DE102004042307B3 - Hochspannungskondensator - Google Patents

Abstract

Um einen Hochspannungskondensator (13) zur Energieübertragung mit einem Isolatorgehäuse (14), in dem wenigstens zwei parallel zueinander geschaltete Kondensatorreihenschaltungen (9, 10) angeordnet sind, die jeweils aus einer Reihenschaltung von Einzelkondensatoren (4, 5) bestehen, welche als stapelbare Kondensatorelemente (1) ausgebildet sind, bereitzustellen, der kompakt und kostengünstig ist, wird vorgeschlagen, dass jedes Kondensatorelement (1) mehrere isoliert gehaltene Einzelkondensatoren (4, 5) aufweist, deren Anzahl der Anzahl der Kondensatorreihenschaltungen (9, 10) entspricht, so dass die Kondensatorreihenschaltungen (9, 10) durch lediglich einen Stapel der Kondensatorelemente (1) ausgebildet sind.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Hochspannungskondensator zur Energieverteilung.
• Hochspannungskondensatoren zur Energieverteilung sind beispielsweise aus der DE 28 47 775 A1 bekannt. Der dort offenbarte Hochspannungskondensator weist ein zylindrisches oder prismatisches Isolatorgehäuse auf, in dem eine Kondensatorreihenschaltung angeordnet ist. Die Kondensatorreihenschaltung besteht aus Kondensatorelementen, deren Einzelkondensatoren über Anschlussstücke seriell miteinander verbunden sind. Dabei weisen die Kondensatorelemente flachen Wicklungen von Metallbändern auf, welche als Elektrodenflächen der einzelnen Kondensatoren dienen. Die Metallbänder sind durch eine dielektrische oder isolierende Schicht voneinander getrennt, wobei die isolierende Schicht aus mehreren dielektrischen Folien besteht. Die Kondensatorreihenschaltung ist in einem Gestell angeordnet, das für den mechanischen Halt der Kondensatorreihenschaltung sorgt.
• Die DE 195 10 624 C1 beschreibt einen Wickelkondensator, bei dem mehrere Einzelkondensatoren auf einer Wicklung einer dielektrischen Folie aufgebracht sind.
• Die US 1 298 396 , FR 848 360 und EP 0 109 090 A2 beschreiben Kondensatoren im Niederspannungsbereich, bei denen mehrere Kondensatorelemente beispielsweise aus Platzgründen in einem Gehäuse angeordnet sind.
• Die DE 79 26 647 U1 offenbart einen Freilufthochspannungskondensator mit einem aus Porzellan gefertigten Isoliergehäuse und einem Hohlraum, in dem sich ein Aktivteil eines Kondensators erstreckt. Das Aktivteil besteht aus übereinander geordneten Stapeln aus Flachwicklungen, die eine Reihenschaltung aus Einzelkondensatoren ausbilden.
• Die DE 42 38 643 A1 und die FR 2 701 158 A1 offenbaren jeweils einen Hochspannungskondensator, in dem zwei parallel zueinander angeordnete Kondensatorreihenschaltungen angeordnet sind, wobei die Reihenschaltungen jeweils durch einen eigenen Stapel ausgebildet sind.
• Hochspannungskondensatoren werden im Bereich der Energieverteilung beispielsweise als Spannungsteiler, Energiespeicher, Filterbestandteil oder dergleichen eingesetzt. Aus Gründen der Redundanz, der Kapazitätserhöhung oder der Parallelmessung ist es in der Energieverteilung in vielen Fällen üblich geworden, Hochspannungskondensatoren parallel zu schalten. So ist aus dem Stand der Technik bekannt, zwei Kondensatorreihenschaltungen mit jeweils einem Isolatorgehäuse elektrisch parallel in Anlagen der Energieverteilung zu integrieren. Da im Hinblick auf die geforderte Lebensdauer hohe Anforderungen an die Haltbarkeit der wetterfest auszubildenden Isolatorgehäuse gestellt werden, tragen diese erheblich zu den Kosten eines solchen Hochspannungskondensators bei. Ein solcher Hochspannungskondensator ist daher kostenintensiv.
