Wickelkondensator mit unterteilten Belägen, insbesondere Kondensatordurchführung, und Verfahren und Einrichtung zu seiner Herstellung. Wickelkondensatoren für Hochspannungs zwecke bestehen aus einer aufgewickelten Isolierstoffbahn, in welcher nach jeweils einer gewissen Anzahl von Isolierstofflagen ein Metallbelag eingewickelt ist. Die Länge des Metallbelages ist ungefähr gleich dem Umfang an der betreffenden Stelle. In glei cher Weise sind die Durchführungsisolatoren mit Potentialsteuerung durch Metalleinlagen, die sogenannten Kondensatordurchführun gen, gebaut.
Es hat sich nun gezeigt, dass alle Hart papier-Kondensatordurchführungen, die aus aufgewickelten Isolierstoffbahnen und ein gewickelten Metallfolien bestehen, im Betrieb mit der Nennspannung bei der üblichen mitt leren Radialbeanspruchung des Dielektri- kums von zirka 10 bis 12 kV pro cm an den Rändern der Metallfolien so starke elektrische Felder aufweisen, dass das Dielektrikum dort auf die Dauer nicht standhält, sondern all mählich angegriffen wird. Das führt dazu, den Isolierstoff elektrisch schlechter auszu nützen, weil man ihn mit Rücksicht auf die starken Randfelder bemessen und daher dicker wählen. muss als sonst nötig.
Die Erkenntnis, dass kleine Abstände benachbarter Metallein lagen günstig wirken, war zwar vorhanden, doch wählte die bisherige Praxis meist Ab stände zwischen den benachbarten Metallein lagen von 2 bis 4 mm, in Ausnahmefällen bis herunter zu 1,5 mm. Man war sich eben -das genauen Zusammenhanges zwischen Schicht dicke, Spannung an der Schicht und Korro sionswirkung des Randes nicht bewusst; es bedurfte einer eingehenden, jahrelange Dauer versuche verwendenden Forschung, um hier über Klarheit zu schaffen.
Die Erfindung beruht nun auf der Er kenntnis der Bedingungen, unter denen man das Dielektrikum voll auszunutzen in der Lage ist, ohne dass Randkorrosionen auftre ten. Sie stützt sich auf die Kenntnis jener Spannung, unter welcher auch bei Jahre dauernder Beanspruchung keine Randkorro sionserscheinungen mehr auftreten. Diese Grenzspannung hat sich identisch mit der durch einen einfachen Versuch feststellbaren, sogenannter "Glimmgrenz-Spannung" erwie sen, das heisst jener Spannung, bei der, selbst unter der Annahme, dass sich die Belagränder in Luft befinden würden, mit steigender Spannung erstmals ein Geräusch oder ein Anstieg der Verluste beobachtet wird.
Da ja die Ränder der leitenden Einlagen in festes Dielektrikum, meist in Papier und Kunst harz, eingebettet sind, war diese Feststellung überraschend. Sie beweist, dass angenommen werden muss, die Ränder seien in aller nächster Umgebung mit einer feinen Luft haut von ungefähr Normaldruck umhüllt, ob wohl sich dies mit den üblichen Unter suchungsmethoden nicht feststellen lässt.
Die Erfindung besteht nun darin, dass man die Dicke des Dielektrikums zwischen benachbarten leitenden Belägen so klein macht, dass die zwischen den betreffenden Be lägen auftretende Spannung nicht grösser als die dieser Isolationsdicke entsprechende "Glimmgrenzspannung" wird.
Diese Bedingung führt zwar zu beliebig grossen Abständen, wenn man die elektrische Festigkeit des Dielektrikums nicht ausnutzt, also den Kondensator überdimensioniert. Nützt man sie aber erfindungsgemäss aus, so bleibt der grösste radiale Abstand benachbar ter Beläge auf jeden Fall unter 1 mm. Bei sehr gutem Dielektrikum kann häufig der Abstand die Dicke einer einfachen Papier lage erreichen.
