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Elektrischer Kondensator in der Bauart eines Kabels.
Kabel, insbesondere Hochspannungskabel, besitzen bekanntlich hohe Kapazitäten und man hat daher in der Praxis oft Kabelstücke benutzt, wenn man Kapazitäten brauchte. Eine planmässige Herstellung von Kondensatoren in der Bauart von Kabeln hat sich jedoch in der Praxis als unwirtschaftlich
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wiirden, grössere kapazitive Einheiten herzustellen.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine Konstruktion angegeben, die es gestattet, durch eine wesentlich bessere Ausnutzung des Dielektrikum in einem kabelförmigen Kondensator mehr Kapazität unterzubringen, als bisher möglich war. Bisher konnte die giinstigste Ausnutzung des Dielektrikums bei einem Hochspannungskabel erreicht werden, wenn man, wie in Fig. 1 dargestellt, den äusseren Durchmesser der Isolation 2'72 mal so gross wie den Leiterdurchmesser machte. Unterteilte man jedoch die Isolation durch durchgehende Metallschichten, wie beispielsweise in Fig. 2 angegeben, und schaltet diese nach dem Schema Fig. 3, so gestattet ein solches Kabel die Unterbringung einer Kapazität, welche mehr
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D = die Dielektrika, d = die durch die Dielektrika D gebildeten Kapazitäten, m = die metallischen Schichten.
Das ganze Dielektrikum ist in Fig. 2 in drei Teilen und die Teilkapazitäten d1 und d, untereinander parallel und mit d2 in Serie geschaltet (Fig. 3). Die elektrische Beanspruchung 0 des Isolationsmaterials (Gradient) ist in den Fig. 1 und 2 oberhalb der Querschnitte durch Kurvenzüge veranschaulicht.
Die günstige Ausnutzung des Dielektrikums soll an Hand von Beispielen dargelegt werden. Die
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sich zu 0.21 ; j. F. Der Kondensator nach Fig. 2 für die gleichen elektrischen Verhältnisse habe folgende Abmessungen :
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Unter Berücksichtigung der Schaltung nach Fig. 3 lässt sich die Gesamtkapazität zu 0'42 p. P/km, also zweimal so gross wie vorher errechnen.
Berücksichtigt man hiebei, dass der Querschnitt im ersten Beispiel 1-125mal so gross ist, als wie im zweiten Beispiel, so ergibt sich im zweiten Falle eine 2-25mal
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kosten.
Das Dielektrikum kann noch besser ausgenutzt werden, wenn man eine Konstruktion nach Fig. 4 und Schema Fig. 5, also mit insgesamt fünf Teilkapazitäten, ausführt. Als Beispiel soll ein Kabelkondensator mit
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angeführt werden. Die Kapazität errechnet sich auch in diesem Falle zu 0'42 uj/cm und bezogen auf die Volumeneinheit 2'62mal so hoch als bei einer Konstruktion nach Fig. 1. Mit fortschreitender Unterteilung des Dielektrikum kann die Ausnutzung des dielektrikums noch weiter gesteigert werden.
Die Ausführungen nach Fig. 2-5 eignen sich besonders für sehr hohe Spannungen. Für mittlere Hochspannungen kann hingegen eine günstige Ausnutzung auch auf andere Art erreicht werden. So kann man z. B. alle Teilkapazitäten untereinander parallel schalten, wie beispielsweise in Fig. 6 und dem dazu gehörigen Schema Fig. 7 dargestellt. Oder man kann die Teilkapazitäten auch so vorsehen, dass jede an eine Phase eines Mehrphasennetzes angeschlossen werden kann, wie z. B. in Fig. 8 und Schema 9 dargestellt. Letztere Schaltung hat allerdings den Nachteil, dass dann die Kapazitäten der einzelnen Phasen nicht gleich gross sind. Dem kann aber abgeholfen werden, wenn man beispielsweise zwei oder mehrere gleiche mehrphasige Kondensatoren verwendet und die Teilkapazitäten so schaltet, wie in Schema Fig. 10 angegeben.
