CZ290594B6 - Samoopravný výkonový kondenzátor - Google Patents

Abstract

Samoopravn² v²konov² kondenz tor (1) se skl d z nejm n jedn kondenz torov jednotky (9-1, 9-2, 9-3), kde ka d kondenz torov jednotka (9-1, 9-2, 9-3) se skl d nejm n z jednoho vinut (2). Vinut (2) ka d kondenz torov jednotky (9-1, 9-2, 9-3) jsou osazena prvn a druhou p°ipojovac elektrodou (10, 11). Vinut (2) je zalito do zal vac ho materi lu (4) a ulo eno do prvn ho pouzdra (3). Ka d z vinut (2) kondenz toru (1) je vybaveno nejm n jedn m ochrann²m prvkem (6). Ochrann² prvek (6) se skl d z membr ny (16), kter se aktivuje, kdy na ni zap sob tlak plynu vznikl ho p°i zkratu ve vinut (2), z prvku (19) p°eru ov n proudu. Ochrann² prvek (6) je ulo en² ve druh m pouzd°e (13) ulo en m v prvn m pouzd°e (3). Jedna strana druh ho pouzdra (13) je vytvo°ena jako membr na (16), kter je od konce vinut (2) odd lena ·zkou mezerou (12).\

Description

Samoopravný výkonový kondenzátor

Oblast techniky

Vynález se týká samo výkonového kondenzátoru skládajícího se z nejméně jedné kondenzátorové jednotky, kde každá kondenzátorová jednotka se skládá nejméně z jednoho vinutí vyrobeného nejméně ze dvou filmů izolačního materiálu, na kterém je nanesena kovová povrchová vrstva Vinutí každé kondenzátorové jednotky jsou osazena první a druhou připojovací elektrodou. Vinutí jsou zalita do zalévacího materiálu a uložena do prvního pláště, přičemž každé z vinutí kondenzátoru je vybaveno nejméně jedním ochranným prvkem. Tento ochranný prvek je uložený ve druhém pouzdře, jehož jednu stranu tvoří membrána. Tento ochranný prvek je určen pro aktivaci prvku přerušování proudu, když na něj zapůsobí tlak plynu vzniklého při zkratu ve vinutí, přičemž prvek přerušování proudu je zapojen do série s jednou z uvedených elektrod a ochranný prvek je oddělený od konce vinutí.

Dosavadní stav techniky

Takový samoopravný výkonový kondenzátor je známý zGB-A-2 204 996. Výkonové kondenzátory se používají např. v elektrických sítích ke kompenzování jalového výkonu (účiníku, cos φ) nebo jako součást filtrů absorbujících harmonické proudy a snižujících tak rušení harmonickým napětím v síti. Známé výkonové kondenzátory se vyrábějí napařením kovového materiálu na film, který se potom navíjí. Ke koncům pokoveného filmu se připevňují první a druhá připojovací elektroda. Vinutí jsou zalita do zalévacího nebo plnicího materiálu, jako je např. pryskyřice, olej nebo gel. Vinutí jsou se zalévacím materiálem uložena v prvním plášti.

Pokud se prorazí kovový film samoopravného kondenzátoru, zkrat se následujícím post, automaticky odstraní: V místě zkratu se rychle zvýší proud. Následkem tohoto velkého proudu se na tenké napařené elektrodě v okolí místa zkratu projeví velká proudová hustota. Proud rychle vzroste tak, že se odpařená elektroda přemění na plynovou plazmu, která vyrazí z filmu v okolí zkratu. Místo po elektrodě v okolí zkratu se zaplní izolantem. Kondenzátor se sám zahojil a může pokračovat v normálním provozu. Samoopravný proces či proces samohojení je velmi krátký (mikrosekundy) a plocha obnovené izolace v místě zkratu je velmi malá (několik čtverečních milimetrů). Protože plocha jednoho vinutí kondenzátoru je obvykle velká několik čtverečních metrů, je výsledná ztráta kapacity po skončení procesu samohojení velmi malá. Bez zaznamenatelného účinku na kondenzátor a jeho výkon může proběhnout mnoho tisíc procesů samohojení. Následkem stárnutí dielektrického systému dojde k situaci, kdy tepelné a dielektrické zatížení dosáhne výše, která zabrání funkci tohoto mechanismu. V tomto okamžiku způsobí lavinovité samohojení zkrat celého kondenzátoru. Samoopravné kondenzátory však nevytvářejí vždy zkraty s nízkým poklesem napětí, tj. s malou impedancí zkratu. Impedance zkratu se může pohybovat od malých do vysokých hodnot.

