用于改進的電容器性能的介電流體的制作方法

專利名稱：用于改進的電容器性能的介電流體的制作方法
技術領域：
本發明總地涉及用于介電流體的組合物。更具體地，本發明涉及用于具有對失效 改進的抵抗性的電容器的介電流體的組合物。
背景技術：
電容器是可以被用于儲存電荷的電設備。電容器可以包括至少一個電容器組，所 述電容器組包括由非導電材料如聚合物膜分開的導電片。所述導電片和非導電材料可以被 軋制來形成繞組(windings)。所述繞組可以被封裝(housed)在盒里，例如金屬或塑料外 殼。所述盒保護繞組并且將所述繞組與環境電隔絕。在功率因數校正電容器中，所述繞組 通常被浸入在介電流體中。所述介電流體作為絕緣材料來阻止電容器片之間的空間中的部 分電荷擊穿。如果這些空間沒有填充合適的介電材料，在電壓力下就會發生部分放電，導致 器件失效。避免器件失效的一種傳統技術是優化電容器的設計規格，例如通過降低施加到電 容器上電壓力的設計指標，和/或優化電容器內的聚合物膜的厚度。然而，電容器設計規格 的變化可能會限制設備的功能，增加設備的尺寸，和/或增加制造設備的成本。因此，在本 領域對避免器件失效的替代技術還存在持續的需求，所述替代技術能夠克服一個或更多個 前面提到的缺陷。提供一種改進的電容器，對部分放電或電荷擊穿具有增加的抵抗性而不 改變設計規格和/或增加設備尺寸，這將是合乎期望的。因此，本發明的目的是提供對部分放電或電荷擊穿具有改進的抵抗性的介電流 體。前面的論述被提出僅僅是為了對本領域所面對的問題的實質提供更好的理解，而 不應以任何方式被解釋為對于本發明的在先技術的承認。

發明內容
一種對電容器中器件失效提供改進的抵抗性的介電流體包括某些蒽醌類化合物 與清除劑的組合。特別地，本發明的介電流體能降低在升高的環境溫度器件失效的可能性， 而不犧牲在其他溫度范圍的性能。與不以所述組合制造的電容器相比較，包括所述介電流 體的電容器能具有更高的起暈電壓，并能具有增加的失效閾電壓。因此，這些電容器更能抵 抗某些失效。在本發明的一個示例性方面，所述介電流體可以包括β -甲基蒽醌和環氧化物。 所述介電流體可以包括(i)重量百分數從約0. 1到約3、優選地從約0. 3到約0. 8、更優選 地從約0. 3到約0. 6，以及最優選地從約0. 35到約0. 5的β -甲基蒽醌；以及(ii)重量百 分數從約0. 1到約1、優選地從約0. 5到約0. 9、以及更優選地為約0. 6的環氧化物。
在本發明的另一個示例性方面，環氧化物的量與β -甲基蒽醌的量的比率可以在 約1到約10，典型地從約1. 0到約3. 0，優選地從約1. 2到約2. 8，以及更優選地從約1. 8到 約2. 5。可替換地，環氧化物的量與β -甲基蒽醌的量的比率可以在約1.5到約1.7。通過參考以下示例性實施方案的詳細說明，結合參考附圖閱讀，本發明的這些以 及其他的方面、目的和特征將被更好的理解。


圖1是依據示例性實施方案的電容器的透視圖。圖2是圖1所示的依據示例性實施方案的電容器的電容器組的透視圖。圖3圖示說明額定AC電壓的百分數，在該電壓，針對填充以包括β-甲基蒽醌 (“BMAQ”)的介電流體的微型電容器和填充以不含BMAQ的對照介電流體的微型電容器，介 電失效在室溫和提高的溫度發生。圖4圖示說明微型電容器的分鐘數，所述微型電容器填充以包括BMAQ的介電流體 或不含BMAQ的對照介電流體，在_40°C耐受130%所述額定電壓的DC電壓。圖5圖示說明不同設計的微型電容器的平均DC擊穿電壓，以千伏計，所述微型電 容器填充以包括BMAQ的介電流體或不含BMAQ的對照介電流體，并且在高溫老化和運行。圖6圖示說明不同設計的微型電容器的AC和DC擊穿電壓，以千伏計，所述微型電 壓器填充以包括BMAQ的介電流體或不含BMAQ的對照介電流體，并且在高溫老化和運行。圖7圖示說明微型電容器的DC擊穿電壓，以千伏計，所述微型電容器填充以包括 BMAQ的介電流體或不含BMAQ的對照介電流體，在不同條件下老化，并且在室溫或75°C運 行。具體實施方案的詳細描述在本發明的示例性實施方案的以下說明中，應理解的是其中用到的術語在本領域 中有其通常和習慣含義，除非另有說明。本文提到的所有重量百分比是以術語介電流體總 組成的“重量％ ”給出，除 另有說明。本發明是建立在此發現基礎上的加于介電流體的包括蒽醌化合物和某些蒽醌化 合物與清除劑的組合的添加劑能改進介電流體的介電性能，特別是在升高的環境溫度。這 些升高的環境溫度可以包括室溫以上的任何溫度。例如，升高的環境溫度可能為40°C或 40°C以上、55°C或55°C以上、60°C或60°C以上、65°C或65°C以上，或者75°C或75°C以上。具 體地，這些添加劑提供對部分放電或介電DC擊穿的抵抗性的改進。對部分放電或電荷擊穿 的抵抗性可以在起暈電壓(DIV)或DC電壓耐受能力的基礎上被量化。此外，已經觀察到這 些添加劑的加入并沒有顯著地犧牲所述介電流體在其他溫度范圍的性能。一種添加劑是蒽醌化合物。所述蒽醌化合物可以包括，例如β-甲基蒽醌 (CAS#84-54-8)或β -氯蒽醌(CAS#131_09_9)。在示例性實施方案中，介電流體包括β -甲 基蒽醌(“BMAQ”)，具有如分子式I所示的結構， BMAQ作為純度從約95 %到99 %以上的粉末是從一些商業供應商，包括Sigma Aldrich和AlfaAesar/Avacado商業上可獲得的。介電流體可以包括重量百分數從約0. 1 到約3、優選地從約0. 3到約0. 8、更優選地從約0. 3到約0. 6，以及最優選地從約0. 35到約 0. 5的BMAQ。可替換地，介電流體可以包括重量百分數從約0. 4到約0. 8，優選地從約0. 4 到約0.6的BMAQ。例如，BMAQ可以以約0.5重量百分數存在于介電流體中。在另一個示例 性實施方案，BMAQ可以以約0. 4重量百分數出現在介電流體中。另一種添加劑為清除劑。所述清除劑可以中和運行期間電容器內釋放的或產生的 分解產物。所述清除劑也可以改進電容器的使用壽命。所述清除劑可以包括環氧化合物， 優選地，雙環氧化物通常具有以下結構(分子式II)， 合適的環氧化合物的實施例包括1，2-環氧-3-苯氧丙烷、雙(3，4-環氧環己基甲 基)己二酸酯、3，4_環氧環己基甲基_(3，4_環氧)環己烷基羧酸酯、雙(3，4_環氧-6-甲 基環己基甲基)己二酸酯、3，4-環氧-6-甲基環己基甲基-4-環氧-6-甲基環己烷基羧酸 酯、雙酚A的二縮水甘油醚，或類似的化合物。