Es ist dann möglich, Hoch spannungs-Wickelkondensatoren und Kon densatordurchführungen in der Weise herzu stellen, dass man die Beläge unabhängig vom Durchmesser des Wickels als leitende Strei fen in kontinuierlicher Folge ausbildet, deren isolierende Abstände voneinander in der Um fangsrichtung nur mindestens so gross sein müssen, dass die zugehörigen Teilspannungen nicht zum Überschlag führen.
Als Beispiel einer derartigen Anordnung dient Fig. 1. Darnach sind auf der auf dem Dorn 1 aufzuwickelnden, einseitig mit Kunst- harzlösung bestrichenen Papierbahn 2 im ge genseitigen Abstand a Beläge 9 aufgebracht, deren Breite b in der Umfangsrichtung klei ner ist als der dem zugehörigen Wickeldurch messer entsprechende Umfang. Die axiale Länge c der Beläge kann man nun entspre chend Fig. 1 in einer Entfernung d vorn Pa pierrand begrenzen. Man kann aber auch den Belag über die gesamte Axiallänge anbringen und rden fertigen Wickel nachher konisch oder nach einer andern zweckmässigen Form, etwa gemäss Fig. 4 abdrehen.
Diese zeigt eine Kondensatordurchführung, und zwar unten in Ansicht, oben im Längsschnitt, deren abgedrehter Wickel 4 auf dem Durch führungsrohr 21 aufgebracht und aussen mit der Fassung 22 umgeben ist. Ferner kann man die Beläge nach einem beliebigen be stimmten Gesetz in ihrer axialen Länge nach aussen zu- oder abnehmen lassen, so dass zum Beispiel eine Kondensatordurchführung nach Fig. 2 entsteht, deren Aussenform zwar zylin drisch ist, deren Steuereinlagen 9 jedoch von innen nach aussen schmäler werden.
Ein ge wickelter Hochspannungskondensator kann beispielsweise nach Fig. 3 mit axial gleich langen oder nahezu gleichlangen, aber gegen einander versetzten leitenden Einlagen 9 ver sehen werden.
Wenn man nun aber die leitenden Einla gen in so kleinen radialen Abständen anord net, stössl rnan auf eine Reihe praktischer Schwierigkeiten. Sowohl Metallfolien, wie metallisiertes Papier ergeben eine so erheb liche Vergrösserung der radialen Dicke, dass die Partien ausserhalb der Beläge unter zu kleinem Wicklungsdruck stehen. Durch Aus- ";lcichspapiere, die man neben den Belägen einlaufen lässt, ist praktisch nur eine teil -eise Kompensation der Dicke möglich und (las Herstellungsverfahren fast unerträglich kompliziert.
Zum Gegenstand der Erfindung gehört daher ein Verfahren, die leitenden Einlagen auf der Isolierstoffbahn des Wickelkonden sators selbst in so dünner Schicht anzubrin gen, dass deren Dicke praktisch nicht in Er scheinung tritt. Dies ist der Fall, wenn deren Dicke höchstens 1/30 der Isolierstoffbahn dicke beträgt. Praktisch lässt sich dies zum Beispiel erreichen, indem man auf die Isolier stoffbahn in Flüssigkeit suspendierten Koh lenstoff aufbringt, worauf die Flüssigkeit verflüchtigt wird. Der Kohlenstoff soll mög lichst kolloidal verteilt sein, in Form von Russ, oder noch besser, von Graphit. Eine geeignete Suspension ist zum Beispiel unter den Bezeichnungen Hy drokollag, Aquadag usw. im Handel erhältlich, aber auch gewisse Arten von Tusche und Druckerschwärze kom men in Frage.
Der kolloidalen Graphitsus- pension kann feinstes Metallpulver beige mengt sein. Die leitende Schicht kann auf gespritzt, aufgedruckt, aufgestrichen, oder durch ein elektrisches Feld aufgesprüht wer den; die Flüssigkeit kann Wasser oder ein anderer Suspensionsträger sein. Die leiten den Einlagen können in Isolierabständen aufgebracht werden, die entweder weniger oder mehr als ein Wickelumfang betragen. Speziell können sie auch mehrere Umgänge ausmachen. Für den Auftrag eignet sich am besten die nichtlackierte Seite der Isolier stoffbahn.