Do pouzdra výkonového kondenzátoru se montují ochranné prvky, které jej chrání proti takovým zkratům. U dosavadních kondenzátorů tvoří ochranný prvek přetlakový vypínač. Přetlakový vypínač pracuje na principu shromažďování plynů, které se vytvářejí ve vinutí kondenzátoru při zkratu v prostoru mezi vinutím a druhým pouzdrem, a vytvářejí v tomto prostoru přetlak. Přetlak prohne membránu ochranného prvku nainstalovaného nad vinutím.

Membrány dosavadních kondenzátorů obsahují vodič, který je sériově připojený kjedné z elektrod. Přetlak způsobený plynem prohne membránu, vodič se přetrhne a proud ve vinutí se přeruší.

- 1 CZ 290594 B6

Nevýhodou dosavadních samoopravných kondenzátorů je, že druhé pouzdro, ve kterém je uložen ochranný prvek, je připevněný k hornímu konci stěny prvního pouzdra. To znamená, že ochranný prvek není fyzicky oddělený od konců stěn prvního pouzdra. Následkem toho mohou deformace nebo poškození prvního pouzdra způsobit poškození ochranného prvku. Vadné připevnění druhého pouzdra k hornímu konci stěny prvního pouzdra může navíc vést k vyřazení ochranného prvku, stejně jako prosakování v oblasti horní části stěny prvního pouzdra.

Podstata vynálezu

Předmětem tohoto vynálezu je montáž ochranného prvku do samoopravného výkonového kondenzátorů méně zranitelným způsobem.

Pro tento účel je samoopravný výkonový kondenzátor vytvořen tak, že druhé pouzdro je uloženo v prvním pouzdře odděleně od horní i spodní stěny prvního pouzdra. Druhé pouzdro je uloženo v zalévacím materiálu a nejméně jedna z jeho stěn je oddělena úzkou mezerou od vinutí. Jelikož je druhé pouzdro uloženo odděleně od bočních stěn prvního pouzdra, tvoří ochranný prvek a vinutí oddělené prvky, které jsou společně namontovány do prvního pouzdra, které už není třeba opatřovat horní stěnou. Zalití ochranného prvku a jednoho z vinutí umožňuje jejich jednoduchou a spolehlivou montáž do prvního pouzdra. Protože je ochranný prvek uložený nezávisle na bočních stěnách, je méně zranitelný následkem případného poškození prvního pouzdra. Protože jsou vinutí i ochranný prvek zalité a současně navzájem oddělené úzkou mezerou, může se plyn shromažďovat pouze v této mezeře. Rozměry mezery a skutečnost, že je ochranný prvek uložený v zalévacím materiálu zajišťují, že plyn zůstává v mezeře, vyvíjí dostatečný tlak na membránu a umožňuje tak spolehlivou funkci ochranného prvku.

První uspořádání samoopravného výkonového kondenzátorů se podle vynálezu vyznačuje tím, že ochranný prvek přerušení proudu obsahuje pojistku a ochranný prvek obsahuje spínač ovládaný membránou. Spínač je paralelně spojený s první a druhou elektrodou. V tomto uspořádání působí membrána jako spínač zkratující první a druhou elektrodu. Zkrat elektrod roztaví pojistku zapojenou do série s jednou z nich, a odpojí tak kondenzátorovou jednotku.