• Aus dem landläufigen Stand der Technik ist ferner bekannt, zwei parallel geschaltete Kondensatorreihenschaltungen in einem Isolatorgehäuse – beispielsweise einem hohlzylindrischen Porzellangehäuse – unterzubringen. Dabei bestehen die Kondensatorreihenschaltungen wie üblich aus seriell miteinander verbundenen Einzelkondensatoren, die als stapelbare Kondensa torelemente ausgestaltet sind. Zum Halten der gestapelten Kondensatorelemente ist ein Gestell aus isolierendem Material vorgesehen, das darüber hinaus auch zum Aneinanderpressen der Kondensatorelemente eingerichtet ist. Die in dem Haltemittel oder dem Gestell aneinander gepressten Kondensatorelemente bilden die Kondensatorreihenschaltung aus und werden auch als Aktivteil bezeichnet wird. Solche Aktivteile sind üblicherweise kastenförmig oder kubisch ausgestaltet und werden gemäß dem Stand der Technik nebeneinander in dem Isolatorgehäuse aufgestellt. Das Nebeneinanderstellen zweier kubischer Aktivteile in einem hohlzylindrischen Isolatorgehäuse führt jedoch zu einem raumgreifenden Hochspannungskondensator. Auch sind mit der Montage zweier Aktivteile hohe Fertigungs- und Montagekosten verknüpft. Nachteilig ist ferner, dass es in der Regel nicht möglich ist, exakt identische Aktivteile herzustellen, deren Stapelhöhe zwischen einem und mehreren Metern variieren kann. Insbesondere bei größeren Aktivteilen treten daher Differenzspannungen zwischen den Aktivteilen auf. Solche Differenzspannungen sind jedoch unerwünscht und können zur Begrenzung der Höchstspannung führen, die an den Anschlussklemmen des Hochspannungskondensators abfallen darf.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Hochspannungskondensator bereitzustellen, der aus parallel geschalteten Kondensatorreihenschaltungen für Hochspannungsanwendungen besteht, wobei der Hochspannungskondensator kompakt und kostengünstig ist.
• Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Hochspannungskondensator zur Energieverteilung mit einem Isolatorgehäuse, in dem wenigstens zwei parallel zueinander geschaltete Kondensatorreihenschaltungen angeordnet sind, die jeweils aus einer Reihenschaltung von Einzelkondensatoren bestehen, wel che als stapelbare Kondensatorelemente ausgebildet sind, wobei jedes Kondensatorelement mehrere isoliert gehaltene Einzelkondensatoren aufweist, deren Anzahl der Anzahl der Kondensatorreihenschaltungen entspricht, so dass die Kondensatorreihenschaltungen durch lediglich einen Stapel der Kondensatorelemente ausgebildet sind.
• Während gemäß dem Stand der Technik jedes Kondensatorelement lediglich einen Einzelkondensator ausbildet, sind erfindungsgemäß durch jedes Kondensatorelement mehrere Einzelkondensatoren bereitgestellt. Dabei sind die Einzelkondensatoren eines Kondensatorelements gegeneinander isoliert. Zur Ausbildung der Reihenschaltung sind die Einzelkondensatoren eines Kondensatorelements jeweils mit den Einzelkondensatoren des benachbarten Kondensatorelements elektrisch verbunden. Erfindungsgemäß sind innerhalb eines Stapels weitgehend symmetrische Reihenschaltungen realisiert, so dass Differenzspannungen zwischen den Kondensatorreihenschaltungen erfindungsgemäß vermieden sind. Die stapelförmig angeordneten Kondensatorelemente sind kompakt aufstellbar und werden erfindungsgemäß von einem einzigen Isolatorgehäuse umschlossen. Damit ist ein kompakter und kostengünstiger Hochspannungskondensator bereitgestellt.
