CH313676A - Elektrischer Kondensator - Google Patents

Description

  Elektrischer Kondensator    Die Erfindung bezieht sich auf einen  selbstausheilenden     Kondensator,    das heisst auf       einen    elektrischen     Kondensator,    der     minde-          stens    eine Belegung enthält, die bei Durch  schlägen an schwachen Stellen     des        Dielektri-          kums        finiter    dem Einfluss des Durchschlags  lichtbogens wegbrennt.

   Bei     derartigen    Kon  densatoren, insbesondere mit niedriger Be  triebsspannung, ist es schon vorgekommen,  dass sie zwar bei Überspannungen an den  auftretenden Durchschlagstellen -ausheilten,       class    sie aber trotzdem im Laufe der Zeit eine  unzulässige Leitfähigkeit annahmen.  



  Diese Möglichkeit der Zunahme der Leit  fähigkeit unabhängig von Durchschlägen, le  diglich unter dem Einfluss der Betriebsspan  nung ist gemäss der Erfindung dadurch be  seitigt, dass mindestens eine Belegung des  selbstausheilenden     Kondensators    aus einem       1Teta.11        besteht,    dessen     Schmelztemperatur    un  ter der     Zersetzungstemperatur    des     Dielektri-          kums    liegt.  



  Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis,  dass die Ursache     für    die bei Betriebsspan  nung zunehmende Leitfähigkeit in örtlicher       Übererwärmung    zu suchen ist.  



  Es gibt     nämlich.        Kondensatoren,    bei denen,  insbesondere wenn sie mit     Wechselspannung     betrieben werden, Teile des     Dielektrikums    in  folge     dielektrischer    Verluste so hohe Tempera  turen erreichen, dass das     thermische    Gleichge  wicht dieser Kondensatoren gestört und sie    schliesslich bis zur     Zerstörung        ihres        Dielektri-          kums    aufgeheizt werden.

   Findet     zum        Beispiel     bei Kondensatoren mit Papier als     Dielektii-          kim    eine örtliche Erhitzung statt, so tritt bei       etwa    200      -C    eine     exotherme    Zersetzung der  Zellulose ein, so dass der     Kondensator        durch     die dabei entstehenden     Zersetzungsprodukte          niederohmig    leitfähig wird.

   Hat aber gemäss  der Erfindung das     Belagmetall    mindestens  einer     Belegung    einen Schmelzpunkt, der un  ter der Zersetzungstemperatur des     Dielektri-          kums    liegt,. so     schmilzt    dieser Metallbelag  schon vor der     Zersetzung    des     Dielektrikums     an den übererwärmten 'Stellen     und    verschwin  det hier, so dass an den betreffenden Stellen  auch kein     elektrisches    Feld mehr vorhanden  ist.  



  Ein     vollkommen    betriebssicherer, selbst  ausheilender Kondensator enthält daher ge  mäss der Erfindung     mindestens    eine Bele  gung, die bei Durchschlägen an den schwachen  Stellen des     Dielektrikums    unter dem     Einfluss     des Durchschlaglichtbogens wegbrennt, und       mindestens    eine Belegung, die beim Auftre  ten örtlicher Erwärmung schmilzt, wobei die  Schmelztemperatur dieser     Belegung    unter       der-Zersetzungstemperatur    des Kondensator  dielektrikums liegt.

   Die bei     Lichtbogendurch-          schlägen    ausbrennende     Metallbelegung    kann  dabei in bekannter Weise als dünne Metall  schicht in einer Stärke     @    von etwa 0,01 bis       0;

  5,u,    insbesondere von     0,05    bis     0,1,u    auf      ein     dielektrisches    Band     aufmetallisiert    sein,  während die zweite     Belegung    aus einem Metall  mit niedrigem Schmelzpunkt aus einer selbst  tragenden Folie oder     ebenfalls    aus einer auf       ein        Dielektrikiun        aufmetallisierten        :Schicht    be  stehen kann.  



  In der     Zeichnung    sind Ausführungsbei  spiele des     Erfindungsgegenstandes    schema  tisch dargestellt, und zwar in       Fig.    1 ein     Kondensator,    dessen eine Bele  gung aus einer selbsttragenden Metallfolie       eines        niedrigschmelzenden    -     Metalles    besteht       und    dessen andere Belegung als dünne :

  Schicht  auf eine Seite     eines        dielektrischen    Bandes auf  metallisiert ist,       Fig.    2, einen ähnlich aufgebauten Konden  sator, dessen selbstausheilende     Belegung    auf  beide Seiten     eines        dielektlischen    Bandes auf  metallisiert ist     und          Fig.3    einen     Kondensator,    dessen beide       Belegungen    als dünne 'Schichten auf     dielek-          trisehe    Bänder     aufmetallisiert        sind.     