Die in Fig. 5 als Ausführungsbeispiel für die Fabrikation dargestellte Wickelmaschine arbeitet nach dem Spritzverfahren. Sie be steht aus der bekannten Hartpapier-Wickel maschine M, der ein Spritzapparat S vorge lagert ist. Das Papier ist bereits in üblicher Weise in einer andern Maschine mit einem Harzfilm lackiert worden. Die Papierbahn 2 läuft auf dem Wickeldorn 1 auf, um nach und nach einen massiven, zylindrischen Wickelkörper 4 zu bilden. 3 sind geheizte Druckwalzen, welche den Harzfilm auf dem Papier zum Erweichen, Kleben und nach- herigen Erhärten bringen. Die Umdrehungen des Wickeldorns werden von dem mit einem Kontaktapparat verbundenen Zählwerk 20 gezählt. Von der Vorratswalze 5 läuft das Papier 2 über die Umlenkwalze 6 und die Vorheizwalze 7 der Maschine M zu.
Zwischen den Walzen 6 und 7 befindet sich die Spritz- vorrichtung für den Belag. Die leitende Sub stanz, zum Beispiel in Wasser suspendierter kolloidaler Graphit, wird durch Düsen 8 auf die Papierbahn 2 gespritzt, wodurch die Be läge 9 entstehen. 10 ist der Druckluftan- schluss für die Düsen, 11 .die Zuleitung der Spritzflüssigkeit, 12 der Betätigungshebel der Düsen, der entweder von Hand oder durch die Magnetspule 13 mittels eines Kon taktapparates am -#Vindungszähler 20 auto matisch gesteuert wird. Zwei Abdeckbleche 14 zur axialen Begrenzung des Spritzbelages sind auf einer festen Tragschiene 15 geführt.
Die Spindel 16 dient zum Einstellen der Ab deckbleche durch Handkurbel 17 und gege benenfalls automatischen Antrieb 18; letz terer für den Fall, dass die axiale Länge des Belages während des Wickelns kontinuierlich oder nach einer bestimmten Vorschrift ge ändert werden soll, zum- Beispiel zur Herstel lung eines Wickels nach Fig. 2 oder 3. Man kann aber auch eine absatzweise arbeitende Verstellvorrichtung anbringen. Zum Einstel len von Hand ist die Millimeterskala 19 vor gesehen.
Will man die ganze Papierbreite besprit zen, so braucht man keine Abdeckbleche 14. Für voneinander verschiedene automatische Fortschaltgeschwindigkeit der beiden Bleche 14 verwendet man zweckmässig zwei Spindeln 16, deren jede eines der Abdeckbleche 14 an treibt. Bei einer Anordnung mit stillstehenden Düsen, erhalten diese vorteilhaft eine ovale Austrittsform für den Strahlenquerschnitt, so dass durch überlappendes Nebeneinander lagern der Strahlen ein rechteckiger Belag entsteht.
Das Spritzwerk kann aber auch aus einer oder einigen Düsen. mit sich über lappenden Spritzkegeln bestehen, welche ent weder in axialer Richtung wandern, so dass bei gleichförmig bewegter Papierbahn ein schraubenlinienartig begrenzter Belag ent steht, dessen Begrenzung mit ,der Umfangs linie des Wickels mit Vorteil einen Winkel zwischen 45 und<B>90'</B> bildet, oder in einer Schräglinie wandern, so dass ein durch achsen- parallele Linien begrenzter Belag entsteht:
Selbstverständlich kann man in die Wickelmaschine auch mehrere Isolierstoff- bahnen gleichzeitig, also parallel, einlaufen lassen, von denen bloss eine mit den leitenden Belägen versehen ist, oder man kann die Pa piere bogenweise in die Maschine einlaufen lassen. Ferner kann man mit leitenden Be lägen versehene Bogen oder Isolierstoffstrei fen während des Wickelvorganges in die Iso lierstoffbahn einlegen.
Wird die Seitenbegrenzung während des Wickelvorganges absatzweise verstellt, so kann man eine Verriegelung zwischen dem Steuerapparat der Düsen und der Verstell vorrichtung anbringen, derart, dass die Düsen nicht spritzen können, wenn verstellt wird, und dass die Abdeckbleche nicht verstellt werden können, solange gespritzt wird.
