CH283559A - Multiple capacitor with self-healing individual capacitors. - Google Patents

Multiple capacitor with self-healing individual capacitors.

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CH283559A
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Gmbh Robert Bosch
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Gmbh Robert Bosch
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Description

  

  Vielfachkondensator mit selbstausheilenden Einzelkondensatoren.    Vielfachkondensatoren bestehen bekannt  lich meist aus Gruppen von unter sich par  allel- und hintereinandergeschalteten Einzel  kondensatoren. Dabei ist für die Zahl der  Reihenschaltungen die anzulegende Spannung  und für die Zahl der Parallelschaltungen die  verlangte Kapazität massgebend. Das der vor  liegenden Erfindung zugrundeliegende Pro  blem ist im folgenden an Hand der Fig.1-3  erläutert, von denen in  Fig.1 eine bekannte Schaltung für Viel  fachkondensatoren, in  Fig. 2 die Schaltung eines     Vielfachkonden-          sators    gemäss einem Ausführungsbeispiel der  Erfindung und in  Fig. 3 ein Wickelband eines der in Fig.2  erwendeten Kondensatoren dargestellt ist.

    Bei dem Vielfachkondensator nach Fig. 1  sind zwei Gruppen von je sechs parallel  geschalteten Kondensatoren 1 bzw.2 hinter  einandergeschaltet. Diese Anordnung ist auf  Grund rein praktischer     Erwägungen    getrof  fen und bietet Vorteile hinsichtlich der Lei  tungsführung innerhalb des     Vielfachkonden-          sators.    Die einzelnen Kondensatoren-Gruppen  sind dabei innerhalb eines Gehäuses in solchen  Lagen angeordnet, dass bei     Parallelschaltung     aller Kondensatoren einer Lage nur eine ein  zige Leitung zur nächsten Lage führt, wenn  das Gehäuse geerdet ist.

   Anderseits hat eine  derartige Schaltung den Nachteil, dass bei  Durchschlägen auch nur eines einzigen     Kon-          densators    einer Lage unter Umständen    Energieumsetzungen stattfinden können,  welche eine mechanische Zerstörung des       durchgeschlagenen    Kondensators zur Folge  haben.

   Liegt zum Beispiel an den Klemmen  des Vielfachkondensators nach Fig. 1 eine  Spannung von 10     kV,    an jedem der Konden  satoren 1 und 2 mit einer Kapazität von je  <I>2</I>     ,uF    also eine Spannung von 5     kV,    so findet  beim Durchschlag eines     Kondensators    1 der  ersten Lage bei     niederohmigem    Anschluss  eines mit den Klemmen der Anordnung ver  bundenen Generators ein Energienachschub  von 450 Joule auf die Kondensatoren 2 statt,  da nach dem     Kondensatordurehschlag    in der  ersten Lage .die Spannung an den Kondensa  toren der     zweiten    Lage von 5     kV    auf 10     kV     ansteigt.

   Der     durchgesehlagene    Kondensator  selbst wirkt     dabei        als        niederohmiger    Vor  widerstand für die Kondensatoren 2. Die  Rechnung ergibt, dass in ihm 300 Joule ver  nichtet werden, wenn man annimmt, dass der  Widerstand zeitlich konstant bleibt. Die dabei  eintretende Spannungserhöhung ist aber so  gross, dass dadurch nicht nur der durchge  schlagene     Kondensator    1 zerstört wird, son  dern dass darüber hinaus auch mit einem  Durchschlag in der zweiten Lage und mit  einem Ausfall der ganzen Anlage gerechnet  werden muss.  



  Bei der Betrachtung dieser Vorgänge  wurde von der Voraussetzung ausgegangen,  dass für den Aufbau derartiger     Vielfachkon-          densatoren    normale     Folienkondensatoren    Ver-      Wendung finden. Ganz andere Verhältnisse  ergeben sich jedoch, wenn bei einem aus meh  reren Reihen von Einzelkondensatoren auf  gebauten Vielfachkondensator die Einzel  kondensatoren gemäss der Erfindung aus  selbstausheilenden Kondensatoren bestehen  und die Reihen lediglich an ihren Enden  unter sieh parallelgeschaltet sind.

