Kondensators umgekehrt proportional zu seiner Energiedichte ist, kann der mit 1,2-EDE bzw. 1,2-CPE imprägnierte Kondensator stärker miniaturisiert werden als der mit 1,1-PXE imprägnierte Kondensator.
Die Anfangsspannung der partiellen Entladung ist für die oben genannten Kondensatorelemente in der Tabelle 5 gezeigt.
Tabelle 5 Anfangsspannung der partiellen Entladung
Einheit: V/Mikrometer
Anfangsspannung der partiellen Isolier- dielektrisches Entladung
öl Material bei -40°C bei 200C bei 80°C
1,2-EDE Papiei—Kunst
harzfolie		 65 90 120
nur Kunst
harzfolien		 70 100 130
1,2-CPE Papier-Kunst
harzfolie		 65 90 120
nur Kunst
harzfolien		 70 100 130
1,1-PXE Papier-Kunst
harzfolie		 50 88 110
nur Kunst
harzfolie		 47 93 110
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Die Tabelle 5 zeigt, daß die Anfangsspannung der partiellen Entladung für die mit 1,2-EDE bzw. 1,2-CPE imprägnierten Kondensatoren höher ist, als die für den mit 1,1-PXE imprägnierten Kondensator. Mit anderen Worten die mit 1,2-EDE bzw. 1,2-CPE imprägnierten Kondensatoren halten einer höheren Spannung stand als der mit 1,1-PXE imprägnierte Kondensator. Es ist auch ersichtlich, daß diese Tendenz bei niedrigerer Temperatur beachtlich ist. Diese Ergebnisse beruhen (1) auf der geringeren Viskosität von 1,2-EDE bzw. 1,2-CPE als 1,1-PXE, was die Imprägnierung des Kondensators mit dem Isolieröl leichter macht, (2) der niederen Viskosität von 1,2-EDE bzw. 1,2-CPE sogar bei niedriger Temperatur, was das Eindringen des Isolieröls zwischen die Schichten erleichtert, wie die Tabelle 1 zeigt, und (3) der geringeren Löslichkeit des Polypropylenfilms in 1,2-EDE und 1,2-CPE und der geringeren Quellung des Polypropylenfilms in diesen beiden 1,2-Diarylethanen im Vergleich zum Isolieröl vom 1,1-Diarylethantyp.
Dann wurde an jede Gruppe der oben genannten Kondensatoren bei einer Umgebungstemperatur von 90 C an 100 aufeinanderfolgenden Tagen eine Wechselspannung angelegt, die zweimal so hoch war, wie die geschätzte. Nach Ablauf der 100 Tage wurde die Anzahl der noch in Gang befindlichen Kondensatorelemente ausgezählt, um die
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Uberdauerungsrate zu errechnen und der dielektrische Verlust der Kondensatoren, die nicht durchgeschlagen waren, wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 6 zusammengestellt.
In allen Kondensatorelementen wurde Lötmittel für die inneren Verbindungen verwendet. Wie aus der Tabelle 6 ersichtlich ist, war bei allen ölimprägnierten Kondensatorelementen der dielektrische Verlust vor der Anwendung im wesentlichen gleich, ungeachtet der Art des Isolieröles. Nach Beginn der Anwendung zeigte jedoch der mit einem Isolieröl vom 1,2-Diarylethantyp imprägnierte Kondensator hinsichtlich des dielektrischen Verlustes eine abnehmende Tendenz, während der dielektrische Verlust beim Kondensator, der mit einem Isolieröl vom 1,1-Diarylethantyp imprägniert war, zunehmende Tendenz zeigte und dieser Wert etwa das Zweifache des Wertes erreichte, den der mit einem 1,2-Diarylethan als Isolieröl imprägnierte Kondensator aufwies. Der Grund für das starke Ansteigen des dielektrischen Verlustes wird der Wirkung des beim Verbinden der Drähte innerhalb des Kondensators verwendeten Lötmittels zugeschrieben.