在一個示例性實施方案中，清除劑為環脂族 環氧樹脂，包括，例如雙(3，4_環氧環己基)己二酸酯，命名為ERL-4299被商業銷售(Dow Chemical Co.) ；3，4_環氧環己基甲基3，4_環氧環己烷基羧酸酯，命名為ERL-4221被商業 銷售(Dow ChemicalCo.)，以及(3' ,4'-環氧環己烷基)甲基，3，4-環氧環己基羧酸酯 (CAS#2386-87-0)，命名為 Celloxide 2021P 被商業銷售(Daicel Chemical Industries, Ltd.)。依照本發明的另一個示例性實施方案，提供包括BMAQ和環氧化物作為添加劑的 介電流體以改進對部分放電或DC擊穿的抵抗性，特別是在升高的環境溫度。所述添加劑可 以被包括在任何合適的介電流體中。優選地，所述介電流體包括至少一種芳烴，比如芐基甲 苯、1，1-二苯基乙烷、1，2_ 二苯基乙烷、二苯基甲烷、1，苯基-1-(3，4 二甲苯基乙烷)、聚芐 基化甲苯等等。所述介電流體可以具有低的粘度和低的蒸汽壓。在一個實施方案中，添加劑可以被添加到包括芐基甲苯、二苯基乙烷和二苯基甲 烷的介電流體中。所述芐基甲苯可以包括鄰位單芐基甲苯、間位單芐基甲苯、對位單芐基甲 苯或其組合。所述芐基甲苯將典型地構成約15到約65%的介電流體。在一個實施方案中， 芐基甲苯可以構成約15到約40%的介電流體。在另一個實施方案中，芐基甲苯可以構成從 約52到約65%的介電流體。特別地，所述芐基甲苯可以構成60. 9%的介電流體。可替換 地，所述芐基甲苯可以構成從約36到約50%以及具體地可以構成45%的介電流體。所述二苯基乙烷可以包括1，1_ 二苯基乙烷和1，2_ 二苯基乙烷。典型地，介電流體將包括約33到約85%的二苯基乙烷。在一個實施方案中，介電流體可以包括約50到約 60%的二苯基乙烷。在該實施方案中，介電流體可以具體地包括53. 的二苯基乙烷。此 外，介電流體可以包括小于約5重量百分數的1，2_ 二苯基乙烷，優選地從約0. 1到約5重 量百分數的1，2-二苯基乙烷，更優選地從約0. 1到約3重量百分數的1，2-二苯基乙烷，以 及最優選地從約0. 1到約0.5重量百分數的1，2-二苯基乙烷。在另一個實施方案中，介電 流體可以包括約60到約85%的二苯基乙烷。特別地，介電流體可以包括約60到約80%的 1，1-二苯基乙烷和約0. 1到約5%的1，2-二苯基乙烷。在可替換的實施方案中，介電流體 可以包括約33到約44%的1，1_ 二苯基乙烷和約0. 1到約2%的1，2-二苯基乙烷。在一 個特定的實施方案中，介電流體可以包括35. 4%的1，1_ 二苯基乙烷和1.2%的1，2_ 二苯 基乙焼。所述二苯基甲烷典型地將構成從約0. 1到約5%的介電流體。更典型地，所述二苯 基甲烷可以構成從約0. 1到約4%的介電流體。在一個示例性實施方案中，所述二苯基甲烷 可以構成從約0. 1到約2%的介電流體。在特定的示例性實施方案中，所述二苯基甲烷可以 構成1.2%的介電流體。可替換地，介電流體可以包括0.8%的二苯基甲烷。根據本發明的示例性實施方案，添加劑可以被添加到常規的介電流體中。示例 性的合適的常規介電流體是從Nisseki Chemical Texas, Inc.可商業獲得的，命名為 SAS-40、SAS-60、SAS-60E,以及SAS-70、SAS-70E。另外，其他示例性的合適的常規介電流 體是從Cooper Industries, Inc.可商業獲得的商標命名為“Edisol ST”、“Edisol XT”和 "Envirotemp，，，以及從 Arkema Canada Inc.可商業獲得的JARYLEC C-100。根據本發明的示例性實施方案，介電流體可以被用來填充任何類型的介電設備， 例如電容器和變壓器。優選地，本發明的介電流體可以被用在介電電容器中。更優選地，本 發明的介電流體可以被用在交流(AC)電容器中。介電電容器可以具有任何合適的設計特 點。在下面提供的實施例中，所述電容器包括2個或3個介電層，每個介電層具有1. 2密耳 (mil)的總厚度。然而，本領域技術人員了解，本發明的介電流體可以被用來填充任何合適 的設計的電容器，而不限于本文提供的示例性的電容器設計特點。所述電容器適合在升高 的環境溫度運行，這也是優選的。參照圖1，電容器10的示例性實施方案包括盒11，所述盒 11裝有(enclose)電容器組14。填充管12可以被放置在盒11的頂部，這允許電容器的內 部區在減小的壓力下被干燥，并且允許介電流體22被添加到所述電容器中。參照圖2，電容器組14的示例性實施方案包括被介電層17隔開的金屬箔 (foil) 15、16的2個卷繞層(wound layer)。所述介電層17可以由一層或更多個層構成。 所述箔15、16相對于介電層17以及相對于彼此是偏置的，從而箔15向介電層17的上方延 伸至組頂部18，并且箔16向介電層17的下方延伸至組底部19。參照圖1，電容器組14通過壓接件(crimp) 20可以被連接在一起，以保持一個組的 箔15、16的延伸的部分與相鄰組的延伸的箔的緊密接觸。箔15、16的延伸的部分可以與相 鄰組絕緣以提供電容器10中組14的串聯設置。在介電流體22已經通過管12被添加到電 容器10中以后，所述電容器的內部區可以被密封，例如，通過使管12皺縮(crimping)。通 過引線(沒有顯示)被電連接到接近末端組的壓接件的兩個接線柱(terminals) 13可以穿 過盒11的頂部伸出。至少一個接線柱可以與盒11絕緣。接線柱13可以被連接到電系統。參照圖2，箔15、16可以由任何期望的導電材料形成，例如，舉例來說，鋁、銅、鉻、金、鉬、鎳、鉬、銀、不銹鋼或鈦。介電層17可以由聚合物膜或牛皮紙構成。聚合物膜可以 由，例如，聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚苯乙 烯、聚苯硫醚、聚四氟乙烯，或類似的聚合物來制成。箔15、16的介電層17的表面可以具有 充分的表面不平度或變形，以允許介電流體滲透卷繞的組并且注入箔和介電層之間的空間 中。