Druhé uspořádání samoopravného výkonového kondenzátorů se podle vynálezu vyznačuje tím, že ochranný prvek přerušení proudu obsahuje mechanicky přerušitelný vodič pojistky spojený do série s jednou z elektrod, uložený před řezným tělískem, které je součástí ochranného prvku. Zapůsobí-li na membránu tlak plynu, přesune membrána řezné tělísko proti mechanicky přerušitelnému vodiči pojistky a přeruší jej. Při tomto uspořádání způsobí pohyb membrány, vyvolaný tlakem plynu, pohyb řezného tělíska proti mechanicky přerušitelnému vodiči pojistky, přeruší jej a odpojí tak kondenzátorovou jednotku. Dráha řezného tělíska je kalibrována tak, aby ochranný prvek spolehlivě působil.

Membrána má dvě stabilní polohy. Výhodou dvoupolohové membrány je, že zajišťuje sepnutý stav nebo odpojení kondenzátorové jednotky, což přispívá ke spolehlivé funkci ochranného prvku.

Přehled obrázků na výkresech

Příkladná provedení vynálezu jsou znázorněna na výkresech, kde obr. 1, resp. 3 je řez prvním, resp. druhým uspořádáním samoopravného výkonového kondenzátorů podle předkládaného vynálezu, obr. 2, resp. 4 je schematický nákres kondenzátorové jednotky vybavené ochranným článkem instalovaným v jednotce konstruované podle prvního, resp. druhého uspořádání, obr. 5 je podrobný pohled na horní část samoopravného kondenzátorů konstruovaného podle prvního uspořádání. Stejné odkazy ve výkresech se vztahují ke stejným nebo analogickým prvkům.

-2CZ 290594 B6

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je samoopravný výkonový kondenzátor konstruovaný podle prvního uspořádání podle vynálezu. Ze zobrazeného příkladu je zřejmé, že kondenzátor se skládá ze tří kondenzátorových jednotek 9-1, 9-2, a 9-3. Pro třífázový proud jsou tyto tři kondenzátorové jednotky 9-1, 9-2, a 9-3 spojené do trojúhelníku. Každou stranu trojúhelníku představuje kondenzátorová jednotka 9-1, 9-2, 9-3. Počet kondenzátorový ch jednotek 9-1, 9-2, 9-3 uložených v prvním pouzdře 3 však není omezený na tři, může jich zde být uloženo více nebo méně, podle počtu fází tvořících proudový obvod, do kterého bude kondenzátor zapojený.

Každá kondenzátorová jednotka 9-1, 9-2, 9-3 sestává nejméně z jednoho vinutí 2 kondenzátoru vyrobeného nejméně ze dvou filmů izolačního materiálu s kovovou povrchovou vrstvou. Stojí za zaznamenání, že několik vinutí může být navinuto koaxiálně, popisováno však je pouze jednoduché vinutí. Kondenzátorová jednotka 9-1, 9-2, 9-3 se např. vyrábí nejdříve napařením kovové vrstvy na polypropylenový film, který se potom navíjí do tvaru válcové nebo oválné cívky. Konce vinutí jsou nastříkány kovem, aby se zajistilo elektrické připojení první elektrody 10 a druhé elektrody 11. První elektroda 10, resp. druhá elektroda 11 každé kondenzátorové jednotky 9-1, 9-2, 9-3 je připojena k prvnímu vodiči 5, resp. druhému vodiči 8, ke kterému se připojuje zdroj napětí. Vinutí 2 kondenzátoru každé kondenzátorové jednotky 9-1, 9-2, 9-3 je uloženo do zalévacího materiálu 4, který vyplňuje prostor mezi vnitřní stranou prvního pouzdra 3 a vinutím 2. Zalévací materiál 4 je z pryskyřice, např. z polyuretanu.