• Vorteilhafterweise umfasst ein Kondensatorelement eine Wicklung einer isolierenden Folie, die beidseitig mit elektrisch leitenden Belägen versehen ist. Mit anderen Worten ist das Kondensatorelement als üblicher Wickelkondensator ausgebildet, der ein als Folie ausgestaltetes also wickelbares Dielektrikum ausweist. Das Dielektrikum ist zwischen den leitenden Belägen, also zwischen den Elektrodenflächen der Einzelkondensatoren, angeordnet. Die leitenden Beläge der Einzelkondensatoren sind beispielsweise dünne Metallfolien, die mit beliebigen Verfahren auf das Dielektrikum aufgebracht sind. Beispielsweise werden die Metallfolien aufgedampft oder aufgeklebt. Anschließend wird die beschichtete dielektrische Folie zu einer Wicklung gewickelt, wobei eine zusätzlich eingewickelte Isolierschicht beispielsweise aus einem geölten Papier oder aus einem weiteren dünnen Folienmaterial das Kontaktieren der leitenden Beläge in der Wicklung verhindert. Die isolierende Folie weist zweckmäßigerweise eine Länge von 1 bis 5 Metern auf, wobei die Breite der isolierenden Folie von der Anzahl der gewünschten Kondensatorreihenschaltungen abhängig ist. Vorteilhafterweise sind auf jedem Kondensatorelement zwei Einzelkondensatoren vorgesehen.
• Bei einer diesbezüglichen Weiterentwicklung ist das Kondensatorelement so ausgebildet, dass im gewickelten Zustand an einer ersten Seite jedes Kondensatorelements die leitenden Beläge einer ersten Seite der isolierenden Folie außen aufliegen und dass an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite jedes Kondensatorelements, die leitenden Beläge einer zweiten Seite der isolierenden Folie außen aufliegen. Mit anderen Worten liegen beispielsweise auf der Oberseite des Kondensatorelements die Elektroden mit im Betrieb höherem Potential der Einzelkondensatoren außen oder mit anderen Worten blank auf, während die andere Elektrode, die bei Betrieb mit einem geringeren Potential beaufschlagt ist, an der Unterseite des Kondensatorelements blank aufliegt. Auf diese Weise ist eine Reihenschaltung der Einzelkondensatoren durch einfaches Stapeln der Kondensatorelemente ermöglicht. Eine aufwändige Kontaktierung entfällt.
• Zweckmäßigerweise weisen die Kondensatorreihenschaltungen Haltemittel aus einem isolierenden Material auf. Die Haltemittel dienen zum Halten der aufeinander gestapelten Konden satorelemente. Sind die Kondensatorelemente als Wicklung ausgebildet, ist es vorteilhaft, die Wicklung flach zu pressen oder die beschichtete Folie von vornherein auf einem flachen Wicklungsträger zu wickeln. Das isolierende Material der Haltemittel ist beispielsweise ein Kunststoff, eine Keramik oder dergleichen. Bei einer diesbezüglichen Weiterentwicklung sind die Kondensatorelemente durch die Haltemittel aneinander gepresst.
• Vorteilhafterweise sind die Kondensatorreihenschaltungen in einem Isolierstoff angeordnet, mit dem das Gehäuse befüllt ist. Als Isolierstoff dient üblicherweise synthetisches Öl oder Harz, wobei das Harz im flüssigen Zustand in das Isolatorgehäuse eingegossen wird, in dem die Kondensatorreihenschaltungen angeordnet sind. Anschließend härtet das Harz aus.
• Vorteilhafterweise besteht das Isolatorgehäuse aus einer Keramik oder einem Verbundmaterial. Die Keramik ist beispielsweise Porzellan. Als Verbundmaterial kommen üblicherweise mit Glasfasern verstärkte Kunststoffe in Betracht. Selbstverständlich sind auch hiervon abweichende Stoff- oder Materialzusammensetzungen um Rahmen der Erfindung möglich.
• Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindungen sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleichwirkende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und wobei
• 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kondensatorelements in einer perspektivischen Ansicht,
• 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kondensatorreihenschaltung in einer perspektivischen Ansicht und
• 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochspannungskondensators in einer Draufsicht zeigen.
• 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kondensatorelements 1 vor dessen Wicklung. Das gezeigte Kondensatorelement 1 besteht aus einer isolierenden oder dielektrischen Folie 2, auf der beidseitig dünne Metallfolien 3 als elektrisch leitende Beläge aufgebracht sind. Dabei sind insgesamt vier Metallfolien 3 erkennbar, von denen sich jeweils zwei paarweise an verschiedenen Seiten der isolierenden Folie 2 gegenüberliegen und auf diese Weise einen ersten Einzelkondensator 4 und einen zweiten Einzelkondensator 5 ausbilden. Durch einen isolierenden Steg 7, der zwischen den Einzelkondensatoren 4 und 5 verläuft, sind die Einzelkondensatoren 4 und 5 gegeneinander isoliert. Durch das Aufbringen von zwei Einzelkondensatoren auf einer isolierenden oder dielektrischen Folie 2 können die Einzelkondensatoren 4 und 5 weitgehend symmetrisch zueinander ausgebildet werden.