電容器在減小的壓力下被干燥后，介電流體22可以被添加到電容器中。具體地， 包含電容器組14的電容器盒11可以充分干燥一段時間以從電容器10的內部除去水蒸氣 和其他氣體。通常采用小于500微米(micron)的壓力，一些實施方式中使用低于100微米 的壓力。雖然干燥期的時間取決于減小的壓力的量級，可以使用比40小時長的干燥期。干 燥可以發生在比室溫高的溫度下，并且一般在小于100°C的溫度下進行。介電流體22在被引入電容器10之前也可以被脫氣。流體22可以經受減小的壓力 處理，例如，在小于200微米或小于100微米的壓力。流體22可以被攪動，例如通過環流、 攪拌或混合，以促進脫氣過程。脫氣時間取決于流體22的粘度、減小的壓力的量級以及采 用的攪動類型。通常，流體22可以在低于60°C的溫度(例如室溫)被脫氣。以通過管12將流體22添加到電容器10中的方式，脫氣的介電流體22可以被引 入到真空電容器盒11中。填充后，減小的壓力可以被施加到電容器10的內部，以使流體 22浸透到組14中。可以使用12小時或更久的浸透時間。正壓力(例如，范圍為約0. 1到 5. Opsig)然后可以在約6小時期間或更久被施加到電容器10的內部，以促進流體22對組 14的浸漬。盒11然后可以被密封，例如，同時維持一些正壓力。可以預期到，本文所描述的添加劑可以通過任何合適的方法被并入介電流體中。 在一個實施方案中，添加劑以濃縮物的形式被添加到介電流體原料中。隨后，濃縮物可以被 重建(reconstitute)到合適的濃度以在電容器中使用。在另一實施方案中，制備每個添加 劑的濃縮物，并且所述添加劑的濃縮物被單獨地添加到介電流體中，并且被稀釋到合適的 濃度。為了介電流體的工業規模的制造、更魯棒的制造工藝，和/或更方便的制備，這些實 施方案允許添加劑的均勻分布。作為可選擇的步驟，具有本創新的添加劑的介電流體可以 被過濾以除去任何殘余的顆粒。可選擇地，在將介電流體引入電容器之前，可以分析和驗證包括在重建的介電流 體內的添加劑的量。例如，可以使用色譜分析重建的介電流體的樣品，以確定包括在其中的 添加劑的濃度。如果分析結果與添加劑的期望濃度吻合良好，然后介電流體可以被添加到 電容器中。否則，介電流體可以進一步被混合和/或被改進，直至獲得添加劑的期望濃度。已經觀察到，當蒽醌化合物和清除劑以某些組合在介電流體中一起混合時形成沉 淀。例如，已經觀察到，當包括2%以上的商業供給的BMAQ(Alfa Aesar，純度為97% )的 溶液被引進到包含環氧化物ERL-4299(Dow Chemical Co.)的介電流體中時，在商用介電流 體SAS-40 (Nisseki Chemical Texas, Inc.)中形成固體殘留物。然而，可以預期到，通過使 用具有高純度水平的商業來源的BMAQ和/或在將BMAQ濃縮物引入到包括環氧化物的介電 流體中之前，從BMAQ濃縮物過濾不溶的污染物，可以補救該問題。可替換地，可以預期到， 在將BMAQ濃縮物引入到包括環氧化物的介電流體中之前，通過所述BMAQ濃縮物的粘土處 理，也可以補救該問題。粘土處理是用來從介電流體除去極性污染物的不可逆的吸收過程， 所述極性污染物促成介電擊穿。粘土處理可以改進BMAQ濃縮物的介電性能。蒽醌化合物(例如BMAQ)和/或清除劑(例如環氧化物ERL-4299)在所述一種或多種濃縮物中的合適 的量可以是在不會促進沉淀物的形成的水平。蒽醌化合物(例如BMAQ)和清除劑(例如環氧化物ERL-4299)在介電流體中的 合適的量可以是在不會促進沉淀物的形成的水平。例如，介電流體可以包括約0. 到約 3%的BMAQ，以及約0. 到約的ERL-4299。在一個示例性實施方案中，介電流體可 以包括約0. 4%到約0. 8%的BMAQ，以及約0. 5%到約0. 9%的ERL-4299。在另一個示例 性實施方案中，介電流體可以包括約0. 4%到約0. 6%的BMAQ，以及約0. 5%到約0. 9%的 ERL-4299。在特定的示例性實施方案中，介電流體可以包括約0. 5%的BMAQ，以及約0. 6% 的 ERL-4299。清除劑(例如環氧化物ERL-4299)和蒽醌化合物(例如BMAQ)在介電流體中的合 適的量可以是在一不會促進沉淀物的形成的比率。例如，介電流體可以包括比率為約2到 約10的ERL-4299和BMAQ。在一個示例性實施方案中，介電流體可以包括比率為約1. 0到 約3. 0的BMAQ和ERL-4299。在另一個示例性實施方案中，介電流體可以包括比率為約1. 2 到約2. 8的ERL-4299和BMAQ。在特定的示例性實施方案中，介電流體可以包括比率為約 1. 8到約2. 5的ERL-4299和BMAQ。可替換地，介電流體可以包括比率為約1. 5到約1. 7的 ERL-4299 和 BMAQ。在介電流體中的蒽醌和清除劑的組合可以提供對器件失效的改進的抵抗性，尤其 是當設備在升高的環境溫度運行時，所述升高的環境溫度典型地在55°C以上，以及更典型 地在75°C或約75°C。這種改進可以表現為介電流體的各種特點的附加或協同改進。例如， 所述組合可以提供對部分放電或DC擊穿的改進的抵抗性。對部分放電或電荷擊穿的抵抗 性可以在起暈電壓(DIV)或DC電壓耐受能力的基礎上被量化。當在液體介電體系中部分放電由于電壓被增加而發生時，起暈電壓(DIV)估測閾 電壓。DIV是AC電容器的主要的設計限制參數(limiting design parameter)，因為電容 器在高于或等于DIV的電壓運行時會快速導致設備的失效。典型地，AC電容器被設計為具 有應用于電容器的正常運行電壓，所述電容器被選擇從而在選擇的溫度(例如室溫或升高 的環境溫度)，電容器的DIV是工作電壓的至少180%。在期望的運行條件下，該設計限制 防止電容器被過分地暴露于破壞性放電。因此，介電流體的DIV的增加可以增加設備的可 靠性(換句話說，降低瞬態過電壓造成設備失效或損害的可能性)和/或可以為電容器提 供對更大量的電應力的改進的抵抗能力。可替換地或額外地，介電體系的DIV的增加可以 允許在構建電容器中，材料的更有效的使用，轉而可以導致更小的單元尺寸和/或更低的 成本。在某些情況下，這種更低的成本可以等于或超越由于新材料的附加成本。