Ein Ausgleich in den Kapazitäten in einem mehrphasigen Kondensator kann ferner auch durch eine Konstruktion, wie in Fig. 11 und Schema Fig. 12 angegeben, erreicht werden. Wie man sieht, lassen sich sehr viele vorteilhafte Schaltungen der Kapazitäten herstellen, so dass man für jeden besonderen Fall die günstigste Schaltung wählen kann.
Die Herstellung der Kondensatoren bietet nicht die geringsten Schwierigkeiten. Es können hiebei ohne weiteres die aus der Kabeltechnik gesammelten Erfahrungen sinngemäss verwertet werden. Die Seele wird man zweckmässig aus einem Metall genügender mechanischer Festigkeit wie Eisen od. dgl. anfertigen.
Die übrigen metallischen Zwischenschichten können aus Folien, metallisierten Papieren, Metalldrähten usw, bestehen ; sie müssen so beschaffen sein, dass sie dem Trocknungs- sowie Tränkungsprozess, soweit solche in Frage kommen, keine Hindernisse in den Weg legen.
Die Montage der Kondensatoren kann je nach dem Verwendungszweck bzw. je nach dem zur Verfügung stehenden räumlichen Verhältnissen direkt auf Trommeln, oder in besonderen Gehäusen erfolgen. Die Eisenbandarmatur kann in der Regel ganz weggelassen, in den meisten Fällen wird man den metallischen Mantel entbehren können und statt dessen eine Bandage od. dgl. vorsehen. Bei Unterbringung des Kondensators in ein Gehäuse wird man zweckmässig innerhalb des Gehäuses noch Kabelöl einfüllen.
Hiedurch werden gleichzeitig die Isolations-und Kühlungsverhältnisse begünstigt.
Sieht man einen Metallmantel vor, so kann man auch aus Ersparungsgründen mehrere Kondensatoren ein-und derselben Phase bzw. mehrere Phasen mit einem gemeinsamen Mantel umgeben.
In Fällen, in welchen die Betriebsspannung ganz besonders gering ist, empfiehlt es sich, dass man einen Hochspannungskondensator nimmt und diesen über einen Transformator an die Niederspannung anschliesst wie etwa in Fig. 13 schematisch dargestellt. Man kann natürlich auch andere bekannte Transformatorenschaltungen benutzen.
Zweckmässig wird man den Transformator neben dem in einem Gehäuse untergebrachten Hochspannungskondensator aufstellen. Durch eine feste oder biegsame Verbindung können die Enden des Hoehspannungskondensators direkt in das Gehäuse des Transformators hereingeführt werden. Man hat dann den Vorteil, dass die die Hochspannung führenden Teile nirgends der Berührung zugänglich sind.
Eine weitere wesentliche Vereinfachung erhält man, wenn man den Kondensator und den Transformator in ein gemeinsames Gehäuse unterbringt. In diesem Falle muss für eine geeignete Ölfüllung gesorgt werden.
Ferner kann man den mit Schutzmantel versehenen Kondensator ebenfalls in ein Gehäuse unterbringen und in letzteres eine Wasserkühlung vorsehen, wodurch es ermöglicht wird, die Beanspruchung und somit die Leistungsfähigkeit des Kondensators höher zu setzen.
Für die Endverschlüsse und Muffen kommen die aus der Kabeltechnik bekannten Konstruktionen in Frage. Die Schaltungen d. h. die elektrischen Verbindungen zwischen den Metallsehichten werden in den Endverschlüssen und den Muffen, wo diese Schichten zugänglich sind, hergestellt.
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Electrical capacitor in the form of a cable.
Cables, especially high-voltage cables, are known to have high capacities and, in practice, therefore, pieces of cable have often been used when capacities are needed. However, the systematic production of capacitors in the manner of cables has proven to be uneconomical in practice
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would make larger capacitive units.
The present invention provides a construction which allows more capacitance to be accommodated in a cable-shaped capacitor through a significantly better utilization of the dielectric than was previously possible. Up to now, the most favorable utilization of the dielectric in a high-voltage cable could be achieved if, as shown in FIG. 1, the outer diameter of the insulation was made 2'72 times as large as the conductor diameter. If, however, the insulation is subdivided by continuous metal layers, as indicated, for example, in FIG. 2, and this is switched according to the diagram in FIG
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D = the dielectrics, d = the capacitances formed by the dielectrics D, m = the metallic layers.