Nad vinutím 2 každé kondenzátorové jednotky 9-1, 9-2, 9-3 je uložen ochranný prvek 6. Umístění ochranného prvku 6 nad vinutím 2 kondenzátoru bylo voleno z ryze praktických důvodů, a ochranný prvek 6 může být uložen i pod vinutím 2 kondenzátoru. Ochranný prvek 6 musí být instalován tak, aby se plyn vzniklý následkem poruchy kondenzátoru mohl pohybovat mezi vrstvami filmu směrem k ochrannému prvku 6. Ochranný prvek 6 je oddělený úzkou mezerou 12, širokou např. 0,5 - 2 mm, od horní vnější strany vinutí 2 kondenzátoru, ochranný prvek 6 je uložený ve druhém pouzdře 13 instalovaném v prvním pouzdře 3. K druhému pouzdru 13 jsou připojeny první a druhý vodič 5 a 8. Druhé pouzdro 13 je rovněž zalito do zalévacího materiálu 4. Je nutné zmínit, že zalévací materiál 4 díky vysoké viskozitě použité pryskyřice prakticky nezateče do úzké mezery 12 mezi vinutím 2 kondenzátoru a druhým pouzdrem 13. I když se malé množství pryskyřice do úzké mezery 12 dostane, nemá to vliv na funkci ochranného prvku 6, protože malý rozměr úzké mezery 12 zajistí, že do ní pronikne opravdu jen minimální množství pryskyřice.

Druhé pouzdro 13 obsahující ochranný prvek 6 je uloženo odděleně od vinutí 2 kondenzátoru a od horní a spodní stěny prvního pouzdra 3. Druhé pouzdro 13 je rovněž oddělené od prvního pouzdra 3. Jelikož je druhé pouzdro 13 zalité do zalévacího materiálu 4, chrám tento zalévací materiál 4 zároveň i ochranný prvek 6. Skutečnost, že druhé pouzdro 13 je odděleno od stěn prvního pouzdra 3, jak je patrné z obr. 1 a 3, znamená, že poškození nebo netěsnost prvního pouzdra 3 nemá vliv na funkci ochranného prvku 6, protože ten je zalitý do pryskyřice. Jak je vidět z obr. 1 a 3, u prvního pouzdra 3 není nutná horní stěna a vinutí 2 kondenzátoru s druhým pouzdrem 13 jsou zalité. Zalévací materiál 4 tak chrání kondenzátor a tvoří obal výkonového kondenzátoru.

Pomocí obr. 2 bude detailně popsána funkce ochranného prvku 6. Na obr. 2 je schematicky znázorněno první uspořádání kondenzátorové jednotky 9-1, 9-2, 9-3 podle předkládaného vynálezu. Ochranný prvek 6 je paralelně připojený k vinutím 2 kondenzátoru a je vytvořen jako spínač se dvěma pevnými kontakty 15. Pojistka 7 je zapojena do série s jednou z elektrod 10, 11 kondenzátorové jednotky 9-1, 9-2, 9-3 a působí jako vypínač proudu, jak bude popsáno dále. Ochranný prvek 6 dále obsahuje membránu 16 a plochý kontakt 17. Plochý kontakt 17, který je

-3 CZ 290594 B6 součástí spínače, je konstruovaný k sepnutí spínače. Druhé pouzdro 13 je uloženo tak, aby byla membrána 16, tvořící stranu druhého pouzdra 13, v kontaktu s úzkou mezerou 12.