包括按照本文所描述的示例性實施方案的介電流體的介電體系，在室溫或升高的 環境溫度的典型使用期間在遇到電應力時，被預期為向介電體系提供對部分放電的改進的 抵抗性。在選擇的溫度，典型的電應力可以通過電容器的運行電壓被量化。DC電壓耐受能力量化在DC應用下的電容器可以抵抗的電應力的量。放電導致絕 緣體系的介電性能的惡化，并且潛在地導致設備的失效。因此，在室溫或升高的環境溫度， 向在典型使用期間遇到電應力的介電流體賦予改進的電荷擊穿抵抗性是合乎期望的。根據 本文所描述的示例性實施方案的介電流體可以提供這樣的改進。實施例微型電容器AC到DC切換測試蒽醌和清除劑的組合來提高對器件失效的抵抗性的能力通過制備具有包括所述 組合的介電流體的微型電容器來研究。示例性的微型電容器至少具有下述特點1.2密耳 的墊厚、2200V的額定電壓、15英寸的有效區，以及14-15nF的電容。在實驗室中，通過按照 表1向商用介電流體，SAS-40，添加BMAQ和ERL-4299(Dow Chemical Co.)，小批量地制備 了比較組合物(實施例1到4)中的每一個，而在對照A樣品中添加了 ERL-4299，但是沒有 添加BMAQ。表 1. 具有1. 2密耳墊厚的兩(2)個介電層的微型電容器和具有1. 2墊厚的三(3)個介 電層的微型電容器，如下被填充。盒被放置在室溫及大氣條件下的真空室中。真空以在25 和30微米汞柱之間的水平被施加到所述室四(4)天。此后，表1中的介電流體被引入到真 空室中來制備微型電容器。通過以介電流體填充或浸漬所述盒來制備微型電容器。在填充 或浸漬過程期間，所述室中的真空水平不超過50微米。構建了具有變化的電容器組設計的微型電容器。為了模擬重復使用，微型電容器 在75°C的升高的環境溫度老化1000小時。在75°C的升高的環境溫度，對五(5)個微型電容 器針對每種介電流體和電容器設計進行了測試，所述測試使用部分放電探測器來確定DIV， 部分放電發生的電壓，以及熄弧電壓(DEV)，在此電壓不再觀察到部分。通常，部分放電探測 器提供漸增的電壓直至DIV被探測到。最初，電壓可以以lkV/s的速率增加，當總體電壓接 近預期的DIV時，可以降低速率到lOOV/s。隨后，漸減的電壓可以被施加到微型電容器上直 至不再探測到部分放電。結果顯示具有被包括BMAQ的介電流體填充的兩(2)個介電層和三(3)個介電層 的微型電容器在損耗因子上沒有展示出顯著的變化。所述結果在下面的表2中被提供。表 2. 為了模擬典型的運行失效條件，在75°C老化1000小時后，針對對照A以及實施例 1和2的每一個的十(10)個微型電容器，以及針對實施例3和4的每一個的九(9)個微型 電容器被維持在75 °C的環境溫度，并且經受提高的AC電壓，并且然后被暴露于DC電壓。具 體地，微型電容器經受五(5)分鐘的4750V rms的AC電壓，并且然后暴露于另一個五(5) 分鐘的6698V的DC電荷。選擇這些特定的電壓是因為在這些條件下，填充以對照A介電流 體的微型電容器展示出高的失效率。結果表明，包括BMAQ的實施例1到4的介電流體，與對照A(不含BMAQ)相比，在升 高的溫度提供對器件失效的更好的抵抗性。在這些組合物中，與對照A相比時，包括0. 4% 的BMAQ和0. 8%的ERL-4299的實施例4提供對器件失效的最顯著的改進。所述結果在下 面的表3中被提供。表3. 步進應力測試研究了使用示例性微型電容器，包括蒽醌和清除劑的組合的介電流體在各種溫度 下耐受電應力的能力。使用上面描述的針對AC到DC切換測試的方法，構建了包括具有兩 (2)個介電層的電容器組的微型電容器和包括具有三(3)個介電層的電容器組的微型電容 器。這些微型電容器以在實驗室中小批量制備的介電流體填充，并且具有根據表5的包括 BMAQ和ERL-4299的對比組合物，實施例5和6。對照(對照A)保持與上面相同。在表5 中，組合物中使用的所有材料與先前所描述的相同。表 5.
針對對照A、實施例5和實施例6中的每一個，構建了包括具有1. 2密耳墊厚的兩 (2)個介電層的電容器組的三(3)個微型電容器。此外，針對實施例5，構建了具有1.2密 耳墊厚的三(3)個介電層的三(3)個微型電容器。這些微型電容器在室溫被平衡并且未通 電過夜。測試中，環境溫度始終被維持在室溫。微型電容器在130%的額定電壓通電并且 運行30分鐘。針對這個特定的實施例，微型電容器的額定電壓是2. 64kV，并且初始步是在 3.43kV。然后微型電容器在至少4小時期間斷電。在斷電之后，微型電容器重新通電，并且 在增加10% (例如，增加264V)，即140%的額定電壓，運行30分鐘。微型電容器被斷電過 夜。該斷電/重新通電循環以10%的增量被重復(即在150%、160%、170%、180%、190% 和200 %的額定電壓)，直至介電失效發生。結果表明添加BMAQ到介電流體中不會顯著影響室溫老化的微型電容器對器件失 效的抵抗性。關于室溫步進應力數據，具有2個介電層并且1. 2密耳墊厚的對照A微型電容 器在170到180%的額定電壓范圍內顯示失效。特別地，67%的對照A微型電容器在170% 的額定電壓失效。具有相同特征但是填充以實施例5和6的介電流體的微型電容器與對照 A微型電容器相似的范圍內顯示失效，特別是在180%的額定電壓。然而，已經觀察到，BMAQ 可以為在室溫老化的微型電容器提供對器件失效的抵抗性的微小的改進。顯著地，所有具 有2個介電層并且1. 2密耳墊厚并填充以實施例5或者6的微型電容器在180%的額定電 壓失效，證明一致地較高的抵抗性。相比之下，針對對照A介電流體的微型電容器，只有測 試的對照A微型電容器的33%顯示180%的額定電壓的失效水平。針對室溫的步進應力測 試的結果在下面的表6中被示出。表6. 使用上面描述的針對AC到DC切換測試的方法，制備了具有1. 2密耳墊厚，并且填 充以對照A介電流體或包括BMAQ的介電流體的微型電容器。在室溫針對每一種介電流體 和電容器設計對三(3)個微型電容器進行測試。這些微型電容器在室溫被老化過夜。在室 溫對這些微型電容器進行測試，以確定DIV和熄弧電壓(DEV)。結果顯示，添加BMAQ到介電 流體中不會導致在室溫的任何有害性能。該結果在下面的表7中被示出，以千伏(kV)計。表 7.