The entire dielectric is shown in FIG. 2 in three parts and the partial capacitances d1 and d are connected in parallel with one another and in series with d2 (FIG. 3). The electrical stress 0 of the insulation material (gradient) is illustrated in FIGS. 1 and 2 above the cross-sections by curves.
The favorable utilization of the dielectric is to be demonstrated using examples. The
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down to 0.21; j. F. The capacitor according to Fig. 2 for the same electrical conditions have the following dimensions:
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<tb> m, <SEP>: <SEP> 12-1 <SEP> mm <SEP> outside diameter
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Taking into account the circuit according to FIG. 3, the total capacitance can be 0'42 p. P / km, i.e. calculate twice as large as before.
If one takes into account that the cross-section in the first example is 1-125 times as large as in the second example, the second case is 2-25 times
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costs.
The dielectric can be used even better if a construction according to FIG. 4 and the diagram in FIG. 5, that is to say with a total of five partial capacitances, is implemented. A cable capacitor should be used as an example
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are listed. In this case, too, the capacity is calculated to be 0'42 uj / cm and, based on the volume unit, 2'62 times as high as in a construction according to FIG. 1. As the dielectric is further subdivided, the utilization of the dielectric can be increased even further.
The designs according to Fig. 2-5 are particularly suitable for very high voltages. For medium high voltages, however, favorable utilization can also be achieved in other ways. So you can z. B. connect all partial capacities to one another in parallel, as shown for example in FIG. 6 and the associated diagram in FIG. Or you can provide the partial capacities so that each can be connected to a phase of a multi-phase network, such as. B. in Fig. 8 and Scheme 9 shown. The latter circuit, however, has the disadvantage that the capacities of the individual phases are then not equally large. However, this can be remedied if, for example, two or more identical multiphase capacitors are used and the partial capacitances are switched as indicated in the diagram in FIG.
A compensation in the capacitances in a multiphase capacitor can furthermore also be achieved by a construction as indicated in FIG. 11 and the diagram in FIG. As you can see, many advantageous circuits of the capacitance can be produced, so that one can choose the most favorable circuit for each special case.
The manufacture of the capacitors does not present the slightest difficulty. The experience gained from cable technology can be used accordingly without further ado. The core is expediently made of a metal of sufficient mechanical strength such as iron or the like.
The remaining metallic intermediate layers can consist of foils, metallized papers, metal wires, etc; they must be designed in such a way that they do not put any obstacles in the way of the drying and impregnation process, as far as these are possible.
The capacitors can be installed directly on drums or in special housings, depending on the intended use or depending on the spatial conditions available. As a rule, the iron band fitting can be left out entirely; in most cases the metallic jacket will be dispensed with and instead a bandage or the like will be provided. If the capacitor is placed in a housing, it is expedient to fill in cable oil within the housing.
This also benefits the insulation and cooling conditions.
If a metal jacket is provided, then several capacitors of one and the same phase or several phases can also be surrounded by a common jacket for reasons of economy.
In cases in which the operating voltage is particularly low, it is advisable to take a high-voltage capacitor and connect it to the low voltage via a transformer, as shown schematically in FIG. 13. Other known transformer circuits can of course also be used.
The transformer is expediently set up next to the high-voltage capacitor housed in a housing. The ends of the high-voltage capacitor can be guided directly into the transformer housing by means of a fixed or flexible connection. You then have the advantage that the parts carrying the high voltage are nowhere accessible to touch.
Another significant simplification is obtained if the capacitor and the transformer are accommodated in a common housing. In this case a suitable oil filling must be provided.
Furthermore, the capacitor provided with a protective jacket can also be accommodated in a housing and water cooling can be provided in the latter, which makes it possible to increase the stress and thus the performance of the capacitor.
For the terminations and sleeves, the constructions known from cable technology can be used. The circuits d. H. the electrical connections between the metal layers are made in the terminations and the sleeves where these layers are accessible.