Jak už bylo popsáno v předvýznaku, uvažovaný kondenzátor je samo opravný. Ochranný prvek 6 slouží k odpojení kondenzátoru v případě zkratu nebo elektrické závady, kterou nemůže potlačit samoopravná schopnost kondenzátorové jednotky 9-1. 9-2, 9-3. Jakmile se projeví takováto elektrická závada, začne se ve vinutí 2 kondenzátoru Kořit plyn. Plyn postupuje podél vinutí 2 kondenzátoru až dospěje k druhému pouzdru 13. Plyn vxtvoří přetlak v úzké mezeře 12. Jelikož je membrána 16 uložena proti úzké mezeře 12. působí na ni přetlak plynu, prohne ji směrem 10 k pevným kontaktům 15 spínače. Jakmile dosáhne přetlak dostatečné velikosti, plochý kontakt 17 dolehne na pevné kontakty 15 spínače a sepne je. Proud přivedený k druhému vodiči 8 poteče přes spínač do pojistky 7 a velkým zkratovým proudem mezi elektrodami 10, 11 vinutí 2 kondenzátoru ji roztaví. Jakmile se pojistka 7 roztaví, odpojí se kondenzátorová jednotka 9-1, 9-2, 9-3 od elektrického zdroje, protože se přeruší spojení mezi druhou elektrodou 11 a zdrojem 15 proudu.

Membrána 16 má dvě stabilní polohy - v jedné poloze je spínač rozepnutý, v druhé sepnutý. Dvoupolohová membrána je spolehlivější, protože její funkcí je ovládat plochý kontakt 17 spínače.

Ochranný prvek 6 je oddělený od vinutí 2 kondenzátoru. protože je uložen ve druhém pouzdře 13, které je zalité, a druhé pouzdro 13 je od vinutí 2 kondenzátoru odděleno úzkou mezerou 12. Na ochranný prvek 6 tudíž nepůsobí okolní prostředí, a naopak uložení ochranného prvku 6 nemá vliv na tvar vinutí 2 kondenzátoru. Ochranný prvek 6 je odděleným komponentem, je 25 možné ho během výroby kondenzátoru samostatně zkoušet. Umístění ochranného prvku 6 v přímé blízkosti vinutí 2 kondenzátoru zlepšuje jeho citlivost a rychlost jeho zapůsobení.

Na obr. 3 a 4 je znázorněno druhé uspořádání samoopravného výkonového kondenzátoru podle vynálezu. Druhé uspořádání se od prvního liší konstrukcí ochranného prvku 6. U druhého 30 uspořádání je prvek přerušení proudu integrovaný do druhého pouzdra 13. Prvek přerušení proudu tvoří mechanicky přerušitelný vodič 19, zapojený do série s jednou z elektrod 10, 11 kondenzátorové jednotky 9-1, 9-2, 9-3. Na membránu 16 je připevněno řezné tělísko 18. Řezné tělísko 18 se přednostně vyrábí ze skla, které je zvlášť výhodné pro řezání a je špatným vodičem proudu. Mechanicky přerušitelný vodič 19 je uložen před řezným tělískem 18. Po zapůsobení 35 tlaku na membránu 16 je řezné tělísko 18 tlačeno proti mechanicky přerušitelnému vodiči 19 pojistky 7. Jakmile tlak dosáhne předem určené hodnot), dojde ke kontaktu řezného tělíska 18 a mechanicky přerušitelného vodiče 19 pojistky 7, mechanicky přerušitelný vodič 19 se přeruší a vinutí 2 kondenzátoru se odpojí od zdroje proudu. Délka pohybu řezného tělíska 18, stejně jako délka pohybu plochého kontaktu 17 u prvního uspořádání, se nastavuje tak, aby k odpojení 40 kondenzátorové jednotky 9-1, 9-2, 9-3 došlo tehdy, jakmile tlak na membránu 16 dosáhne prahové hodnoty svědčící o elektrické závadě ve vinutí 2 kondenzátoru, kterou nemůže odstranit samoopravná schopnost kondenzátoru.