針對對照A、實施例5和實施例6中的每一個，構建了包括具有兩(2)個介電層的 電容器組的三(3)個微型電容器。此外，針對對照A、實施例5和實施例6中的每一個，構建 了包括具有三(3)個介電層的電容器組的微型電容器。使用這些微型電容器進行了第二步 進應力測試。這些電容器在75°C的升高的環境溫度被平衡并且未通電過夜。在第二步進應 力測試中，環境溫度始終被維持在55°C。使用上面描述的方法，微型電容器通電和斷電直至 失效發生。結果證明，添加BMAQ到介電流體中為在高溫(即75°C )老化、在55°C的升高的 溫度運行的微型電容器提供了對器件失效的抵抗性的改進。關于55°C步進應力數據，具有 1.2密耳墊厚的對照A微型電容器在180到190%的額定電壓范圍內顯示失效。特別地， 67 %的對照A微型電容器在180 %的額定電壓失效，而33 %的對照A微型電容器在190 %的 額定電壓失效。具有以實施例5和6的介電流體填充的微型電容器在190%到200%的額 定電壓范圍內顯示失效。具體地，91%的微型電容器在190%的額定電壓或更高的電壓失 效。顯著地，包括提供的0. 8%的BMAQ和0. 8%的ERL-4299并且具有3個介電層的實施例 6展示針對所有測試的該微型電容器樣品的200%的額定電壓的失效水平。針對升高的溫 度步進應力測試的結果在下面的表8中被示出。表8. 圖3圖解說明針對室溫步進應力測試和升高的溫度步進應力測試兩者發生介電 失效的額定電壓的百分數。針對室溫步進應力測試發生介電失效的額定電壓的百分數在所 述圖的左側被圖解說明，而針對升高的溫度步進應力測試發生介電失效的額定電壓的百分 數在所述圖的右側被圖解說明。可以看出，填充以實施例5和6(即分別包括0. 4和0. 8% BMAQ)的介電流體的微型電容器與填充以對照A介電流體(包括ERL-4299，但是不包括 BMAQ)的微型電容器相比，展示了在室溫和在55°C的升高的環境溫度對失效的改進的抵抗 性。使用上面描述的針對AC到DC切換測試的方法，制備了填充以對照A介電流體和包括BMAQ的介電流體的微型電容器。這些微型電容器在75°C的升高的環境溫度老化1000 小時。使用部分放電探測器在55°C對這些微型電容器進行測試，以確定DIV和DEV。結果顯示，在55°C的環境溫度，取決于添加的BMAQ的量，填充以包括BMAQ的介電 流體的微型電容器展示有4%到7. 3%的DIV改進。該結果也提供，在55°C的環境溫度，取 決于添加的BMAQ的量，填充以包括BMAQ的介電流體的微型電容器的顯示3.0%到9. 1 %的 DEV改進。使用上面描述的針對AC到DC切換測試的方法，針對對照A和實施例6中的每一 個，構建了包括具有三(3)個介電層的電容器組的三(3)個微型電容器。使用這些微型電 容器，進行了第三步進應力測試。這些微型電容器在室溫被平衡并且未通電過夜。在第三 步進應力測試中，環境溫度始終被維持在-40°C。微型電容器被通電，并且在130%的額定 電壓運行直至介電失效發生。針對這個特定的實施例，微型電容器的額定電壓是2. 64kV，并 且初始步是3. 43kV。結果展示，在-40 V，填充以包含或不含BMAQ的介電流體的微型電容器全部在 130%的額定電壓失效。然而，添加BMAQ到介電流體中大大地改進了微型電容器可以耐受 電應力的時間的量。特別地，在-40°C，填充以包括BMAQ的介電流體的微型電容器，比填充 以對照A介電流體的微型電容器能夠顯著更久地耐受電應力(即130%額定電壓)。總之， 結果展示，在-40°C的環境溫度，添加0. 8%的BMAQ到介電流體中大大地改進了微型電容器 對器件失效的抵抗性。針對-40°C步進應力測試的結果以時間范圍被記錄，并且在下面的 表9中被示出。總之，填充以實施例6的介電流體的微型電容器比填充以對照A介電流體 的微型電容器顯著更久地耐受130%的額定電壓的電應力。表 9. 表9的結果在圖4中也被提供。填充以對照A介電流體的微型電容器的耐受時間 的量在所述圖的左側被圖解說明，而填充以包括0. 8%的BMAQ的介電流體的微型電容器的 承受時間的量在所述圖的右側被圖解說明。DC擊穿測試使用上面描述的針對AC到DC切換測試的方法，針對對照A以及實施例1、2、5和 6中的每一個，構建了包括具有1.2密耳墊厚的兩(2)個介電層的電容器組的十(10)個微 型電容器。此外，針對對照A以及實施例1、2、5和6中的每一個，構建了包括具有1. 2密耳 墊厚的三(3)個介電層的電容器組的三(3)個微型電容器。為了模擬高溫的重復使用，微 型電容器在75°C的升高的環境溫度被老化1000小時。在DC擊穿測試中，環境溫度始終被 維持在75°C。微型電容器在漸增的DC電壓通電，直至介電失效發生。雖然可以看到寬范圍的偏差，盡管如此，結果表明，添加BMAQ到介電流體中為在 高溫(即，75°C)老化的在相同的升高的溫度(S卩，75°C)運行的微型電容器提供了對DC擊穿的改進的抵抗性。同樣觀察到，具有不同量的BMAQ的介電流體展示了相似的改進水平。 針對該DC擊穿測試結果在下面的表10中被示出。表 10. 圖5以箱形圖提供該DC擊穿測試的結果。本領域技術人員應當理解，箱形圖概括 關于形狀、離散度和一組數據的中心的信息，并且也可以識別一組數據中可能是離群值的 數據點。每個豎條的上邊緣代表第一四分位數(Ql)，而每個豎條的下邊緣代表該組數據的 第三四分位數(Q3)。豎條代表四分位差(IQR)或該組數據的中間50%。穿過(through)箱 所畫的線代表數據的中值。從每個豎條的上邊緣伸出的線向外延伸至數據組的最高值(異 常值除外)。相似地，從每個豎條的下邊緣伸出的線向外延伸至數據組的最低值。極值或離 群值以星號表示。這些值被識別為離群值是因為這些值比Q3大1. 5倍以上的IQR，或比Ql 小1. 5倍以上的IQR。如果數據基本對稱，中值線將大致在IQR箱的中部，并且須(whisker) 的長度將是相似的。如果數據偏斜(skewed)，中值將不會落在IQR箱的中部，并且一個須 (whisker)將可能顯著地比另一個長。本領域技術人員應當理解，當評價介電擊穿時，會觀 察到典型的寬范圍的偏差。然而，數據的顯著性歸因于數據組的分布。可以看出，與對照A 相比，包括BMAQ的介電流體的數據展示針對總體群數的DC擊穿的增加。通過以500V/SeC的速率增加施加的DC電壓直至觀察到介電失效為止，進行了第 二 DC擊穿測試。使用上面描述的針對AC到DC切換測試的方法，構建了微型電容器。根據 表11的具有1密耳墊厚的十(10)個微型電容器填充以對照A的介電流體和對比組合物 (實施例5和7，包括BMAQ和ERL-4299)中的每一種。實施例5A包括與實施例5相同量的 BMAQ和ERL-4299。然而，實施例5A是使用工業生產設備大批量地制備的，而實施例5是在 實驗室中小批量地制備的。