DE69208619T2 - Verfahren zur Herstellung eines Kondensators mit verzögerter Alterung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Kondensators mit verzögerter AlterungInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensators mit einem oder mehreren Wickeln aus zwei, durch eine oder mehrere Polypropylenfolien gegeneinander isolierten Metallbelägen, bei dem während der Herstellung Mittel zur Vorvernetzung des Polypropylens eingebracht werden, die ein polyfunktionelles Monomer umfassen, dessen Kettengruppen nach ihrer Aktivierung eine chemische Bindung mit den Makromolekülketten des Polypropylens eingehen.
- In der Druckschrift JP-A-52153150 wird eine Folie beschrieben, die als Dielektrikum in einem Kondensator verwendet wird. Diese Folie besteht aus einem durch Bestrahlung vernetzten Polypropylen, dem ein polyfunktionelles Monomer, insbesondere Triallylisozyanurat beigegeben ist, dessen Kettengruppen eine chemische Bindung mit den Makromolekülketten des Polypropylens eingehen.
- Bei Leistungskondensatoren wird vorwiegend Polypropylen als Dielektrikum zwischen die Metallbeläge eingefügt. Die Beläge können aus mit der oder den Polypropylenfolien zu einem Wickel gerollten Aluminiumfolien oder aus einer Metallbeschichtung bestehen, die auf eine oder mehrere Seiten der Polypropylenfolie aufgebracht ist. Der aus den Belägen und dem Polypropylen bestehende Wickel wird im allgemeinen mit einem Flüssigdielektrikum getränkt, allerdings ist die Erfindung auch auf Trockenkondensatoren anwendbar, bei denen der Wickel in Luft oder einem Gas mit hoher Durchschlagfestigkeit, insbesondere Schwefelhexafluorid, angeordnet ist.
- Des weiteren kann der Wickel auch in einen Feststoff, insbesondere in Fette eingesetzt werden.
- Es hat sich gezeigt, daß die genannten Kondensatoren während des Gebrauchs einer Alterung unterliegen, die sich in einer Verringerung der Durchschlagfestigkeit sowie in inneren Durchschläge äußert, die den Kondensator nach kürzer Zeit unbrauchbar machen.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für einen Kondensator mit erhöhter Alterungsbeständigkeit zu schaffen.
- Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vernetzung des Polypropylens durch die Wirkung des elektrischen Feldes und/oder die Temperatur während des Gebrauchs des Kondensators in Gang gesetzt wird, so daß die Verschlechterung der Durchschlagfestigkeit des Polypropylenfolie gemindert wird.
- Die Alterung des Kondensators ist im wesentlichen auf eine Zersetzung des Polypropylens zurückzuführen, die eine Verminderung der Durchschlagfestigkeit mit sich bringt. Durch die erfindungsgemäße Ingangsetzung der Vernetzung während des Gebrauchs des Kondensators lassen sich die Alterung sowie die damit verbundenen inneren Durchschläge erheblich reduzieren. Durch die Vernetzung des Polypropylens sollen chemische Bindungen zwischen den Makromolekülketten entstehen, um eine dreidimensionale Netzstruktur zu erzielen, die die Eigenschaften des Polypropylens verbessert. Hierzu werden in das Polypropylen polyfunktionelle Monomere, d.h. kurze organische Molekülketten mit bestimmten chemischen Gruppen eingebracht, die nach ihrer Aktivierung chemische Bindungen mit den Makromolekülketten des Polypropylens eingehen können. Der Vernetzungsprozeß erfordert darüber hinaus eine Energiezufuhr zur Ausbildung dieser neuen chemischen Bindungen, wobei diese Energie erfindungsgemäß durch das elektrische Feld und/oder die im Betrieb des Kondensators entwickelte Wärme zugeführt wird. Erfindungsgemäß werden ein nicht vernetztes Polypropylen verwendet und durch Hinzufügung polyfunktioneller Monomere günstige Bedingungen für eine Vernetzung geschaffen. Auf diese Weise wird ein vorvernetztes Polypropylen erzeugt, dessen Vernetzung anschließend während des Betriebs des Kondensators durch Energiezufuhr in Gang gesetzt wird. Die Durchschlagfestigkeit des Polypropylens wird auf diese Weise während des Betriebs des Kondensators stabilisiert, so daß dessen Lebensdauer erheblich verbessert wird.