   Als selbst  ausheilende Kondensatoren sind dabei solche  Kondensatoren zu verstehen, deren     metal-          lisehe    Belegungen aus einem auf ein dielek  trisches Band beispielsweise aufgedampften,  dünnen Metallbelag bestehen, der bei Durch  s chlägen um die Durchschlagstelle herum weg  brennt, ohne dass der durchgeschlagene Kon  densator dadurch unbrauchbar wird. In einem  unter Verwendung derartiger Kondensatoren  aufgebauten Vielfachkondensator sind nach  Fig. 2 mehrere Reihen von Kondensatoren 3  und 4 lediglich an ihren Enden unter sieh  parallelgeschaltet.

   Unter der Voraussetzung,  dass die einzelnen Kondensatoren 3 und 4 eine  Kapazität von je 2  F haben und an einer  Spannung von 5 kV liegen, ergibt sich bei       niederohmigem    Anschluss eines     Generators     und bei einem     ausheilenden    Durchschlag in  einem     Kondensator    3 in diesem Fall ein  Energienachschub von nur 75 Joule in den  mit dem durchgeschlagenen Kondensator 3 in  Reihe geschälteten Kondensator 4, dessen  Spannung beim Durchschlag des Kondensa  tors 3 ebenfalls von 5 kV auf 10 kV ansteigt.  Auch hier ist der durchgeschlagene Konden  sator 3 als niederohmiger Vorwiderstand für  den zugehörigen Kondensator 4 zu betrachten,  in welchem 50 Joule vernichtet werden, falls  man den Widerstand als zeitlich konstant  betrachtet.  



       Alus    diesen     Energiebetrachtungen    ergibt  sich die Überlegenheit der Schaltung nach  Fig.2 über diejenige nach Fig.1 ohne wei  teres. Dies ist umsomehr der Fall, als die ge  samte     Ausbrennenergie    bei der Schaltung  nach Fig. 2 den Betrag von 50 Joule unab  hängig von der Zahl der parallelgeschalteten  Reihen nicht übersteigt, während sie bei der  in Fig.1 gezeichneten Schaltung 300 Joule  beträgt und mit der Zahl der Parallelsehal-    tungen weiter ansteigt.

   Die Grösse der     Aus-          brennenergie        wird        also    bei der Schaltung  nach Fig.2 in solchen Grenzen gehalten, dass  mit einer Beschädigung der selbstausheilenden  Kondensatoren nietet zu rechnen ist. Die län  geren Leitungen wirken sieh insofern     günstig     aus, als sie Stromschleifen mit merklicher  Impedanz bilden und dadurch die maximale  Ausbrennenergie herabsetzen. Wird zur Her  stellung der Verbindung Widerstandsdraht  verwendet, so kann dadurch die     Ausbrenn-          energie    noch weiter vermindert werden.  



  Für den Aufbau von Vielfachkondensa  toren aus selbstausheilenden Kondensatoren  ist es hinsichtlich einer gleiehmässigen Span  nungsverteilung von Wichtigkeit, dass die ver  wendeten     Einzelkondensatoren    möglichst  gleichmässige Isolationswerte aufweisen, weil  diese für die leitfähigen Durchschläge und  auch für die Lebensdauer der Kondensatoren  mitbestimmend sind. Aus diesem Grunde  werden die Isolationswerte der Kondensatoren  vor dem     Zusammenbau    bestimmt und zum  mindesten in eine Reihe nur Kondensatoren  mit gleichen Isolationswerten eingeschaltet.

    Die beabsichtigte Wirkung wird am besten  dann erreicht, wenn die Kondensatoren vor  der Isolationswertbestimmung einzeln durch  Anlegen an eine gegenüber ihrer     Betriebs-          spannung    erhöhte Spannung     ausgebrannt     werden.     Beschädigungen    der Wickel     dureli     Durchschläge mit.

   grossen     Energieumset.zun-          gen    können dabei     dadureli        verhindert.    werden,  dass die Wickel auf ein     Isolierrohr    - zum Bei  spiel     aus    dem unter der     llarkenbezeielinung           Pertina     im Handel erhältlichen Isolier  stoff - oder einen Holzdorn aufgewickelt  und aussen durch eine grössere Anzahl von       Papierleerwindungen    bandagiert werden.  



  Unabhängig von diesen     Massnahmen    ist. e,  zweckmässig, die     Ausbrennenergie        durch    eine  Unterteilung des     Metallbelages    in     mehr    oder  weniger breite Streifen 5 nach     Fig.3    zu ver  mindern, welche bei auftretenden Durch  schlägen eine     Begzenzung    des     Energieflusses     zu den innerhalb der einzelnen Teilflächen  der Belegung liegenden     Durehsehlagstellen     zur Folge haben. Diese Erscheinung wird als      Entkopplung bezeichnet. Bewährt hat sich  bei einer Breite des Metallbelages von 50 mm  eine Streifenbreite von etwa 20 mm.