表 11. 雖然針對每個類型的微型電容器的多個樣品產生的數據之間有一些偏差，使用統 計學t-test評估了結果，所述統計學t-test衡量數據的兩個群數之間的差異的統計學顯 著性，并且以高置信度展示了添加0.4% BMAQ到介電流體中改進了對DC擊穿的抵抗性。第 二 DC擊穿測試的結果以針對每種類型的微型電容器的15個樣品的平均值和標準偏差在下 面的表12中被呈現。表 12. AC和DC擊穿測試使用上面描述的針對AC到DC切換測試的方法，構建了微型電容器。根據表13，通 過添加BMAQ和ERL-4299(Dow Chemical Co.)到SAS-40，商用介電流體，在實驗室小批量制 備了對比組合物，實施例8到12中的每一個，而對照B中添加了 ERL-4299，但是沒有添加 BMAQ0具有1密耳墊厚的微型電容器填充以對照B或實施例8到12中的每一個。表13. 為了模擬高溫的重復使用，微型電容器在75°C的升高的環境溫度被老化4376小 時。在AC和DC擊穿測試中，環境溫度始終被維持在75 °C。針對對照B和實施例8到12中的每一個的微型電容器中的一些在漸增的DC電壓通電，直至介電失效發生為止，而針對對 照B和實施例8到12中的每一個的其他的微型電容器在漸增的AC電壓被通電，直至介電 失效發生為止。結果展示，添加BMAQ到介電流體中為在高溫(S卩，75°C )老化的、在相同的升高的 溫度(即，75°C )運行的微型電容器提供了對DC擊穿的抵抗性的顯著的改進。使用針對每 種組合物的三(3)個微型電容器，一式三份地進行了測試，并且這些針對AC和DC擊穿測試 的結果在圖6中被示出，具體的值在表14中提供。該結果以針對每種組合物的3個數據點 (以kV計)的平均值連同標準偏差一起被提供。表 14. DC擊穿測試使用與上面描述的針對AC到DC切換測試的方法相似的方法，構建了具有0. 8 密耳和1.2密耳的墊厚的微型電容器。制備了對比介電流體組合物(i)具有0.8%的 ERL-4299 的 SAS-40 (對照 A)，(ii)具有等分混合(equal blend)的 0. 8% 的 ERL-4299 和 單芐基甲苯的SAS-40，以及(iii)具有0.8%的ERL-4299和0.5%的BMAQ的SAS-40(實施 例12)。針對介電流體中的每一個，制備了兩種類型的微型電容器。在室溫和75°C的升高的環境溫度進行了另一個DC擊穿測試。為了模擬使用的各 種溫度范圍，一組微型電容器在75°C的升高的環境溫度被老化1000小時，第二組微型電容 器在室溫被老化1000小時，以及第三組微型電容器以在室溫和75°C兩者之間循環的溫度 被老化，每個條件保持一周達100小時的全部持續時間。然后，每組微型電容器被分成兩個 子組。貫穿整個DC擊穿測試，一個子組的微型電容器的環境溫度被維持在室溫，而另一個 子組的微型電容器的環境溫度被維持在75°C的升高的環境溫度。微型電容器在漸增的DC 電壓通電，直至介電失效發生。針對每種組合物和條件，使用三(3)個微型電容器，一式三 份地進行了測試，并且針對這些DC擊穿測試的結果，以在表15中提供的具有1. 2密耳的墊 厚的微型電容器的具體的值(以kV計)，在圖7中被示出。該結果作為針對每種組合物和 條件組合的三個數據點的平均值連同標準偏差一起被提供。表15.
17 AC斷電建模為了模擬重復使用和在升高的環境溫度電容器上的應力，在約65°C的環境溫 度，電容器受到交替的AC和DC應力。構建了填充以包括具有0. 6%的ERL-4299、但不含 BMAQ的SAS-40的對照B介電流體的十(10)個微型電容器，以及填充以包括具有0. 6%的 ERL-4299和0.4% ^ BMAQ的SAS-40的本發明的示例性介電流體(實施例13)的十(10) 個微型電容器，每一個具有1. 2密耳墊厚，用以評價該示例性實施方案的電容器的AC斷電 (AC de-energization) 0此外，還構建了填充以對照B介電流體的十(10)個微型電容器， 以及填充以實施例13的十(10)個微型電容器，每一個具有0.8密耳墊厚。這些微型電容器被放置在具有60°C的升高的環境溫度的室中來進行這個測試。這 些微型電容器在2. 7kV/密耳的AC電壓通電并且運行10分鐘。然后，微型電容器斷電。繼 斷電之后，在1. 95倍的電容器額定DC電壓的DC電壓，這些微型電容器重新通電并且運行 10分鐘。電容器額定DC電壓一般從電容器單元的均方根(RMS)電壓獲得。然后，微型電容 器斷電，然后，在2. 7kV/密耳的AC電壓，微型電容器通電并且運行10。交替的AC和DC應 力斷電/重新通電的循環在24小時中以每10分鐘重復。如果沒有發生介電失效，DC電壓 被增加到電容器額定DC電壓的2. 1倍，然后，維持AC應力在2. 7kV/密耳，AC和DC應力斷 電/重新通電的循環在另一個24小時中重復。AC和DC應力斷電/重新通電的循環以0. 15 倍額定電壓的增量在每個24小時中重復，直至所有的微型電容器已經失效。針對每個失效 的微型電容器，進行以預設的DIV值比較應力水平的測試，以確定電容器失效是由通電/斷 電循環造成，而不是由部分放電造成。針對AC通電建模的結果在下面的表16中被提供。表16. 結果展示，在60°C的升高的溫度，在至少3倍的額定DC電壓的DC電壓應力，重復 AC和DC斷電/重新通電循環時，添加BMAQ到介電流體中提供對失效的抵抗性的顯著的改 進。此外，針對電容器的典型操作將表明，針對失效的抵抗性的最令人關注的水平是2. 7倍 額定電壓。如上面所示，在這個特定的DC電壓應力水平，填充以具有BMAQ的介電流體的微 型電容器清楚地顯示對失效的改進的抵抗性。明顯地，對于具有0. 8密耳墊厚并且在2. 7 倍額定電壓DC測試的微型電容器，填充以不含BMAQ的介電流體作為添加劑的那些微型電 容器的失效率是填充以包含BMAQ的介電流體的那些微型電容器的失效率的2倍。甚至更 明顯地，對于具有1. 2密耳墊厚的微型電容器，填充以不含BMAQ的介電流體的微型電容器 中的40%在2. 7倍額定電壓的DC應力發生失效，而填充以包含BMAQ的介電流體的那些微 型電容器直至受到2. 85倍額定電壓或更高的DC應力時，才開始失效。全尺寸電容器還通過制備具有包括該組合的介電流體的全尺寸電容器研究了蒽醌和清除劑 的組合改進對器件失效的抵抗性的能力。示例性的全尺寸電容器填充以包括0.6%的 ERL-4299、但不含BMAQ的對照B介電流體，或填充以包括具有0. 6%的ERL-4299和0. 5% 的BMAQ(實施例14)的SAS-40的本發明的示例性介電流體。除非另有注明，全尺寸電容器 的介電流體是通過工業生產設備大批量地生產的。但是，根據下面的表17，全尺寸電容器在 其設計上是不同的。表17.