Verantwortlich für die geringere Uberdauerungsrate der mit 1,1-PXE,. 1,1-EDE oder 1,1-CPE imprägnierten Kondensatoren im Vergleich zu den mit 1,2-EDE oder 1,2-CPE
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imprägnierten Kondensatoren ist der thermische Zusammenbruch, der den ansteigenden dielektrischen Verlust begleitet. Ein geringerer dielektrischer Verlust bedeutet eine geringere Wärmeentwicklung der elektrischen Isolierelemente. Auch vom Gesichtspunkt einer wirtschaftlichen Ausnutzung der elektrischen Energie sind die 1,2-Diarylethane erwünschter als die 1,1-Diarylethane.
Um die Eigenschaft der so hergestellten Kondensatorelemente, hoher Spannung bei niedriger Temperatur zu widerstehen, zu untersuchen, wurde auf die verschiedenen Kondensatorelemente bei einer Umgebungstemperatur von -40 C an 50 aufeinanderfolgenden Tagen eine Wechselspannung angelegt, die das Zweifache der geschätzten Spannung betrug. Die Überdauerungsrate der Kondensatorelemente geht aus der Tabelle 7 hervor.
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Tabelle Uberdauerungsrate und dielektrischer Verlust vor und nach der Wärmebehandlung
^ Isolieröl
Isolier- \ thermische SV
material \ Eigenschaften >>		 Uberdauerungsrate
nach 100 Tagen, % 		1,2-EDE 1,2-CPE 1,1-PXE 1,1-EDE 1,1-CPE
Papier-Kunstharzfolie dielektrischer Verlust
zu Anfang
nach 100 Tagen		 100 100 60 60 GO
nur Kunstharzfolie zu Anfang
nach 100 Tagen		 100 100 80 80 80
Papier-Kunstharzfolie 0,050
0,045		 0,050
0,045		 0,050
0,082		 0,050
0,083		 0,050
0,082
nur Kunstharzfolie 0,031
0,028		 0,031
0,028		 0,032
0,057		 0,031
0,055		 0,031
0,054
Tabelle
Wirkung niedriger Temperatur auf die Eigenschaft, hoher Spannung zu widerstehen, Uberdauerungsrate,
>v "** ~~*——^^_^____^ Isolieröl
^v Isoliermaterial ^****-·»^^		 1,2-EDE 1,2-CPE 1,1-PXE 1,1-EDE
Übe rdaue rungs-! Papier-Kunstharzfolie
rate> % ] nur Kunstharzfolie		 100
100		 100
100		 60
40		 80
70
Die Viskosität von 1,1-EDE bei verschiedenen Temperaturen beträgt: 4,1 Centistoke bei 30 C, 10,5 Centistoke bei O0C, 41 Centistoke bei -200C und 220 Centistoke bei -400C.
Der Grund für die höhere Überdauerungsrate der mit 1,2-EDE oder 1,2-CPE imprägnierten Kondensatoren im Vergleich zu den mit 1,1-PXE oder 1,1-EDE imprägnierten beruht auf der leichteren Zirkulation von 1,2-EDE oder 1,2-CPE zwischen den Kunstharzschichten des Kondensators aufgrund der geringeren Viskosität des 1,2-EDE und 1,2-CPE bei niedriger Temperatur im Vergleich zur Viskosität von 1,1-PXE und 1,1-EDE, so daß die mit 1,2-EDE oder 1,2-CPE imprägnierten Kondensatoren höheren Spannungen besser widerstehen.
Um die thermische Beständigkeit der mit verschiedenen Isolierölen imprägnierten Kondensatoren zu ermitteln, wurden die oben genannten Kondensatorelemente auf einer Temperatur von 70 C gehalten und die Anfangsspannung der partiellen Entladung der Kondensatorelemente wurde nach einer vorbestimmten Erhitzungszeit gemessen. Die Fig. 1 zeigt die Veränderung der oben erwähnten Spannung in den nur aus Kunstharzschichten zusammengesetzten Kondensatorelementen nach der Erhitzungszeit und die Fig. 2 die gleiche Beziehung bei den Kondensatoren mit
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Papier-Kunstharzschichten. In beiden Figuren veranschaulicht die Linie A die Beziehung in dem mit 1,2-EDE oder 1,2-CPE imprägnierten Kondensatorelement und die Linie B die Beziehung in dem mit 1,1-PXE imprägnierten Kondensatorelement .