   Bei brei  teren Metallbelägen empfiehlt es sich auch, die  Breite der Streifen auf 30 oder 40 mm zu  vergrössern. Bei geringerer Breite von bei  spielsweise weniger als 10 mm ist zwar die  Entkopplung besser, bei Durchschlägen wer  den dann aber jeweils ein oder zwei Streifen  abgetrennt, so dass merkliche Kapazitätsver  luste zu verzeichnen sind. Es wird daher eine  etwas höhere Ausbrennenergie in Kauf ge  nommen, wenn die durch sie     hervorgerufenen     Ausbrennstellen kleiner sind als die Breite der  Streifen. Zudem kann die Entkopplung durch  schräg verlaufende Streifen wieder     verbessert     werden, da schräge Streifen infolge ihrer  grösseren Länge einen höheren Widerstand  aufweisen als senkrecht zum Wickelband  stehende Streifen.  



       Derartige    Kondensatoren können zum     Bei-          spiel        als        Siebkondensatoren        in     für Gleichspannungen über 3000 Volt  und als Phasenschieberkondensatoren zur  sslindstromkompensation bei Wechselspan  nungen ab 1000 Volt Verwendung finden.



  Multiple capacitor with self-healing individual capacitors. As is well known, multiple capacitors usually consist of groups of individual capacitors connected in parallel and in series. The voltage to be applied is decisive for the number of series connections and the required capacity for the number of parallel connections. The problem on which the present invention is based is explained below with reference to FIGS. 1-3, of which FIG. 1 shows a known circuit for multiple capacitors, FIG. 2 shows the circuit of a multiple capacitor according to an exemplary embodiment of the invention and FIG. 3 shows a winding tape of one of the capacitors used in FIG.

    In the multiple capacitor according to FIG. 1, two groups of six capacitors 1 or 2 connected in parallel are connected one behind the other. This arrangement is based on purely practical considerations and offers advantages with regard to the routing of the lines within the multiple capacitor. The individual capacitor groups are arranged within a housing in such layers that when all capacitors in one layer are connected in parallel, only one line leads to the next layer when the housing is grounded.

   On the other hand, such a circuit has the disadvantage that in the event of breakdowns even of a single capacitor in a layer, under certain circumstances, energy conversions can take place which result in mechanical destruction of the broken down capacitor.

   If, for example, there is a voltage of 10 kV at the terminals of the multiple capacitor according to FIG. 1, and a voltage of 5 kV is found at each of the capacitors 1 and 2 with a capacity of <I> 2 </I> each, uF When a capacitor 1 of the first layer breaks down with a low-resistance connection of a generator connected to the terminals of the arrangement, an energy supply of 450 joules to the capacitors 2 takes place, since after the capacitor breakdown in the first layer .the voltage on the capacitors of the second layer of 5 kV increases to 10 kV.

   The failed capacitor itself acts as a low-ohmic pre-resistor for the capacitors 2. The calculation shows that 300 joules are destroyed in it, assuming that the resistance remains constant over time. The voltage increase that occurs is so great that it not only destroys the broken capacitor 1, but also that a breakdown in the second position and failure of the entire system must be expected.



  When considering these processes, it was assumed that normal film capacitors are used for the construction of such multiple capacitors. Completely different conditions arise, however, if in a multiple capacitor built from several rows of individual capacitors, the individual capacitors according to the invention consist of self-healing capacitors and the rows are connected in parallel only at their ends.

   Self-healing capacitors are those capacitors whose metallic coatings consist of a thin metal coating, for example vapor-deposited onto a dielectric tape, which burns away in the event of a breakdown around the breakdown point without the broken-down capacitor becoming unusable becomes. In a multiple capacitor constructed using such capacitors, as shown in FIG. 2, several rows of capacitors 3 and 4 are connected in parallel only at their ends.

   Assuming that the individual capacitors 3 and 4 each have a capacity of 2 F and are connected to a voltage of 5 kV, a low-resistance connection of a generator and a healing breakdown in a capacitor 3 result in an energy supply of only in this case 75 joules into the capacitor 4 connected in series with the blown capacitor 3, the voltage of which also rises from 5 kV to 10 kV when the capacitor 3 breaks down. Here, too, the broken capacitor 3 is to be regarded as a low-resistance series resistor for the associated capacitor 4, in which 50 joules are destroyed if the resistance is viewed as constant over time.