條件測試為了研究全尺寸電容器耐受重復使用的能力，電容器以延長的時間段經受各種電 應力。電容器1的十六(16)個樣品填充以包括0. 5%的BMAQ和0.6%的ERL-4299(實施 例14)的介電流體。電容器1的所有樣品受到許多常規測試，以評估電容器的完整性。在 初始的條件測試之前，16個電容器中的1個失效。在60小時中，15kV的AC電壓被施加到 填充以實施例14的介電流體的電容器1的剩余的15個樣品上。電容器1的所有15個樣 品成功地通過了條件測試，其中，沒有發生介電體系的擊穿。填充以實施例14的介電流體的電容器2的六(6)個樣品在50個小時中經受120% 的額定電壓的DC電壓，隨后，在60個小時中經受140%的額定電壓的DC電壓。電容器2的 所有6個樣品成功地通過了測試，其中，沒有發生介電體系的擊穿。填充以實施例14的介電流體的電容器3的五(5)個樣品在50個小時中經受125% 的額定電壓的AC電壓，隨后，在100個小時中經受150%的AC電壓。只有兩⑵個樣品成 功地通過了測試。一個樣品在125%的額定電壓4分鐘后失效。另一個樣品在50個小時的 125%的額定電壓以及32個小時的135%的額定電壓之后失效。第三個樣品在經受125% 的額定電壓的AC電壓時失效。-40°C步進應力測試使用全尺寸電容器，研究了包括蒽醌和清除劑的組合的介電流體在低溫耐受電應 力的能力。電容器在室溫被平衡并未通電過夜。在-40°C步進應力測試中，環境溫度始終被 維持在-40°C。在130%的額定電壓，電容器通電并且運行。然后，電容器在至少4小時的 時段斷電。繼斷電之后，在增加10%的電壓即140%的額定電壓，電容器重新通電并且運行 30分鐘。電容器斷電過夜。以10%的電壓增量(S卩，在150%、160%、170%、180%，190% 和200%的額定電壓)重復該斷電/重新通電循環直至發生介電失效。填充以實施例14的介電流體的電容器3的兩(2)個樣品經受-40°C步進應力測試。一(1)個樣品在160%的額定電壓6分鐘后失效，而另一樣品在150%的額定電壓5分 鐘后失效。填充以實施例14的介電流體的電容器4的兩(2)個樣品經受-40°C步進應力測 試。一(1)個樣品在170%的額定電壓6分鐘后失效，而另一樣品在160%的額定電壓15 分鐘后失效。此外，還測試了填充以對照B介電流體的電容器4的兩(2)個樣品。在170% 的額定電壓，兩個樣品都在6分鐘后失效。進一步地，使用在實驗室中小批量地制備的對照 B介電流體制備了電容器4的兩(2)個樣品。一個樣品在170%的額定電壓7分鐘后失效， 而另一樣品在180%的額定電壓1分鐘后失效。填充以實施例14的介電流體的電容器5的兩⑵個樣品經受-40°C步進應力測 試。一個樣品在150%的額定電壓失效，而另一樣品在130%的額定電壓失效。此外，還測 試了填充以對照B介電流體的電容器5的三(3)個樣品。一個樣品在140%的額定電壓2 分鐘后失效，另一個樣品在130%的額定電壓7分鐘后失效，而第三個樣品在160%的額定 電壓18分鐘后失效。進一步地，使用在實驗室中小批量地混合的對照B介電流體，構建了 電容器5的樣品。該樣品在130%的額定電壓23分鐘后失效。室溫步進應力測試使用全尺寸電容器，研究了包括蒽醌和清除劑的組合的介電流體在室溫耐受電應 力的能力。電容器在室溫被平衡并且未通電過夜。在該室溫步進應力測試中，環境溫度始終 被維持在室溫。在130%的額定電壓，電容器通電并且運行30分鐘。隨后，在增加10%的 電壓，即在140%的額定電壓，電容器運行30分鐘。電壓的增加以10%增量(S卩，在150%、 160 %、170 %、180 %，190 %和200 %的額定電壓)重復，直至介電失效發生。填充以實施例14的介電流體的電容器3的兩(2)個樣品經受室溫步進應力測試。 1個樣品在180%的額定電壓28分鐘后失效，而另一樣品在170%的額定電壓2分鐘后失 效。填充以實施例14的介電流體的電容器4的兩(2)個樣品經受室溫步進應力測試。 兩個樣品都在210%的額定電壓失效。此外，還測試了填充以對照B介電流體的電容器4 的兩(2)個樣品。1個樣品在180%的額定電壓1.4小時后失效，而另一樣品在200%的額 定電壓1小時后失效。進一步地，使用在實驗室小批量地混合的對照B介電流體，構建了電 容器4的另外兩(2)個樣品。1個樣品在200%的額定電壓16分鐘后失效，而另一樣品在 200%的額定電壓7分鐘后失效。結果進一步表明，在室溫，添加BMAQ到介電流體中不會導 致任何顯著的不利性能。填充以實施例14的介電流體的電容器5的兩(2)個樣品經受室溫步進應力測試。 一 (1)個樣品在190%的額定電壓2分鐘后失效，并且另一樣品在190%的額定電壓5分鐘 后失效。55 °C步進應力測試使用全尺寸電容器，研究了包括蒽醌和清除劑的組合的介電流體在溫暖的溫度耐 受電應力的能力。在55°C，電容器被平衡并且未通電過夜。在55°C步進應力測試中，環境溫 度始終被維持在55°C。電容器在130%的額定電壓通電并且運行。然后，電容器被斷電至 少4小時的時段。繼斷電之后，在增加10%的電壓，即在140%的額定電壓，電容器重新通電 并且運行30分鐘。電容器被斷電過夜。以10%的電壓增量(S卩，在150%、160%、170%、180%，190%和200%的額定電壓)重復該斷電/重新通電循環，直至介電失效發生。填充以實施例14的介電流體的電容器3的兩(2)個樣品經受55°C步進應力測試。 一個樣品在170%的額定電壓13分鐘后失效，而另一樣品在170%的額定電壓瞬時失效。填充以實施例14的介電流體的電容器4的2個樣品經受55°C步進應力測試。一 個樣品在220%的額定電壓8分鐘后失效，而另一樣品在220%的額定電壓2分鐘后失效。 此外，還測試了填充以對照B介電流體的電容器4的樣品。該樣品在210%的額定電壓8分 鐘后失效。進一步地，使用在實驗室中小批量地混合的對照B介電流體，構建了電容器4的 另外兩(2)個樣品。一(1)個樣品在200%的額定電壓18分鐘后失效，而另一樣品在210% 的額定電壓3分鐘后失效。-20°C步進應力測試使用全尺寸電容器，在-20°C，還研究了包括蒽醌和清除劑的組合的介電流體在低 溫耐受電應力的能力。電容器在室溫被平衡并且未通電過夜。在-20°C步進應力測試中， 環境溫度始終被維持在-20°C。在130%的額定電壓，電容器通電并且運行。然后，電容器 被斷電至少4小時的時段。繼斷電之后，在增加10%的電壓，即在140%的額定電壓，電容 器重新通電并且運行30分鐘。電容器斷電過夜。以10%電壓增量(S卩，在150%、160%、 170 %、180 %，190 %和200 %的額定電壓)重復該斷電/重新通電循環，直至介電失效發生。填充以實施例14的介電流體的電容器3的四(4)個樣品經受-20°C步進應力測 試。兩個樣品在130%的額定電壓失效，一個在17分鐘之后而另一個在5分鐘之后。