Aus den Figuren 1 und 2 ist ersichtlich, daß in den mit 1,2-EDE oder 1,2-CPE imprägnierten Kondensatoren die Zeit bis zur Erreichung der Anfangsspannung der partiellen Entladung kurzer ist als bei dem mit 1,1-PXE imprägnierten Kondensator. Dies beruht auf der besseren Imprägnierung mit Isolieröl bei Verwendung von 1,2-EDE und 1,2-CPE aufgrund deren geringerer Viskosität im Vergleich zu der Imprägnierung mit dem Isolieröl 1,1-PXE mit höherer Viskosität.
Wie schon oben erwähnt, ermöglicht die Verwendung von 1,2-EDE oder 1,2-CPE die Miniaturisierung von Kondensatoren aufgrund der erhöhten Energiedichte. Die so miniaturisierten Kondensatoren widerstehen längere Zeit verläßlich in hervorragender Weise hoher Spannung in einem breiteren Bereich von Umgebungstemperaturen.
Die zuvor erläuterten Kondensatoren sind nicht nur für Wechselstrom sondern auch für Gleichstrom brauchbar.
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Beispiel 2
Dieses Beispiel veranschaulicht mit Öl gefüllte Kabel, die mit den Isolierölen gemäß der Erfindung, zum Beispiel 1,2-EDE oder 1,2-CPE imprägniert sind.
Zehn Kabelstücke für elektrische Energie mit einer Länge von 2 m, die mit einem Polypropylenfilm und Isolierpapier isoliert waren, wurden in jedes der folgenden Isolieröle eingetaucht, worauf Wechselspannung vom 1,5-fachen der abgeschätzten Spannung auf sie angewandt wurde. Nach 100-tägiger Anwendung wurde die Anzahl der nicht zusammengebrochenen Kabel und der dielektrische Verlust der nicht zusammengebrochenen Kabel untersucht. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 8 aufgeführt.
Tabelle 8
Isolieröl
Alkyl-,. Eigenschaft 1 ,2-EDE 1 ,2-CPE 1.,1-PXE 1,1-EDE benzol '
Überdaue-
rungsrate, % 100 100 70 70 40
dielektrischer
Verlust,
tan S , % 0,07 0,07 0,18 0,18 0,07
Alkylbenzol entspricht dem Isolieröl Nr. 2-1 in den japanischen Industrial Standards C-2320/1978.
Aus der Tabelle 8 ist ersichtlich, daß die Überdauerungsrate der mit 1,2-EDE oder 1,2-CPE imprägnierten Kabel
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höher war als die der mit 1,1-PXE, 1,1-EDE oder Alkylbenzol imprägnierten Kabel. Die höhere Überdauerungsrate bedeutet eine höhere Durchschlagfestigkeit und für das Ausbleiben eines thermischen Zusammenbruchs ist der geringe dielektrische Verlust verantwortlich.
Die verbesserten Eigenschaften resultieren aus (1) der geringeren Viskosität von 1,2-EDE oder 1,2-CPE, (2) der geringeren Quellung und Lösung des Polypropylenfilms in 1,2-EDE oder 1,2-CPE und (3) der günstigen Affinität von 1,2-EDE oder 1,2-CPE zu Kupfer und Lötmetall, die als Leiter oder Verbindungsmaterial im Kabel verwendet werden.
Kurz zusammengefaßt führt die Verwendung von 1,2-EDE oder 1,2-CPE in Kabeln für die Leitung elektrischer Energie ausgezeichnete Eigenschaften bezüglich des Standhaltens gegenüber hohen Spannungen und der dielektrischen Eigenschaft herbei.
Beispiel 3
Es wurden drei Arten von Papier-Kunstharzschicht Kondensatoren hergestellt. Jedes dielektrische Element bestand aus zwei Schichten von synthetischem Harz, 18 Mikrometer dick, und einer Schicht Isolierpapier, 12 Mikrometer dick, das zwischen die Kunstharzschichten gelegt war.