- Als polyfunktionelle Monomere oder Binder werden Moleküle oder chemische Verbindungen mit einer oder mehreren chemischen Gruppen eingesetzt, die geeignet sind, unter Zufuhr einer Aktivierungsenergie eine chemische Bindung mit dem Polypropylen einzugehen. Das polyfunktionelle Monomer weist eine oder mehrere der nachstehend aufgeführten Eigenschaften auf:
- - es handelt sich um ein organisches Makromolekül mit niedrigem Molekulargewicht und einer Olefinstruktur mit Doppelbindungen wie z.B. Polybutadien,
- - es enthält eine Vinylgruppe wie z.B. Trimethoxysilan-Vinyl,
- - es enthält eine Akrylyl- oder Akrylat-Gruppe (Akrylsäure) wie z.B. Tetramethylolmethan-Tetraakrylat, Trimethylolpropan-Triakrylat oder 1.6-Hexaneoglykoldiakrylat,
- - es enthält eine Isozyanat- bzw. Zyanot-Gruppe oder einen Zyanur- bzw. Zyanuratring (Zyanursäure) wie z.B. Triallyl-Isozyanurat oder Triallyl-Zyanurat,
- - es enthält ein Äther mit einer Allylgruppe wie z.B. Glyzerin-α- Allyläther,
- - es enthält einen Ketonring oder ein Biketon (Chinon) wie z.B. p- Benzochinon,
- - es enthält eine Phenoxygruppe wie z.B. Phenol,
- - es enthält eine Phenylendioxygruppe wie z.B. Hydrochinon,
- - es enthält einen Epoxyring wie z.B. A-Bisphenol-Diglyzidyläther oder 3-4-Epoxyzyklohexylmethyl-3-4-Epoxyzyklohexankarboxylat.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird der Vernetzungsprozeß durch die Verwendung von Aktivierungsbeschleunigern begünstigt, bei denen es sich um Moleküle handelt, die eine leichte chemische Aktivierbarkeit und Bildung eines Radikals aufweisen, das seine Aktivierung in den Bindungsbereichen überträgt. Als Aktivierungsbeschleuniger wird vorzugsweise einer der nachstehend aufgeführten Stoffe verwendet:
- - Benzoylperoxyd,
- - Di-tert-butylperoxyd,
- - Dicumylperoxyd,
- - 1,4-Diterbutylperoxy-Diisopropylbenzol,
- - 2,5-Dimethyl-2,5-ditertbutylperoxyhexin,
- - Tert-butylperbenzoat.
- Um die Vernetzung all dieser aktivierten Stoffe herbeizuführen, ist es vorteilhaft, ein Antioxydationsmittel, insbesondere Moleküle oder chemische Verbindungen hinzuzufügen, die aufgrund ihrer Eigenschaften die Zersetzung des Polypropylens hemmen. Diese Produkte haben den weiteren Vorteil, das vernetzte Polymer zu stabilisieren und werden insbesondere aus den nachstehend aufgeführten Stoffen ausgewählt:
- - 2,6-Di-tert-butyl-4-Methylphenol
- - Methylen 3-(3',5'-Di-tert-butyl-4-Hydroxyphenyl)-Propionat
- - Hydroxybenzophenon.
- Der nach dem beschriebenen Verfahren hergestellte Kondensator enthält Vorvernetzungskomponenten, und der Vorgang der Vernetzung des Polypropylens wird während des Kondensatorbetriebs unter Einwirkung des elektrischen Felds und/oder der Temperatur in Gang gesetzt und aufrechterhalten.
- Die Vorvernetzungsmittel oder -komponenten können in unterschiedlichen Herstellungsphasen in den Kondensator eingebracht werden. Falls der Kondensator mit einem flüssigen Dielektrikum getränkt wird, werden die Vorvernetzungskomponenten vorzugsweise diesem, mit dem Polypropylen in Berührung stehenden flüssigen Dielektrikum beigemischt. Die Vorvernetzungskomponenten können auch zu jedem Zeitpunkt der Umwandlung des Polypropylens, von seiner Herstellung als Ausgangsharz bis zu seinem Einsatz als aktiver Bestandteil des Kondensators beigegeben werden. Auf diese Weise läßt sich eine Polypropylenfolie erzeugen, die sämtliche Bestandteile für die Vernetzung des Polypropylens bei seinem Einsatz in einem Kondensator enthält, und diese Polypropylenfolie kann in sämtlichen Kondensatoren angewandt werden, unabhängig davon, ob dieser mit einem Fiüssigdielektrikum getränkt ist oder nicht und eine Gas- oder eine Feststoffisolation aufweist. Darüber hinaus ist es möglich, die Vorvernetzungskomponenten während des Wickelns des Kondensators, z.B. durch Aufstreuen oder durch jedes andere Verfahren einzubringen, das diese Vorvernetzungskomponenten mit dem Polypropylen in Berührung bringt.