• 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Aktivteils 8, das aus stapelweise übereinander angeordneten Kondensatorelementen 1 besteht. Die Kondensatorelemente 1 sind als flache Wicklungen realisiert, die mit ihren Flachseiten in dem Stapel oder mit anderen Worten dem Aktivteil 8 aneinander anliegen. Dabei sind die ersten Einzelkondensatoren 4 bzw. die zweiten Einzelkondensatoren 5 der Kondensatorelemente 1 seriell miteinander verbunden, so dass eine erste Reihenkondensatorschaltung 9 sowie eine zweite Reihenkondensatorschaltung 10 ausgebildet ist. Das oberste Kondensatorelement 1 und das unterste Kondensatorelement 1 des in 2 gezeigten Aktivteils 8 sind jeweils mit Anschlussklemmen 11 versehen.
• Zum Aufeinanderpressen und zum Halten der Kondensatorelemente 1 ist ein aus einem Isolierstoff bestehender Tragrahmen 12 vorgesehen.
• 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochspannungskondensators 13 in einer Draufsicht. Es ist erkennbar, dass das in 2 gezeigte Aktivteil 8 in einem Isolatorgehäuse 14 angeordnet ist. Das Isolatorgehäuse 14 ist aus Porzellan gefertigt und verfügt über in 3 nicht dargestellt Außenrippen zur Erhöhung des Kriechweges des Hochspannungskondensators 13. Das Isolatorgehäuse 14 ist ferner mit einem synthetischen Öl befüllt, so dass auf für Spannungen im Bereich von 100 KV die notwendige Spannungsfestigkeit bereitgestellt ist.
• Die in 3 nicht dargestellten Anschlussklemmen jeder Kondensatorreihenschaltung sind an einander gegenüberliegenden Stirnseiten des zylindrischen Isoliergehäuses aus diesem herausgeführt. Dabei ist das Isoliergehäuse abgedichtet. Auf diese Weise ist ein Hochspannungskondensator 13 bereitgestellt, der auf über längere Zeiträume hinweg wetterfest ist.

Claims (7)

1. Hochspannungskondensator (13) zur Energieverteilung mit einem Isolatorgehäuse (14), in dem wenigstens zwei parallel zueinander geschaltete Kondensatorreihenschaltungen (9,10) angeordnet sind, die jeweils aus einer Reihenschaltung von Einzelkondensatoren (4,5) bestehen, welche als stapelbare Kondensatorelemente (1) ausgebildet sind, wobei jedes Kondensatorelement (1) mehrere isoliert gehaltene Einzelkondensatoren (4,5) aufweist, deren Anzahl der Anzahl der Kondensatorreihenschaltungen (9,10) entspricht, so dass die Kondensatorreihenschaltungen (9,10) durch lediglich einen Stapel der Kondensatorelemente (1) ausgebildet sind.
2. Hochspannungskondensator (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kondensatorelement (1) eine Wicklung einer elektrisch isolierenden Folie (2) umfasst, die beidseitig mit elektrisch leitenden Belägen (3) versehen ist.
3. Hochspannungskondensator (13) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im gewickelten Zustand an einer ersten Seite jedes Kondensatorelements (1) die leitenden Beläge einer ersten Seite der isolierenden Folie (2) außen aufliegen und dass an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite jedes Kondensatorelements (1), die leitenden Beläge (3) einer zweiten Seite der isolierenden Folie (2) außen aufliegen.
4. Hochspannungskondensator (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatorreihenschaltungen (9,10) Haltemittel (12) aus einem isolierenden Material aufweisen.
5. Hochspannungskondensator (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatorreihenschaltungen (9,10) in einem Isolierstoff angeordnet sind, mit dem das Isolatorgehäuse (14) befüllt ist.
6. Hochspannungskondensator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierstoff ein Öl ist.
7. Hochspannungskondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatorgehäuse (14) aus einer Keramik oder einem Verbundmaterial besteht.