  In     Fig.    1 bezeichnen die Ziffern 10 und  11 5     fc-starke    Folien aus einer     eutektischen          Legierung        von        601        %        Wismut        und        40        %        Kad-          mium,    welche bei     145     C schmilzt.

   Die Folien  10     und    11 sind an den Stirnseiten des     Kon-          densators,    an denen sie über die     Konden-          satorstirnseiten    vorstehen, durch aufgespritzte  Metallbrücken     1'2    und<B>13</B> miteinander ver  binden.

   Das wirksame     Dielektrikum    des     Kon-          densators    besteht aus einem Papierband 1.4  und die zweite     Belegung    aus einem auf     ein     Papierband 15 einseitig     aufmetallisierten     Zinkbelag 16 mit einer Stärke von 0,07     ,

  u     als     Blindbelegung.    Selbstausheilende     Zinkbele-          gungen    haben besonders gute     Ausbrenneigen-          schaften.    Von guten     Ausbrenneigenschaften     eines     Belegiungsmetalles    wird bei einem  selbstausheilenden Kondensator dann gespro  chen, wenn sich der Isolationswert des     Kon-          densators    nach einer grossen Zahl von Aus  bränden gegenüber seinem     ursprünglichen     Isolationswert     nicht    wesentlich verschlech  tert hat.  



  Bei einem     Spannungsdurchschlag    brennt  daher bei dem gezeichneten Kondensator der       Zinkbelag    116     tun    die     Durchschlagstelle    herum    weg, während bei örtlicher     Erwärmung    zwi  schen den     BelegLlngen        10,    11     und    16 infolge       dielektrischer    Verluste eine der Metallfolien  10 oder 11 an derjenigen Stelle wegschmilzt,  an welcher die     Erwälmilng    die .Schmelztem  peratur der     Kadmium-Zink-Legierimg    er  reicht.  



  Der Kondensator nach     Fig.2    enthält eine       Belegung    aus     5,u-starken    Folien 20, 21 aus       einer        eutektischen        Legierung        von        41;

  6.        %        'V4Tis-          mut,        32        %-        Blei,        20         /o        Quecksilber        und        6,4         /o     Kadmium.

   Die andere     Kondensatorbelegung     besteht aus auf beide Seiten eines Papier  bandes 22     aufmetallisierten        0,07,u-starken          Zinkschichten    '23, 24 und das wirksame     Di-          elektrikum    des     Kondensators    aus Polt'     styrol-          folien    2<B>6</B>. Die Folien 23,     '24        sind    an den       Kondensatorstirnseiten    durch     Metallbrüchen     <B>26,</B> 2,7 miteinander verbunden.

   Bei diesem  Kondensator liegt das Papierband 22 nicht  im     elektrischen    Feld und ist daher     elektrisch     nicht beansprucht. Das     wirksame        Dielektri-          kum    bilden in diesem Fall die Polystyrol  folien 25, die geringe     dielektlische        Verluste     aufweisen, aber bei     Erwärmung    auf mehr  als 70  C zersetzt werden.

       Aus    diesem     Grind     wurde in diesem Fall für die     niedrigschmel-          zenden    Folien 20, 21 die obenerwähnte Legie  rung mit einem Schmelzpunkt von 56 bis     59     C  gewählt, da bei dieser     niedrigen        'Schmelztem-          peratur    im Falle eines     Wähmedurehsehlages     die     Polystyrolfolie    noch temperaturbeständig  ist.  



  Eine besonders für Hochspannungskonden  satoren geeignete     Ausführungsform    eines       Kondensators    ist in     Fig.3    veranschaulicht.  Als     Dielektrikum    sind hierbei durchweg Fo  lien aus     halogenierten    Kohlenstoffen verwen  det, speziell aus einem Stoff, der unter der  geschützten Marke      Teflon     bekanntgeworden  ist, einen niedrigen Verlustfaktor und eine  Temperaturbeständigkeit bis 300  C aufweist.

