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.
Electrical capacitor The invention relates to a self-healing capacitor, that is to say to an electrical capacitor which contains at least one coating that burns away finitely from the influence of the breakdown arc in the event of breakdowns at weak points in the dielectric.
With such capacitors, especially those with a low operating voltage, it has already happened that they healed in the event of overvoltages at the breakdown points that occurred, but they nevertheless assumed an impermissible conductivity over time.
This possibility of increasing the conductivity regardless of breakdowns, only under the influence of the operating voltage, is eliminated according to the invention in that at least one assignment of the self-healing capacitor consists of a 1Teta.11 whose melting temperature is below the decomposition temperature of the dielectric. kums lies.
The invention is based on the knowledge that the cause of the conductivity increasing with the operating voltage is to be found in local overheating.
Because there is. Capacitors in which, especially when operated with alternating voltage, parts of the dielectric reach such high temperatures as a result of dielectric losses that the thermal equilibrium of these capacitors is disturbed and they are finally heated up to the point of destruction of their dielectric.
If, for example, local heating occurs in capacitors with paper as dielectric material, exothermic decomposition of the cellulose occurs at around 200 ° C., so that the capacitor becomes conductive with low resistance due to the decomposition products that are created.
According to the invention, however, the covering metal of at least one covering has a melting point which is below the decomposition temperature of the dielectric. so this metal coating melts before the decomposition of the dielectric at the overheated areas and disappears here, so that there is no longer an electric field at the relevant areas.
A completely reliable, self-healing capacitor therefore contains, according to the invention, at least one coating that burns away in the event of breakdowns at the weak points of the dielectric under the influence of the breakdown arc, and at least one coating that melts when local heating occurs, the melting temperature this occupancy is below the decomposition temperature of the capacitor dielectric.
The metal coating that burns out in the event of arcing can be used in a known manner as a thin metal layer with a thickness of about 0.01 to 0;
5, u, in particular from 0.05 to 0.1, u can be metallized on a dielectric tape, while the second coating can be made of a metal with a low melting point from a self-supporting film or also from a layer metallized on a dielectric band .
In the drawing, Ausführungsbei games of the subject of the invention are shown schematically, namely in Fig. 1 a capacitor whose one Bele supply consists of a self-supporting metal foil of a low-melting metal and its other occupancy as thin:
Layer is metallized on one side of a dielectric tape, Fig. 2, a similarly structured capacitor, the self-healing coating is metallized on both sides of a dielectric tape and Fig.3 shows a capacitor, both of which are as thin 'layers on dielectric trisehe bands are metallized.
In FIG. 1, the numbers 10 and 11 denote 5 fc-strong foils made of a eutectic alloy of 601% bismuth and 40% cadmium, which melts at 145.degree.
The foils 10 and 11 are connected to one another by sprayed-on metal bridges 1'2 and <B> 13 </B> on the end faces of the capacitor on which they protrude over the capacitor end faces.
The effective dielectric of the capacitor consists of a paper tape 1.4 and the second coating consists of a zinc coating 16 with a thickness of 0.07, which is metallized on one side of a paper tape 15,
u as blind assignment. Self-healing zinc coatings have particularly good burnout properties. A self-healing capacitor is said to have good burnout properties of a covering metal if the insulation value of the capacitor has not deteriorated significantly from its original insulation value after a large number of burnouts.
In the event of a voltage breakdown, the zinc coating 116 in the capacitor shown burns away the breakdown point, while with local heating between the cover lengths 10, 11 and 16 due to dielectric losses, one of the metal foils 10 or 11 melts away at the point where the heating occurs .Melting temperature of the cadmium-zinc alloy reached.
The capacitor according to FIG. 2 contains a layer of 5 u-thick foils 20, 21 made of a eutectic alloy of 41;
6.% 'V4Tism, 32% lead, 20 per cent mercury and 6.4 per cent cadmium.
The other capacitor configuration consists of 0.07, u-thick zinc layers 23, 24 metallized on both sides of a paper strip 22 and the effective dielectric of the capacitor consists of polystyrene foils 2 6. The foils 23, '24 are connected to one another at the capacitor end faces by metal breaks <B> 26, </B> 2,7.
In this capacitor, the paper tape 22 is not in the electrical field and is therefore not electrically stressed. The effective dielectric in this case is formed by the polystyrene foils 25, which have low dielectric losses, but are decomposed when heated to more than 70.degree.
For this reason, the above-mentioned alloy with a melting point of 56 to 59 C was selected for the low-melting foils 20, 21 in this case, since at this low melting temperature the polystyrene foil is still temperature-resistant in the event of a thermal failure.
An embodiment of a capacitor which is particularly suitable for high-voltage capacitors is illustrated in FIG. Foils made of halogenated carbons are consistently used as the dielectric, especially made of a material that has become known under the protected trademark Teflon, has a low loss factor and a temperature resistance of up to 300 C.
On the 'Teflon' films 30, <B> 31 </B>, 0.5, u-thick, subdivided zinc layers 3C? ,, 33, 34 are metallized, while the Teflon films 3'5, 3-6 also metallized and subdivided coverings 37, 38 made of an eutectic alloy of 82,
Carry% cadmium and 18% zinc (melting point 263 C) as a blank.
But it could also be a eutectic alloy of 32; % Lead, 50% tin and 18% cadmium can be used. Connection bridges 39, 40 are attached to the zinc coatings 32; 34 sprayed on.
Good security against @ Väz @ ne breakdowns is also achieved with this capacitor. In any case, it is essential that the melting temperature of the coating to be melted away in the event of thermal breakdowns is geared to the temperature resistance of the dielectric used, i.e. that in any case the 12 metal used must melt at a lower temperature than the decomposition temperature of the dielectric , as is the case with the exemplary embodiments described.
If, in the case of the capacitor according to FIG. 3, in which both coverings are metallized on dielectric strips, the sheet resistances (i.e. the resistances between opposite sides of a square) of the two coverings 3 @ 2, 33, 34 and 317, 318 made the same size, which can be achieved by appropriate dimensioning of the layer thickness, the further advantage is achieved that the coatings 37, 38 not only melt in the event of heat penetration,
but also with voltage breakdowns - burn away around the breakdown point.