Ferner ist es natürlich ohne weiteres möglich, mehrere Spritzeinrichtungen S axial nebeneinander anzuordnen, um auf der glei chen Wickelmaschine M gleichzeitig mehrere Wickelkondensatoren herstellen zu können.
Wound capacitor with subdivided coverings, in particular capacitor bushing, and method and device for its production. Winding capacitors for high voltage purposes consist of a wound sheet of insulating material in which a metal coating is wrapped after a certain number of layers of insulating material. The length of the metal covering is approximately equal to the circumference at the relevant point. In the same way, the bushing insulators with potential control by metal inserts, the so-called capacitor bushings, are built.
It has now been shown that all hard paper condenser bushings, which consist of wound strips of insulating material and a wound metal foil, are operated with the nominal voltage with the usual mean radial stress on the dielectric of around 10 to 12 kV per cm at the edges of the Metal foils have such strong electrical fields that the dielectric does not withstand there in the long run, but is gradually attacked. This leads to the insulating material being used less electrically, because it is dimensioned with regard to the strong edge fields and therefore thicker. must than otherwise necessary.
It was recognized that small distances between neighboring metal layers are beneficial, but the previous practice has mostly chosen distances between the neighboring metal layers of 2 to 4 mm, in exceptional cases down to 1.5 mm. One was just not aware of the exact relationship between layer thickness, tension on the layer and corrosion effect of the edge; It took in-depth research using years of continuous attempts to clarify this.
The invention is based on the knowledge of the conditions under which one is able to fully utilize the dielectric without edge corrosion occurring. It is based on the knowledge of the voltage under which edge corrosion phenomena no longer occur even after years of continuous use . This limit voltage has proven to be identical to the so-called "glow limit voltage", which can be determined by a simple experiment, i.e. the voltage at which, even under the assumption that the surface edges would be in air, a noise for the first time with increasing voltage or an increase in losses is observed.
Since the edges of the conductive inlays are embedded in solid dielectric, usually in paper and synthetic resin, this finding was surprising. It proves that it must be assumed that the edges in the immediate vicinity are covered with a fine skin of air of approximately normal pressure, although this cannot be determined with the usual examination methods.
The invention consists in making the thickness of the dielectric between adjacent conductive coatings so small that the voltage occurring between the relevant coatings is not greater than the "glow limit voltage" corresponding to this insulation thickness.
This condition leads to arbitrarily large distances if the electrical strength of the dielectric is not used, i.e. the capacitor is oversized. However, if they are used according to the invention, the greatest radial distance between adjacent coverings remains below 1 mm in any case. With a very good dielectric, the distance can often reach the thickness of a simple paper layer.
It is then possible to produce high-voltage wound capacitors and condenser bushings in such a way that the coverings are formed in a continuous sequence regardless of the diameter of the winding as conductive strips whose insulating distances from one another in the circumferential direction only need to be at least as large that the associated partial voltages do not lead to flashover.
1 serves as an example of such an arrangement. According to this, on the paper web 2 to be wound on the mandrel 1 and coated on one side with synthetic resin solution, coverings 9 are applied at a mutual distance a, the width b of which in the circumferential direction is smaller than that of the associated one Winding diameter corresponding scope. The axial length c of the linings can now be limited accordingly to Fig. 1 at a distance d from the front edge of paper. However, you can also apply the covering over the entire axial length and then twist off the finished winding conically or in another suitable shape, for example according to FIG.
This shows a condenser bushing, namely at the bottom in view and at the top in longitudinal section, the twisted winding 4 of which is applied to the guide tube 21 and is surrounded on the outside with the holder 22. Furthermore, the linings can be increased or decreased in their axial length to the outside according to any particular law, so that, for example, a condenser bushing according to FIG. 2 is created, the outer shape of which is cylindrical, but the control inserts 9 from the inside to the outside become narrower.
A ge wound high-voltage capacitor can be seen, for example, according to FIG. 3 with axially the same length or almost the same length, but offset against each other conductive inserts 9 ver.