    Auf die      'Teflon -F'olien    30,<B>31</B> sind dabei  0,5     ,u-starke    unterteilte Zinkschichten     3C?,,    33,  34     aufmetallisiert,    während die      Teflon -          Folien    3'5,     3-6    ebenfalls     aufmetallisierte        und          unterteilte    Belegungen 37, 38 aus einer     eutek-          tischen        Legierung        von        82,

          %        Kadmium        und              18        %        Zink        (Schmelzpunkt        263         C)        als        Blind-          belegung    tragen.

   Es könnte aber auch     eine          eutektische        Legierung        von        32;        %        Blei,        50        0/0          Zinn        und        18        %        Kadmium        verwendet        wer-          den.        Anschlussbrücken    39, 40 sind an die auf  den Stirnseiten vorstehenden     Zinkbelegungen     32; 34 aufgespritzt.

    



  Eine gute Sicherheit gegenüber     @Väz@ne-          durchschlägen    ist auch bei diesem Kondensa  tor erreicht. Wesentlich ist in jedem Falle,  dass die Schmelztemperatur der bei Wärme  durchschlägen wegzuschmelzenden Belegung  auf die Temperaturbeständigkeit des verwen  deten     Dielektrikums    abgestellt ist, das heisst  also, dass in jedem Fall das verwendete     l2e-          tall    bei einer niedrigeren Temperatur schmel  zen muss als der     Zersetzungstemperatur    des       Dielektrikums,    wie dies bei den beschriebenen  Ausführungsbeispielen der Fall ist.  



  Werden bei dem Kondensator nach     Fig.    3,  bei welchem beide Belegungen auf     dielektri-          sche    Bänder     aufmetallisiert    sind, zudem noch  die Schichtwiderstände (das heisst die Wider  stände     zwischen    einander gegenüberliegenden  Seiten     eines    Quadrats) der beiden Belegun  gen     3@2,    33, 34     und    317, 318 gleich gross gemacht,  was durch entsprechende Bemessungen der  Schichtdicke zu erreichen ist, so wird der  weitere Vorteil erzielt, dass die     Belegungen     37, 38 nicht nur bei     Wärmedurchschlägen     schmelzen,

   sondern auch bei Spannungsdurch  schlägen -um die Durchschlagstelle herum weg  brennen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Elektrischer Kondensator, der minde stens eine Belegung enthält, die bei Durch schlägen um die Durchschlagstelle herum wegbrennt, dadurch gekennzeichnet, dass min destens eine seiner Belegungen aus einem Metall besteht, dessen Schmelztemperatur Uü- ter der Zersetzungstemperatur des Konden- satordielektrikums liegt. UN'TERAINTSP'RLTC\HE 1.

   Elektrischer Kondensator nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine seiner BelegLlngen' auf mindestens eine :Seite eines d'ielektrischen Bandes aufmetallisiert und so dünn ist, dass sie bei Durchschlägen an der Durchschlagstelle ausbrennt, und die andere Belegung, deren 'Schmelztemperatur unter der Zersetzungstemperatur des Konden- satordielektrikums liegt, aus einer selbsttra genden Folie besteht. 2.

   Elektrischer Kondensator nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass alle Belegungen auf dielektrische Bänder auf metallisiert sind. 3. Elektrischer Kondensator nach Unter anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Belegung, deren Schmelztemperatur tui- ter der Zersetzungstemperatur des Dielektri- luuns liegt, in einer so dünnen Schicht auf ein dielektrisches Band aufmetallisiert ist, dass sie bei einem Durchschlag um die Durchschlag stelle herum ausbrennt. 4.

   Elektrischer Kondensator nach Unter anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Belegungen des Kondensators densel ben Schichtwiderstand haben. 5. Elektrischer Kondensator nach Unter anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Belegung, deren Schmelztemperatur unter der Zersetzungstemperatur des Dielektrikurns liegt, aus einem eutektischen Gemisch von Me tallen mit einem Schmelzpunkt von 50 bis 300 C besteht. 6.

   Elektrischer Kondensator nach Unter anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die niedrigschmelzende Belegung aus einer eutek- tischen Legierung von 41,6 /o Wismut, 320/a Blei, 201/o Quecksilber und 6,4% Kadmiilm besteht. 7.

   Elektrischer Kondensator nach Unter anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die niedrigschmelzende Belegung aus einer eutek- tischen Legierung von 321% Blei, 501)4 Zinn und 1.8'0/a Kadmium besteht.

   B. Elektrischer Kondensator nach Unter anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die niedrigschmelzende Belegung aus einer eutek- tischen Legierung von 820/a Kadmium und 18 % Zink besteht.