剩余 的兩(2)個樣品在150%的額定電壓失效，一個在5分鐘之后，而另一個在4分鐘之后。高溫DC殘留電壓測試構建了填充以包括具有0. 8%的ERL-4299、但不含BMAQ的SAS-40的對照C介電流 體的兩(2)個全尺寸電容器，以及填充以包括具有0. 8%的ERL-4299和0. 4%的BMAQ(實 施例15)的SAS-60的本發明的示例性介電流體的兩(2)個全尺寸電容器，每一個具有1. 2 密耳墊厚。這些電容器被設計為具有7. 2kV的額定電壓、200的額定千伏特_安培無功功率 (KVAR)和2000v/密耳的設計應力，所述千伏特_安培無功功率測量AC電力系統中的無功 功率。為了模擬重復使用以及在升高的環境溫度電容器上的應力，電容器被放置在強制 通風環境室中，并且以110%的額定電壓的AC電流通電。所述室的環境溫度被增加到65°C。 在這些溫度和AC電壓條件下，電容器運行至少336小時(14天)。隨后，電容器斷電，并且 測量了每個單元的電容。然后，斷電的電容器被放置在DC測試小室并且受到水平為2. 12 倍額定DC電壓的DC電壓。在達到期望的DC電壓測試水平后，即刻去除電壓供應，并且使 電容器與俘獲(trapped) DC電荷絕緣5分鐘。在5分鐘的絕緣期后，使電容器短路并且重 新測量單元的電容。觀察到，填充以包含0. 4%的BMAQ的介電流體的兩個電容器均成功地 完成了要求的連續測試，而填充以對照C介電流體的兩個電容器均成功地完成了該測試的 AC部分，但是在暴露于DC測試后失效。上面的電容器中的每一個在DC測試之前和之后的 電容在下面的表18中被提供。表18. 許多其他的修改、特征和實施方案具有本公開的益處，這對于本領域普通技術人 員將是明顯的。應該領會的是，因此，本發明的許多方面僅通過實施例的方式在上面被描 述，并且不打算作為本發明的要求的和必要的元素，除非另外明確地說明。同樣應該理解 的是，本發明不限于所說明的實施方案并且可以在權利要求書的精神和范圍內做出各種修 改。
權利要求
一種交流電電容器，包括盒和在所述盒中的介電流體，所述介電流體包括約0.1到約3重量百分數的β 甲基蒽醌；以及約0.1到約1重量百分數的環脂族環氧樹脂。
2.如權利要求1所述的電容器，其中所述環脂族環氧樹脂選自由雙(3，4_環氧環己 基)己二酸酯，3，4_環氧環己基甲基3，4_環氧環己烷基羧酸酯和(3' ,4'-環氧環己烷 基)甲基，3，4-環氧環己基羧酸酯組成的組。
3.如權利要求2所述的電容器，其中所述環脂族環氧樹脂是雙(3，4_環氧環己基)己二酸酯。
4.如權利要求1所述的電容器，其中所述介電流體包括約0.3重量百分數到約0. 8重 量百分數的甲基蒽醌。
5.如權利要求4所述的電容器，其中所述介電流體包括約0.3重量百分數到約0. 6重 量百分數的甲基蒽醌。
6.如權利要求5所述的電容器，其中所述介電流體包括約0.35重量百分數到約0. 5重 量百分數的甲基蒽醌。
7.如權利要求6所述的電容器，其中所述介電流體包括約0.5重量百分數的β-甲基 蒽醌。
8.如權利要求6所述的電容器，其中所述介電流體包括約0.4重量百分數的β -甲基蒽醌。
9.如權利要求1所述的電容器，其中所述介電流體還包括芐基甲苯；1，1-二苯基乙烷；以及約0. 1到約3重量百分數的1，2- 二苯基乙烷。
10.一種介電流體，包括約0. 1到約3重量百分數的β -甲基蒽醌；以及 約0. 1到約1重量百分數的環脂族環氧樹脂。
11.如權利要求10所述的介電流體，其中所述環脂族環氧樹脂選自由雙(3，4_環氧環 己基)己二酸酯，3，4_環氧環己基甲基3，4_環氧環己烷基羧酸酯，和(3' ,4'-環氧環己 烷基)甲基，3，4-環氧環己基羧酸酯組成的組。
12.如權利要求11所述的電容器，其中所述環脂族環氧樹脂是雙(3，4_環氧環己基)己二酸酯。
13.如權利要求10所述的介電流體，其中所述介電流體包括約0.3重量百分數到約 0.8重量百分數的β-甲基蒽醌。
14.如權利要求13所述的介電流體，其中所述介電流體包括約0.3重量百分數到約 0.6重量百分數的β -甲基蒽醌。
15.如權利要求14所述的介電流體，其中所述介電流體包括約0.35重量百分數到約 0.5重量百分數的β -甲基蒽醌。
16.如權利要求15所述的介電流體，其中所述介電流體包括約0.5重量百分數的 β -甲基蒽醌。
17.如權利要求15所述的介電流體，其中所述介電流體包括約0.4重量百分數的β -甲基蒽醌。
18.如權利要求10所述的介電流體，其中所述介電流體還包括芐基甲苯；1，1-二苯基乙烷；以及約0. 1到約3重量百分數的1，2- 二苯基乙烷。
19.一種減少在升高的環境溫度和交流電流下運行的電容器失效的可能性的方法，其 中所述電容器包括電容器盒和多個介電層，所述方法包括將所述電容器盒填充以介電流體，所述介電流體包括所述介電流體的約0. 1到約3重 量百分數的β -甲基蒽醌和約0. 1到約1重量百分數的環脂族環氧樹脂。
20.如權利要求19所述的方法，其中所述環脂族環氧樹脂選自由雙(3，4_環氧環己 基)己二酸酯，3，4_環氧環己基甲基3，4_環氧環己烷基羧酸酯，和(3'，4f-環氧環己烷 基)甲基，3，4-環氧環己基羧酸酯組成的組。
21.如權利要求20所述的方法，其中所述環脂族環氧樹脂是雙(3，4-環氧環己基)己 二酸酯。
22.如權利要求19所述的方法，其中所述升高的環境溫度在40°C以上。
23.如權利要求22所述的方法，其中所述升高的環境溫度在55°C以上。
24.如權利要求23所述的方法，其中所述升高的環境溫度為約75°C。
25.如權利要求19所述的方法，其中起暈電壓(DIV)或熄弧電壓(DEV)增加至少3%。
26.一種減少交流電電容器失效的可能性的方法，其中所述電容器包括電容器盒和多 個介電層并且被設計為具有額定電壓，所述方法包括將所述電容器盒填充以介電流體，所述介電流體包括有效量的β-甲基蒽醌，用來減 少在小于所述額定電壓的3倍的直流(DC)電壓水平運行的所述交流電電容器失效的可能 性。
27.如權利要求26所述的方法，其中所述介電流體包括約0.4重量百分數的β -甲基蒽醌。
28.如權利要求26所述的方法，其中所述直流(DC)電壓水平小于所述額定電壓的2.7倍。
全文摘要
一種提供對電容器中器件失效的改進的抵抗性的介電流體，所述介電流體包括某些蒽醌類化合物與清除劑的組合。與不以所述組合制造的電容器相比較，包括所述介電流體的電容器能具有更高的起暈電壓，并能具有增加的失效閾電壓。因此，這些電容器更能抵抗失效。
文檔編號H01B3/24GK101903958SQ200880121812
公開日2010年12月1日 申請日期2008年10月17日 優先權日2007年10月18日
發明者A·P·耶杰斯, C·L·費勒斯, G·A·高杰, L·C·斯萊特森, M·J·梅森 申請人:庫帕技術公司