But if the conductive inserts are arranged at such small radial intervals, a number of practical difficulties arise. Both metal foils and metallized paper result in such a considerable increase in the radial thickness that the areas outside the coverings are under too little winding pressure. With the help of tracing papers that are run in next to the coverings, only a partial compensation of the thickness is practically possible and (the manufacturing process is almost unbearably complicated.
The subject matter of the invention therefore includes a method of attaching the conductive inserts to the insulating material web of the winding capacitor itself in such a thin layer that their thickness is practically not apparent. This is the case when their thickness is no more than 1/30 of the insulation sheet thickness. In practice, this can be achieved, for example, by applying carbon suspended in liquid to the insulating material web, whereupon the liquid is volatilized. The carbon should be distributed as colloidal as possible, in the form of soot, or even better, graphite. A suitable suspension is commercially available, for example, under the names Hydrokollag, Aquadag, etc., but certain types of Indian ink and printing ink are also possible.
The finest metal powder can be added to the colloidal graphite suspension. The conductive layer can be sprayed on, printed on, painted on, or sprayed on by an electric field who the; the liquid can be water or another suspension carrier. The lead the inserts can be applied at insulating distances that are either less or more than a winding circumference. In particular, they can also make out several whorls. The unpainted side of the insulation sheet is best suited for the application.
The winding machine shown in FIG. 5 as an exemplary embodiment for manufacture operates according to the spraying process. You be available from the well-known hard paper winding machine M, which is a spray gun S upstream. The paper has already been coated with a resin film in the usual way in another machine. The paper web 2 runs onto the winding mandrel 1 in order to gradually form a solid, cylindrical winding body 4. 3 are heated pressure rollers, which cause the resin film on the paper to soften, stick and subsequently harden. The revolutions of the winding mandrel are counted by the counter 20 connected to a contact device. The paper 2 runs from the supply roller 5 via the guide roller 6 and the preheating roller 7 to the machine M.
The spraying device for the covering is located between the rollers 6 and 7. The conductive substance, for example colloidal graphite suspended in water, is sprayed through nozzles 8 onto the paper web 2, whereby the layers 9 arise. 10 is the compressed air connection for the nozzles, 11. The supply line for the spray liquid, 12 the actuating lever of the nozzles, which is automatically controlled either by hand or by the solenoid 13 by means of a contact device on the Vindungszähler 20. Two cover plates 14 for axially delimiting the spray coating are guided on a fixed support rail 15.
The spindle 16 is used to set the cover plates from by hand crank 17 and, if necessary, automatic drive 18; The latter in the event that the axial length of the lining is to be changed continuously or according to a certain rule during winding, for example to produce a winding according to FIG. 2 or 3. But you can also attach an intermittent adjusting device . For setting len by hand, the millimeter scale 19 is seen before.
If you want to spray the entire width of the paper, you don't need any cover plates 14. For different automatic indexing speeds of the two plates 14, two spindles 16 are expediently used, each of which drives one of the cover plates 14. In the case of an arrangement with stationary nozzles, these are advantageously given an oval exit shape for the jet cross-section, so that a rectangular covering is created by overlapping jets next to one another.
The spray unit can also consist of one or several nozzles. exist with overlapping spray cones, which either migrate in the axial direction, so that when the paper web moves uniformly, a helically delimited coating is created, the delimitation of which with the circumferential line of the roll advantageously forms an angle between 45 and 90 ' / B>, or move in an inclined line so that a surface is created that is delimited by lines parallel to the axis:
Of course, you can also run several strips of insulating material into the winding machine at the same time, i.e. in parallel, of which only one is provided with the conductive coatings, or you can run the paper into the machine in sheets. Furthermore, you can insert sheets or Isolierstoffstrei fen provided with conductive Be layers during the winding process in the Iso lierstoffbahn.
If the side limit is adjusted intermittently during the winding process, you can attach a lock between the control apparatus of the nozzles and the adjustment device, so that the nozzles cannot spray when adjusted, and that the cover plates cannot be adjusted while spraying .
Furthermore, it is of course easily possible to arrange several spray devices S axially next to each other in order to be able to produce several wound capacitors on the same winding machine M at the same time.