Na obr. 5 je pohled shora na první uspořádání samoopravného výkonového kondenzátoru podle 45 vynálezu, zejména je zde zřetelné uspořádání elektrických kontaktů. Na obr. 5 není zobrazený zalévací materiál 4, aby bylo vidět kontakty. U hotového kondenzátoru jsou kontakty uloženy v zalévacím materiálu 4, ze kterého vystupují pouze svorky 30. Dva ze druhých vodičů 8-1 a 8-2 jsou permanentně připojeny k prvnímu plechu 21-1, 21-2. který spojuje jeden konec pojistky 7-2, resp. 7-3. Druhý konec pojistky 7 je připojený ke druhému plechu 24, ke kterému jsou perma50 nentně připojené první vodiče 5. Druhé plechy 24 jsou rovněž permanentně připojené k jednomu z pevných kontaktů 15 spínače. Druhý pevný kontakt 15 spínače je připojený k neznázoměným třetím plechům, které jsou permanentně připojené k prvním plechům 2L Čtvrtý plech 20, připojený k pojistce 7-1, je dále připojený ke svorce 30-3. Pomocí perforací 25 se nastavuje poloha druhého pouzdra 13 v prvním pouzdře 3.

-4CZ 290594 B6

První, druhé, třetí a čtvrté plechy 21, 24, 20 jsou připevněné na druhé pouzdro 13, kde je uložený ochranný prvek 6. Druhé pouzdro 13 se přednostně vyrábí z plastu, který má dobré izolační vlastnosti a umožňuje snadnou výrobu.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (7)

1. Samoopravný výkonový kondenzátor skládající se z nejméně jedné kondenzátorové jednotky, kde každá kondenzátorová jednotka obsahuje nejméně jedno vinutí kondenzátoru tvořené nejméně dvěma filmy z izolačního materiálu s kovovou povrchovou vrstvou, vinutí kondenzátoru každé kondenzátorové jednotky jsou osazena první a druhou připojovací elektrodou a jsou zalita do zalévacího materiálu a uložena do prvního pouzdra, každé z vinutí kondenzátoru je vybaveno nejméně jedním ochranným prvkem uloženým ve druhém pouzdře, jehož jednu stěnu tvoří membrána, přičemž ochranný prvek je vytvořen pro aktivaci prvku přerušení proudu, je-li na membránu vyvinut tlak plynu vytvářený zkratem ve vinutí kondenzátoru, a přičemž ochranný prvek je připojený do série s jednou z elektrod a je oddělený od konce vinutí kondenzátoru, vyznačující se tím, že druhé pouzdro (13) je uloženo v prvním pouzdře (3) odděleně od jeho horní a/nebo spodní stěny a je uloženo v zalévacím materiálu (4) a nejméně jedna z jeho stěn je od vinutí oddělena úzkou mezerou (12).

2. Samoopravný výkonový kondenzátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že prvek přerušení proudu je vytvořen jako pojistka (7) a ochranný prvek (6) je vytvořen jako spínač uspořádaný pro spínání membránou (16), kde tento spínač je paralelně připojený k první a druhé elektrodě (10, 11).

3. Samoopravný výkonový kondenzátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že prvek přerušení proudu je vytvořen jako mechanicky přerušitelný vodič (1, 9), připojený sériově k jedné z elektrod (10, 11) a uložený před řezné tělísko (18), které je součástí ochranného prvku, kde řezné tělísko (18) je uspořádáno pro pohyb proti mechanicky přerušitelnému vodiči (19) tlakem membrány (16) pro přerušení vodiče (19) působením tlaku na membránu (16).

4. Samoopravný výkonový kondenzátor podle nároků 1 až 3,vyznačující se tím, že membrána (16) je bistabilní.

5. Samoopravný výkonový kondenzátor podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že ochranný prvek je vyrobený z plastu, ve kterém je uložený kovový, mechanicky přerušitelný vodič (19).

6. Samoopravný výkonový kondenzátor podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, v y z n a č u j í c í se t í m , že v prvním pouzdře (3) jsou uloženy nejméně tři kondenzátorové jednotky (9-1, 9-2, 9-3).

7. Samoopravný výkonový kondenzátor podle nároku 3, vy z n a č u j í c í se tím, že řezné tělísko (18) je ze skla.