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Die synthetischen Harze bestanden aus Polypropylen, Polyester und Polyvinylidenfluorid.
Getrennt wurde ein nur aus Kunstharzschichten zusammengesetzter Kondensator hergestellt. Das dielektrische Element bestand aus zwei Schichten Polyvinylidenfluoridfilm.
Die so hergestellten Kondensatoren wurden mit 1,2-EDE, 1,2-CPE bzw. 1,1-PXE imprägniert.
Die Dielektrizitätskonstante (£), die angewandte Spannungsbeanspruchung (G) und die Energiedichte (£ G ) bei 200C der so hergestellten Kondensatoren wurde festgestellt und ist in Tabelle 9 wiedergegeben. In der Tabelle
gibt die angewandte Spannungsbeanspruchung den Wert
4
nach 10 -fächer Entladung einer Gleichspannung an.
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Tabelle 9 Eigenschaften des Kondensators
Isolieröl
Isolier-Material
angewandte
Dielektri- Spannungsbe- ,. , zitätskon- anspruchung aicnte
stante,
Papier-Kunstharzfolie
1,2-EDE Polypropylen 3,0
Polyester 3,4 Poly-VDF(1) 6,9
1,2-CPE Polypropylen 3,0
Polyester 3,4 Poly-VDF(1) 6,9
1,1-PXE Polypropylen 3,0
Polyester 3,4 Poly-VDF(1) 6,9
nur Kunstharzfolie
1,2-EDE PoIy-VDF 10
1,2-CPE PoIy-VDF 10
1,1-PXE PoIy-VDF 10 G (V/Aum)
240 240 230
240 240 230
210 210 205
190 190 150
Energie-
x
17,8 19,6 36,5
17,3 19,6 36,5
13,2 15,0 29,0
361 361 225
PoIy-VDF bedeutet Polyvinylidenfluorid
Außerdem wurde die biologische Abbaufähigkeit von 1,2-EDE und 1,2-CPE nach folgender Standardmethode ermittelt:
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Unter Verwendung von Belebtschlamm, wie er von der Association of Examination of Chemicals and Chemical Products (Kagakuhin Kensa Kyokai of Japan) beschrieben ist, wurde ein Kulturmedium, das den Belebtschlamm und 200 ppm 1,2-EDE bzw. 1,2-CPE enthielt, in einem Kolben unter Anwendung der Schüttelmethode kultiviert. Nach 16-tägiger Kultivierung wurde die.Probe im Kulturmedium gaschromatographisch untersucht. Im Kulturmedium war kein 1,2-EDE oder 1,2-CPE feststellbar, was die ausgezeichnete biologische Abbaufähigkeit von 1,2-EDE und 1,2-CPE bestätigt.
Scha:kö
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Leerseite

Claims (9)

Patentansprüche
1. Öl-imprägnierte elektrische Vorrichtungen, deren elektrischer Teil einen Film aus synthetischem Harz enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Teil einen synthetischen Harzfilm aufweist, der mit 1-Phenyl-2-ethylphenyl-ethan, 1-Phenyl-2-isopropylphenyl-ethan oder deren Gemischen als Isolieröl imprägniert ist.
2. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Teil synthetische Harzfilme aufweist.
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3. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Teil einen synthetischen Harzfilm und Isolierpapier aufweist.
4. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Teil aus einem Kondensatorelement für Wechselstrom besteht und einen oder mehrere Filme aus einem Polyolefin- oder Polyesterharz aufweist.
5. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Teil aus einem Kondensatorelement für Gleichstrom besteht und einen oder mehrere Filme aus einem Polyolefin-, Polyesteroder Polyvinylidenfluoridharz aufweist.
6. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Teil aus einem mit Öl gefüllten Kabelelement besteht und einen PoIyolefinfilm und Isolierpapier aufweist.
7. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der synthetische Harzfilm aus einem Polyolefinfilm besteht.
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8. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der synthetische Harzfilm aus einem Polypropylenfilm besteht.
9. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyester Poly-(ethylenterephthalat) ist.
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