       From these energy considerations, the superiority of the circuit according to FIG. 2 over that according to FIG. 1 results without further. This is all the more the case as the entire burn-out energy in the circuit of FIG. 2 does not exceed the amount of 50 joules regardless of the number of rows connected in parallel, while it is 300 joules in the circuit shown in FIG The number of parallel stands continues to rise.

   The size of the burnout energy is thus kept within such limits in the circuit according to FIG. 2 that damage to the self-healing capacitors is to be expected. The longer lines have a beneficial effect in that they form current loops with noticeable impedance and thereby reduce the maximum burnout energy. If resistance wire is used to make the connection, the burnout energy can be reduced even further.



  For the construction of multiple capacitors from self-healing capacitors, it is important with regard to a uniform voltage distribution that the individual capacitors used have as uniform insulation values as possible, because these are decisive for the conductive breakdowns and also for the service life of the capacitors. For this reason, the insulation values of the capacitors are determined before assembly and, at least in a row, only capacitors with the same insulation values are switched on.

    The intended effect is best achieved if the capacitors are burned out individually by applying a voltage that is higher than their operating voltage before the insulation value is determined. Damage to the winding caused by carbon copies.

   Dadureli can prevent large amounts of energy being converted. That the winding is wound onto an insulating tube - for example made from the insulating material available commercially under the brand name Pertina - or a wooden mandrel and bandaged on the outside with a large number of empty turns of paper.



  Is independent of these measures. e, it is advisable to reduce the burnout energy by dividing the metal coating into more or less wide strips 5 as shown in FIG. 3, which, if punctures occur, result in a limitation of the energy flow to the thrown-through areas within the individual sub-areas of the coating. This phenomenon is known as decoupling. With a width of the metal covering of 50 mm, a strip width of about 20 mm has proven useful.

   In the case of wider metal coverings, it is also advisable to increase the width of the strips to 30 or 40 mm. In the case of a smaller width of, for example, less than 10 mm, the decoupling is better, but in the case of breakdowns one or two strips are separated, so that noticeable capacity losses are recorded. A slightly higher burnout energy is therefore accepted if the burnout points caused by it are smaller than the width of the strips. In addition, the decoupling can be improved again by obliquely running strips, since oblique strips, due to their greater length, have a higher resistance than strips perpendicular to the winding tape.



       Such capacitors can be used, for example, as filter capacitors for DC voltages above 3000 volts and as phase shift capacitors for low-voltage current compensation for AC voltages from 1000 volts.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Aus mehreren Reihen von Einzelkondensa toren aufgebauter Vielfaehkondensator, da- durch gekennzeichnet, dass die Einzelkonden satoren aus selbstausheilenden Kondensatoren bestehen und dass die Reihen lediglich an ihren Enden unter sich parallelgeschaltet sind. UNTERANSPRÜCHE: 1. V ielfachkondensator nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ver bindungsleitungen zwischen den Einzelkon densatoren aus Widerstandsdraht bestehen. 2. Vielfachkondensator nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die einzelnen Kondensa toren in den Reihen im wesentlichen gleiche Isolationswiderstände haben. PATENT CLAIM Multiple capacitor built up from several rows of individual capacitors, characterized in that the individual capacitors consist of self-healing capacitors and that the rows are only connected in parallel at their ends. SUBClaims: 1. M ultiple capacitor according to patent claim, characterized in that the connecting lines between the individual capacitors consist of resistance wire. 2. Multiple capacitor according to claim and dependent claim 1, characterized in that the individual capacitors in the rows have essentially the same insulation resistances. 3. Vielfachkondensator nach Patentan spruch und Unteransprüchen 1 und 2, da durch gekennzeichnet, dass die Metallisierung der Kondensatorbelegungen aus schrägen Streifen mit einer Breite von 10 bis 40 mm besteht. Vielfachkondensator nach Patentan spruch und Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Wickel auf einen festen Wickeldorn aufgewickelt und aussen mit einer Bandage aus Papierleerwin- dungen versehen sind. 3. Multiple capacitor according to claim and dependent claims 1 and 2, characterized in that the metallization of the capacitor coverings consists of oblique strips with a width of 10 to 40 mm. Multiple capacitor according to patent claim and dependent claims 1 to 3, characterized in that the individual reels are wound onto a fixed winding mandrel and provided on the outside with a bandage made of empty paper windings.
CH283559D 1949-05-16 1950-04-17 Multiple capacitor with self-healing individual capacitors. CH283559A (en)

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