- Nachstehend werden zwei Ausführungsbeispiele von Kondensatoren beschrieben, deren Alterungsbeständigkeit durch das erfindungsgemäße Verfahren verbessert wurde.
- Der Leistungskondensator besteht aus einem Wickel mit mehreren Komponenten, die zwei als Metallbänder ausgebildete Beläge sowie ein zwischen die Bänder eingelegtes Dielektrikum in Form von Polypropylenfolien umfaßt. Die Wickelkomponenten sind mit einem Flüssigdielektrikum, insbesondere mit einem Gemisch aus Mono- und Dibenzyltoluol getränkt. Um die Zersetzung der Polypropylenfolien unter der Einwirkung des elektrischen Felds zu verringern, werden die Vorvernetzungskomponenten bei der Imprägnierung in den Kondensator eingebracht. Das Imprägniermittel enthält folgende Zusätze:
- - Dicumilperoxyd, d.h. Bis-(α,α-Dimethylbenzyl)-peroxyd zu 2 Gewichtsprozent,
- - Vinyltrimethoxysilan zu 4 Gewichtsprozent,
- - 2,6-Di-tert-butyl-4-Methylphenol zu 1 Gewichtsprozent.
- Der Leistungskondensator besteht aus einem Wickel mit mehreren Komponenten, die zwei entgegengesetzt gewickelte metallisierte Polypropylenfolien umfaßt. Um die Zersetzung der Polypropylenfolien unter der Einwirkung des elektrischen Felds zu verringern, werden dem Material bei der Herstellung der Polypropylenfolie gleichmäßig folgende Zusätze beigegeben:
- - Benzoylperoxyd zu 2 Gewichtsprozent,
- - 1,4-Benzochinon zu 1 Gewichtsprozent.
- Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die besonders beschriebenen Verfahren beschränkt und kann für Niederspannungs-, Mittelspannungs- und Hochspannungskondensatoren angewandt werden.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators mit einem oder
mehreren Wickeln aus zwei, durch eine oder mehrere
Polypropylenfolien gegeneinander isolierten Metallbelägen, bei dem
während der Herstellung Mittel zur Vorvernetzung des Polypropylens
eingebracht werden, die ein polyfunktionelles Monomer umfassen,
dessen Kettengruppen nach ihrer Aktivierung eine chemischen
Bindung mit den Makromolekülketten des Polypropylens eingehen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vernetzung des Polypropylens durch
die Wirkung des elektrischen Feldes und/oder die Temperatur
während des Gebrauchs des Kondensators in Gang gesetzt wird, so
daß die Verschlechterung der Durchschlagfestigkeit des
Polypropylenfolie gemindert wird.
2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß dem polyfunktionellen Monomer ein Aktivierungsbeschleuniger
beigegeben wird, der eine leichte Aktivierbarkeit und Radikalbildung
aufweist.
3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Stabilisierungsmittel zugesetzt wird, um die
Reaktion in einen Vernetzungsvorgang überzuleiten.
4. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das polyfunktionelle Monomer eine oder mehrere der nachstehend
aufgeführten Eigenschaften aufweist:
- es handelt sich um ein organisches Makromolekül mit niedrigem
Molekulargewicht und einer Olefinstruktur mit Doppelbindungen,
- es enthält eine Vinylgruppe (CH2 CH-),
- es enthält eine Akrylyl- (CH2CHCO-) oder Akrylat-Gruppe
(CH2CHCOO-),
- es enthält eine Isozyanat- (OCN-) bzw. Zyanot-Gruppe (NCO-) oder
einen Zyanur-(C3N3) bzw. Zyanuratring (C3N3O3),
- es enthält ein Äther mit einer Allylgruppe (CH2CHCH2O-),
- es enthält einen Ketonring (OC6Hx-) oder ein Biketon (O2C6Hx-),
- es enthält eine Phenoxygruppe (C6HxO-),
- es enthält eine Phenylendioxygruppe (-OC6HxO-),
- es enthält einen Epoxyring
5. Herstellungsverfahren nach irgendeinem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorvernetzungskomponenten dem Flüssigdielektrikum beigemischt werden, mit dem der Wickel
getränkt wird.
6. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorvernetzungskomponenten während der
Herstellung der Polypropylenfolie in diese eingebracht werden.
7. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorvernetzungskomponenten während des
Wickelvorgangs auf die Polypropylenfolie aufgebracht werden.
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